基于高效高精度栖息地模型的生态流量研究

为实现水电开发和生态保护的和谐发展,科学、定量、高效地分析水电站运行对河流生态的影响,已成为当前水利科学研究的热点。本文将基于Godunov格式有限体积法求解的水动力模型与栖息地适宜模型相耦合,并引入GPU加速技术,建立高效高精度栖息地适宜模型。以野狐峡下游为研究河段,花斑裸鲤为目标鱼类,对不同流量下河段产卵生境进行模拟,以确定电站建成后适宜目标鱼类产卵的生态流量。结果表明：流量在87.5～139m³/s和338～562.5 m³/s时,适宜花斑裸鲤繁殖的有效栖息地面积占其最大值的90.0%以上。为保障产卵栖息地状态良好,建议生态流量在499.2 m³/s附近。该成果对保护黄河上游土著鱼类栖息地具有重要的生态意义,也可为评价水利工程对水生生物的影响提供科学支持。     

基于变化范围法的汉江中游水文情势变化规律分析

河流水情对河流生态系统起着决定性作用,以河流的变化范围法(Range of Variability Approach,RVA)来分析建坝对河流水文情势的影响,这对保护河道生物群和河流生态的完整性十分必要。应用变化范围法评估汉江中游襄阳站和宜城站1952—2013年的水文情势变化,以突变年1974年为界分析水文指标变化偏差率和水文改变度,使用流量的等级、频率、历时、发生的时间分布和变化率这5组水文指标进行分析评价,量化了汉江中游水文变化的程度。研究表明,由于丹江口大坝蓄水,引起襄阳和宜城站点的水位普遍降低,襄阳站的水位整体为高变化度,宜城站的水位整体为中变化度。分析结果可为汉江下游水文情势评价提供参考,为水资源管理提供技术支撑。     

基于大数据分析的水电机组状态诊断研究

引入大数据分析方法对黄河上游流域各水电机组健康状况进行分析,将机组海量监测数据作为基础数据,开展数据状态评价、振动及摆度频谱分析、振动及摆度历史趋势分析、历年数据对比及主要特征分布等多尺度大数据分析研究,以评价机组健康状态及性能指标,为机组检修提供合理化建议。     

基于水文情势分析的闸控河流生态需水调控模型研究

闸坝建设和运行必然引起河流水文情势自然状态改变,并对河流生态系统产生影响,因此,开展闸控河流生态需水调控研究对河流生态修复和改善具有重要意义。基于河流水文情势变化对河流生态系统影响分析,提出了基于水文情势需求的河流生态需水计算模式;以河流生态系统恢复为目标,综合考虑河流生态和经济社会用水需求,构建了考虑自然水流情势的闸坝生态需水调控多目标模型;采用多方案模拟技术方法,分析了不同闸坝调控方式下的河流生态需水方案。结果表明,考虑生态需水的"天然水流模式目标最大"调控方式,比经济社会用水优先的"水量分配目标最大"调控方式,对河流水文情势关键指标的改善作用更加明显,更有利于河流生态系统健康发展。     

基于生态径流指标的水文情势变化评估新方法

基于流量历时曲线计算生态径流指标的方法存在诸多不足,也未形成相应的河流水文情势变化评估方法。采用流量过程线重新定义了月、季和年三种时间尺度的生态径流,构建了包含12个月生态盈余和12个月生态赤字的生态径流指标体系,提出了衡量这些指标在建库前后变化度的计算公式,基于月生态赤字发展了月生态风险评估方法,形成了一种河流生态水文情势变化评估方法。将其用于长江宜昌站,评估三峡工程在建库前后的生态水文情势变化。结果表明：重新定义的月、季、年生态径流之间消除了不一致性,香农多样性指数与年生态赤字的年际变化具有更高的相似度,变化度计算公式完全适用于衡量建库前后的变化程度,生态风险图使生态径流指标的实用性大为增强。     

三峡水库对下游重要鱼类产卵期生态水文情势影响研究

三峡水库蓄水,改变了河流天然水流情势,同时也导致了水库下游鱼类产卵繁殖条件的变化.以长江中华鲟和四大家鱼为研究对象,采用水库下游宜昌水文站实测流量、水位、水温和泥沙资料,定量分析了三峡水库蓄水前后中华鲟和四大家鱼产卵期的生态水文情势变化情况.分析结果表明,中华鲟产卵繁殖期的10月和¨月多年平均流量分别减少了24.7%和24%,多年平均含沙量分别下降了94%和97%,而水温则略有上升;四大家鱼产卵繁殖高峰期的5月和6月多年平均流量分别减少了4.1%和10.6%,多年平均含沙量下降了95%,水温略有降低;此外,三峡水库蓄水使得中华鲟和四大家鱼产卵时间平均推迟10天左右,产卵规模也大幅降低.该研究可为开展三峡水库下游重要鱼类保护提供参考.     

水电工程生态环境保护指标体系初探

建立水电工程生态环境保护指标体系的目的是为了通过适当的设计与运行管理,减轻工程对河流生态系统的不利影响。本文针对筑坝的水电工程,提出了由目标层、准则层和指标层构成的生态环境保护的指标体系框架。按照健康河流的生态环境要素,考虑我国水电工程管理运行中存在的主要问题,把指标体系分为水文特征、河流水质、河流形态闸流连通性、生物生境、生物群落、河流景观7个类别,进而提出了相应的保护准则以及可以定量或定性的指标。以工程设计与管理主要内容与河流生态环境的作用机制为基础进行了指标的识别,提出了工程设计与运行涉及的主要指标。     

渭河环境流变化研究

环境流是指维持河流生态环境所需的流量及其水文过程。环境流研究可为生态环境需水研究提供新的思路,为河流生态调度与生态环境系统恢复提供科学依据。本文以渭河林家村断面为研究对象,采用5种环境流量事件,包含34个环境流指标,分析了该断面在人类活动影响前后环境流的变化情况。结果表明:人类活动干扰后,各流量事件呈现出更为集中化的趋势,枯水流量事件和特枯流量事件变化较大,15个环境流指标影响较大,会对河流水生生物造成影响。因此迫切需要采取合理的生态调度措施,制定生态环境系统恢复目标,以维持渭河河流生态环境系统的健康。     

西江流域梯级水库群上下游关系识别研究

梯级水库群上下游关系是流域水资源系统分析的关键环节。本文基于河流编码描述单一梯级水库，构建了梯级水库群上下游关系识别基本框架，并用于分析梯级水库群的空间特征和流域开发利用情况。面向西江流域案例，研究结果表明：西江流域以部分水库为连接核心，超过70%的水库位于所处河流最上游；梯级水库群中，区间汇流面积最大的5座龙头水库与水利枢纽控制23.6%的流域总面积，与众多上游水库存在水力联系，在防洪、供水、发电等调度中发挥关键作用；整体上，西江流域呈现明显的逐级开发特征，各河段上游水库数量随河流等级增加呈指数式增长趋势。研究成果对于分析梯级水库群的功能具有重要的意义。     

河流中浮游藻类生长的可能影响因素研究进展与展望

河流富营养化问题日益严重,尽管湖泊中富营养化机理已被研究得较为透彻,但是针对河流中藻类大量生长的机理研究还较为缺乏。可能影响河流中浮游藻类生长的因素包括营养盐、光照、温度、水动力条件和动物捕捉等,本文系统调研了相关的研究进展,归纳分析了河流与湖泊两个生态系统的区别。总结发现影响河流浮游藻类生长的限制因素与湖泊不尽相同,比如尽管营养盐被认为是湖泊浮游藻类生长的主要限制因素,但在河流中影响不明显;而水体冲刷和相应带来的光强改变对于河流中的藻类生长有重要影响;河流中浮游藻类的被捕食压力弱于湖泊。目前多数生态模型都是基于湖泊中藻类生长进行开发,所以将这类生态模型应用于河流时需根据上述特征进行调整。综观目前的研究成果,水动力及水体中光强分布对于浮游藻类的生长影响是未来的研究重点,而上游有富营养化湖泊的河流可以作为一个特殊案例进行研究。     

计算山区小型河流最小生态需水的水力学法

对目前国内关于河道生态需水量的主要研究方法进行了比较分析,针对山区小型河流梯级水电站减水河段面临的水生生物需水问题,并结合山区小型河流自身特性,本文提出了计算河道最小生态需水量的一种水力学法一修正的R2-Crcss法,通过实例论述了其在山区小型河流中的具体应用.本文提出的修正的R2-Cross法具有直观、定量的特点,对山区小型河流最小生态需水的计算更具针对性和适用性.     

基于水文模拟计算山区小水电站减脱水河段生态需水量的水文学方法及静水域生态补水机制

绝大多数山区小型河流水文观测匮乏,无法直接对水文资料进行统计分析,应用水文学方法计算其河流生态需水量。本研究应用二参数月水量平衡模型,还原广东省博罗县小金河1981-2010年天然月径流过程,然后采用几种常用的水文学方法计算其最小生态需水流量,从而为无资料(或资料匮乏)地区应用水文学方法进行河道生态需水研究提供一种思路。综合考虑山区小型河道水生生物生命周期的特征、生境条件和小水电站的发电效益,提出了基于水量而非流量的"静水域生态补水机制",以维持小水电站减脱水河段的最小生态需水量。作为河流生态流量的一种替代,小水电站减脱水河段的"静水域生态补水机制",可以兼顾河流生态系统的健康和水资源优化综合利用。     

Present Situation and Future Trends of River-Basin Cascade Hydropower Dispatch in China

Hydropower resources in river basins are typically developed in a cascade manner. The cascade hydropower stations use water from the same river; in a sense, they form a cluster of hydropower stations which are linked together by the river stream. The dispatch and management of the cascade hydropower stations in a river basin differ from those of an ordinary single hydropower station. Without doubt, unified dispatch can facilitate the full harnessing of hydraulic resources and is in a better position to fulfill the objectives in the development of river basin. As a result, more and more river-basin cascade power stations around the world implement unif ied dispatching.     

Present Situation and Future Trends of River Basin Cascade Hydropower Dispatch China

Hydropower resources in river basins are typically developed in a cascade manner.The cascade hydropower stations use water from the same river;in a sense,they form a cluster of hydropower stations which are linked together by the river stream.The dispatch and management of the cascade hydropower stations in a river basin differ from those of an ordinary single hydropower station.Without doubt,unified dispatch can facilitate the full harnessing of hydraulic resources and is in a better position to fulfill the objectives in the development of river basin.As a result,more and more river-basin cascade power stations around the world implement unified dispatching.     

兼顾四大家鱼产卵需求的梯级水电站生态调度北大核心CSCD

为实现流域梯级水电站水资源高效利用,以金沙江下游溪洛渡-向家坝梯级水库生态调度为例,通过已有研究成果以及实测数据推求四大家鱼产卵所需的适宜生态流量,构建梯级水库长短期耦合双层优化模型,上层模型采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解,下层模型采用遗传算法求解,进而提出兼顾四大家鱼产卵流量需求的梯级水库日调度方案。结果表明:与常规调度相比,当以促进四大家鱼产卵为主要目标时,调度期内(5—6月)梯级水库发电量减小1.91亿kW·h,减幅为1.76%;同时生态流量契合度增大0.123,有效洪水上涨作用期累计可达12 d,可较好地促进四大家鱼产卵。研究成果可为制定面向下游河道四大家鱼产卵的梯级水库生态调度方案提供参考依据。     

水能区划模型及其在长江中游地区的应用

为了在保护生态的基础上有序开发水电,急需对我国水能资源利用的总体布局做好精心策划和科学分析。本文在回顾我国水电开发的现状,尤其是长江流域水能利用的基础上,分析了我国水能开发面临的一些技术问题。通过充分考虑流域生态平衡、社会经济发展、水能资源技术开发量等因素,提出了一种新的水能区划模型,并应用该模型对长江中游地区的水能资源作了区划分析。     

应对气候变化亟待加强水资源开发和管理

在当前全球变暖导致的气候异常情况下，温室气体排放和气候变化与水资源短缺问题之间明显有相互促进，产生恶性循环的趋势。因此，水利水电开发和建设在应对气候变化方面必须要解决好水资源的开发和管理问题。具体来说，一方面需要澄清误导公众的虚假宣传，加速我国的江河开发和水利水电工程的建设，特别要重视龙头水库的建设，尽快提高我国水库的蓄水能力。另一方面要加强宏观层面的水资源管理，尽快研究、实施动态汛限水位的防洪管理措施，科学调度水资源，让已建成的水利水电工程发挥出最大的生态环境效益。保障水资源的供应，减少温室气体的排放。     

全球重点国家和区域水电开发程度对标分析北大核心CSCD

中国水电开发程度以及发展阶段存在说法不一、概念比较模糊、数据来源和统计口径不清等问题。为了准确判断中国水电的发展阶段及在全球所处水平,基于国际较为权威的水电资源量和发展现状统计数据,系统对比了中国与其他重点国家和区域的水电开发程度。中国水电技术可开发量达到2740 TWh·a^(-1),占理论蕴藏量比例为44.3%,水电资源丰富且开发条件较好。从重点国家和区域的对比来看,中国水电技术开发程度达到48.2%,在资源量前十和装机量前十的国家中仅次于美国,高出发达国家平均水平4.6个百分点。虽然总体开发程度较高,但中国西南区域部分河流水电开发程度仅为16%,调节性能较好的抽水蓄能电站在电力装机中比例仅为1.4%,存在区域发展不平衡、抽蓄作用偏弱等问题。新形势下,中国水电应重点推进西南流域重点区域常规水电开发,并加快推进抽水蓄能电站的规模化建设。