三峡工程运行前后城陵矶水位变化及其原因分析

三峡工程运行后江湖关系的演变将对洞庭湖地区及长江中游的防洪、水资源、水环境产生重要影响,城陵矶水位变化是江湖关系演变的重要标志。本文根据1993年至2010年实测水文资料,分析了三峡工程运行前后城陵矶水位变化规律及形成原因。相比于三峡运行前(1993-2002),三峡运行后(2003-2010)城陵矶水位显著下降,年平均水位下降0.54m,其中10月份平均水位下降达1.74m。城陵矶水位下降主要是由城陵矶径流量和长江干流水位的变化引起,而城陵矶径流量又由长江三口、湘资沅澧四水和区间产流组成。三峡运行后,城陵矶年径流量减少了599.0亿m3,减少量约为运行前的20%,其中,长江三口径流量减少的贡献占23%,湘资沅澧四水径流量减少的贡献占59%,区间产流减少的贡献占18%;长江干流监利年平均水位下降了0.37m。构建城陵矶水位与城陵矶径流量、监利水位的经验关系,并据此分析两者对城陵矶水位下降的贡献。结果表明城陵矶径流量的贡献占45%,长江干流水位下降的贡献占55%。综合长江干流水位变化与三口径流量的影响,三峡运行后长江干流水文特征变化对城陵矶水位的贡献占65%,是城陵矶水位下降的主导因素。三峡工程的长期运行将引起城陵矶水位的进一步下降,给洞庭湖地区水资源利用与生态环境带来挑战。     

气候变化和人类活动对灞河流域径流情势的影响分析北大核心CSCD

灞河径流决定其下游浐灞生态区的用水安全,开展其变化情势研究对有效管理区域水资源具有重要意义。基于灞河上游罗李村和中游马渡王水文站1959—2010年实测径流及流域降水、蒸发资料,采用肯德尔秩次相关法检验径流序列变化趋势、Mann-Kendall非参数检验法和累积距平法辨识各水文气象要素的突变点,并将累积量斜率变化率比较法用于定量计算气候变化和人类活动对灞河径流的影响程度。结果表明:11959—2010年间上游径流量相对稳定,但中游径流量有减少趋势,且在1988年发生突变后呈现出显著的减小趋势。2气候变化和人类活动对灞河上游径流变化的贡献率分别约为97%和3%,对中游径流变化的贡献率分别约为37%和63%。未来只有合理开发、开源节流并举,才能保障区域可持续发展。     

气候变化和人类活动对灞河流域径流情势的影响分析

灞河径流决定其下游浐灞生态区的用水安全,开展其变化情势研究对有效管理区域水资源具有重要意义。基于灞河上游罗李村和中游马渡王水文站1959—2010年实测径流及流域降水、蒸发资料,采用肯德尔秩次相关法检验径流序列变化趋势、Mann-Kendall非参数检验法和累积距平法辨识各水文气象要素的突变点,并将累积量斜率变化率比较法用于定量计算气候变化和人类活动对灞河径流的影响程度。结果表明:11959—2010年间上游径流量相对稳定,但中游径流量有减少趋势,且在1988年发生突变后呈现出显著的减小趋势。2气候变化和人类活动对灞河上游径流变化的贡献率分别约为97%和3%,对中游径流变化的贡献率分别约为37%和63%。未来只有合理开发、开源节流并举,才能保障区域可持续发展。     

降水丰枯及下垫面变化对滦河干流径流量的影响

在收集滦河干流上游流域1961—2011年51年间的月降水和月径流实测资料的基础上,运用降水–径流双累积曲线和Kolmogorov-Smirnov双样本检验,将该流域的降水–径流回归关系划分为1961—1983年、1984—1999年和2000—2011年三个阶段,并分别建立了三个阶段丰水期和枯水期的降水–径流多元回归模型。三个阶段的多元回归模型均通过显著性检验,对实测年径流拟合的平均残差均小于15%,决定系数均大于68%。采用所建模型,定量分析了三道河子水文站控制流域内降水丰枯变化对径流的影响程度和流域下垫面改变对径流的影响程度。结果表明:在1961—1983年的下垫面条件下,相对于1961—1983年间的降水丰枯特征,1984—1999年、2000—2011年间降水的丰枯变化使得流域径流分别增加了8.08%和减少了25.34%;在1961—1983年的降水条件下,相对于1961—1983年的下垫面条件,1984—1999年、2000—2011年间的下垫面的改变使该流域径流分别减少了19.40%和43.16%。这对潘家口水库的入库流量势必产生一定影响。     

北江干流中下游水沙特性变化及建库影响

定量研究水库的拦沙效应是揭示水库对河道泥沙输移影响的关键之一。在对北江干流中下游近60年水沙特性变化分析的基础上，运用干、支流主要控制水文站实测资料，估算梯级水库拦沙量；基于Brune拦沙率方法，提出北江干流梯级水库综合拦沙率修正式，研究水库拦沙对下游河道输沙量减少的影响。结果表明：（1）与1956—1999年相比，2000—2005年石角站年径流量仅减少6.16%，年输沙量则减少39.17%。其中，干支流水库拦沙合计约142.59万t/a，约占石角站减沙量的52.34%；水土流失工程措施减沙量约占18.83%；径流量减少引起的减沙量约占5.07%。（2）采用修正式计算，现状条件下（2012—2016年），干流梯级水库综合拦沙率约为12.81%，与实测值较为吻合。（3）2006年以来，库区泥沙淤积量与采砂量基本平衡，北江干流梯级枢纽水库拦沙率将在较长时间内维持现状水平。     

基于变化范围法的黄河头道拐站水沙变化分析

采用变化范围法（RVA法）对龙羊峡、刘家峡水库运行前后黄河头道拐水文站日均径流量和含沙量数据进行分析,量化评价水沙变化程度。在定量分析的成果上,结合Copula函数,进一步探讨了水库运行前后月水沙丰枯遭遇和同步频率的变化规律。研究结果表明,龙刘水库运行后,头道拐水文站径流量和含沙量减少,二者整体均发生中度改变,径流量整体改变度高于含沙量整体改变度;汛期内和极大值情况下水沙受影响程度较高;月水沙同步频率增加,非畅流期同步率变化显著,畅流期内同步频率大于异步频率。水库管理者可根据分析得出的水沙变化规律,针对性采取诸如桃汛期抬高库水位、汛期增加洪水脉冲等调度策略,在不增加淤积的前提下提高水库的综合效益。     

窟野河径流变化检测及归因研究

窟野河径流变化是气候变化和人类活动作用的结果,也是流域水资源开发利用及治理保护的重要依据。基于窟野河流域温家川站径流量(1954—2010年)资料,采用MK-P法和Pettitt法进行突变年识别及归因分析;并借助SCRAQ法估算降水、潜在蒸发和人类活动对径流的影响。结果表明:窟野河径流量呈显著减小趋势,且在1979年和1996年发生两次显著突变。与基准期相比,人类活动强度较低期(1980—1996年)降水、潜在蒸发、人类活动对径流的影响比例分别为29.21%、-3.63%,74.42%;人类活动强度较高期(1997—2010年)所占比例分别为20.62%,-1.53%和80.91%;与人类活动强度较低期相比,人类活动强度较高期占比例分别为11.85%,-0.16%和87.99%。大规模水土保持和高强度煤矿开采对窟野河径流突变具有重要影响。     

黄河流域未来水资源时空变化

为了深入了解黄河流域未来水资源变化的时空分布规律,把Mann-Kendal方法（M-K）趋势分析的功能与重标极差分析（R/S）持续性分析的功能相结合,通过分析流域未来气象要素变化特征,揭示黄河流域未来水资源时空丰枯变化特征。结果表明,在年际方面,黄河中游南部区域（占流域面积5.36%）未来水资源供给形势乐观,黄河中游的中部区域（占流域面积29.42%）未来缺水风险增加。在年内方面,黄河流域未来水资源季节供给形势空间分布差异显著。随着春夏秋冬季节的演变,黄河中游中部和南部愈加湿润,北部愈加干旱;黄河流域水资源供给情况相同的区域相对集中。     

小山水电站1999年春汛期间水情分析

小山水电站是松江河梯级电站的首级,位于吉林省抚松县境内,座落于头道松花江上游的松江河干流上。其坝址距下游松江河与其支流三道松江河汇合口约5km,距松江河镇12.5km,坝址以上控制流域面积905km~2,多年平均流量18.84m~3/s。它是一座以发电为主的水力枢纽工程,其水库正常蓄水位683m,死水位664m,有效库容0.53亿m~3,为一不完全年调节水库。电站装机容量160MW。     

基于VIC模型的黄河上游未来径流变化分析

为研究变化环境下黄河上游流域降水、气温与径流的变化特征,采用Delta方法对大气环流模式(GCMs)中BCC-CSM1.1模式数据进行降尺度处理,建立未来时期的气候变化情景,应用VIC分布式水文模型,对流域未来径流过程进行预估。结果表明,与基准期(1971—2010年)相比,三种情景下黄河上游未来(2011—2050年)多年平均降水增加4.31%~5.74%;多年平均最高气温和最低气温升高1.04~1.61℃,其中冬季升温最为明显;多年平均径流量分别增加2.65%、2.66%和8.07%,且增加幅度随时间推移逐渐减小,长期呈下降趋势;就年内分配来看,径流在冬季有所增加,夏季略有减少。     

黄河干流年径流量非一致性频率计算

采用具有时变统计参数的GAMLSS（generalized additive model for location, scale and shape）模型,研究黄河干流年径流系列的非一致性水文频率计算方法。首先介绍了模型结构、参数估计及拟合效果的评价方法,然后在分析6个水文站1956—2017年年径流量变化趋势的基础上,构建非一致性水文频率计算备选模型集,选取AIC值最小的概率分布类型和参数作为最优模型,通过残差序列的统计特征和设计径流量的分位数图检验模型拟合效果。结果表明本文所构建的各优选模型与径流序列的拟合效果较好,各站年天然径流系列对应的设计径流量有随时间减少的趋势。在水资源评价和调配中,应充分考虑径流的非一致性特点,开展变化环境下水资源的预报预测及不确定性评估工作。     

河川径流混沌特征分析

在对混沌理论及其在径流系统应用的适应性分析的基础上,提出河川径流混沌分析方法;以黄河为研究对象对月径流序列进行相空间重构,并进行混沌特征识别和分析,得到如下结论：天然月径流比实测月径流的饱和关联维数要大,要恰当描述实测月径流序列的变化特征,进行动力系统建模,最少需要4个独立变量,最多需要8个独立变量,要描述天然径流序列则最少需要5～6个,最多需要12个独立变量;同一水文站、同一时期的实测径流序列和天然序列的混沌特征不同;下游的混沌特征要强于上游;从上世纪五十年代到本世纪初黄河干流月径流的混沌特性比上世纪二十年代到上世纪七十年代月径流的混沌特性要稍强;所采用径流时间序列的长、短对混沌特征的识别有影响,序列越长,所表现的混沌特征就越强。黄河径流具有混沌特征,为径流系统的建模和混沌预测提供了依据。     

渭河水沙衰减对下游及黄河的影响

渭河下游及黄河潼关河段近年来河势发生了变化,从渭河及主要支流水沙、降雨、用水等方面,分析渭河水沙量衰减的原因及对渭、黄河的影响。经分析,渭河水沙量衰减的主要原因是流域降水量减少、用水量过度。渭河水沙量衰减是造成渭河下游及潼关河段河势发生变化的一个重要原因     

应用极点对称模态分解分析径流时空演化规律

研究径流演化规律对水文预报和水资源合理配置具有重要意义。鉴于径流序列具有多时间尺度与非线性趋势混叠的特征,利用自适应、无基的极点对称模态分解（ESMD）将长江上游干支流8站的年、月、日径流序列分解为各模态分量和趋势余项,甄别大尺度循环和非线性趋势;利用周期图、趋势余项、时频分析,同时掌握径流周期、趋势、突变规律,并与现有方法对比分析。结果表明：时间上,主要存在2年、6年、10 ~ 11年的年际与6个月、1年、2年、4年、22 ~ 23年的年内周期规律。空间上,除朱沱站年内、年际径流呈增加趋势,其余站径流均呈减少趋势;8站的突变规律也不完全相同。ESMD能同时从周期、趋势、突变来挖掘径流水文特性,为径流时空演化规律分析开辟新思路。     

鄱阳湖出湖流量时序变化特征与驱动因子分析

长江中游与鄱阳湖及五河构成复杂的“江-湖”系统,研究阐明鄱阳湖出湖流量的时序变化特征与驱动因子,是调控改善江湖关系的关键所在。本文在初步选取12个潜在的出湖流量驱动因子基础上,有机结合相关系数判别和主成分分析方法,揭示了不同潜在驱动因子间的多重共线性;进而通过构建出湖流量数学模型,量化了不同潜在驱动因子对出湖流量的相对重要性排序及其影响程度。研究结果表明：（1）赣江、抚河、饶河、修水的入湖流量,湖区星子站水位,三峡出库流量等6个驱动因子间不存在多重共线性,可完整表征五河来流、湖区水位、长江干流的多重驱动作用;（2）运用基于随机森林回归方法的出湖流量数学模型,揭示了湖区水位、长江干流来流、赣江入湖流量是最为重要的驱动因子,并且其对出湖流量的影响呈现复杂的非线性特征。研究表明：影响出湖流量的众多驱动因子之间关系复杂但影响程度有所差异。这为科学调控典型通江湖泊江湖关系提供了重要参考依据。     

特约文章：黄河水沙变化与治理方略研究

The key problem in the management of the Yellow River stems from its distinct characteristic, namely the insufficient runoff and excessive sediment loads lacking sufficient coordination, which causes complexity and difficulty in management. This paper examines the changes in runoff and sediment loads of this river and its characteristics of fluvial process in recent decades, based on a review of its management history. Then, we describe a strategic thinking of river management that would be effective in the existing water and sediment condition of the river to cope with its various new features, such as sharp decline in runoff and sediment loads, river channel shrinkage, intensified ‘secondary suspended river’, and increasingly prominent contradiction between floodplain reclamation and river harnessing. Our strategy in managing the Yellow River is to regulate its relation between water and sediment and improve the lower channel, under which several engineering measures should be adopted: construct a river regulation system for water and sediment control, reconstruct and maintain the primary channel with sufficient water and sediment transport capacity, lower the Tongguan elevation in the middle reach, improve the river channel in the lower reach, and stabilize the flow paths in the river mouth. The strategy and measures would provide a useful support for comprehensive management of the Yellow River.     

叶尔羌河下游河岸林草耗水分析

叶尔羌河是塔里木河的主要源流之一,研究下游河道水量平衡与河岸林草耗水对于流域水资源配置具有重要意义。本研究从地下水与植被状态的关系出发,建立反映河道输水损失及水分转化规律的水量平衡模型,同时耦合潜水蒸发与地下水运移模型,构建河岸林草耗水模型,以此分析2000—2020年的叶尔羌河下游河岸林草耗水。结果表明：叶尔羌河下游河道水量损失主要是渗漏损失,占总损失量的95%;该区域林草耗水多年平均值为128 mm,其左岸多年平均耗水量为226 mm,大于右岸的93 mm。该模型能较好地计算叶尔羌河下游的河道水量平衡以及河岸林草耗水量,可应用于依赖于河道渗漏补给的西北内陆河流的河岸林草耗水分析。     

鄱阳湖枯水期水位变化及其影响因素量化分析

湖泊湿地在维系生物多样性、陆地表层物流平衡与生态平衡等方面有着不可替代的作用。鄱阳湖是长江中下游重要的水源地和调洪场所,独特的水文条件创造了湖区丰富的生境和生物多样性。自三峡水库运行以来,鄱阳湖水位变化显著,枯水期提前且持续时间延长,10月份水位异常偏低,严重影响了越冬候鸟的栖息地。本文采用模糊划分聚类模型,围绕天然径流变化、三峡水库汛末蓄水、地形变化对鄱阳湖枯水期10月份水位变化的影响展开研究,并量化各因素的影响大小。结果表明,湖区及长江干流径流减少是造成鄱阳湖10月水位降低的主要原因,三峡水库汛末蓄水则进一步加快了鄱阳湖水位的消落,研究成果可为鄱阳湖管理及改善枯水期湖区生态环境提供依据。     

黄河北干流开发现状及前景展望

从黄河北干流的开发角度 ,分析了第一梯级万家寨水利枢纽的运行效益及对下游电站的影响 ,通过北干流开发现状的讨论 ,展望了北干流开发前景     

黄河干支流洪水冲刷初步研究

本文在高含沙洪水冲刷规律探讨的基础上,进一步对黄河干支流洪水冲刷河床的力学机理进行了分析,建立了非恒定水流冲刷深度与来水来沙与河道边界条件的关系,并用黄河干支流资料进行了讨论与验证,该公式为无量纳形式,考虑因素简单,计算方便,适用于所讨论区域的低含沙与高含沙洪水主槽的冲刷问题,可以估算供水时主槽的最大冲刷深度。