基于改进调度图的西大洋水库综合调度研究

水库的建设为人类带来了巨大的社会经济效益,但同时由于传统的水库在建设和运行时对河流生态系统安全以及库区的环境保护考虑不足,也引发了一系列的生态环境问题。实施兼顾社会经济需求和河流生态健康的综合调度是减轻水库对于生态系统负面影响的主要方法之一。本文提出一种基于改进调度图的综合调度方法,将生态需水作为水库兴利调度的一个用水部门加入水库调度计算,对水库原有调度图和调度规则进行调整。和基于优化模型的多目标调度方法相比,该方法具有简便、直观、可以在缺乏径流预测的情况下使用的特点。本文进一步将该方法应用于大清河流域的西大洋水库,根据下游白洋淀湿地的生态需水要求,绘制了西大洋水库的改进调度图,制定了相应的综合调度规则。根据改进调度图的指导,西大洋水库在协调社会经济用水的同时可以保证白洋淀在平水年、枯水年和丰水年的平均水位分别达到6.78m、6.5m和8.42m,基本能够满足白洋淀的生态需水要求。     

基于SWAT模型的闸坝水量水质优化调度模式研究

水量水质联合调度是现代水利工程调度面临的一种新的调控模式.本文将闸坝水量水质联合调度模型、遗传算法耦合到流域综合管理模型SWAT中,从流域尺度上探讨了闸坝的合理调度模式,并在北京市温榆河流域进行了实例研究.研究表明:(1)基于SWAT模型,建立耦合闸坝系统的温榆河流域水量水质模型,较好地模拟闸坝影响下流域的水量水质演变过程,为温榆河流域闸坝调度研究提供支撑.(2)引温济潮二期工程的实施后,温榆河干流下游水量将有所减少,水环境状况将进一步恶化,尤其是在鲁疃闸上游地区水质浓度显著提高.闸坝的水量水质优化调度对改善全流域水环境状况,提高水资源利用率有积极的作用.研究将为温榆河流域及其他多闸坝流域水污染整治提供技术支撑和借鉴,同时也对北京市经济社会的可持续发展具有重要的意义.     

淮河生态用水多层次分析平台与多目标优化调度模型研究

建立了由宏观经济水资源配置模型、生态用水调度模型和闸坝调度的水量水质模拟模型组成的从宏观到中观逐步细化、优化与模拟结合的多层次生态用水调度分析平台,分别用于预测社会经济需水、分析协调社会经济用水与河道内生态用水的保障程度,模拟生态用水调度对水环境的影响.建立的淮河生态用水多目标优化调度模型分析结果表明:现状工程条件下,通过调度偏好调整,可有效提高河道内生态用水保障程度;在未来水平年,增加水资源调蓄工程可同时提高经济与生态用水的保障程度.     

河流生态流量研究发展历程与前沿

水库、闸坝、渠道等水利工程的修建,改变了河流的水文情势和河床地貌演变规律,造成了河流的生态功能减弱和生物多样性减少,河流生态流量逐渐成为水资源领域研究的热点。本文对近30年来河流生态流量理论的相关研究进行了综述,梳理了河流生态流量理论的发展脉络,归纳总结了国内外河流生态流量研究的发展阶段及其主要特征。在当前变化环境下,生态流量研究更加关注生态系统整体性、模型机理性及生态调度实践中的可应用性,而气候变化、空间异质性和生态-社会交互作用逐渐成为河流生态流量研究的前沿和热点问题。     

河流生态流量研究发展历程与前沿北大核心CSCD

水库、闸坝、渠道等水利工程的修建,改变了河流的水文情势和河床地貌演变规律,造成了河流的生态功能减弱和生物多样性减少,河流生态流量逐渐成为水资源领域研究的热点。本文对近30年来河流生态流量理论的相关研究进行了综述,梳理了河流生态流量理论的发展脉络,归纳总结了国内外河流生态流量研究的发展阶段及其主要特征。在当前变化环境下,生态流量研究更加关注生态系统整体性、模型机理性及生态调度实践中的可应用性,而气候变化、空间异质性和生态-社会交互作用逐渐成为河流生态流量研究的前沿和热点问题。     

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。     

基于下游河道水流情势天然性要求的水库优化调度

去贴近能够满足所有物种要求的河流天然水文情势的方法比起只重视少量物种生存条件的方法更优。RVA方法基于32个水流指标全面描述了河流的水流情势,并量化出受人类影响后的水文情势的水文变化测度。本文首先基于RVA方法建立了考虑水流情势天然性要求的河流生态目标,并根据目标集对河流环境的隶属性,采用模糊学理论确定出目标集的隶属函数,作为优化目标。再将该方法用于丹江口水库,建立基于其下游襄阳断面河道水流情势要求的生态调度模型,并进行优化求解,得出最优出流过程对襄阳断面的环境友好度为0.5。最后建立以发电量最大为目标的传统调度模型,对比分析了环境友好度和发电效益指标,结果表明基于水流情势要求的水库调度在改善河流生态环境方面具有明显的优势,但也损失了部分的发电效益。通过对比分析也认为通过一定的调度手段,可以实现生态与发电效益的双赢。     

面向洞庭湖生态需水的三峡水库蓄水期优化调度研究北大核心CSCD

为减轻三峡水库蓄水对洞庭湖生态系统的不利影响,本文建立了以洞庭湖最小生态需水满足度和三峡水电站发电量最大为目标的水库优化调度模型。调度模型耦合支持向量回归技术构建了洞庭湖水位变化的主要驱动因素与最小生态需水满足度关系,采用混沌遗传算法对模型进行求解。开展了不同典型年下三峡水库蓄水期优化调度研究,结果表明:优化调度后,平水年洞庭湖最小生态需水满足度由常规调度的85.40%提高至89.44%,三峡水电站发电量增加3.09%;丰水年常规调度即可满足洞庭湖最小生态需水要求,优化后发电量增加5.85%;枯水年洞庭湖最小生态需水满足度由65.58%提高至66.42%,发电量增加3.42%。研究成果可为通过三峡水库优化调度改善洞庭湖生态环境提供理论基础和具体方案的参考。     

面向洞庭湖生态需水的三峡水库蓄水期优化调度研究

为减轻三峡水库蓄水对洞庭湖生态系统的不利影响,本文建立了以洞庭湖最小生态需水满足度和三峡水电站发电量最大为目标的水库优化调度模型。调度模型耦合支持向量回归技术构建了洞庭湖水位变化的主要驱动因素与最小生态需水满足度关系,采用混沌遗传算法对模型进行求解。开展了不同典型年下三峡水库蓄水期优化调度研究,结果表明:优化调度后,平水年洞庭湖最小生态需水满足度由常规调度的85.40%提高至89.44%,三峡水电站发电量增加3.09%;丰水年常规调度即可满足洞庭湖最小生态需水要求,优化后发电量增加5.85%;枯水年洞庭湖最小生态需水满足度由65.58%提高至66.42%,发电量增加3.42%。研究成果可为通过三峡水库优化调度改善洞庭湖生态环境提供理论基础和具体方案的参考。     

生态基流研究:进展与挑战

水库大坝等水利工程的兴建和运行改变了天然的河流水文情势,在一定程度上造成了河流生态系统功能和物种多样性的减小。生态基流的提出正是为了缓解由水利工程造成的水文情势改变,维系河流生态系统的健康。本文在已有研究成果的基础上,以生态基流的基本理论为出发点,归纳总结了生态基流的概念和内涵,系统梳理了生态基流的计算方法及优缺点,结合实例研究,全面回顾了生态基流发展过程中面临的主要挑战,并对生态基流未来的发展趋势进行了展望。     

跨省江河水量分配的理论基础与定量方法

跨省江河水量分配是协调人类-自然用水矛盾以及省区用水矛盾的基础和前提。跨省江河水量分配的本质是利益分配,其理论基础既包括自然科学也包括社会科学。本文基于政治学中的正义理论和经济学中的产权理论,阐述了水资源分配应遵循的基本原则;结合水资源供需关系与水文丰枯特性,构建了跨省江河水量分配的定量模型;并以无定河流域和渭河流域为对象,对丰水和缺水两种情景进行了案例分析。结果表明：基于正义理论和产权理论的水量分配模型满足了人类和自然用水的基本需求,社会矛盾小,可操作性强,可以较好地平衡流域各省份的生活、生产、生态用水矛盾。     

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。     

特约文章： 生态基流研究:进展与挑战

Human activities through the building and operation of dams and reservoirs have significantly altered the natural hydrological regime, leading to impairment of river ecosystem function and biodiversity. The concept of ecological baseflow emerged to mitigate the impact of dams and reservoirs on the hydrological processes. Based on previous studies, the fundamental concept of ecological baseflow was reviewed. The principles of ecological baseflow, as well as previously and currently used estimation methods were summarized. Challenges and possible tendency in the estimation of ecological baseflow were also presented.     

三峡水库坝下水温变化及其对鱼类产卵影响

三峡水库的运行改变了坝下河段天然水文情势,为研究三峡-葛洲坝梯级水库对中游河道水温的影响程度,应用滑动平均法、Kendall秩次相关检验和Spearman秩次相关检验分析宜昌站水温年际变化趋势,利用水库对河流水温影响的评价指标量化评价水库对宜昌站水温过程的影响程度。研究表明,由于葛洲坝水库调节库容较小,葛洲坝水库蓄水对宜昌站水温影响较小;三峡水库蓄水后,宜昌站水温波动效应明显增强,主要表现为明显的滞迟效应,均化程度呈逐年加深趋势;三峡水库蓄水改变了坝下河道原有的天然水温过程,水温的滞迟效应表明三峡水库运行导致的水温变化使中华鲟的繁殖时间推迟29天左右。此研究结果为面向生物保护的三峡水库生态调度提供科学支撑。     

辽宁省资料短缺地区中小河流洪水预报方法

我国中小河流大多位于山丘区,水文站点稀少,资料短缺,而产生的洪水往往突发性强、破坏力大,中小河流洪水预报研究是重要课题。针对辽宁中小河流洪水预报特点,本文提出了一种资料缺乏地区中小河流洪水预报方法。首先收集与提取中小河流流域的下垫面、水文、气象等基本资料,采用主成分分析方法形成新指标,降低指标维数并减少相关性;利用可变模糊聚类方法对辽宁省中东部30个参证站和84个中小河流站进行水文相似性分类识别,划分为8个水文相似组;建立Topmodel洪水预报模型进行洪水模拟,对参数移植前后模拟精度进行对比分析,验证了方法的有效性与实用性。本文研究成果可为辽宁省中小河流洪水预报提供支撑,可为其他资料短缺地区洪水预报方案编制提供参考。     

湘江下游流域-河网-枢纽的水文水动力模拟北大核心CSCD

应用自主开发的集成模型搭建了考虑长沙航电枢纽高频调度的湘江下游流域-河网系统水文水动力计算系统,采用区域2016—2021年80余站高频监测(1次/5~60 min)、30 m精度土地利用和详细河道水下地形等数据对模型进行配置、检验和验证,对比计算有、无枢纽调度下的河网水动力和淹没差异。结果表明:水位流量计算值与高频实测值吻合优良,在湘潭、朗梨等站的纳什系数大于0.91;调度造成回水区枯水期水位抬升和流速降低,改变了河网水位和流量小尺度波动节律,在浏阳河等支流下游局部时段出现反向流动;计算出了1%、50%、99%等来流频率下河网水位和流速分布,调度增加了上游干支流回水区心滩、边滩的平、枯季淹没频率。本研究为科学评估枢纽高频调度对上下游河网水动力影响提供依据。     

跨流域调水与受水区多水源联合供水模拟研究

为充分发挥外调水与本地水资源联合调度的补偿作用,本研究建立了陕西省引汉济渭与黑河引水工程联合供水系统,绘制水资源系统网络结构图,搭建了水量仿真调度模型;对引汉济渭调入水量设定两种配水情景,对黑河引水工程水源设定多种供水次序,组成多种供水方案,进行模拟计算;并定义月供水可靠度,验证模拟供水过程的合理性,优选不同规划水平年的供水方案。研究结果表明:1引汉济渭配水根据城市用水户供水顺序采取依次按需分配的方式较为合理;2 2020年城市综合生活供水保证率达到95%以上,工业企业、生态环境供水保证率均超过了90%;2030年,这三个用水户供水保证率均超过90%;3引汉济渭工程实施后,黑河引水工程水源在满足河道基流和水库灌区需水前提下给城市供水,显著提高了各水库灌区农业灌溉保证率,2020年及2030年各水库灌区供水保证率均超过了75%。