长江上游大型水库群对宜昌站水文情势影响分析

近年来,长江上游已建成一批大型水库,其运行调度必然会对下游的径流产生影响。水文变化指标法(IHA)和水文变化幅度法(RVA)是以水流的量、时间、频率、延时和变化率5种基本特征为基础,对建坝前后的河道水文情势变化进行定量分析的方法。根据长江流域大型水库群建设的实际情况,利用Mann-Kendall秩次相关检验法划分了宜昌站建库前后的流量序列,用来评估长江上游大型水库群对宜昌站水文情势的改变情况。M-K相关检验发现,宜昌站的年最小流量已经在2000年发生了显著性地变化;IHA和RVA分析成果表明,宜昌站的水文情势已经发生了中等程度的改变,主要是与小流量相关的一些因子,如1~3月平均流量、最小流量六个因子、低脉冲发生次数及持续时间等;随着以三峡水库为核心的上游大型水库群建成并投入运行,未来长江下游河道径流还将发生进一步的改变。     

基于IHA-RVA法三峡水库下游河流生态水文情势评价

水文情势变化是影响河流生态系统结构功能的主要驱动力。为了定量评价三峡水库下游河流生态水文情势变化,选取三峡水库下游宜昌水文站(1952～2014年)逐日流量数据,采用Mann-Kendall法、累积距平法和滑动T检验法进行流量特征分析,并应用生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)以及水文改变度法综合评价了三峡大坝下游宜昌江段生态水文情势变化及其对重要鱼类中华鲟和四大家鱼产卵繁殖影响。结果表明:(1)宜昌站年均流量总体呈现显著性减少趋势,突变年份出现在2003年,表明三峡水库对长江中下游河流水文影响显著;(2)通过对三峡水库蓄水前后宜昌站生态水文指标分析,宜昌水文站整体水文改变度为61%左右,属于中度改变,接近于高度改变;其中流量下降率和逆转次数受影响最为明显;(3)三峡水库蓄水运行在一定程度改变了下游河流生态水文情势,重要鱼类产卵场生境条件发生了改变,导致了长江中下游鱼类生物多样性呈下降趋势。该研究为长江上游河流生态保护以及开展水库生态调度提供了参考。     

宜昌站1900~2004年生态水文特征变化

基于宜昌站1900~2004年共105年的日径流量资料，分别采用Mann Kendall法、Mann Whitney法分析该站水文特征与变化。跳跃性检验表明，宜昌站年平均流量的跳跃点出现在1969年，置信度超过99%。宜昌站1970年前的平均流量是14 375 m3/s，1970年后的平均流量是13 438 m3/s，相差937 m3/s，相当于295.5 m3/a，流量减少主要集中在下半年（7~12月），以8~10月最为明显。以1970年为界，将宜昌站105年水文序列划分为“近自然状态河流” 的1970年前和“人工干扰状态河流”的1970年后两个分析水文变动序列，基于Richter提出的生态水文变动指标体系，应用变动范围法，计算了长江中游的生态水文目标，分析了长江流域宜昌站的生态水文特征变化。结果表明，1970年以后，人类活动与自然变动对长江宜昌站生态水文特征的改变并不明显，仅在1月、11月平均流量上有中等程度的改变。     

9月至翌年4月宜昌、大通来流趋势及两站流量关系初探

利用长江上、下游代表水文站宜昌、大通站1951~2008年逐月月均流量资料，采用线性倾向估计、非参数Mann Kendall检验、滑动t 检验等方法，对两站9月至翌年4月（三峡蓄水期及枯季）各月多年来的流量变化趋势进行探讨，分析了流量发生突变的时间，并对各月两站流量间关系进行初步的研究。研究表明：宜昌、大通各月流量多年变化趋势基本一致，多年来，两站9~10月流量减少，1~3月流量显著增加，流量突变大多发生在20世纪80年代，流量的变化主要与水利工程的建设及流域降雨量的变化有关；宜昌、大通站两站流量存在一定的内在关系，9~10月份两站流量间关系较好，其余月份宜昌、大通两站流量的比值与大通流量间关系较好，所得关系式可初步用于流量预测     

三峡水库蓄水前后长江中下游江心洲的演变及其机理分析

长江中下游河道存在数量众多的江心洲,三峡水库蓄水运行后这些江心洲的演变深为人们关注。选取2000~2011年宜昌、汉口、大通站的年均流量和输沙量,1999、2001、2003、2005、2007、2009和2011年长江中下游20个代表性江心洲的遥感影像,分析三峡水库蓄水前后水沙变化及江心洲面积变化过程,同时利用概念模型分析江心洲面积变化与流量和含沙量之间的关系。研究表明:(1)三峡水库蓄水后(2003~2011年)宜昌、汉口、大通站的年均径流量较蓄水前分别减少6.1%、7.3%、9.5%,输沙量分别减小90.3%、72.1%、66.9%,平均含沙量分别减少了89.6%、70.8%、64.8%;(2)2003年蓄水前,12个(60%)江心洲面积逐年增加,相对于1999年其平均变化率为26.8%;2003年蓄水后,只有9个(45%)江心洲面积逐年也增加但是平均变化率减少至22.1%,11个(55%)江心洲面积逐年减少,相对于1999年其平均变化率为19.4%;(3)概念模型分析表明:江心洲面积变化量跟水位、冲蚀量成正相关,而水位、冲蚀量跟流量、悬沙减少量成正相关。江心洲面积变化量主要受水位变化控制,这种关系导致长江中下游江心洲演变的一种假象:既蓄水后面积不断增加的少数江心洲实际上也处于不断冲蚀的过程。     

基于模拟土壤含水量的长江上游#br# 干旱事件时空特征分析

干旱灾害是对我国农业生产和生态环境影响最为严重的自然灾害之一，研究干旱的时空变化特征对干旱的评估、预测有重要的指导意义。研究基于VIC（Variable Infiltration Capacity）模型模拟的50km分辨率的逐日土壤含水量数据，计算土壤含水量距平指数（SMAPI）并分析了长江流域上游1953~2013年历史干旱事件的时空变化特征。结果表明：（1）VIC模型能较好的模拟出1980~2000年长江流域上游出口宜昌断面的流量过程；（2）SMAPI指数能够反映长江流域上游实际干旱的发生、发展过程和严重程度，能够较好地再现历史干旱情形；（3）通过研究长江流域上游的干旱历时 面积 强度关系发现，干旱历时一定时，随着干旱面积的增加，干旱强度总体呈增强的趋势。研究结果对于深入认识长江流域上游历史干旱长期演变特征和增强区域防旱抗旱能力具有一定的理论和实用价值。 关键词： VIC模型；土壤含水量距平指数；时空特征；长江上游     

长江上游旱涝指标及其变化特征分析

利用长江上游流域51个气象观测站1961～2009年降水资料，计算了各站逐年、四季〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数及区域旱涝指数，在此基础上分析了单站〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数旱涝等级划分的合理性，区域旱涝指数的年代际变化趋势，并对区域典型旱涝年的确定及旱涝成因进行了探讨。结果表明：（1）〖WTBX〗Z〖WTBZ〗指数及以此为基础构建的区域旱涝指数能较好地反映长江上游流域年及四季旱涝变化，作为长江上游流域旱涝指标比较合理；（2）长江上游流域年及四季旱涝有明显的年代际变化特征，年及四季的干旱指数与雨涝指数基本呈反位相特征；（3）长江上游流域四季旱涝与500 hPa高度场分布形势有密切关系，除冬季旱涝与海温场关系较弱外，春、夏、秋季旱涝均与海温场关系密切。研究结论对长江上游流域可持续发展及三峡水库科学运营有一定参考意义     

长江上游鲢幼鱼空间分布特征及其关键环境因子判别

鲢(Hypophthalmichthys molitrix)是长江重要的中上层经济鱼类，为了解长江上游鲢幼鱼空间分布变化与环境因子之间的关系。根据2019年9月至2020年1月在长江上游至三峡库区开展的渔业资源调查和水文环境数据，并利用广义可加模型(GAM)筛选影响其分布特征的主要环境因子。结果显示，长江上游鲢幼鱼资源密度具有显著的空间分布差异，主要分布于三峡库区丰都江段；影响鲢幼鱼资源密度分布的主要环境因子为流速、浮游生物密度、离坝距离和水温，其中流速偏差解释率最大为57.7%。随着流速增大，鲢幼鱼资源密度整体呈现降低的趋势，集中分布于0.10～0.55 m/s流速范围内；浮游生物密度和离坝距离与鲢资源密度具有显著的线性关系，即随着浮游生物密度增加和距离大坝越远，其鲢幼鱼资源密度呈现上升趋势；随着水温的升高，鲢幼鱼资源密度整体呈现缓慢上升的趋势，集中分布在18℃～21.5℃水温范围内。本研究揭示了长江上游流速、浮游生物密度、离坝距离和水温变化对鲢幼鱼空间分布特征的影响。在长江十年禁渔背景下，应加强缓流生境库区和干支流汇合处的生境保护，为鲢种群资源量恢复构建重要栖息地。     

洞庭湖出口径流变化及对生态系统的影响

为了阐明洞庭湖出口径流变化及生态效应，根据城陵矶1960~2016年的日径流量数据，采用生态盈余和生态赤字两个生态径流指标，分别从年和季节尺度分析了洞庭湖出口径流变化，并讨论了其对洞庭湖生态系统的影响。研究结果表明：年生态盈余和年生态赤字的变化范围分别为0~0.39和0~0.47，且年生态赤字比年生态盈余的波动更加剧烈和频繁；季节生态径流指标差异较大，春季和冬季生态盈余波动比较频繁，夏季和秋季生态盈余变化不大；除冬季外，春季、夏季和秋季生态赤字在水文变异后呈明显上升趋势，且高于生态盈余；季节生态变化总值整体呈上升趋势，且在水文变异后更加离散，表明生态系统受到了较大的扰动。气候变化和人类活动是导致径流变异的主要影响因素。降水对生态赤字的影响较大；人类活动导致了高流量减少、低流量增加，使季节生态径流指标发生较大改变。径流变化与生态系统关系的基本准则表明，洞庭湖出口径流与生态系统具有紧密的联系，且径流改变对生态系统产生了负面影响。     

汉江水华水文因素作用机理--基于藻类生长动力学的研究

在相关文献的基础上总结影响汉江水华的水文因素包括流量、流速和水面比降,根据河流动力学理论,讨论了它们之间的内在联系。在此基础上,从生物生长动力学的角度,将连续流反应器原理应用于汉江水华现象,提出了汉江连续流生物反应器模型,并根据Monod方程分析,认为汉江中的藻类浓度与水流速度应成指数关系。由此,建立了汉江藻类浓度与水流速度关系数学模型a = m exp(k/ν)。利用汉江1992年至2000年实测资料,通过回归分析进一步确定了汉江的藻类浓度与水流速度函数关系中的常数m=8.9759、k=0.9054,相关系数r=0.924 4。最后,对流速、流量和长江水位对汉江水华的作用机理进行了分析,揭示了水文因素影响汉江水华的作用机理。     

长江口南北支水沙特性观测研究

利用2009和2010年洪枯季、大小潮长江口南北支长时间序列的水沙盐观测资料,系统分析了近期南北支的水沙盐时空分布特征及南北支之间的关系,探讨了北支水沙盐倒灌,特别是泥沙倒灌对南支水域悬沙浓度的影响。分析结果表明:北支盐度和悬沙浓度年际、季节性及大小潮差异明显,一般大潮大于小潮,枯季大于洪季,平水年大于丰水年;南支受径流影响大,悬沙浓度均值在0.2kg/m3左右,盐度在0.25‰左右,南支悬沙浓度和盐度的大小均较北支小一个量级,其变化较北支复杂,尤其是在落潮时段盐度和悬沙浓度短时间内明显增加。北支作为河口唯一受潮汐控制的分支,水沙盐倒灌南支,倒灌期间南支悬沙浓度增加,洪季大潮有微弱沙量倒灌,悬沙浓度有0.05kg/m3的增幅,枯季大潮泥沙倒灌尤甚,南支悬沙浓度长时间维持在0.25kg/m3左右,最高可达0.62kg/m3。如上游径流量减小显著,则北支泥沙和盐水倒灌对南支的影响会增大。     

长江口南槽中段枯季水沙输运特征研究

根据2015年1月7日至14日在长江口南槽中段主槽内获得的流速和悬沙观测资料,运用机制分解法分析了从大潮到小潮连续变化过程中南槽中段的水沙输运机制,通过小波分析方法探讨了悬沙浓度和流速的周期性对悬沙输运的影响。研究结果表明:(1)在一个大小潮周期过程中各潮周期的单宽净输水以向海为主,斯托克斯余流和欧拉余流的强度由大潮到小潮呈减小趋势;(2)各潮周期的单宽净输沙以向陆为主,与净输水方向相反,输沙强度从大潮至小潮呈现"小-大-小"的变化特征,该特征的产生与潮泵效应输沙的剧烈潮周期变化有关,平流输沙、潮泵效应输沙与垂向净环流输沙项是影响潮周期净输沙的主要成分;(3)小波分析表明,悬沙浓度和流速具有多个时间周期的变化,它们与水位的联合作用导致瞬时输沙率具有2个明显的时间周期变化。     

河口泥沙再悬浮对悬沙中重金属元素的影响

基于1997年3月9日和7月27日长江口南槽定点连续观测资料。分析了河口泥沙再悬浮对重金属元素的影响。研究结果表明，在长江口南槽，近底悬沙浓度和悬沙中重金属含量均随时间变化而变化，且两者具有良好的对应关系；因子分析结果显示对所有金属元素都占绝对优势的F1因子为泥沙再悬浮，泥沙再悬浮现象对本次观测中近底泥沙中重金属含量变化起主导作用。泥沙再悬浮一方面会导致悬沙和床沙的混合。另一方面有可能导致重金属从泥沙中向水体中再释放，在长江口南槽，枯季近底悬沙中重金属含量的变化主要缘于悬沙、床沙的混合；而洪季除悬沙和床沙混合之外，还存在泥沙再悬浮过程泥沙中重金属的释放，这可能与洪季高水温、低溶氧等环境因素以及强烈的水动力条件有关。     

长江干支流输沙量减少趋势及其影响因素浅析

通过对长江干支流各主要水文控制站的多年径流量、输沙量、含沙量、中值粒径等水沙基本特征值的统计分析，表明在过去的近50年时间内，长江干支流的年径流量中心趋势不存在具有显著统计意义的变化，而输沙量、含沙量、中值粒径值均有明显的下降态势。以水库建设和水土保持为主的人类活动是长江干支流泥沙输移量减少趋势的重要影响因素，在20世纪90年代以前长江输沙量的减少主要是水库建设的影响，之后随着“长治”工程的展开则兼具了水库建设和水土保持的影响，未来水土保持工作对长江保水减沙的长期效益将更为显著。     

西苕溪干流水体、悬浮物和表层沉积物中营养盐分布特征与水质评价

了解不同介质的营养盐分布可以全面掌握河流的环境现状。为了调查西苕溪干流的营养盐分布特征和水质现状,沿着干流采集了11个点位的水体、悬浮物和表层沉积物样品,并对水体、悬浮物和表层沉积物中的营养盐特征进行了分析,拟为苕溪流域的水污染防治提供基础数据。研究表明:整个西苕溪干流,水体和沉积物中总氮(TN)和总磷(TP)浓度均存在丰水期明显高于枯水期的季节变化特征,水体中总氮的浓度均超出地表水环境质量Ⅴ类的标准,显示氮污染是西苕溪流域的特点。相关性分析结果表明,悬浮物中的TN和有机质(OM)呈极显著性正相关(r=0.974,p0.01);水体中的TN和悬浮物的各营养盐指标之间的相关性均达到了极显著水平,但沉积物营养盐指标与水体的TN和TP相关性不明显,显示沉积物并不能很好反映流域水质的现状。     

岷江老木孔航电枢纽库区泥沙淤积计算与分析

老木孔航电枢纽工程是岷江乐山-宜宾段航电梯级开发方案中的第一级,是以航运为主,航电结合的水利工程。首先建立平面二维水流泥沙数学模型,并由实测资料验证其相似性;再根据入库水沙资料,计算分析水库建成后不同时期的泥沙淤积量及其淤积分布,并初步分析分布不均形成的原因;讨论在各级频率洪水作用下,库区泥沙淤积对乐山城区及乐山大佛的影响;并分析泥沙淤积对库区建港环境的影响。通过物模实测值和数模计算值的比较,再次验证了该数学模型的适用性。结果表明:该数学模型可较好的模拟河段水流的运动及库区泥沙的淤积过程;泥沙淤积主要发生在老江坝尾至坝址河段,且估算了该段淤积量占淤积总量的85%;库区淤积后,频率洪水不会对乐山城区及乐山大佛产生影响。     

近40年来长江流域水沙变化趋势及可能影响因素探讨

利用Mann Kendall方法,分析了近40年长江流域主要水文站点（长江干流水文站：屏山站、宜昌站、汉口站与大通站;支流水文站：嘉陵江的北碚站和汉江的皇庄站）的流量及输沙率的变化特征。结果表明：①长江流域流量与输沙量变化受人类活动（土地利用、水利设施建设等）与自然因素（如降水的时空变化）综合因素影响,变化趋势表现出复杂性,上、中、下游各有特点;②长江流域屏山站以上流域输沙率有上升趋势（1~5月份上升趋势达到95%的置信度水平）,这与上游河床坡度较大,使泥沙不易沉积以及暴雨与降水增加有关;③长江中下游输沙呈显著下降趋势。计算结果表明,宜昌-汉口河段是长江流域泥沙主要沉积区,加上葛州坝与三峡工程的建成与投入使用,从而进一步使中下游输沙量呈下降趋势。由于下游降水增加,使下游径流量自1980s以来有微弱上升趋势,但未达到95%的置信度水平,中上游流量变化不显著。对上、中、下游人为因素与自然因素对流域流量与输沙量的变化贡献率方面需要做进一步的研究。     

基于遥感反演长江中游地区悬浮泥沙研究

悬浮泥沙定量研究对于调查长江的水质、地貌、生态环境等起着至关重要的作用。以长江中游武汉地区2012~2013年14幅不同时相的Landsat ETM+遥感影像为主要数据源，结合野外采样悬浮泥沙浓度数据，分析了悬浮泥沙遥感定量反演方法，数据处理中针对ETM+SLC OFF影像缝隙问题，采用自适应局部回归匹配算法（ALR）进行影像自动恢复处理，在波段选择中对悬浮泥沙浓度和光谱反射率数据进行相关性分析，并运用传统关系建模方法和高斯模型方法对比，比较悬浮泥沙定量反演模型，利用实测验证数据对反演模型精度进行评估。研究结果表明：（1）ALR可以有效的获取悬浮泥沙敏感波段的遥感光谱反射率；（2）ETM+Band3悬浮泥沙浓度的高斯模型相关系数最高，通过对比得到模型反演的验证精度较高，研究证明遥感定量反演适合于长江流域武汉段泥沙含量大范围监测     

长江河口上边界床沙粒径的长期变化及其原因

大通水文站和泥沙观测断面位于长江河口的上边界。长江下游从大通（潮区界）至长江口门的距离长达680 km。20世纪80年代以来，长江流域日趋强烈的人类活动，显著改变了长江入海水文和泥沙数量和特性，从而对长江下游至河口动力地貌和动力沉积产生了显著影响。主要研究长江潮区界大通断面20世纪50年代以来床沙粒径的长期变化。1977~2004年床沙粒径 (〖WTBX〗d〖WTBZ〗50) 有一稳定增大的趋势，这主要是对上游河道悬沙来量持续减少的响应。值得注意的是床沙粗化过程是发生在该河床长期加积的背景上的。研究表明：导致床沙粒径粗化的原因，主要是上游河段进入本河段床沙粒径的增加和本河段冲淤过程中悬沙与床沙颗粒的交换。随着三峡水库的正常运行和其它大型水库的建设，预计未来几十年长江上游悬沙来量将进一步大幅度下降，可以预计，长江潮区界河段的床沙粒径将继续呈现增大的趋势。〖