水库抗旱调度分期特征确定方法研究

为在一定程度上减轻流域干旱损失,国家防汛抗旱总指挥部提出旱限水位的概念,并开展水库抗旱调度,降低干旱影响程度。旱限水位是水库低水位运行的控制性水位,其合理设置对提高区域水资源利用率意义重大,而水文气象特征在年内的阶段性变化要求基于旱限水位的水库管理应适应其变化特征。此次研究提出水库抗旱调度分期的确定方法,采用核主成分分析法提取指标的非线性特征,结合熵权法赋予指标权重后利用Fisher最优分割法对干旱的年内阶段性变化进行划分。以黄河流域刘家峡和小浪底水库为例,分期结果刘家峡水库分3期为:7月至9月,10月至3月,4月至6月;小浪底水库分3期为:7月至10月,11月至3月,4月至6月。     

陕西省水资源供求指数和综合干旱指数及其时空分布

识别区域的干旱时空特征对于防旱抗旱具有重要指导意义。论文采用两种方法研究了陕西省干旱时空分布特征并比较了两种方法在应用中的优缺点：其一,考虑社会经济因素对干旱的影响,采用基于水资源供水和需水平衡的陕西省社会经济干旱指标（水资源供求指数）;其二,结合SPI、PDSI和SPEI的特点,运用模糊综合法建立了综合干旱指数。结果表明：陕西省干旱发生频率很高,南北多发生轻微干旱,中部多发生中重度干旱。陕西省干旱在空间上分布差异大,两种方法均表明咸阳、西安、渭南和铜川地区旱情最为严重。在水资源量存在巨大差异的地区,如商洛与榆林,仅用一种类型的干旱指标无法全面体现实际情况,两种方法的结论存在差异：综合干旱指数表明榆林干旱较重,但供求指数为轻旱;商洛供水可满足需水,但综合干旱指数为轻旱。气象干旱指数,在水资源短缺的地区或自然生态系统中,结果更贴近于实际;社会经济干旱指数——水资源供求指数,更适宜用于水资源极其丰富且供水能力强的地区。     

基于级联效应的水库调度决策多维综合评估

水库防洪、兴利调度的核心为水库水位的科学控制。受复杂现实环境因素影响，如应急突发事件、水资源供需不确定性等，实际调度过程中各时段水库水位往往偏离初始优化路径，进而影响后续调度决策以及防洪、兴利效益目标，即水库水位控制决策受扰动后的级联效应现象。文中提出考虑影响持续性、全局损失性以及系统失效性3个方面的水库调度决策级联效应评估指标体系，以此为基础，采用TOPSIS方法量化月尺度水库调度决策级联效应，应用K-means算法划分级联效应强度等级，并在泾河流域东庄水库供水调度中进行应用。结果表明：1)相对于影响持续性指标与系统失效性指标，全局损失性指标对东庄水库调度决策的变化更加敏感，其中在枯水期尤为显著；2)水库调度决策扰动产生的综合级联效应在10月份最为显著，5—7月份相对较弱，重点管控10月水库水位有利于避免水库水位偏离初始优化路径时大规模负向级联效应的产生。     

考虑未来水资源配置的龙刘水库可调水量研究

论文针对黄河上游水沙关系恶化、水资源供需矛盾加剧等问题,围绕黄河全流域2012—2030年水资源规划的配置结果,以龙羊峡、刘家峡梯级水库联合调度为调控手段,考虑全流域综合供水、防洪、防凌、水资源供需平衡等要求,构建了黄河上游龙羊峡、刘家峡（龙刘）梯级水库联合调度模型,采用自迭代模拟优化算法,分别计算4种情景、4种模式下13个方案的可调水量,最终推荐以水定电模式下的计算结果为最佳模式。结果表明：随着未来需水量的增加,可调水量呈减小趋势,且调水工程的引水量未提高梯级水库的可调水量。研究成果可为黄河上游宽谷河段水沙调控、黄河上游梯级水库群科学规划和调度提供技术支撑。     

基于PDSI的渭河流域干旱变化特征

根据渭河流域的气候特征与地理位置,利用该流域1961-2008年21个气象站的气象资料,重新修正了Palmer干旱指数,并利用Mann-Kendall检验以及Morlet小波分析方法计算分析了PDSI的变化特征。结果表明:渭河流域有较显著的变干趋势;有北部较南部干旱,西部较东部干旱的空间变化特征;泾河是最容易发生干旱的地区,且干旱的程度最为严重;时间上,秋季发生干旱的可能性大;小波分析表明渭河流域大约有22年左右的干湿变换周期,与太阳黑子磁性活动周期一致。     

引汉济渭调水工程水资源配置研究

为解决关中地区水资源短缺问题,陕西省规划实施南水北调引汉济渭调水工程。在分析调水工程受水区用户、供水系统的基础上,构建了水资源配置网络图,并建立了该系统的水资源配置仿真模型,确定了配置原则。结合调水工程,设定了7种方案,通过长系列计算,得出了各方案的水资源利用情况。2020水平年,调水15.5×10⁸ m³后可增加供水10.69×10⁸ m³,占需水量的38.76%;调水15.5×10⁸ m³与调水10.0×10⁸ m³相比,工业供水保证率提高32.75%。计算结果表明,实施调水工程后可有效缓解受水区水资源短缺,调水量在保证城市用水、改善渭河河道生态环境方面发挥着主要作用。     

宁蒙河段旬槽蓄水增量影响因子分析

近年来,宁蒙河段凌汛灾害较为严重,槽蓄水增量是导致宁蒙河段凌汛灾害发生的关键因子之一。采用相关性分析原理,从气温、上游来水情况及前期形成的槽蓄水增量等多方面发掘影响宁蒙河段旬槽蓄水增量的因子,并分析了不同影响因子对旬槽蓄水增量的影响程度。结果表明,前期已形成的槽蓄水增量是凌汛期旬槽蓄水增量的主要影响因子,其次是气温,最后是上游来水情况。研究成果可为宁蒙河段防凌调度提供参考。     

基于水资源分区的黄河流域土地利用变化对人类活动的响应

在分析黄河流域1980-2015年土地利用面积变化的基础上,基于水资源二级分区,采用土地利用变化重要性指数（C_i）、土地利用变化面积比例（D）、林草植被变化指数（R）三个指标分析8个子区域土地利用变化的方向和程度;然后针对1980-1990年、1990-2000年、2000-2010年、2010-2015年四个时期,采用单一土地利用动态度、综合土地利用动态度及土地利用程度研究各分区的土地利用变化速度与程度。结果表明：与1980年相比,城乡工矿居民用地与水域面积变化最为显著。8个分区的土地利用变化面积比例均在20%左右,相互之间差异不大。在单一土地利用类型变化方面,沙漠及未利用地、水域和城市及工矿用地变化速度明显,其余三种土地利用类型由于面积基数较大,变化速度相对较小,但是变化面积很大。从各时期看,2010-2015年变化速度最大,并且大致呈现随时间推移变化速度逐渐增大的特征。在综合土地利用变化的速度方面,8个分区基本呈现出逐渐增大的趋势,上游龙羊峡以上增加最为明显。     

我国生态需水研究现状、面临挑战与未来展望

通过回顾生态需水研究发展历程及主要研究成果，从生态需水研究的典型区（流）域、研究对象、概念内涵、研究内容、计算方法及应用等方面系统归纳并总结了我国生态需水的研究现状与面临挑战，并提出若干关键科学问题。指出现阶段我国生态需水研究仍处于起步阶段，生态需水基础理论研究不足是导致目前生态需水计算方法不统一，可信度低，计算结果风险大，在水资源规划、配置与管理实践中难以达到预期结果的主要原因。今后生态需水研究的重点方向是基于流域生态系统完整性的流域生态系统需水研究，关键科学问题包括变化环境下气候变化和人类活动对生态需水影响机理及尺度转换中生态需水规律剖析等，在此基础上，需进一步加强生态需水基础理论研究，强调理论研究与管理实践的有机结合，以构建适合我国国情的生态需水研究理论方法和技术体系     

基于Copula函数的泾河流域水沙关系演变特征分析

为了掌握泾河流域水沙演变规律,基于张家山水文站1956-2010 年径流与输沙量数据,采用滑动平均法分析流域水沙变化,提出应用滑动相关系数法诊断水沙关系变异,与双累积曲线法相互验证,选取皮尔逊III 型分布拟合变异前后水沙分布,基于Copula 函数建立水沙联合分布,对比分析泾河流域水沙变化特征,研究不同时段水沙丰枯遭遇情况.结果表明:① 水沙关系于20 世纪80 年代发生变异;② 以1982 年为分割点,相比于1956-1982 年,1983-2010 年水沙均值减小,设计频率P≤90%时水沙值均减小,P >90%时,径流减小,输沙量增加;③ 两阶段水沙丰枯同步频率大于丰枯异步频率,“水丰沙枯或水枯沙丰”遭遇组合概率最小,变异后时段(1983-2010 年)各种遭遇组合频率分布更为均匀,水沙丰枯异步频率变大.