南水北调中线工程对汉江中下游的水文情势影响分析

为更好地开展南水北调中线工程对汉江中下游水华生态环境问题的量化研究,分析了调水工程对汉江中下游水文情势的影响.基于仙桃断面的流量数据,计算分析了调水145亿m3后有、无引江济汉工程两种方案下的流量特征值的变化,并应用分形理论分析了调水前后多年月平均径流过程线的形态特征.结果表明:调水工程对汉江中下游的水文情势有明显影响,主要表现为:径流年内分配趋于均匀化,径流年内集中度变小,径流年内相对变化幅度变小,径流过程线峰谷差变小,引江济汉工程使这些变化更显著;各种历时(年、枯期、汛期)平均流量均变小、旬平均流量极小值变小,引江济汉工程对这些变化起补偿作用.由于汉江水华的暴发期集中在枯水期,由调水工程引起的枯期流量减小以及旬流量极小值变小必然对汉江水华的爆发起到促进作用.     

中线调水对汉江中下游区水文情势影响研究

2014年南水北调中线工程正式通水,汉江中下游区水文情势发生显著变化。定量评估汉江中下游区水文情势变化特征,可为此区域水资源可持续开发利用提供科学依据。以黄家港、皇庄、仙桃站1987—2019年流量和水位数据,采用距平分析法、Mann-Kendall趋势检验法以及Yamamoto突变检验法对年、月尺度流量和水位序列进行分析,并采用水文变化指标法分析中线调水前后水文特征值变化。结果显示：调水后汉江中下游区典型站年径流量和年水位均较调水前呈下降趋势;各水文特征值均发生较为显著变化,各站点月平均流量和水位、年极端流量和水位总体低于调水前;调水后径流年内分配趋于均匀化。表明南水北调中线调水工程对汉江中下游流量和水位产生了显著影响。     

基于生态流量阈值的河流水文健康演变定量归因

环境变化改变了河流水文情势,影响了河流的生态系统健康,亟需开展变化环境下河流水文健康演变定量归因方法研究。选取北方半干旱地区老哈河流域为研究区,依据流域内3个水文站、17个雨量站和6个气象站1964—2016年数据,基于可变下渗容量模型还原河流的天然流量序列;采用概率密度法计算河流生态流量,基于生态流量阈值推求河流水文健康等级;基于"观测-模拟"对比分析法,定量分离气候变化和人类活动对河流水文健康情势的影响。结果表明:人类活动是甸子和太平庄子流域自1980年以来河流水文健康情势退化的主要原因,其贡献率分别为86.9%和87.9%;大面积农业灌溉用水引起地表径流下降以及水利工程改变天然水文情势,影响了河流水文健康情势;90年代降水量较为充沛,研究流域受人类活动影响程度较小,河流水文健康等级维持在较高的水平。综合生态流量阈值和"观测-模拟"对比分析方法可定量识别河流水文健康情势演变原因,为适应环境变化的河流健康管理提供科学依据。     

长江流域典型河流水沙过程变异研究

长江水量充沛,输沙量巨大,河道复杂多变.随着三峡工程等一大批水利工程的兴建,水沙条件必将发生巨大变异.本文以嘉陵江流域为典型河流,从水沙地区组成、含沙量变化、来沙系数变化、各流量级含沙量变化、水沙年内变化等方面研究了其水沙过程变异,并分析了变异原因.     

基于水文水资源状况的黄河干流甘肃段健康状况研究

开展河流健康研究是维护水域水量、水质、水生态,防止水源枯竭、水污染和水生态系统恶化的重要基础和技术前提。根据玛曲、小川、兰州、安宁渡水文站1980-2015年实测年径流资料,分析计算河流径流年际变差倾向率、流量过程变异程度和生态流量满足程度,得出黄河干流处于亚健康状态的结论,探讨黄河干流出现健康问题的原因,提出维护河流健康的管理对策。     

杜家台分蓄洪区分洪运用频率分析

针对汉江洪水特点和汉江中下游防洪工程系统现状，建立了计算杜家台分蓄洪区分洪运用频率的二元概率模型。建模中将控制河段上游洪峰流量和下游河流汇合处最高水位作为相互独立随机变量，通过河段安全泄量与河流汇合处水位的关系。导出了分洪洪水洪峰流量的分布函数。经验证该模型的计算结果较为满意。     

水沙变异条件下的河流系统调整及其研究进展

保持河流各方面整体协调是流域开发研究的重点和必然趋势,研究水沙变异条件下河流系统的调整机理,对于河流健康的保障具有重要意义.总结分析了水沙变异与河流系统的作用特性,明确了河流系统中水文、水力、地貌、生态等方面的各种调整实际上是与系统输入特性的特定变化相联系的;回顾了对河流系统及其功能的认识过程与研究现状,展望了将来的研究趋势.     

汉江中下游水资源特性分析

对汉江中下游降水、径流、蒸发等水文水资源因子进行了分析，给出了它们的年际年内及地域空间上的变化规律。通过区域水资源组成分析、分区水资源量的计算，对汉江中下游水资源特性进行了阐述。     

清江最小和适宜生态流量的计算与评价

确定河流生态流量既是保护河流生态系统的根本举措,又是开展梯级水库生态调度的重要依据。基于逐月最小生态流量法、RVA法、DC法和逐月频率法,分别计算了清江水布垭和隔河岩水库坝址的生态流量过程,并采用Tennant法对结果进行合理性分析。结果表明:RVA法优于逐月最小生态流量法和DC法,计算得到的最小生态流量在一般用水期和产卵育肥期的评价结果分别为“好”、“中”等级;逐月频率法第3种情景计算的适宜生态流量,其评价结果均为“最佳”等级。研究成果为清江流域保护和梯级水库生态调度提供技术参考。     

河流防凌安全流量分析方法初步探讨

在不能改变河道边界条件和不利气候因素的前提下,通过防凌调度运用,调控河道上游来水量是缓解河道凌灾的重要手段。河流防凌安全流量是进行防凌调度的重要依据之一。通过分析河道凌情基本特点、有无灾害年份流量过程、探索冰凌形成和运动机理、采用理论方法分析河道冰下过流能力等多种方法,对河流的防凌安全流量分析方法进行了初步探索,分析确定的河流防凌安全流量可以作为防凌调度的基本依据。     

沂沭河流域大型水库至下游控制站河道流量演算方案研究

本文对沂沭河流域大型水库至下游控制站的河道流量演算方案进行了系统研究.文中根据马斯京根分段连续流量演算法原理.依据实测库、河中高水资料,分析确定了大型水库至下游控制站之间河段的特征河长及稳定流传播时间关系,建立了由水库泄洪最大流量和中游河道站洪峰流量推求河段代表流量的计算公式.使用本方案,可快速准确地将上游大型水库的泄洪流量过程汇流演算至下游控制站,能够有效提高下游控制站的洪水作业预报精度.     

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

近年来长江中下游来沙量持续减少，河道面临长距离、长历时的冲淤调整，河道蓄泄关系发生变化，对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上，对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下，遇1954年洪水，长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明，未来随着长江中下游河道进一步冲刷，河道槽蓄容积增加，相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大，三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大，总拦蓄洪量减小，长江中下游地区总超额洪量减小，但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。     

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

近年来长江中下游来沙量持续减少,河道面临长距离、长历时的冲淤调整,河道蓄泄关系发生变化,对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上,对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下,遇1954年洪水,长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明,未来随着长江中下游河道进一步冲刷,河道槽蓄容积增加,相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大,三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大,总拦蓄洪量减小,长江中下游地区总超额洪量减小,但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。     

南水北调中线工程对汉江水华影响研究

汉江中下游近年来出现水华的根本原因是汉江下游水体污染严重,氮、磷等污染物浓度过高,春季光照充足、水温升高,汉江枯水时长江水位偏高导致汉江流速变缓。在污染负荷保持现状的前提下,建立水动力学模型和富营养化模型,并通过在诱发水华的各环境因子样本集合中抽样组合,计算南水北调中线工程调水前与调水后的水华发生概率。结果表明,调水145亿m3后汉江水华发生的概率将会增加,而引江济汉工程的兴建能有效控制水华的发生。     

利用GRACE重力卫星数据反演黑河流域地下水变化

干旱区地表水资源有限, 地下水资源被超采利用, 黑河流域是西北干旱区典型内陆河流域, 有同样的地下水资源利用问题. 然而由于监测地下水变化的测井数目有限且分布不均, 难以从流域尺度上把握地下水资源的时空变化. 利用GRACE重力测量卫星数据反演黑河流域2003-2008年间的地下水时空变化, 为合理分配利用水资源提供科学依据, 为掌握无资料区域地下水水资源及其变化趋势提供了计算方法. 为验证GRACE反演结果的可靠性, 首先将计算出的黑河中上游地下水的变化, 与该区域实测地下水变化数据进行对比分析, 结果显示二者之间相关性较好, 在一定程度上表明GRACE数据具备反演整个黑河流域水储量变化及其各个组分的能力. 此后, 利用GRACE数据反演了全黑河流域的地下水变化, 对其时空变化进行了分析和讨论. 结果表明: 黑河流域2003-2004年间地下水减少的幅度越来越少, 2005年夏季期间地下水资源量增加量最多, 自此地下水增加幅度逐渐减少, 至2008年趋于平衡. 空间上流域局部变化波动较大, 2003-2004年间黑河上游地下水资源量处于减少状态, 2005年相对于6 a地下水平均含量有轻微增加趋势, 2006年处于6 a平均值状态, 2007-2008年有稍微上升趋势; 中游在2005年有略微的上升, 之后3 a下降; 下游地下水含量在6 a中整体呈上升趋势.     

汉江上游I级河流阶的形成及对东亚季风 变化的响应

对郧县—白河段汉江Ⅰ级河流阶地上风成黄土的沉积学、理化性质、地球化学和年代学进行了系统研究。结果表明,汉江Ⅰ河流阶的形成不晚于25 ka BP;黄土具有马兰黄土(L1)→过渡黄土(Lt)→古土壤(S0)→全新世黄土(L0)→表土(TS)的地层序列,与渭河谷地的黄土地层序列完全可比;25~11.5 ka BP,冬季风强盛,气候冷干,从11.5 ka BP开始,冬季风逐渐减弱,气候开始向暖湿方向逐步转化,从8.5 ka BP开始,夏季风达到了末次冰期结束后的鼎盛时期,3.1 ka BP前后,东亚季风格局发生变化,夏季风减弱,重新进入一个相对干冷的时期,而人类活动对地表的影响形成了表土;汉江上游谷地黄土记录的末次冰期后季风逐渐加强、中全新世季风强盛、随后季风衰退和气候变干的夏季风演变模式与渭河谷地黄土的记录高度一致,与邻区石笋和泥炭记录的季风变化趋势也有良好的可比性,但与石笋/泥炭记录的夏季风强盛期的起始时间(9.3~4.2 ka BP)并不完全一致。     

中线调水前汉江中下游水量和水质本底特性及变化趋势分析

为研究南水北调中线工程调水前,汉江中下游的水量和水质本底特性及变化趋势,选择汉江中下游6个水文站及4个水质观测断面,采用数理统计、Mann-Kendall检验和Spearman秩次检验法,分别从水量和水质两个方面进行了分析。研究结果表明:(1)对比分析历史长序列流量资料,1999~2013年间汉江中下游地区处于偏枯期;(2)汉江中下游水量的年际变化较大,极值比介于2.7~3.3之间。水量年内各月分配变化也较大,汛期径流量占全年的63%~66%,非汛期仅占全年的34%~37%;(3)汉江中下游地区各水文测站的年均流量序列,总体上随时间变化的趋势均不显著,但经历了1980~1990的偏丰期及1990~2013的偏枯期;(4)汉江中下游地区的水质达标情况较好,大部分年份的水质均优于III类水质标准,且水质无显著的变化趋势。     

三峡水库蓄水后长江中游水沙时空变化的定量评估

定量评价三峡蓄水后长江中游流域水文情势的时空变化,为长江中游生态保护和区域水资源管理提供科学依据。采用变化范围法分析了长江干流5个水文站的流量、含沙量日均数据,定量评估了三峡工程蓄水后,长江中游水沙变化度最大的江段和水文指标类别,及其对应的生态影响。研究结果表明三峡蓄水后,下游河道含沙量的变化度远大于流量,除城陵矶站外,含沙量较蓄水前有了大幅度下降,宜昌站的含沙量下降幅度达到了一个数量级,洞庭湖对长江干流含沙量有明显的调蓄作用。流量的变化度随着与大坝距离的增加而减小,且在7~11月流量下降幅度明显。这些水文节律的变化将影响下游鱼类产卵栖息地以及滞洪区水生生物与周边植被的生长。     

长江、汉江沉积物磁学特征比较研究

长江和汉江现代沉积物的磁学特征分析研究结果表明：  1）长江和汉江现代沉积物中铁磁性矿物均以亚铁磁性矿物为主,它们主导了样品的磁性特征。但长江沉积物比汉江沉积物亚铁磁性矿物含量要高;  2)长江和汉江沉积物的亚铁磁性矿物晶粒都以假单畴~多畴为主。相对汉江沉积物,长江沉积物磁性颗粒总体上要比汉江的粗;   3）长江沉积物中的不完全反铁磁性矿物含量比汉江高,但不完全反铁磁性矿物对沉积物磁性参数和SIRM的贡献却比汉江的小;   4）长江上游金沙江段比长江中游（宜昌-武汉）江段沉积物中亚铁磁性矿物含量要高,且长江中游沉积物样品磁性颗粒要比长江上游的偏细,这可能与搬运距离有关;   5）长江样品的磁性参数的变化区间比汉江大,数据间的相关性也比汉江差。这可能与长江较汉江流域范围广、支流多、物源复杂有密切的关系。     

黑河中上游段河道渗漏量计算方法的试验研究

通过河道断面法对黑河中上游河段河道渗漏量进行了比测试验,结果表明:河床岩性组成、河流平面几何形态变化以及人类活动对输水方式的改变等对河道渗漏量影响显著.黑河实施全流域调水前后河道渗漏量发生显著的跳跃性变化,莺落峡至312桥区间河道渗漏量调水前为1.2543×108 m3,调水后为4.3747×108 m3,调水后较调水前河道渗漏量增加3.1203×108 m3;河道流量越小其相应损失率愈大,河道流量越大,其相应损失率愈小,由此得出各河段不同流量单位河长的损失率服从倒数函数分布.研究结果是在黑河中上游实体河道上进行上下断面流量比测试验的基础上得出的,符合该河段的实际情况,可作为黑河中游地表水、地下水转化分析、地下水流系统模拟、流域水资源重复利用、水量调度计算各种模拟模型验证河道渗漏量的基础资料.