水库水体二氧化碳分压研究进展

天然水体中存在同化二氧化碳(CO2)的光合作用,也存在释放CO2的微生物呼吸过程。地球表层水体与大气之间的CO2交换构成全球碳循环的一个重要环节。水-气之间CO2交换的方向和通量主要受大气圈和水体表层CO2分压(pCO2)的制约。水体pCO2值可以通过对近水面气体成分变化过程的现场仪器检测或者根据测定的水体化学参数运用经验公式计算求得。迄今对陆地水体,尤其河流筑坝形成的"蓄水河流"(下称水库)水体CO2动态研究中,由于水域及其近表层大气成分的时空多变,一般采用水化学参数计算方法求得水体的pCO2值。全球约70.97%的水库表层水体pCO2高于大气pCO2。全球尺度上水库表层水体pCO2自热带向寒温带逐渐递减;单个水库水体的pCO2一般呈现"出库>入库>库中"、pCO2随深度而增加的变化规律。水库表层水体pCO2的时间变化一般表现为"冬季>夏季、消融期>冰冻期、黑夜>白天"。水库水体的pCO2是其水化学平衡的结果,受水温、水体pH、水生生物活动以及外来水体的混合等多种因素影响,变化较为复杂。为精确量化水库水-气界面CO2交换通量,水文学、湖沼学、生态学和地球化学等领域的学者有必要合作,共同努力进行水库流域尺度的实地观测,完善水体溶解无机碳计算模型,深入探讨水库水体碳动力学机制,为全球碳循环研究和气候变化预测提供可靠的基础数据。     

雅砻江下游梯级水库生态友好型优化调度

根据雅砻江下游梯级水库水电站的布置和河道生态环境要求,分别设置了两个流量控制断面:锦屏二级电站引水闸址下减水河段、二滩电站坝址下游河段.针对这两个控制断面河道流量的要求,提出了25组生态流量控泄方案,建立了以梯级水电站群发电量最大为目标的长期优化调度模型,并采用动态规划法进行求解,获得各个方案下梯级水电站群多年平均发电量及水库调度出流过程.比较分析了减水河段生态流量及二滩水库泄流控制方案对发电量的影响,定义并计算了生态需水电能损失指标.对梯级水库调度出流过程进行了初步评价.结果表明:二滩水库出流维持天然径流模式,将限制水库调节能力和减少梯级电站发电效益.     

龙羊峡、刘家峡水库运用对黄河上游水沙关系的调控机制

依据龙羊峡、刘家峡水库进出库水沙定位观测资料,根据河流动力学原理,分析了水库运用对径流泥沙过程的调节作用及其影响,揭示了水库对其下游河道水沙关系的调控机制。结果表明:①大型水库运用对进、出库径流泥沙的调节作用与水库的运用方式有关,多年调节的龙羊峡水库对径流为线性调控,对泥沙为非线性调控,而不完全年调节的刘家峡水库对径流、泥沙均为线性调控;②水库运用对其下游河道水沙关系具有很强的干扰作用,主要是打破了天然条件下河道通过长期自动调整所形成的输沙规律,改变了挟沙水流的本构关系;③大型水库运用对水沙关系动力学机制的影响主要归因于重新调整了挟沙水流的平衡条件,使洪水传播过程中切应力降低,临界弗劳德数增大,改变了相对平衡输沙状态,挟沙水流则需通过淤积增大比降,满足临界弗劳德数状态下的水流切应力要求,重新实现挟沙水流的平稳状态,从而致使水沙关系发生相应变化。     

变化环境对NamLik1-2水库下游生态水文情势的影响研究

为探究重要国际河流湄公河支流NamLik河在NamLik1-2水库建设后下游的生态水文情势变化,基于水库下游Hinheup水文站1980—2018年日平均流量数据、流域ERA5再分析气象数据以及NamLik流域地理信息数据,采用IHA＿RVA法定量分析水库运行后河流水文情势改变;基于SWAT模型分析了气候变化和水库调度对水库下游径流年内分配变化的贡献率。结果表明：（1）NamLik1-2水库建库后下游水文情势发生较大改变,整体水文改变度达79%,属于高度改变;下游河道流量年内分配变化显著,月均流量指标的水文改变度达到70.4%。（2）基于SWAT模型对无水库情景的天然径流还原结果,计算得到水库对径流汛期减少和枯季增加的贡献率分别为142%和71%,而气候变化的相应贡献率分别为-42%和29%,水库运行是引起下游径流年内分配变化的主要原因。     

雅鲁藏布江大拐弯地区河流水位日变化时空分异特征

径流(或水位)日变化是反映河流水文情势的重要方面,解析径流(水位)日变化特征有助于明晰河流水文动态过程和规律,揭示径流来源和产汇流机制。以藏东南雅鲁藏布江大拐弯地区的易贡藏布、帕隆藏布、曲宗藏布、拉月曲、金珠曲和白马西路河为对象,基于典型河段2022—2023年小时分辨率实测水位数据,采用数理统计和表征参数分析河流水位日变化时空分异特征,并结合降雨、冰川/积雪数据探究河流水位日变化影响因素。结果表明：研究区河流水位日变幅在汛期多高于非汛期,日水位数据分布在汛期多呈正偏(均值大于中值),汛后多呈负偏(均值小于中值);除白马西路河外,各河段水位日涨落过程在非汛期相对于汛期有所延迟,且汛后延迟趋势更明显;汛期各河段日水位上涨历时均小于回落历时,非汛期则多相反(拉月曲和金珠曲除外);白马西路河水位日变化主要受降雨过程扰动,而其他河流水位日变化主要受冰雪消融过程影响。     

跨流域联合供水水库补偿特性研究

跨流域水库补偿特性主要包括水文补偿特性与库容补偿特性两个方面,以大连市两座重要的供水水源碧流河水库、英那河水库为例,运用Copula函数分析了碧流河水库、英那河水库天然入库径流年系列、汛期系列、非汛期系列的丰枯遭遇概率,采用统计学方法分析了两座水库连续枯水系列年的遭遇情况。并建立了考虑外调水源的碧流河、英那河水库联合优化供水调度模型,模拟得出了规划水平年水库供水量与下泄水量,利用两座水库长系列调节历年下泄水量之间的对应关系对水库库容补偿特性进行了分析。研究成果可以为大连市境内水系连通规划提供一定的依据,水库补偿特性研究方法也可为其它类似工程规划提供借鉴。     

基于物理栖息地模拟的河道内生态流量研究

结合物理栖息地模拟模型的水力学与栖息地模型,以黄河干流兰州-石嘴山河段为研究样区及该河段的关键鱼种黄河鲤鱼为对象物种,以流速及水深二水力学因子进行研究,推求该研究样区兰州、安宁渡、下河沿、青铜峡和石嘴山五断面对象物种的流量与权重可使用面积的关系。通过对上述各断面1975-1985年汛前共11年生态、水文及断面资料的分析计算,归纳出研究断面汛前适合的生态流量分别为195、220、220、220、175 m3/s,计算结果在Tennant法界定的生态流量范围之内。     

水库径流调节对水文干旱的影响分析

对水文干旱研究做了简要综述,在此基础上,分别探讨了不考虑径流调节和考虑径流调节情况下的水文干旱分析方法.利用人工生成径流系列,以实际需水量作为截断水平产生干旱事件,得到了天然水文干旱的统计特征,主要包括不同频率(重现期)的水文干旱烈度、历时和强度;考虑水库系统对径流的调节作用,在水库采用SOP运行规则下,分析了径流调节下的供水系统水文干旱和判断依据,得出了考虑径流调节下的水文干旱统计特征.对两种情况下水文干旱统计特征进行对比分析,定量刻画了水库径流调节对水文干旱的影响.     

对"黄河下游窄河段挖河固堤启动工程减淤效果研究"[1]一文的讨论

1 减淤效益计算的可靠性,关键是准确推算同时段不挖河情况的淤积量 该文提出"根据利津-清6河段多年冲淤量与利津相应来水量的关系推得,对于汛期,在不挖河条件下,相应于1998年来水量93.27×104 m3的河道淤积量约为600×104 m3",图1即为该文所列参考文献[3]中给出的关系,图中虚线A为笔者根据此图各点据群绘出的冲淤量与利津水量的平均关系,据A线,1998年汛期此河段冲淤量平均为零左右,与600万m3相去甚远.由图1可见,当利津汛期水量小于180亿m3情况下,实际上此段冲淤量与汛期水量关系很散乱,同一水量时最大及最小的冲淤量可能相差2 000万～4 000万m3,如此大的误差表明,对于非丰水年份,该图很难作为不挖河条件下此河段冲淤量推算的依据.     

基于挟沙力的三峡水库泥沙淤积形态分析

三峡水库蓄水运用后,泥沙淤积主要分布在常年库区的宽谷和弯道,峡谷则无累积性淤积。基于实测资料计算了三峡成库前（2001年）和成库后（2003-2011年）的挟沙力,结果表明挟沙力随着不同运行阶段坝前水位的抬高而逐步降低,宽谷河段降低幅度较大,峡谷河段降低幅度较小,泥沙淤积比率逐步增大。宽谷河段挟沙力普遍降至含沙量以下而发生淤积,峡谷河段挟沙力仍大于含沙量而无累积性淤积。流量越大,宽谷河段的挟沙力越小于含沙量,而峡谷河段的挟沙力越大于含沙量,表明宽谷河段淤积主要发生在汛期,而峡谷河段汛期以冲刷为主。由于细颗粒泥沙絮凝沉降以及黏性淤积物难以冲刷,恢复饱和系数淤积取1、冲刷取0.01得到的沿程淤积量计算值与实测值吻合较好。弯道河段计算的淤积量与实测值差异较大,表明弯道河段二维特征明显,利用一维的挟沙力计算淤积量不能适用。     

三峡库区提升库水位下降速率条件下沟边上滑坡稳定性评价

三峡库区对非汛期库水位下降速率（0.6 m/d）的严格控制,预防了近千处涉水库岸滑坡大规模下滑入江,但控制消落期库水位下降速率在某种程度上却限制了防洪和蓄水发电效益的发挥,本文主要通过研究在非汛期时候,增加库水位下落速率是否具有可行性,使用Geo-studio中的SEEP/W、SLOPE两个模块对沟边上滑坡进行渗流分析和稳定性分析评价,以计算结果来确定库水位消落期的水位下降速率,对库区调控水位下降速率的调整有重大现实意义和科学价值。     

黄河下游输沙水量研究综述

对输沙水量的计算方法,黄河下游汛期、非汛期输沙水量的研究现状,水库对输沙水量的影响,输沙用水总量的研究现状等方面分别作了回顾。分析指出,输沙水量与来水含沙量、来水流量、河道冲淤、河床前期条件等有关。黄河下游各时期输沙水量不同,汛期最小,其余依次为非汛期、冬三月、凌汛期。水库调水调沙的同时也改变着黄河下游的输沙水量。利用水库群调水调沙,使小浪底水库以造床流量、高含沙水流输沙,是目前推荐的黄河下游节水减淤高效输沙入海的主要方式。提出了一些有待进一步研究的问题。     

缺水流域用水竞争与协作关系——以黄河流域为例

缓解水资源供需矛盾是缺水流域水资源管理的重点与难点,量化不同用水部门间的竞争与协作关系,可为缺水流域水资源供需关系提供评估方法和优化思路。分析了水资源的排他性和非排他性特征,定义了不同用水部门之间的竞争与协作关系,建立了用水竞争度和协作度量化方法,并提出减小竞争度、增大协作度的需水过程优化目标。以黄河流域为例评估用水竞争与协作关系,结果显示:2017年兰州以下各河段存在较强的用水竞争关系,汛期河道内缺水导致协作度较小;预测2030年兰州-河口镇和花园口以下用水竞争度较大,跨流域调水工程可有效降低各河段用水竞争度;流域水资源管理需进一步考虑汛期高流量的生态作用和非汛期输沙需水过程,进一步挖掘用水协作潜力;将部分汛期输沙水量调整至非汛期可以减小竞争度、增大协作度。     

缺水流域用水竞争与协作关系——以黄河流域为例

缓解水资源供需矛盾是缺水流域水资源管理的重点与难点,量化不同用水部门间的竞争与协作关系,可为缺水流域水资源供需关系提供评估方法和优化思路。分析了水资源的排他性和非排他性特征,定义了不同用水部门之间的竞争与协作关系,建立了用水竞争度和协作度量化方法,并提出减小竞争度、增大协作度的需水过程优化目标。以黄河流域为例评估用水竞争与协作关系,结果显示：2017年兰州以下各河段存在较强的用水竞争关系,汛期河道内缺水导致协作度较小;预测2030年兰州-河口镇和花园口以下用水竞争度较大,跨流域调水工程可有效降低各河段用水竞争度;流域水资源管理需进一步考虑汛期高流量的生态作用和非汛期输沙需水过程,进一步挖掘用水协作潜力;将部分汛期输沙水量调整至非汛期可以减小竞争度、增大协作度。     

江淮丘陵区典型农业小流域磷素输出时程变化特征

以安徽省滁州市花山流域为例,开展水量与地表径流磷素浓度同步监测,研究了江淮丘陵区典型农业小流域总磷浓度和输出负荷的时程变化特征和不同连续天数最大输出负荷占全年负荷的比例特征。研究结果表明:花山流域总磷浓度年内变化对于降雨径流过程存在响应关系,年内总磷浓度汛期普遍高于非汛期;流域总磷输出负荷在年中呈现脉冲式输出特点,且输出主要集中在夏季汛期的雨洪时段,在不到全年10%的时段内,花山流域的总磷输出负荷占到全年输出负荷的50%以上。     

黄河上游径流丰枯变化特征及其环流背景

为了揭示影响黄河上游径流丰枯变化的气候因子,为径流的长期、超长期预报与水资源的规划利用提供依据,利用相关台站的降水、径流观测资料,分析了黄河上游汛期径流的丰枯变化特征及其环流背景.结果表明:黄河上游(唐乃亥以上)流域丰、枯水段基本上是交替出现的,总体上枯水持续时间多于丰水,一个完整的丰枯循环周期大约在18 a左右.黄河上游径流的丰、枯,与大气环流的异常有着非常密切的关系,其中,西太平洋副热带高压偏西、偏强、偏北,青藏高原中部地区有西风槽存在是黄河上游汛期降水偏多、径流偏丰的两个重要因素.因此,基于汛期流量的丰枯与其所对应的环流背景之间的联系,可根据前期环流的演变特征对黄河上游汛期流量的丰枯做出大致预测.     

Calculation of Environment Flow and Analysis of Spatial Environment flow Satisfaction Rate: A Case Study of Ji'nan City

With the socio-economic development, water demand has increased, resulting in river environment flow often not being met. As an important indicator of river ecosystem, environment flow plays a key role in maintaining the sustainability of the ecosystem. This study fully considered the biological needs of river ecosystems, used food web models (Ecopath) to identify key species of fish, determined the ecological flow velocity, combined the river sections, and used the Adapted Ecological Hydraulic Radius Method (AEHRA) to calculate the environment flow. Based on the calculation results of the environment flow, the River2D model was used to simulate the river flow, and the environment flow satisfaction rate of the river was calculated. The calculation results show that the environment flow of each river in the flood season can be satisfied, and the environment flow of most rivers in the non-flood season cannot be satisfied, and the satisfaction rate is extremely low, which causes the ecosystem health to be destroyed. Therefore, ecological regulation of rivers during non-flood seasons should be strengthened to meet river environment flow. The new method for calculating the environment flow of the river provided in this paper can provide a method for aquatic ecological restoration, and the research results can provide important scientific basis for the aquatic ecological restoration and management of rivers in Jinan.     

丰满水库水温的原型观测及分析

为探究寒区冰封水库热状况的时空演变规律,于2010年6月~2011年8月对丰满水库的水温和冰情进行了原型观测。基于现场观测资料,阐述了丰满库区不同季节热结构的变化规律,重点分析了汛期洪水过程对分层结构的影响,并发现解冻初期水库表层浮力流动现象。同时,典型水温分层期1月和6月的坝前75~800m范围4条水温观测垂线基本一致,且同期电站下泄水温与坝前取水口对应高程平均水温差异较小,说明该水域范围内无三维水温效应。由于深层取水影响,丰满电站下泄水温过程较为稳定,但与坝址天然水温相比,5~7月、10~12月分别表现出月平均高达10.8℃、7.9℃的春夏低温水和秋冬高温水现象。此外,冰情监测结果表明,丰满水库冬季基本全库封冻,坝前最大冰厚约0.7m,且库区冰厚沿程出现不均匀分布的规律。     

长江中下游河湖水量交换过程

长江中下游的河湖水交换关系典型且复杂,为描述河湖水量相互交换过程,提出了河湖水量交换系数的概念,即某一时段内由支流汇入湖泊的径流量与湖泊泄入干流径流量的比值,表示河湖水量交换的激烈程度。根据水量平衡原理推导出河湖水量交换系数计算的经验公式,并把河湖水量交换过程分为3种状态:“湖分洪”、“稳定”和“湖补河”。近60多年来河湖水交换系数年际变化趋势表明:洞庭湖与长江干流的水交换状态从“湖分洪”到“稳定”,再到“湖补河”状态发展;鄱阳湖与长江干流的水交换系数在稳定状态附近波动,河湖水交换状态无明显趋势性变化,河湖系统演化稳定。河湖水交换系数与长江干流径流量相关性良好,而与湖泊支流径流量相关性较差,表明长江干流径流量的大小是河湖水量交换过程的主控因素。     

三峡水库汛期控制水位及运用条件

随着长江上游梯级水库的陆续建成投运，三峡水库的水文情势和功能需求与设计条件相比发生了显著变化，仍维持固定的汛限水位运行已不能适应新形势需求。本文通过辨析三峡水库设计阶段汛限水位的设置条件，挖掘流域洪水特性和洪水遭遇规律，论证三峡水库汛期运行水位动态控制的可行性。结果表明：① 三峡水库设计推求的汛限水位145 m的适用条件是应对流域性大洪水，而流域性洪水发生概率小且特征明显，可以通过水文水情分析提前预判。② 根据流域洪水类型、洪水分期和遭遇规律，预判发生区域性大洪水时，三峡水库6月初至梅雨期结束汛限水位按145 m设置，从梅雨期结束后逐渐提高水位，8月20日后过渡到155 m。③ 在考虑上游水库群联合调度和气象水文预报的配合下，正常年份三峡水库汛期运行水位可在155 m上下浮动，并考虑提前蓄水。④ 三峡水库汛期运行水位动态控制，不会增加防洪风险和库区淤积风险，对中下游江湖关系和水文情势有利，可显著提高发电、航运、生态保护和供水等综合利用效益。