【摘 要】
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随着全球气候的不断变化以及水库的大量建设,河流的形态以及流域的水文一致性都遭到了破坏,水库的生态问题日益凸显,如何平衡水库防洪,供水、发电和生态保护之间的矛盾,是亟需解决的问题。本文在水文序列变异的背景下,针对澄碧河水库现状,利用水文变异诊断系统对澄碧河流域径流序列进行不同阶段划分,探讨了径流变化条件下河道生态流量所受到的影响,建立澄碧河水库生态调度模型,制定了不同条件生态流量约束下的优化调度方案
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随着全球气候的不断变化以及水库的大量建设,河流的形态以及流域的水文一致性都遭到了破坏,水库的生态问题日益凸显,如何平衡水库防洪,供水、发电和生态保护之间的矛盾,是亟需解决的问题。本文在水文序列变异的背景下,针对澄碧河水库现状,利用水文变异诊断系统对澄碧河流域径流序列进行不同阶段划分,探讨了径流变化条件下河道生态流量所受到的影响,建立澄碧河水库生态调度模型,制定了不同条件生态流量约束下的优化调度方案并进行对比分析,可为澄碧河水库生态调度提供参考依据。论文研究内容及成果如下:(1)采用过程线法和Hurst系数法对径流时间序列进行变异点初步诊断,诊断结果表明1963-2017年水文序列存在变异可能;用M-K检验法、滑动T检验法和有序聚类法进变异点的详细诊断,诊断结果表明可能变异年份为1970年、1977年、1979年、1993年和1997年;综合诊断分析确定最终变异年份为1970年和1997年。此外,将水文序列划分为弱干扰状态、强干扰状态和现状三种状态并加入不考虑变异状态作为对照组。(2)利用水文法(HDM)对划分的四种水文序列状态进行不同类别生态流量的计算。对于最小生态流量,使用逐月最小生态流量法和NGPRP法进行计算对比分析,结果表明NGPRP法更优,对于适宜生态流量,使用改进年内展布法和改进月频率法进行计算对比分析,结果表明改进月频率法更优。最小生态流量变化趋势不明显,整体值较小,不宜作为河流长期生态指标;适宜生态流量径流过程与同期多年径流均值过程基本一致且数值相近,能较好的反映流域维持生态平衡水量需求,可作为河流主要生态指标;最大生态流量反映河道流量的最大值,变化较为剧烈,对河道生态系统评价参考意义较小,将其作为上限值。(3)利用Tennant法对生态流量计算结果进行评价,结果表明在枯水期(10月-次年3月)和丰水期(4月-9月),以弱干扰状态下最小生态流量占多年平均流量百分数为基准,强干扰状态与之相比分别减少20.27%、37.3%,现状与之相比分别减少19.69%、33.7%;以弱干扰状态下适宜生态流量占多年平均流量百分数为基准,强干扰状态与之相比分别减少9.97%、18.8%,现状与之相比分别减少25.88%、21.47%。弱干扰状态下的生态补给量较高,对于河流生态系统稳定更为有利,而不考虑变异状态下生态流量保证率较低,不适合作为河流生态基准流量。(4)将生态流量作为约束,以最大发电量为目标,建立澄碧河水库生态调度模型,利用优化的遗传算法求解得到不同生态约束下的调度方案。结果表明:现行调度规则在生态保证率以及水量有效利用方面存在提升潜力,最小生态流量约束条件下的弃水量较弱干扰状态、强干扰状态、现状和不考虑变异状态下的调度弃水量分别增加2.73亿m~3、1.03亿m~3、2.25亿m~3和1.78亿m~3,适宜生态流量约束条件下的弃水量分别增加5.46亿m~3、6.33亿m~3、5.86亿m~3和5.73亿m~3。因此,对于澄碧河水库调度方案的选择建议如下:若来水量充足,选择满足弱干扰状态生态径流约束调度方案,若来水量较少,则选择满足现状生态径流约束调度方案。
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