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水资源研究|水文情势改变度计算方法比较研究

汉斯出版社

2025-07-25

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导读：

长江上游水库群的建成运行，对河流水文情势产生了显著的影响。基于宜昌水文站1949~2022年日流量资料，将序列分为1949~2002年、2003~2014年、2015~2022年三个不同时期；分别采用变化范围法(RVA)、直方图匹配法(HMA)、直方图比较法(HCA)、修正变化范围法(RRVA)、综合估算法(CHAE)，计算分析宜昌站水文情势改变度，并比较分析各种方法的优点和不足。三峡水库运行后宜昌站的整体水文情势改变度为55.10%，随着金沙江梯级水库群的建成运行，2015~2022年间整体水文情势改变度上升为71.33%，即宜昌站呈现重度改变，研究结果为长江流域水旱灾害防御、水资源开发利用和生态环境保护提供科学支撑。

基本信息：

水文情势改变度计算方法比较研究

Comparative Study on Estimation Methods for Hydrological Regime Alteration

作者：

李浩威, 郭生练, 钟思睿：武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北武汉；王何予, 梁志明：中国长江电力股份有限公司，湖北宜昌

关键词:

水文情势；水文改变指标；梯级水库；比较分析；宜昌站

项目基金：

中国长江电力股份公司项目(Z242402005)

国家自然科学基金长江联合基金(U2340205)

原文链接：

https://doi.org/10.12677/jwrr.2025.143025

内容简介：

在汉斯出版社《水资源研究》期刊上，有研究基于宜昌水文站1949~2022年的流量数据，分别采用RVA、HMA、HCA、RRVA方法、CHAE法，全面评估计算宜昌水文站的水文情势改变度，以期为长江流域水旱灾害防御、水资源开发利用和生态环境保护提供科学支撑。

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一、研究方法

IHA指标经由美国大自然保护协会完善后，按照流量、频率、时间、延时以及变化率等分成5组，共33个指标，详见表1。

1. RVA法

RVA方法通过对天然流量下的指标进行处理分析找到RVA阈值来界定水文情势变化程度，并定义IHA值指标的25%和75%分位数为RVA的上下阈值范围。第i个IHA指标DRVA,i和整体水文情势改变度DRVA计算公式如下：

2. HMA法

3. HCA法

4. RRVA法

5. CHAE法

CHAE法第i个指标和整体水文情势改变度计算公式分别为：

6.数据资料

本文采用1949~2022年间的日流量序列，开展水文情势改变度的分析研究。考虑流域内水利工程的开发建设进程，分别以三峡水库2003年蓄水和金沙江下游梯级水库2014年建成为界，将流量序列划分为1949~2002年(代表天然流量序列)、2003~2014年、2015~2022年三个时期，计算分析宜昌站水文情势改变度。

二、计算结果比较分析

采用33个IHA指标和上述多种方法计算宜昌站水文情势改变度，结果见表2。从总体上看，RVA法算得的水文情势改变度要小于RRVA算得的改变度，HMA法的水文情势改变度要小于HCA算得的改变度。不同计算方法的具体结果虽有所不同，但其趋势基本一致，不同算法算得的改变度基本属于同一区间内，同时2015~2022年间相较于2003~2014年间，水文情势改变度有明显提升。

表3和图4分别给出各组及整体水文改变度，各种方法结果趋势基本一致，揭示的规律也基本相同。

结合上述分析，水文情势的改变方向与水库年内调节，削峰填谷，拦蓄洪水的功能是一致的。若以三峡水库开始蓄水为界限，2003~2014年间整体水文情势均为中度改变，CHAE法得到的改变度为55.10%。若考虑长江上游水库群的建设进程，以金沙江下游梯级水库建成运行为界限，则2015~2022年间的整体水文情势改变度明显变大，仅HMA法为中度改变，其他方法中均属于重度改变，CHAE法的改变度为71.33%。

三、讨论与总结

1) 单一的水文情势改变度的评价方法存在局限性，部分计算结果不够合理，综合多种方法有助于全面对水文情势改变度进行评估。

2) 宜昌站水文情势受长江上游水库群建设进度影响。采用三峡水库蓄水前1949~2002年水文资料为天然流量序列。依据CHAE法计算结果，三峡水库蓄水后(2003~2014年)水文情势呈中度改变(55.10%)；金沙江下游梯级水库建成运行后(2015~2022年)，宜昌站水文情势发生了重度改变(71.33%)。

3) 各组水文情势改变度，充分反映了水库削峰填谷、蓄洪补枯的作用，即汛期流量减少，枯水期流量增多。低流量脉冲历时显著减低，极端流量出现时间减少，流量变化率放缓，流量逆转次数明显增加。