改进RVA法在河流水文情势评价中的应用

改进RVA法在河流水文情势评价中的应用

张雪陆亚萍李洁

黄委河南水文水资源局河南郑州450000

摘要：在我国，水文形势主要是指湖泊、河流、水库等水体中各种水文要素随时间的变化。水文状况的变化主要包括:洪水的流量过程、河流径流的年际变化、水位随时间的变化、一年的流量过程等。水文状况的变化主要包括径流、输沙、降水、蒸发和水位的变化。

关键词：水利工程；RVA法；水文情势改变；效应。

通过科学地兴建水利工程，有效地控制水流，从而尽最大可能地防止洪涝等各种灾害的发生，进而也给人们的生活与生产安全带来有力的保障。水利工程当中应用RVA法，是建立在分析水文指标的基础上，通过对水利工程中河道等日流量的数据来评估水文指标的变化程度，并确定河流水文情势是否发生改变，以及其改变所带来的效应。

一、RVA方法概述

在水利工程当中，RVA法主要是采用33个水文变化指标来对人为因素所导致的水流量级、频率、出现时间、持续时间、变化速率等等的改变进行评价。一般情况下，均是根据自然或开发前水流水文变化指标的百分位水平、标准偏差的倍数等等，来确定RVA的目标评价范围。而正常水文特征值的变动范围应该处于天然可变的范围之内，也就是指应处于RVA的阈值差范围内，只有其正常水文特征值的变动不超过天然可变范围，才能够维持河流健康的生态系统。而基于RVA法估算河流生态流量的方程式如下所示：

在上式当中：Secology代表流量的生态值，S代表流量的均值，S上限代表RVA的上限阈值，

S下限代表RVA的下限阈值；可支配系统β代表河流流量系列上下限RVA阈值差与均值之比，其反映的是河流流量的可支配程度。例如，当其可支配系统β的值越大时，则表示河流流量的可调用程度越高。

二、整体改变度

1.ＲＶＡ法。提出了整体水文改变度Ｄ０，即利用各指标的水文改变度以三等级法的方式来计算河流水文情势综合改变度，具体分为以下３种情况：（１）如果各指标的改变值均小于３３％，则整体改变度为３３个Ｄｉ值的平均值，即：

式中：Ｄ０为整体改变度。（2）如果33个指标的改变度均小于67％，且至少有1个指标的改变度大于或等于33％，则水文整体改变度的计算公式为：

式中：Ｎｍ为Ｄｉ属于中度改变的个数。（3）如果33个指标的改变值中至少有１个指标的改变度大于或等于67％，则水文整体改变度的计算公式为：

式中：Ｎｈ为Ｄｉ属于高度改变的个数。该方法考虑了33个指标变化值之间的差异，但过于重视变化度较大的水文指标而忽略了大多数水文指标与生态系统之间的响应程度，因为改变度最大的指标不一定对生态系统的响应程度也最大。显然，这种以三等级法的方式来量化河流的整体改变度有失偏颇。

2.改进的ＲＶＡ法。为了更加客观地融合33个水文指标来表述河流的整体改变情况，将赋予各指标生态权重，综合考虑各指标与生态系统之间的响应程度。在此基础上，计算各控制断面水文情势的综合改变度。具体方法如下：确定各指标权重。指标权重的确定方法有主观赋权法和客观赋权法，但2种赋权方法各具其优势和局限性。为了能更客观全面地反映指标相对于河流水文情势的重要性，本研究将主观层次分析法与客观熵权法结合起来以确定各指标的综合权重。层次分析法通过两两比较及计算判断矩阵最大特征值和特征向量，以确定指标相对于最高层的排序权向量，熵权法是用信息熵来反映系统中信息的无序化程度，若信息熵越高，则所含信息的无序化程度越高，该信息所提供的价值就越小，即其在系统中所占的权重就越小，反之亦然。

三、河流水文情势改变的影响因素分析

基于我国流域水文情势的变化进行分析，其水文情势的改变除受到季节差异、年均水平的影响之外，水利工程的建设与开发、降水变化、下垫面条件变化等，都是对河流水文情势的变化有较大影响的因素。

1.水利工程建设对河流水文情势的影响。随着我国社会经济的不断发展，相关部门也加大了对水利工程的建设力度。如流域水库的建立，多是用来灌溉农田等；且基于农田排水与土地开发的需要，建立起的排灌渠工程系统。这些水利工程的建设，均会对河流水文情势的改变产生重要的影响。

2.降水对河流水文情势的影响。降水也是影响河流水文情势改变的主要原因之一，如湿地对丰水年降雨量的调节作用，从而会使得径流增加；反之，枯水年降水量的调节也会使得河流径流量相应地减少。因降水幅度不断产生变化，使得河流的径流也随之不断地产生变化，从而也会使得河流的水文情势发生改变。

3.下垫面条件变化对河流水文情势的影响。下垫面条件的变化主要是指因为河流湿地开发活动引起土地利用的变化，从而会使得部分沼泽湿地丧失。因土地利用的变化使得下垫面条件，如土壤、植物覆被等条件产生巨大的改变，也会对河流的水文情势变化带来一定的影响作用。

四、水利工程应用RVA法对河流的水文情势改变积累的效应分析

在水利工程当中，应用RVA对河流水文情势改变积累的效应进行分析时，其主要是根据水文变化测试来评价水利工程调出区河道水流的情势变化情况。将水文变化测度不属于总体高度变化的组合认为是可行的调水、下泄流量组合，并据此为标准来确定水利工程当中切实可行的调水量。

1.水利工程应用RVA法时水文的变化范围分析。在水利工程当中,RVA法是建立在分析河流水文指标的基础上。其主要是通过分析水利工程建设前后阶段其河道的日流量数据，进而来评估水文指标的变化程度，从而认定水文指标受影响的标准需要以生态受影响的资料为依据。如通过以各指标的标准差作为上下限，并以此标准差为RVA的目标。当河流水文情势因各种因素而发生改变时，其受影响的河流流量仍可控制在RVA目标范围内，则可判定其改变对于河流的整体影响不大；但如果因河流水文情势改变，且受影响的河流流量已不在RVA的可控目标范围之内时，则可判定其改变对于河流整体有着较为严重的影响。

2.水利工程应用RVA法对河流水文改变度的计算。根据水文改变指标，对某一个时段节点以前状况下的33个水文参数进行计算，并将其计算结果作为在水利工程影响前的河流水文情势。再根据以上的计算得出的水文情势变化数据，并对各个水文参数的RVA目标进行拟定。再对前时段节点后至下个时段节点前的33个水文参数进行计算，并将其计算结果作为水利工程影响后的河流水文情势。再计算出该时段节点前后河流水文情势的具体改变程度，其计算公式如下所示：

式1中：Di表示第i个水文改变指标的水文改变度,Ni表示第i个水文改变指标变异后仍落于RVA目标范围内的实际观测年数，Ne表示水文改变指标变异后预期落于RVA目标范围内的年数。式2中，水文改变程度Di作为一个具有重要意义的判断标准，当0%≤Di＜33%时，则可判断为水文情势无明显改变或只有轻微性改变；当33%≤Di＜67%时，则可判断为水文情势有中度改变；当67%≤Di＜100%时，则可判断为水文情况有严重性改变；但若Di=0时，其表示河川径流的特性没改变。

3.水利工程应用RVA法对河流水文情势的改变效果分析。在水利工程开发当中应用RVA法，基于水利工程因建设开发引起的变化对河流水文情势的改变作用，可以看到，随着水利工程建设开发的等级不断地提高，其对于河流水文情势的改变程度也具有相应的累积效应，且影响程度也会随着时间的推进由强逐渐变弱。

总之，我国河流水文形势的变化与水利工程的建设和发展、降水范围的变化、下垫面条件的变化、季节变化等因素有着不可分割的关系。发展的水利工程,通过应用RVA方法分析河流水文状况的变化范围和变化程度的严格计算河流的水文情况,也可以发现RVA方法有一定程度的累积效应对河流水文的变化情况。

参考文献：

[1]张霞.探讨改进RVA法在河流水文情势评价中的应用.2017.

[2]刘雨利，浅谈改进RVA法在河流水文情势评价中的应用.2017.