数字孪生催动水利新质生产力与数字水利经济发展研究

新质生产力是当前社会发展和经济变革的新动能,也是推动水利行业发展形态变革的新机会。由于水的基础性、流动性和利害双重性,水利行业非结构化特征明显,导致物联网等技术体系赋能水利行业管理迟缓,迫切需要发展水利新质生产力。基于对生产力一般规律和新质生产力形成要素的认识,总结提炼了水利新质生产力的特征与表象、核心与内涵,从理论上分析了数字孪生促进水利新质生产力形成的途径,实证阐述了数字孪生带动数字水利经济发展的案例,综合提出了进一步应用数字孪生技术促进水利新质生产力发展的路径,为水利新质生产力发展和水利行业管理模式高质量跃升提供参考。

盐环定扬黄灌区五泵站运行优化研究

梯级泵站担负着农业和生活供水的重要任务,运行中消耗巨大能量,因此,提高泵站效率,降低能耗,对国民经济具有重大意义。为合理选择泵站机组在不同工况下的组合方式,实现单级泵站的运行优化,通过分析水泵运行特性以及管路损失特性,建立泵站能耗优化数学模型。采用动态规划法,以泵站运行总能耗最低作为目标函数,确定约束条件和递推方程,编写MATLAB动态规划程序对模型求解,能够计算出最优的开机组合。以陕甘宁盐环定扬黄灌区五泵站为研究对象,计算结果表明:采用动态规划法,利用计算机语言,可以快速并准确地在满足约束条件下所有的水泵开机组合型式中寻找出最优的开机组合,实现泵站的能耗减少,提高泵站的运行效率。建立的数学模型具有较强的实用性和通用性,可以为泵站的运行提供最优决策,对提高泵站的经济效益具有一定指导意义和应用价值。

干旱内陆河区绿洲稳定性分析

本文分析了人工绿洲发展的特点及我国干旱内陆河区绿洲稳定性要素 ,按各要素对绿洲稳定性贡献 ,划分出绿洲绿色生态系统和绿洲灰色生态系统 ,并指出农田更具有灰色生态系统的成分 .通过对比分析绿洲景观及与其相应的水热平衡关系 ,提出评价现代经济意义下绿洲稳定性及其开发利用方向的绿洲绿色指数和计算方法 .通过绿洲绿色指数 ,可以快速诊断绿洲宏观水资源开发利用问题 ,设计绿洲适宜的发展规模 .

基于水联网及智慧水利提高水资源效能

针对水资源供需系统的"动态性、关联性、预期性、不确定性",以信息技术当前快速发展和应用的物联网理论与技术为基础,提出了水联网及智慧水利概念:其总体架构是集物理水网、虚拟水网和市场水网一体的现代化水资源系统;其核心特征是实时感知、水信互联、过程跟踪、智能处理;其关键技术是基于云技术的监测、计算和服务,基于多水源高效能的智慧调度,基于多通道优拓扑的精准投递;其核心目标准确预报、精准配送和高效管理,全面提高水资源效能,促进我国水资源高效利用水平的跨越式提升。

基于分布式水文模型的水资源评价新方法

为解决变化环境条件下水资源评价中的"还原失真"和"还原失效"问题,本文提出基于物理参数的分布式水文模型用于变化环境下水资源评价方法的原理和假定,以及基于此原理利用上游测站流量进行模型参数率定和中游测站进行验证(简称UCMV,Up-reach for Calibration and Mid-reach for Validation)的水资源评价新方法。以永定河山区流域为实例,进行了不同时期下垫面的水资源评价。结果表明,流域1990年和2000年下垫面条件下多年平均地表水资源量分别为10.799和9.892亿m3,后者相对于前者产流能力降低了8.0%,清楚地表现出下垫面变化对流域产流能力的影响,也进一步证实了"还原失效"现象的存在以及基于物理分布式水文模型进行变化环境下的水资源评价的有效性。

洪水资源利用风险适度性分析

洪水资源利用有助于缓解北方地区的水资源紧缺形势,风险适度性作为洪水资源利用三大适度性之一,用于指导洪水资源的合理开发与安全利用。在水库汛限水位调整中,提出采用不同频率设计洪水进行不同汛限水位条件下的洪水调节计算,并结合水库的经济与生态供水目标进行长系列用水调度模拟和供水效益分析,综合确定风险适度性的方法。对密云水库的计算分析表明,主汛期汛限水位从原设计的147.00 m安全抬高至目前的152.00m是可靠的,其风险阈值上限为153.20 m;后汛期汛限水位可从目前的154.00 m安全抬高至155.40 m。两种情况下水库供水保证率可以分别提高0.30%和0.01%,且大坝和下游防护区的防洪风险率分别为0.01%和1%,与原设计一致,满足洪水资源安全利用的风险适度性要求。

历史维度下河西走廊水资源利用管理探讨

社会建设和生态文明建设中,历史维度是不可或缺的一环,流域管理亦然。通过对河西走廊近代水资源开发利用历史的回顾,分析了甘肃省河西走廊地区石羊河、疏勒河及讨赖河流域的水资源开发利用、社会经济发展和流域管理的演变,重点探讨了河西走廊地区历史上形成的"以时分水"的时间水权制度的运行情况、人类活动影响下流域水循环特征变化导致时间水权制度失效的机理,以及讨赖河流域传统分水模式与现代水利制度衔接的现实需求与可能方式。研究认为,在历史维度下进行流域管理问题研究,对于深入认识河西走廊水环境演化规律、深刻理解水资源开发利用管理问题的现实内涵、科学制定传统水资源管理与现实发展要求衔接的可行方案具有重要意义。

河西走廊流域治理的科学问题及其思考

针对河西走廊三流域治理,从水资源承载能力、社会经济发展模式、水资源利用秩序等方面,剖析各流域产生生态问题的科学必然性,以及流域治理手段的针对性。从黑河、石羊河流域治理的效果及流域演化基本规律出发,提出河西走廊三流域后治理时代可持续发展在气候变化、经济转型和粮食安全等方面的科学思考。

大同市水资源承载能力分析

摘要 根据水资源承载能力内涵，提出水资源承载能力定义，构造了水资源承载能力双指针计算模型，提出了超载度及宽松度概念。对山西省大同市的水资源现状承载状态分析表明，大同市已处于轻度超载状态，超载度为1.08～1.15；在未来水平年，若大同市在本地（永定河流域区）水资源基础上仍采用常规发展模式，水资源超载程度将加剧。最后讨论了提高大同市水资源承载能力的途径。

基于线性二次型的多级联输水渠道最优控制

灌溉输配水是水联网链路的重要环节,其自动控制水平直接影响着水联网效率和风险控制能力,对实现水资源高效管理与利用有重要意义。通过变化输水渠道线性积分时滞控制模型,建立了多级联渠道离散时间状态空间方程,基于线性二次型理论设计最优状态反馈控制器,利用MATLAB求解和SOBEK模拟进行了验证。在甘肃省昌马南灌区多级联渠道运行过程优化控制的模拟结果显示,线性二次型算法能够使控制点水位较快恢复并稳定在设定值,控制过程动作与水位波动次数少、幅度小,效果远优于常规分布式PI反馈控制。线性二次型算法能够应对多级联渠道时滞、耦合特性和一般未知取水扰动,实现可靠供水服务和有效运行控制。目前算法仅采用反馈控制,尚无法应对过大未知取水扰动,还有进一步改进空间。

荒漠化预警模型及其应用研究

分析了土地生产潜力的影响因子及其计算方法 ,从机理上分析各因子给未来荒漠化的发展趋势可能造成的影响 ,并从土地生产潜力退化基本原理出发 ,建立了荒漠化预警模型。以疏勒河流域为背景 ,在GIS平台支持下 ,应用预警模型分析了该流域昌马灌区农业综合开发后的荒漠化趋势 ,对灌区荒漠化的发展趋势和潜在危险性进行了分析判断。

黄河“八七”分水方案过程点滴及现实意义

1987年国务院颁布的《黄河可供水量分配方案》(“八七”分水方案)是国内第一个全流域水量分配方案,不仅奠定了几十年黄河水资源调度的基础,也对我国正在进行的流域水量分配有很强的指导意义,堪称我国水权分配的历史丰碑。回顾了黄河水量分配的动因和过程,分析了分水方案的内涵与意义,总结了分水决策的经验与体会,认为细致深入规划是支撑分水方案民主协商的科学基础,民主集中是分水方案形成过程博弈和协调的原则,生态水量是保障分配方案可持续性的关键内容。黄河“八七”分水方案实施至今已有30余a,分水的限定条件已发生变化,“八七”分水方案必将面临新的挑战。

数字化流域及其在现代水资源规划中的应用

由数字地球概念出发,在数字流域的基础上进一步提出了数字化流域的概念.并且以数字化流域为核心,结合规划预案生成技术和规划方案决策支持技术,构建了基于数字化流域的水资源规划数字化平台框架.水资源规划平台吸收了决策支持系统的思想方法,借助数字流域的技术而实现,在水资源规划的预案生成、情景分析和决策支持3个层次上提供支持.

南水北调工程重大意义及技术关键 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

南水北调通过东、中、西三条调水线路,将长江、淮河、黄河及海河有机联系起来,形成中国水资源南北调配、东西互济的格局。通过南水北调.南方水资源对北方的可持续供给,并可经黄河调配,将在较大程度上突破制约我国北方国土资源利用、经济社会发展及生态环境保护的瓶颈,整体提升我国北方水土资源承载能力,对支撑我国经济社会经济可持续发展具有基础意义。

气候变化对石羊河流域重点治理规划的影响

根据IPCC全球气候变化情景,分析了石羊河流域未来可能气候变化趋势及其对流域河川径流量的影响。利用宏观经济水资源模型,研究了不同径流变化情景对石羊河流域治理规划效果的影响。结果表明:若石羊河流域未来径流量减少15%,对流域现状发展模式和治理模式经济影响将分别为29.8%和7.2%。石羊河综合治理可提高流域应对气候变化风险的能力,减小气候变化对流域社会经济的影响。

干旱区凝结水评估及对水量平衡方程影响

凝结水是大气中水汽通过凝结作用向地表输送的水分,在水量平衡计算中常被忽略。本文利用西北干旱区黑河水文气象观测网9个站点2016年涡度相关观测数据,计算评估了相应站点范围的凝结水发生情况、凝结水量量级以及相应的能量闭合度情况。结果表明,黑河流域凝结水现象普遍发生,各站点产生凝结水的天数占全年天数75%以上;各站点年凝结水量最大25.13 mm、最小6.56 mm、平均15.47 mm;各站点总凝结水量与总蒸散发量相比,最大28.82%、最小0.77%、平均6.61%;与总降水量相比,最大63.25%、最小3.02%、平均18.54%;各站点能量闭合度平均为0.69,本文估算的凝结水量或低于实际凝结水量。可以认为,凝结水在干旱区水量平衡中不容忽视。基于此,本文提出在干旱区水量平衡方程中,宜显式表达凝结水过程和凝结水项。引入凝结水的水量平衡分析表明,新水量平衡方程在纳入凝结水这一局地水循环因子后,水量平衡方程闭合度明显提高。

霍林河流域水权制度建设特点及思考

霍林河流域初始水权分配试点的主要工作内容,是霍林河流域水量分配方案的编制,即以现状用水为基础,考虑发展需求,按照分水原则制定出一套省(自治区)际水量分配成果。在下游生态用水和上游工业用水的权衡中,将湿地作为用水户进行水量分配,分配相对充足的水量以保证湿地生态。在工业用水和农业用水分配方案中,优先考虑农业用水。本次水量分配方案考虑了弱势方的基本权利保障,为后续的水权制度建设奠定了基础。

浅议都江堰的工程伦理和文化贡献

中华民族有着数千年的治水历史,历代治水用水管水的实践留下了优秀的物质财富、制度财富和精神财富。通过探讨以都江堰为代表的优秀水利工程对中国水文化的贡献,挖掘这一世界文化遗产的多方面价值,为解决水资源供需矛盾突出、水危机等问题寻找中国智慧与中国方案。新时期生态水利建设要以先进的水文化为引导,借鉴都江堰保护与发展中蕴含的工程伦理和先进文化,建设人水和谐社会,建设现代生态水利。

水权分配——开启石羊河重点治理的第一把钥匙

用水秩序，是石羊河流域经济社会稳定的基础 石羊河由发源于南部祁连山的八条互相独立的山水河流组成。河水出山后经武威、永昌南盆地后合成两支，东支为石羊河（古石羊大河），西支为金川河（古大西河），最后汇入北盆地——民勤盆地．形成历史时期广大的终端湖。

现代水资源规划若干问题及解决途径与技术方法(一)——还原“失真”与“失效”

针对人类活动剧烈条件下的水资源分析问题,探讨了传统水文还原方法存在的“还原失真”与“还原失效”的现象及其成因,并通过对人类活动水文效应的物理机理分析,提出了利用分布式水文模型进行水资源分析的一致性修正方法。