加强水库安全管理的对策建议

为对标高质量发展新要求,顺应新质生产力发展方向,确保水库大坝安全稳定运行,对我国水库大坝的主要特点进行了梳理概括,通过分析我国水库安全管理面临的新形势新任务,提出要综合运用法律、技术、经济等手段,坚持治水思路、问题导向、底线思维、预防为主、系统观念、创新发展。结合当前水库安全管理存在的主要问题,提出相关对策建议,包括坚持“安全第一”方针、完善法规制度标准、构建运行管理矩阵、压实管理责任、加强库容管理、加强安全监测、加强应急管理、加强队伍能力建设等,为下一步加强水库安全管理提供参考。

河湖库淤积治理中底泥清淤的内涵与发展方向

淤积问题对我国的水利事业影响深远,而底泥清淤是近些年淤积治理中经常采用的措施。针对底泥清淤的现状和存在问题,系统梳理了底泥清淤这一学科交叉领域的相关理论、技术和方法;阐述了对底泥清淤的概念、内涵、类型及基本问题的科学理解;提出了淤积治理中底泥清淤必须明确的四大问题:为什么治理、治理什么、用什么方法治理以及对后续产物如何处置。依据淤积对河湖库产生的危害,可分为物理性淤积、化学性污染和生态性损害三种类型。分别讨论了工程清淤、环保清淤和生态清淤间的共性和差异。对底泥清淤工程在目的、目标、手段及后续处理处置方面的现状及存在问题进行了评述。未来底泥清淤势必成为一个长期存在的工程和管理行为,因此更加高效、低投入、绿色、可持续的底泥清淤技术,是行业必然的发展方向。

现代化水库运行管理矩阵体系分析与构建关键问题研究

为支撑行业重点任务建设,提高现代化水库运行管理矩阵的建设水平,通过文献查阅、实地考察和交流咨询等方法,绘制了以工程安全、设施设备、影响区、运行调度和管理监督5个关键环节为一体的现代化水库运行管理矩阵构建体系“一张图”。给出了现代化水库运行管理矩阵的整体架构、层次演进和各要素之间的相互关系,系统梳理了现代化水库运行管理矩阵提出的背景、内涵和要求,对“四全”、“四制(治)”、“四预”、“四管”和雨水情监测预报、工程安全风险感控、生产安全风险感控“三道防线”的对象进行了系统整合和扩展,分析了各概念之间的相互关系和关键技术问题。研究结果表明,构建现代化水库运行管理矩阵是科技和管理水平发展的必然要求。

基于黄河流域系统治理的水库多目标调度约束阈值研究

水库是流域水沙调控以及水资源优化配置的重要抓手,黄河流域的水库调度最初以防洪减淤为目标。新形势下,黄河流域面临不断变化的来水来沙条件、库区-河道边界约束、区域社会经济发展和生态环境需求等,黄河流域亟需基于系统治理理念,突出流域系统可持续运行的水库多目标协同调度。本文依据流域系统科学理论和方法,通过资料分析、数据挖掘、关联度识别、回归分析等方法,筛选了黄河流域系统中行洪输沙、社会经济、生态环境各子系统表征指标,阐明了黄河上、中、下游不同河段多维约束因子的演变过程,揭示了黄河干流调控体系主要约束因子的相互作用关系,提出了基于多目标协同的黄河干流水库调度约束因子阈值,为黄河流域水库多目标协同调度提供科技支撑。

万家寨水库排沙效果及影响因素分析

降水冲刷是恢复水库库容的有效手段。2011年以来万家寨水库在排沙期多次开展降水冲刷运用,取得了较好的排沙效果。基于实测资料,分析了2011年以来万家寨水库排沙效果及其影响因素。结果表明:2011—2021年(不含2016年)万家寨水库累计排沙7.173亿t;排沙主要集中在排沙期;2018—2020年来水较丰,水库降水冲刷历时长,3 a累计排沙4.840亿t;水库排沙影响因素众多,长历时大流量洪水过程有利于水库排沙;运用水位降低时,蓄水量减小,沿程冲刷距离长,壅水输沙距离缩短,有利于提高水库的排沙效果。通过回归分析,建立了不同水位下出库输沙率与主要影响因素的关系。

基于谈判博弈的三峡梯级蓄水期多目标调度

汛后蓄水期是三峡梯级防洪向兴利调度转换的重要时间窗口,不合理的蓄水调度将对梯级防洪、发电兴利、生态效益造成不利影响。本文以发电量最大、防洪库容占用比最小以及修正流量偏差最小作为三峡梯级蓄水期调度目标构建优化调度模型,进而引入谈判博弈模型将各个调度目标作为不同谈判主体,通过逐步缩减各调度目标期望效益值进行多轮谈判,最终得到纳什均衡调度方案。实例计算表明,应用谈判博弈模型能够求解得出三峡梯级蓄水期不同调度主体的最优蓄水调度方案,同时该蓄水调度方案也能够达到其他调度主体期望效益值,被其他目标主体所接受。研究成果可为三峡梯级多目标调度决策提供新的思路。

缺资料综合利用水库兴利调节计算研究

水库兴利调节计算是开展水资源论证的核心工作,而对于缺少入库径流观测资料的供水水库而言,来水量计算是进行水库兴利调节计算的关键步骤。针对缺资料地区水库实际情况,基于降雨径流系数法推求入库径流量,并综合采用水文比拟法、水量平衡法等多种方法合理确定径流系数。根据水库调度运用原则按照长系列时历法以旬为单位进行水资源供需平衡调节计算,得到了不同取水规模下的调节计算成果,评价了不同取水规模的供水保证程度及对灌溉、发电等其他用水户的影响,以达到对水资源合理分配及优化的目的。

基于时序InSAR的老挝桑片-桑南内水库大坝溃坝回溯研究

InSAR是一种用于水库大坝表面位移监测的新技术,具有周期性、低延迟的特点,且能回溯历史数据。利用老挝桑片-桑南内水库大坝溃坝前期及溃坝期间的卫星影像,收集溃坝前后的大坝表面位移监测数据和降雨数据,对大坝自身和管理方面的溃坝原因进行了分析,结果表明大坝溃坝前已发生较明显的异常变形趋势。本研究将InSAR技术引入大坝风险管理中,能有效减少溃坝事故的发生。

水库库区地形测绘与库容曲线复核技术研究

为提高水库库区地形测绘与库容曲线复核的精准度和效率,采用文献分析、实地调查以及经验总结的研究方法,首先分析了水库库区地形测绘与库容曲线复核的主流技术,总结了测算过程中影响精准度的主要因素及问题解决方法;然后根据水利行业当前相关重点任务和科技发展现状,分析了水库库区地形测绘与库容曲线复核需要进一步研究的问题和发展方向;最后在总结全文的基础上,给出了相关建议。研究表明,水库库区地形测绘和库容曲线复核在测算方法和装备上已经取得比较大的进展,但在如何进一步提高测绘和复核精准度、效率、通用性和智能化水平,以及更高质量地融入水旱灾害防御、数字孪生水利建设和现代化水库运行管理矩阵建设等水利重点工作方面,还有许多问题需要研究。

复盘“杜苏芮”影响期间浙江水库的降水预报精度及对决策服务的思考

开展精准化、专业化的气象科技预报服务,对于水库综合效益发挥,最大程度地利用洪水资源,减轻洪涝灾害损失,保障下游地区生产生活用水安全,促进全流域乃至浙江省经济稳步发展都起到举足轻重的作用。2023年第5号台风“杜苏芮”影响期间,浙江沿海地区发生长历时暴雨灾害,造成较严重的城市内涝、交通中断、水库超汛泄洪等,尤其温州泽雅水库遭遇20a一遇洪峰流量。采用多尺度观测资料和多模式数值预报产品,针对该次台风影响下主要水库流域过程总雨量、短时临近强降雨等开展预报精度分析,结合水库调度关键期的决策辅助服务内容进行系统总结。结果表明:气象部门以省市级协同的方式,围绕水库预腾库容、拦洪削峰、尾水拦蓄及精准化水位控制等具体调度需求,建立的滚动嵌套式服务产品体系,为水库精细化调度提供了重要的支撑;在关键时间节点的联动会商、决策辅助服务及多渠道预报预警信息发布,保证了预报服务的精准性和及时性。最终水库既拦蓄了大部分洪水,最大程度地利用了洪水资源,又减小洪水对下游工程设施和人民生命安全的影响,取得了经济和社会效益的双赢。

“数字孪生”灌排泵站的建设与思考

目前大中型灌排泵站基本建设了自动化控制系统,实现工程在线监管和自动化控制,但在信息感知、科学决策及智能化运行方面,管理水平还比较低。为适应国家信息化发展战略总体要求和水利改革的发展目标,大中型灌排泵站应基于日常管理需求,积极搭建数字孪生泵站管理平台,实现“四预”功能。本文结合某大型灌排泵站的信息化建设实践,介绍了数字孪生技术在泵站设计、应用和实践,为相关泵站管理单位信息化建设提供参考。

新疆中型水库投资效益分析与建议

为科学规划水库工程,实现水库效益最大化,文章以新疆新建28座典型中型水库为例,分析了水库工程建设投资情况与工程效益。结果表明:随着水库最大坝高和总库容的增加,水库单方库容投资均呈减少趋势;水库单方库容投资随着年代的递增也不断提高;除水库库容系数外,南疆地区的总库容、最大坝高、单方库容投资均高于东疆、北疆两个地区;水库工程的建设对于灌溉、防洪、发电等多个方面均有重要作用。最后,立足于新疆现状存在的气候变化对流域径流影响大、水库调蓄能力不足、水库淤积、防洪体系不完善、水库管理体系落后、水库群联合调度难度大等问题提出了几点思考建议,为后续水库规划与修建提供技术参考。

基于改进NSGA-Ⅱ算法的梯级水库多目标优化调度

针对在时间步长较小、计算时段数目较多时,传统智能优化算法在求解梯级水库联合优化调度问题上效率低甚至无可行解的问题,提出了一种改进NSGA-Ⅱ算法。该算法基于NSGA-Ⅱ算法框架,引入参考目标值、潜力目标值、偏移度以及变异引导算子来优化种群进化过程,强化迭代中的种群质量,使获得的解集更加接近真实的Pareto前沿。福建省金溪流域梯级水库多目标优化调度实例验证结果表明,改进NSGA-Ⅱ算法相对其他算法运算效率更高,优化结果更好,具有较好的实用性。

基于TOPSIS-Shapley值法的梯级水电站补偿效益分摊研究

针对流域内联合电站数目众多但利益分配存在纠纷的情况,旨在提出一种更为合理的梯级电站利益分配方法。基于Shapley值法和TOPSIS法,综合考虑电站贡献及电站对不同客观分摊方法的相对满意程度,建立TOPSIS-Shapley值法梯级电站补偿效益分摊模型,同时为解决Shapley值法在求解多利益主体梯级电站联合调度增益分配问题中的局限性,引入聚合降维思想。模型思路如下:将上游电站联合调度前后梯级发电效益的增量作为补偿效益,首先采取四种不同的客观分摊方法对电站特性参数指标进行计算,构成TOPSIS的基础决策矩阵,利用TOPSIS原理得出电站对各个分摊方法的相对满意度,同时采用联盟博弈理论,计算电站所有可能联盟方式下的发电效益,得到基于Shapley值的补偿效益分摊结果,最后将TOPSIS原理得出的分摊系数与由Shapley值法所得的分摊系数结合形成综合分摊权重,应用于黑河上游的八级电站补偿效益分摊中。工程应用实例表明:该方法不仅考虑了联盟电站对整体的边际贡献和各电站的分摊满意程度,且兼顾了电站的特性指标差异,合理量化和分配了各电站间的发电补偿效益,分摊结果公平合理、易被各方接受,可促进流域各级电站参与联合调度从而达到整体效益最大的目标,对于数量较多的梯级水电站补偿效益分配问题具有重要参考意义。

洞庭湖四水流域水库群联合防洪优化调度

针对多防洪控制点的混联水库群联合防洪调度中防洪目标难以协调的问题,构建了以多流域协调条件下合成洪水洪峰流量最小为目标的水库群联合防洪调度模型,并采用逐步优化-逐次渐进算法(POA-SA)优化求解。在洞庭湖四水流域开展实例研究,基于防洪需求及各水库的特性,以四水流域下游尾闾控制站洪峰流量最小和四水汇流至洞庭湖的合成洪水洪峰流量最小为目标,提出典型年四水流域水库群联合防洪优化调度方案。结果表明:①针对1998年和2017年两场洪水,水库群联合优化调度后的四水合成汇入洞庭湖的洪峰削峰率比四水单独优化调度分别提高了9.4%和4.5%;②资水的柘溪水库和沅江的五强溪水库通过补偿调节,较好地实现了入湖洪水的错峰。对洞庭湖四水流域水库群联合调度可以保障四水流域自身防洪安全,并为洞庭湖防洪减压,研究成果可为流域水库群联合防洪调度提供参考。

面向水库型小流域的多源水利三维建模方法研究

针对大型河道三维可视化建模中采用激光雷达、声呐等传感器获取水下地形建模方式操作复杂且成本较高的缺陷,在利用基础测绘成果构建实景地形模型的基础上,采用多源三维模型融合方法对月塘水库小流域进行实景建模。首先采用倾斜摄影三维建模技术对重点水利工程进行实景建模,并利用专业建模软件对重要控制单元进行构件级建模;然后利用已有河道断面数据结合河流面状矢量数据,实现流域内胥浦河河道实景三维建模;最后通过人机交互方式对多源实景模型进行微调与相互印证,实现月塘水库小流域多源三维模型精准融合构建。研究成果可为河道型水库的预报调度与洪水风险分析提供可视化模型基础与决策支撑。

贵州省碧云湖岩溶渗漏水文地质条件与渗漏管道位置识别

查找岩溶区湖泊水库渗漏通道是岩溶区湖库建设和渗漏灾害治理的“卡脖子”问题。文章以碧云湖为例,分析湖区周边水文地质条件,结合示踪试验和地球物理探测方法,确定了碧云湖渗漏水文地质条件和渗漏主管道位置,并通过钻探验证。结果表明,碧云湖渗漏主要为岩溶管道型,渗漏点和地下河管道主要发育在靠近八步复式向斜轴的部位,位于物探测线测点540 m处,管道深约40 m,渗漏段相对较窄,灌浆堵漏可行。根据水文地质调查、地形地貌条件和地球物理探测结果,建议在水库下游方向的物探测线开展帷幕灌浆,以测点540 m为中心向两边灌浆。

三门峡水库控制运用方式的优化探讨

三门峡水库“蓄清排浑”运用为多沙河流的治理提供了宝贵经验,随着来水来沙情况的变化及对水库功能需求和对水库泥沙冲淤规律认识的深化,该运行方式亦在实践中不断调整和完善。为此,针对不同的典型年份设定集中敞泄与分段敞泄的敞泄排沙方案,采用一维非恒定水沙数学模型,对选取的2018~2019年丰水少沙年和2014~2016年枯水少沙年设定12种控制运用方案进行模拟,比较各方案下库区冲淤变化的优劣,据此选取适合三门峡水库的控制运用方式。结果表明,2018~2019年分段敞泄方案的冲刷效果优于集中敞泄方案,即使在后汛期的控制水位抬高至310 m,也能达到较好的冲刷效果;2014~2016年分段敞泄方案虽优于集中敞泄方案,但其冲刷主要集中于2014年汛期,2015、2016年整体呈淤积状态,综合考虑建议枯水少沙年份水库采用“泥沙年际调节”运用模式。

关于加强水库大坝下游水位监测的认识与建议

下游水位监测是1级~5级水库大坝必设的安全监测项目,但在实际建设过程中常常被忽视或误解,不利于充分发挥监测系统作用。通过设置下游水位监测,可以确定准确完整的坝体浸润线位置,支撑智慧水利建设;定量分析监测断面的防渗效果与渗流安全性态,提高渗流安全监测资料分析深度;为大坝渗流计算提供可靠的重要边界条件参数,提升渗流计算成果可靠性与准确性。下游水位监测对大坝安全监测以及大坝安全管理至关重要,建议有条件的水库补充设置下游水位监测,进一步完善大坝安全监测系统。

基于无人机平台的时空影像法视频测流技术应用研究

水流量是水文测验的重要信息,有助于了解河道的水流量变化并预测其走势。传统的接触式水流量检测方法在应急情形下受环境影响较大,测流装置安装难度大,测量效率低,为解决这一问题,基于非接触式的时空影像法的视频测流的计算方法,选取南京市滁河浦口段为试验对象,开展水流量检测的研究。检测方法使用视频测流的方式对水流进行测速,采集到的数据经过可视化处理后展示在终端设备的界面上,采集的数据能够按照水文协议的数据格式传输至指定地址。试验结果表明,通过使用无人机搭载视频测流设备能快速有效的完成水流量的检测,并通过终端设备将数据以可视化的形式展示,方便相关人员查看。该检测形式测量快速、安全、环境适应性好,深入研究这一检测形式可推动水文测验的智慧化和集成化建设。