低温来流对深水水库过饱和总溶解气体输移的影响

梯级深水水库产生的水温分层现象可降低下游水库来流水温,导致泄洪水体总溶解气体(TDG)的过饱和程度随库区密度分层流的输移过程产生变化。以溪洛渡—向家坝区间为研究区域,基于原位观测和数值模拟相结合的研究手段,研究低温来流对深水水库过饱和TDG纵向和垂向输移过程的影响规律。研究表明:①来流水温降低2℃,TDG云团潜入位置提前36.4 km,峰值垂向位置下移55 m、垂向影响范围减少23%;②来流水温降低2℃,TDG饱和度110%以上云团输移至向家坝坝前阶段和后续阶段,包络面积衰减速率降幅分别为16%和44%;③从射流区到交换区过饱和TDG平均纵向迁移速度显著降低,降幅达92%;④来流水温降低2℃,向家坝表孔出流TDG饱和度峰值和均值的降低程度分别为机组出流的3.2倍和4倍;⑤水温降低对鱼类安全水深阈值的补偿效应可量化为0.20 m/℃。研究成果可为梯级深水水库汛期生态调度提供科学支撑。

极端干旱下长江口咸潮入侵成因及压咸补淡措施

2022年长江上游遭受极端干旱,长江口咸潮入侵加剧,区域用水安全受到严峻考验。为探究极端干旱天气下咸潮入侵成因和应对策略,基于长江口2019~2023年枯水期的实测盐度、潮水位、风速风向数据与同期上游大通站径流量数据,采用Spearman相关性分析、卡方分析等方法,分析了2022年9月起长江口咸潮入侵过程与长江口咸潮入侵的主要影响因素。分析结果显示:①2022年8月起长江干流枯水期提前,叠加台风和天文大潮情况,使得2022年9月至2023年4月长江口地区崇明洲头站、杨林站和六滧站的盐度大幅超标,分别达到1.922‰,0.585‰和2.134‰。②长江口3个主要盐度监测站点受上游来水影响时间存在前后差异,在大通站流量低于15000 m^(3)/s时,不同站点所属区域发生了不同程度的咸潮入侵情况。③2022年10月的压咸补淡措施在小潮期间作用于长江口地区,使得大通站流量高于12000 m^(3)/s,在南支上半段产生较好的压咸效果。研究成果可为长江口流域不同地区咸潮上溯成因分析和压咸补淡应对策略提供参考。

河流中潜流交换研究进展

河水和地下水交换——潜流交换对溶质和污染物的归宿起着重要作用。潜流交换机理主要包括泵吸交换和冲淤交换。泵吸交换是由于河床形态引起的水头梯度,这些水头梯度诱导了对流传输;冲淤交换发生是由于移动河床截留和释放孔隙水。潜流交换的主要影响因素包括:河道流量、河床水力传导性、河床形态、河道弯曲、河床不均匀和背景条件。还探讨了反应性溶质、胶体颗粒共存情况下潜流交换的规律。对潜流交换研究现存的主要问题及未来研究展望提出了看法。

河流潜流带地表-地下水过程对典型水生生物活动的响应研究进展

河流潜流带是地表-地下水连通和交换的主要区域,地表-地下水过程不仅促进了生源物质的迁移转化过程,还能涵养水源、稳定区域生境,为水生生物提供良好的栖息环境。因此掌握水生生物活动与地表-地下水交换关系是深刻认知和科学保护水生生态系统的关键。本文综述了前人有关水生生物活动反馈于地表-地下水交换过程的研究,例如,底栖微生物形成的生物膜可以吸收或滞留生源物质,改变迁移的时间和路径;水生动物的行为可能通过改变河床渗透系数和孔隙率等物理参数影响各类物质的地表-地下水交换通量;水生植物对水流的阻滞和扰动也会作用于地表-地下水交换过程。基于目前研究,本文提出了该领域的3个未来研究方向:潜流交换和水生生物互馈理论,水生生态功能与地表-地下水相互作用关系,河流潜流带生物-地球-化学耦合过程。

潮汐作用下盐水入侵的实验:平板示踪装置系统及操作方法

通过设计一套室内平板示踪装置系统和操作方法,突破了传统装置系统忽略或简化淡水流量、潮汐等条件的局限,将这些因素加以考虑和控制,并利用设计的拍照和照明系统做到了实验实时监控,从而较好地模拟出不同条件下海岸带盐水入侵、海岸水库脱盐和盐水入侵的过程。整套实验装置实验条件易于控制,从而保证了实验过程的连贯和有效。通过对照实验照片数据的分析,得到了地下水-海水的交换过程和海水入侵的相关影响因素,对于潮汐影响下的盐水入侵机理给出了较好的揭示。

潜流交换室内实验系统及操作方法

设计了一套循环水槽系统,并给出了具体的实验操作方法和技巧。该实验方法可获得在沙波存在下污染物迁移过程的第一手实验资料。在此基础上,介绍了几种代表性污染物的水槽实验操作方法,最后通过实验结果检验实验装置系统可行性和可操作性。测试结果表明,所设计的洗沙装置可以去除吸附在沙表面的胶体、金属以及其他污染物和杂质,满足环境泥沙实验的要求。同时循环水槽实验结果表明,该循环水槽系统能够很好地模拟污染物和胶体在河流中迁移规律:金属离子由于受床沙吸附的影响,上覆水浓度下降比非反应性污染物要快;大部分胶体在过滤和沉降的作用下最终沉积在河床上。

遗传门限自回归模型的改进及其应用

针对门限自回归模型在实际应用过程中预测效果差于拟合效果的情况,对门限自回归模型作了改进,即:在对时序x(i)拟合和预测时,AR式靠近i半个周期的观测值用门限自回归模型的拟合和预测的计算值代替;为了清晰直观地确定出延迟步数及门限区间AR模型的阶数,提出了通过绘制自相关系数图来确定。实例表明,该改进方法提高了遗传门限自回归模型的稳定性和实用性,模型在大坝安全位移监测预报中得到了成功的应用。

基于扰动的加速神经网络模型及其应用

针对BP算法收敛速度慢且存在局部极小值的问题,提出了基于扰动的加速神经网络DABP模型;研究结果表明,DABP模型提高了网络的收敛速度和计算精度,增强了全局搜索能力,达到了加速神经网络的训练效果,并提高了网络的预测能力。

大坝安全监测预报中的门限双线性模型

提出了门限双线性模型以及一套基于自相关系数图、点值图和遗传算法的建模方案。通过实例,将门限双线性模型与神经网络可变权组合预测模型、门限自回归模型和双线性模型进行了对比分析,得出结论:门限双线性模型的预测精度和拟合精度以及稳定性均比神经网络可变权组合预测模型、门限自回归模型、双线性模型要高;门限双线性模型的内在思想组合要比组合预测模型外在结果组合更优秀;建模方案简便实用。

平原河流水沙界面生源物质迁移转化过程及水环境调控的研究进展

生源物质作为影响水质的重要因素,其在河流中的迁移转换一直倍受关注。水沙界面物质交换过程受众多环境和水动力因素的影响,过程极其复杂,不仅影响着河流生源要素的通量演变规律,还关系到河流水环境问题。为探究水沙界面生源物质迁移转化过程及作用机制,结合国内外研究最新进展,对泥沙颗粒与生源物质的微界面作用、水沙界面对生源物质的迁移转化作用、水流条件对泥沙吸附解吸生源物质作用机理进行总结和概述,总结阐述了河流水质模型和闸坝泵条件下的水环境调控模型,最后指出平原河流水沙运动对生源物质输运作用机理及水环境调控。针对上述已有的研究成果和存在不足,对今后研究方向提出展望。

崇明东滩盐沼潮沟水动力过程观测与分析

2007年7月在上海崇明东滩盐沼内部采用复合测量手段进行了现场观测,对取得的盐沼水动力过程数据进行了较系统的分析。崇明东滩盐沼内部的观测及分析结果表明:(1)潮沟及盐沼表面对潮波产生严重阻尼作用,潮波传播至盐沼内部时,潮沟水位波动明显异于外海,水位上升极快,而下降慢。当潮沟有退水时,涨潮初期的当地水位上升并不是潮水进入潮沟的结果,而是流向相反的潮沟进口涨潮水和潮沟内退潮水形成的水位壅高;(2)潮波进入盐沼内部时,风具有一定作用,向岸风可抬高潮沟及盐沼内部水位,离岸风反之;(3)潮沟水流流速与潮沟水位变化率、外海潮位变化率都不存在相关关系;(4)潮沟水位低时,过流断面较小,涨潮水进入潮沟时,潮沟水一旦改变流向,就具备很高的流速并伴随流速峰值的出现。潮沟水向盐沼表面漫溢时,过流断面突变,潮沟流速出现峰值。由于潮沟退潮水位变化慢,盐沼表面水归槽时并没有产生潮沟流速峰值。根据崇明东滩观测结果,概括了盐沼水动力过程的影响因素,指出了以后研究应重视的问题。

河流潜流带中胶体迁移的研究进展

分析潜流带中形成胶体的物理、化学机理,以及胶体在潜流带中泵吸交换、冲淤交换、沉降、过滤和截留的各种迁移机理。阐述影响胶体在潜流带中迁移的因素、胶体对污染物在河流中迁移的影响以及胶体对潜流带生态环境的影响,并给出了胶体在河流中迁移的定量模型。最后对胶体在潜流带中的迁移研究现存的主要问题及未来研究方向提出了看法。

珠江口风暴潮数值模拟系统的设计与实现

运用混合编程技术,结合Fortran语言较强的数值计算能力及GIS在可视化方面的优势,设计并建立了珠江口风暴潮数值模拟系统。系统封装集成了基于ELCIRC模型开发的珠江口风暴潮数学模型,提供了可视化界面便于模型参数的调试,并具有边界条件的自动生成功能,实现了台风路径动态显示、潮位过程线绘制、流场可视化等操作,方便了对计算结果的后处理。应用实例表明,该系统界面友好、性能稳定、模拟精度较高。

潮汐作用下盐沼孔隙水流动及溶质运移模拟

滨海盐沼是重要的陆地-海洋交界带生态系统。目前国际上存在关于盐沼的两大假设:盐沼系统输出养分和盐沼植物带状分布。为验证这两大假设,增强对盐沼湿地的了解,盐沼孔隙水流动及溶质运移研究至关重要。为模拟复杂盐沼系统孔隙水流动及溶质运移,改进了美国地质勘测局编制的SUTRA程序。基于假定的潮沟横断面物理条件,对孔隙水流动及溶质运移过程进行了模拟分析。结果表明潮沟附近孔隙水及溶质交换较快,潮水浸淹会减缓潮沟附近出现物质集结。落潮时潮沟附近有明显垂向流和水平流,远潮沟地带主要为水平流。潮沟附近土壤通气条件较好。这些模拟结果较好的吻合了潮沟附近较盐沼内部盐沼植物长势较好的现象。

基于遗传算法的双线性模型在大坝安全监测预报中的应用

文章提出了实用自相关系数图确定双线性模型的自回归项,应用了基于遗传算法的一套建模方法。通过实例表明,由于双线性模型实际拟合和预测过程中产生的残差信息进行反馈矫正,保证了模型高的拟合精度和稳健的预测性能,与门限自回归模型比较,双线性模型比门限自回归模型具有更好的预测精度。

一种简单的盐沼地下水水位模拟方法

为能更好地描述潮汐影响下的盐沼土壤通气条件,定义了描述盐沼土壤通气条件的一个新的变量浸水时段(参考土壤层饱和时段与潮汐周期的比值).建立了一个简化的盐沼-潮沟横断面模型,提出了一种简单的盐沼地下水水位模拟方法,对潮汐影响下盐沼地下水水位波动及浸水时段进行了模拟.模拟结果表明,无论淹没潮还是非淹没潮,潮沟附近都具有较好的通气条件,更适宜植物生长.

淮河沉积物总磷和重金属沿程变化及污染评价

为了探究淮河沉积物中污染物的分布规律、来源及污染程度,于2014年7月沿淮河中下游设置16个采样断面,现场采样并检测沉积物中总磷(TP)质量比和重金属(As、Cu、Pb、Cd、Zn)的质量比,分析沉积物中污染物的沿程分布及来源并对污染状况进行评价。研究结果表明,淮河中下游沿程各城市下游断面沉积物中污染物平均含量比上游断面高;污染物来源分析表明,所有污染物均受到点源污染的影响,其中TP和Cu受到点源污染和面源污染的共同影响;单因子标准指数法对沉积物磷污染评价结果表明,淮河干流沉积物环境质量受磷的污染相对较轻;对重金属潜在生态危害程度分析表明,无论是单个重金属的生态危害程度还是综合生态危害程度都为轻微。

淮河干流污染物分布及变化规律

为了研究淮河干流水体和沉积物中总磷(TP)、沉积物中重金属的沿程分布规律和时空变化特征,于2014—2017年采集淮河干流(正阳关—洪泽湖)19个断面的水样和沉积物样品,分析各采样时段干流各断面水样和沉积物中TP、沉积物中重金属砷(As)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)等污染物的浓度和分布,探讨河道流量、温度等因素对水体及沉积物中TP、重金属时空分布的影响。结果表明:水体、沉积物中TP和沉积物中重金属浓度汛前大于汛后;水体中各形态磷浓度汛中沿程分布较汛前、汛后更均匀;流量、温度是影响TP和重金属分布的主要原因。

淮河干流典型污染物时空分布特性分析

针对目前淮河水环境现状及问题, 2014-2017年先后7次采集淮河干流(正阳关-老子山)19个断面的上覆水样和沉积物泥样,对上覆水和沉积物中关键污染物指标总磷(TP)及主要重金属(As、Cu、Pb、Zn)含量进行分析,探究淮河干流TP和重金属时空分布特征与主要影响因素,并对各污染物的环境影响效应作出评价。结果表明:11月各污染物含量明显低于6月,水动力过程影响比较大;各污染物质量浓度整体呈现下降趋势,TP和As下降最明显;污染物来源分析显示,沉积物中TP主要受到面源污染影响,重金属污染物主要受点源污染影响;监测区间内淮河沉积物TP和4种重金属含量不具有生态风险。

侧向潜流交换水动力过程及生态环境效应

鉴于侧岸潜流带中发生着强烈的生物地球化学作用,其独特而复杂的水动力特性对水生生态系统及生态环境有重要作用。通过分析总结前人对侧岸潜流带所做的研究,阐明了侧岸不同方向上潜流交换过程及其产生机制,分析了影响侧向潜流交换过程的主要因素(包括地形条件、沉积层特性、水文地质条件、河道工程、河岸植被条件),阐述了侧向潜流交换过程对溶质、颗粒和生态环境的影响。最后对侧向潜流交换今后的研究提出了一些建议。