长江中下游崩岸险情智能感知预警与防治关键技术研究构想及成果展望

崩岸是长江中下游河道自然演变的常见形式,严重威胁防洪安全、航道畅通及沿江经济基础设施正常运行甚至是人民生命财产安全。三峡工程等水利水电工程建成运行引起长江中下游水沙情势显著改变,近年来,中下游河道持续冲刷、局部河势调整、崩岸频发,造成多方面不利影响。尽管以往已开展了相关研究并进行了治理,但由于影响因素众多,崩岸机理复杂,隐蔽性、突发性和随机性强,预警及治理难度依然很大。本文以“崩岸机理揭示—大范围筛查—介入式监测—多尺度预警—系统化防治”为总体思路开展研究,围绕流-固耦合作用下的崩岸机理与险情智能筛查、河道岸坡土体全要素实时感知及崩岸模拟预警技术、耦合河势控制措施的崩岸系统防治技术等关键科学技术问题,重点研究持续冲刷下河势变化与崩岸动态响应关系,研发多源信息融合的崩岸险情智能筛查技术、河道岸坡全要素一体化智能感知技术、多尺度河道崩岸预测与预警技术,以及耦合河势控制措施的崩岸系统防治技术,旨在揭示持续冲刷条件下长江中下游崩岸发生的驱动因素及内在机理,研发崩岸险情智能感知预警及防治关键技术,实现崩岸险情智能筛查、多要素监测、动态预警与系统防治。研究有望显著提高长江中下游河道崩岸发生的预见性和治理技术水平,促进崩岸从灾后抢护向灾前预防转变,为河道系统治理和水安全保障能力提升提供科技支撑。

长江铜陵河段河床形态及分流格局变化分析

铜陵河段是长江下游典型的鹅头型分汊河段,主流摆动、洲槽冲淤变化剧烈,对防洪安全、沿江经济产业布局有重要影响。结合三峡水库蓄水以来,特别是2020年长江大水后水沙变化情况,从河道冲淤、断面形态变化、河道纵剖面变化以及分流比变化等方面,系统分析铜陵河段近期河势变化情况。结果表明,三峡工程蓄水后铜陵河段总体呈冲刷态势,特别是2016~2020年,冲刷强度及范围大幅增加;2020年洪水后,成德洲主汊再次易位,左汊恢复为主汊,近期内主汊可能仍会在左、右汊中摆动,河势处于动态调整状态;受河道冲刷、河势调整影响,成德洲右缘崩岸、南夹江胥坝西凤埂崩岸段仍未稳定。研究成果为下阶段铜陵河段河道治理、崩岸守护提供技术支撑,也为分析长江中下游其他分汊河段河势变化奠定基础。

变化条件下长江口防洪御潮及供水保障研究进展与展望

近一个世纪以来,全球气候变暖导致海平面持续上升,增加了整个长江口的水深,抬高了潮汐和风暴潮的基础水位,使得河口咸潮入侵,洪水和风暴潮发生的频率和强度增加。同时,由于长江流域水土保持和水库群建设,进入河口的泥沙量锐减,加剧了河口咸潮上溯,对区域人群生产生活产生一定影响。从全球气候变暖背景下长江口海平面上升和演变规律、长江口人类活动与气候变化影响下的动力要素变化、河口咸潮入侵时空分布和水盐交换机制及供水安全风险、海平面上升对海堤防洪御潮能力的影响、长江口地区防洪御潮韧性等5个方面总结归纳了现有研究成果,提出未来研究的方向,以期对保障河口地区水资源安全利用和防洪御潮能力提升提供参考。

变化条件下长江口沉积地貌系统转型与应对

长江口是径流-潮汐共同影响的大型分汊河口三角洲复合系统,是推动长江经济带发展、长三角一体化发展等国家战略的核心承载区。为深入认识长江口沉积地貌系统演变规律,综合分析了长江口面临的变化条件、沉积环境、地貌演变、问题挑战及应对举措。研究表明,在全球气候变化条件下,长江口面临河流输沙量减少75%~90%、海平面持续上升、人类涉水工程数量增多等多重变化,长江口沉积地貌系统转化开始显现,河口河道窄深化,岸线日益固化,拦门沙地貌淤蚀转变,水下三角洲加速侵蚀,1950—2020年累计减少水域面积约1500 km^(2),由此引起的河道人工渠化趋势,可能导致河流来沙更加难以在河口系统内沉积,加剧减沙环境下的河口侵蚀和洪水灾害风险;河口系统整体呈现“自然淤涨—稳定调整—淤蚀转型—侵蚀萎缩”的演变趋势,长江口面临从泥沙沉积和自然缓慢淤涨过程,向侵蚀冲刷与人类驱动的适应调整转变。未来河口开发治理和保护需加强流域—河口—近海的自然-社会耦合机制研究,发展实时现场监测、中长期地貌数值模拟和数字孪生技术,兼顾生态保护和系统韧性与安全维护,增强河口系统应对洪水、侵蚀等灾害的抵御能力,保障长江口健康可持续发展。

长江王家洲崩岸治理及护岸效果分析

通过分析长江上下三号河段近期河势变化趋势,由于受上游河势变化影响,王家洲岸坡易发生崩塌后退,需实施整治工程。为解决王家洲崩岸问题,对崩岸段采取岸坡防护加固措施。工程实施后,结合新近护岸测图,对该区域水文和地质进行了研究,分析了河道演变,并采用了平面法、横断面法和冲淤分析法,综合分析王家洲护岸工程实施后的效果。结果表明:护岸工程的实施保障了岸坡的稳定,历经多次洪水考验。实际说明护岸段近岸河床及岸坡相对稳定,护岸效果较好,并结合工程实践经验,提出后续建议和保护措施。

数字孪生中水动力学模型关键技术研究与应用进展

数字孪生技术正在水利行业快速应用发展。对水利数字孪生建设中水动力学模型的支撑作用进行了梳理分析,提出了水利数字孪生对水动力学模型的需求及解决方法。介绍了水利数字孪生中典型一维无压/有压水动力学模型模拟能力提升关键技术和大范围高精度二维水动力学模型计算效率提升关键技术。详细介绍了发展前沿中的坝堤溃决过程、暴雨山洪等特殊水动力学模型的数值挑战、关键技术、应用场景等方面内容。最后,从水动力学模型维度和功能、预测结果评估与实时校正技术、机理模型和数据驱动模型融合、虚拟计算与物理实体互馈模型等方面对水动力学模型发展方向进行了展望。研究成果可更好地支撑智慧水利建设。

公共价值视域下的长江生态环境治理困境与出路——以Y市长江岸线清理整治为例

长江生态环境治理是一个具有跨界性、非结构化和顽固性多重特征的“棘手难题”,公共价值管理理论的引入能够为厘清长江生态环境治理困境并提出有效的治理策略提供全新的视角和思路。通过对Y市长江岸线清理整治工作的个案分析,发现其面临着公共价值离散破碎、支持与合法性缺失和组织运营能力薄弱的困境。基于战略三角模型,立足价值、政治和运营三个维度构建长江生态环境治理三维路径,以期实现公共价值的形塑、授权环境的优化和运营机制的完善,增强长江生态环境治理的弹性和韧性。

浒苔灾害卫星遥感应急监视监测系统及其应用

2008年夏季黄海、东海突发的罕见的浒苔自然灾害直接危及青岛近海环境和2008北京奥运会青岛帆船比赛的举办,国家卫星海洋应用中心按应急与业务运行兼容需求,在"HY-1"卫星地面应用系统、国家MODIS数据共享平台、海上溢油卫星遥感系统等基础上及时构建了浒苔灾害卫星遥感应急监视监测系统,利用国内外有限的17颗遥感卫星数据,实现了对此次浒苔灾害的大范围、全天候、全天时、多频次、多角度动态监测,及时得到了全面、准确、客观的信息,为国家海洋局应对浒苔自然灾害前线指挥部应急响应、决策指挥提供了有力、有序、有效的技术支持。主要描述应急监视监测系统的构建、运行和应用,为今后海洋灾害突发事件的应急提供参考和经验积累。

长江三角洲水环境治理

长江三角洲是我国经济最发达的地区之一。社会经济的高速发展,使得该区水资源的需求量加大,污染物排放量增多,水环境恶化,造成水质型缺水并影响该地区的可持续发展,水环境治理迫在眉睫。长江三角洲的主要水问题有洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化三大问题,其中水环境恶化是核心。水环境恶化导致地表水资源供水不足,迫使地下水过量开采,引起地面沉降,加剧了洪涝灾害。长江三角洲水环境恶化久治不见大效并有加剧趋势,主要原因是造成长江三角洲水环境恶化的点源污染虽已基本得到控制,但面源污染、内源污染仍未得到有效的治理。因此,长江三角洲水环境治理应总结过去工作中的经验和教训,以及水污染主要污染源的变化,调整水环境治理和保护的思路。建议改部分治理为整体治理、单项治理为综合治理,并以水环境承载力和水资源承载力观点指导水环境治理和保护,使长江三角洲水资源得到可持续利用。

长江口南汇嘴潮滩短期冲淤演变及其动力机制研究

潮滩地形的冲淤演变规律可以在一定程度上反映动力作用与地貌特征之间的相互耦合机制。根据近几年在长江口南汇嘴潮间带多断面连续观测资料,探讨区域内潮间带滩地的近期冲淤演变特征及其主要影响因子。研究结果表明:(1)南汇嘴潮滩近期主要呈现淤涨态势,而且年内过程季节性差异明显;受区位差异影响,不同观测断面的潮滩冲淤演变呈现特征不尽相同,断面1冲淤变化最为显著,年最大冲淤厚度均在10 cm以上;(2)在波浪、潮流的作用下,区域内沉积物很容易被掀动悬扬,而且输沙环流系统的存在有利于悬沙向浅水区输运且在该区域内沉降淤积,从而为潮滩发育提供泥沙来源;(3)受"碧利斯"台风引起的风暴潮天气影响,研究区域内潮滩出现"大冲大淤"现象,即台风强侵蚀期过后滩面高程短期内恢复明显。由此可见,潮滩短期冲淤演变特征是各种动力因素作用下的综合体现。

长江口外赤潮多发区近几十年来的古生产力记录及环境意义

选取长江口外赤潮多发区沉积物柱状样,在高分辨率测年基础上,通过有机碳、有机碳同位素(δ13C)、生物硅、绿素等多项指标的分析获得了调查海区古生产力的变化信息。并结合近几十年来营养盐浓度及组成结构的变化探讨了海洋浮游藻类组成结构的变化在海洋古环境中的记录。柱状样年代可追溯到20世纪40年代初。δ13C值在柱中的分布为-26.15×10-3^-19.5×10-3,表明有机碳为陆源与海生的混合。生物标志物在柱状样中的分布可大致分为三个阶段,50年代以前含量均较低;50年代至80年代含量均增加,表明海洋浮游藻类活动强烈且以硅藻为主,与此阶段长江口营养盐浓度迅速增加相对应;80年代以后,生物硅的含量下降至整个柱中最低水平,绿素有所降低,但高于50年代前的水平,而有机碳含量增加,表明在该时段硅藻生物量降低,其他藻类生物量有所增加,这与长江口营养盐氮盐持续增加而硅酸盐逐年降低、氮与磷的含量比值、磷与硅的含量比值迅速增大有关。沉积记录还表明此阶段陆源有机碳的贡献增强。

近期长江河口冲淤演变过程研究

基于长江河口1997年以来数字地形图和近期水文泥沙实测资料,分析研究了近期长江河口大量人工整治工程和流域水库工程建造影响下的河口河道自动调整过程。结果表明:1997-2013年河口段中上游河道微冲刷、拦门沙滩顶仍保持淤积外移、口门外侧近海域冲刷的态势略有增强,而其影响原因与历史时期的自然因素影响为主略有差异,近期人类高强度活动的影响贡献率增大。首先,南支至南港和北港中上游河段河床普遍发生冲刷,河床沙活动较活跃,床面微地貌沙波发育更明显,而口门外侧海域地形略有冲刷蚀退,这些变化与流域来沙锐减有直接关系;北支、北港口门、南槽和北槽河道拦门沙河段呈淤积,尤其北槽主航道的拦门沙河段6m水深浚深为12.5m后回淤量很大,这些与拦门沙河道动力结构环境、河口和海域再悬浮泥沙补给有关;局部河段出现强冲和强淤现象,与近期河口工程建造有关。所以,长江河口近期正处在对自然因素变化和人类活动增强的自我缓慢地自动调整和适应过程之中。

长江中游湿地系统驱动关系的演变及保护展望

简要介绍了长江中游湿地的概况,分析了湿地演变的现状。在自然和人为因素长期、综合作用下,长江中游湿地发生了显著的不合理演变,主要表现在:湖泊面积减少,湿地功能下降;湿地资源的过度和不合理利用,生物多样性下降;湿地环境污染日益严重;湿地整体价值受损。重点对湿地系统演变过程中的几个关键驱动关系进行了探讨,包括江湖关系、蓄泄关系、湖垸关系和山湖(河)关系等。在此基础上,针对长江中游湿地演变的现状和利用保护过程中存在的问题,从流域综合管理角度出发,对长江中游湿地的保护进行了展望,提出了基于流域管理思想的长江中游湿地保护对策和措施,主要包括:加强流域统一协调管理;遵循流域管理原则,理顺湿地系统的各种关系,做好湿地生态规划;加强流域生态管理模式研究;加强长江中上游流域水土流失的综合治理;加强自然保护区建设和管理,保护湿地生物多样性。

生态清洁小流域建设研究现状及展望

生态清洁小流域建设是实现流域内水土资源有效保护和生态环境持续改善的基本途径。在纵览国内近年来有关生态清洁小流域建设研究文献的基础上,简要介绍了生态清洁小流域的内涵与建设成效,对生态清洁小流域"三道防线"建设理论、治理模式、技术措施、管理制度等方面的研究现状及存在的问题进行了评述,并对今后的发展方向和前景提出了展望。

近期长江河口南汇南滩水域水沙变化特征

基于南汇南滩水域2011年12月和2012年6月洪、枯季大潮的现场水文观测资料及2003年2月枯季大潮、2004年9月洪季大潮的历史观测资料,分析潮流历时、流速、优势流和含沙量等水沙现状和变化特征,探讨近年来该水域水沙变化的主要影响因素。结果表明:(1)目前,南汇南滩水域洪季大潮落潮流占主导优势,枯季大潮涨潮流占主导优势;(2)东海大桥及其周边促淤围垦工程后,洪季大潮落潮优势增强,涨潮垂线平均含沙量减少,落潮垂线平均含沙量增多;枯季大潮落潮优势减弱,涨、落潮垂线平均含沙量均减少;(3)近岸工程建设是南汇南滩水域洪季落潮优势增强、枯季落潮优势减弱的主要影响因素;涨、落潮垂线平均含沙量的变化主要与工程建设、流域来沙量减少、近岸沙体变迁等作用有关。可为河口河槽治理提供理论依据。

垃圾填埋场中改性红黏土防渗料的性能研究

昆明红黏土是南方红土的典型,其压缩性低、抗剪强度高,但因粉粒含量高、网状裂隙发育,到使抗渗性较差。为解决上述问题,通过引入膨润土,对红黏土进行改性并碾压密实,使土层的渗透系数控制在小于1×10-7cm/s范围内,使之能应用于垃圾填埋场防渗衬层中,发挥其节约工程造价、保护环境等功效。试验证明,在获得可靠防渗性能的同时,从兼顾节约工程成本、保证改性土料压实特性方面考虑,对昆明等地的南方红土改性来说,膨润土的最佳掺量宜控制在6%左右。

葛洲坝水利工程对长江中游生态水文特征的影响

为了满足人类社会经济发展要求而修建的水利工程,不可避免地对生态环境造成了巨大影响。从生态水文学角度对长江中游的生态水文特征进行了研究。借鉴国外已有的研究成果,建立了一套指标体系包括长期指标、高流量指标、低流量指标、平均变化指标、涨水落水指标和月流量指标,通过分析指标的变化来评价水利水电工程对生态环境的影响。长江中游是最重要的家鱼自然繁殖区,利用建立的指标体系量化并分析了葛洲坝建坝前后长江中游的生态水文特征变化。分析认为,葛洲坝的修建主要影响涨水落水,对其它生态水文特征影响不大;对于鱼类,涨水过程是刺激鱼类产卵的必要条件,葛洲坝的修建对鱼类产卵造成了一定影响。

基于GMS的油库污染物渗漏迁移过程研究

大型油库项目在建设和运行过程中可能对区域环境造成不良影响,尤其是发生事故时可能对地下水造成一定的污染。以滨海地区拟建的某原油商业储备基地工程为例,采用GMS软件,对未采取防渗措施、采取了防渗墙和防渗层3种情景下石油类物质对地下水的污染状况进行模拟。污染物运移20 a后未采取防渗情况下,受污染的面积为5.96 km2;采取防渗墙、防渗层措施后,污染面积分别为0.72,0.83 km2。研究结果表明,采用防渗墙和防渗层均可较好地阻滞石油类污染物在地下水环境中的迁移,且防渗墙的效果更好。

复杂地基上重力坝深层抗滑稳定分析

对于地基中含有多条软弱带、裂隙等可能构成多种组合滑动形式的重力坝深层抗滑稳定问题,由于滑动面不明确,无法采用传统的刚体极限平衡法进行分析。强度折减法无需假设滑裂面,根据特征点位移突变以及塑性区贯通等判断准则可确定整体稳定性。采用强度折减法,分析了某重力坝加固前后在正常荷载组合及地震工况下的深层抗滑稳定安全系数。计算结果表明,各种工况下坝基抗滑稳定安全系数均满足要求;设置齿槽加固后安全系数得到提高。

长江上游港口码头结构型式及其发展趋势

根据相关文献资料和对长江上游已建或在建的一些有代表性的港口码头进行调查统计结果,对斜坡式码头和直立式码头进行了分析对比,并论述了长江上游、三峡库区一带港口码头结构型式的发展趋势。同时,还着重介绍了重庆寸滩国际集装箱码头。