南水北调中线工程水源地水质安全问题与对策思考

南水北调中线工程是我国水资源优化配置的战略性基础工程,水源地水质安全保障工作至关重要。当前中线工程水源地水质状况总体良好,但水源地依然存在常规水质超标、富营养化、藻类异常增殖及尾矿库渗漏或溃坝等风险,需高度关注。系统梳理了水源地水质现状,总结了水质安全面临的主要风险,并从人为因素、工程因素、自然因素和管理因素等方面分析了影响因素,从产业发展、污染防治、监测监控、风险防范、科学研究、水质管理等方面总结了水源地水质安全保障管理现状及存在问题。基于现状和问题分析,提出构建水质综合管理体系框架,包含工业-农业-服务业生态产业与环境耦合协调的发展体系、源头减排-过程控制-末端治理的全过程水污染防治体系、全要素-全天候-全覆盖的现代化监测监控体系、识别评估-监测告警-预测预警-应急响应的全链条风险防控体系、理论研究-技术研发-平台建设-人才发展的全方位科学技术支撑体系、立法引领-机构健全-机制完善-规范建设-能力突出的全面化管理体系,为确保“一泓清水永续北上”提供强有力的管理策略与科学参考。

南水北调中线工程水源区环境规制对经济高质量发展的影响

为研究南水北调中线工程水源区环境规制通过水资源利用对区域发展质效的影响,基于2005—2022年南水北调中线工程水源区12个城市的面板数据,构建基准回归模型、中介效应模型和门槛效应模型,实证分析了环境规制、水资源利用效率和经济高质量发展之间的关系。结果表明:环境规制对经济高质量发展具有正向促进效应,该促进效应在不同区域间存在异质性,环境规制的促进作用在用水量小的地区更加显著,而在用水量大的地区,丰富的水资源限制了环境规制对经济高质量发展的促进作用;在环境规制影响区域,水资源利用效率在经济高质量发展过程中发挥出显著的中介作用,水资源利用效率中介效应占环境规制总促进效应的比例为13.5%;水资源利用效率在环境规制对经济高质量发展影响中具有门槛效应,当水资源利用效率超过4.3后,环境规制对经济高质量发展的促进效应显著增强。

南水北调中线工程突发水污染生态补偿机制研究

突发水污染已成为制约南水北调中线工程可持续调水的重大安全隐患,亟须解决南水北调中线工程突发水污染的生态补偿机制设计问题。针对应由中线局承担责任的南水北调中线干渠突发水污染场景,从多利益相关者合作视角出发,明确了中线局向纳污地政府提供生态补水的突发水污染生态补偿机制,基于合作博弈理论,构建了中线局与纳污地政府合作联盟的纳什议价模型,并以河南省邓州市为例开展研究,主要研究结果表明:①生态补水天数与纳污总损失呈现出显著的正向相关关系,且伴随纳污总损失逐步增大,中线局议价能力对补水天数的影响能力呈现出边际递减特征。②中线局生态补水成本与生态补水天数具有显著的正向关系,随着中线局议价能力的增强,生态补水成本的规模效益呈现一定的弱化趋势。③在一定的生态补水规模范围内,中线局与纳污地政府能够达成有效的合作联盟。

南水北调中线工程水源区和受水区的降水时空变化特征及丰枯遭遇

[目的]基于1950—2022年时间序列ERA5再分析降水数据,探究南水北调中线工程水源区和受水区降水量时空变化特征,旨在保障跨流域调水的可行性和持续性,为南水北调中线工程水资源调度和运行管理提供科学参考。[方法]采用Mann-Kendall检验、小波分析、云模型以及Copula函数等方法,分析水源区和受水区降水变化趋势以及丰枯遭遇特征。[结果]①1950—2022年南水北调工程水源区和受水区分别按照年降水量34.75和39.35mm/(10a)幅度减少,水源区年降水量存在43a的主周期,受水区年降水量存在55a的主周期。②云模型隶属云图夏季降水量分布不均且离散程度较高,而冬季分布均匀且较集中。③调水不利的组合汛期和非汛期遭遇频率分别为23.15%和25.92%。[结论]水源区和受水区年降水量均呈现明显减少趋势,水源区丰枯交替变化显著;南北丰枯异步概率大于丰枯同步,同枯频率不高,有利于调水工程的安全性和可靠性。研究结果可为制定南水北调中线工程相关政策和技术指导提供理论依据,有助于工程的规划和管理,提高水资源利用效率和可持续性。

南水北调中线工程输水建筑物整流累积效应研究

为分析输水建筑物整流对南水北调中线工程输水能力的影响,以陶岔渠首闸至十二里河渡槽渠段为例,建立一二维耦合水动力模型,其中渠道段采用一维模型,4个输水建筑物段(刁河渡槽、湍河渡槽、严陵河渡槽和淇河倒虹吸)采用二维模型,利用多年实测数据对耦合模型进行率定。分别对无整流方案和15种整流方案进行模拟计算,分析不同整流方案对上下游的影响,进而确定水头损失最小的整流方案。结果表明:单体整流影响范围为建筑物上下游3~5 km,多个建筑物整流的累积效果小于单个建筑物整流效果的线性叠加;对渠段中间2个输水建筑物(湍河渡槽、严陵河渡槽)进行整流的效果优于对上下游2个输水建筑物(刁河渡槽、淇河倒虹吸)进行整流的效果。

新形势下南水北调中线工程智慧调度的研究框架思考

南水北调中线工程智慧调度是新形势下实现精确精准调水、支撑工程高质量发展的重要途径。系统分析了南水北调中线工程通水以来的运行条件变化,提出了新形势下中线工程智慧调度需解决的关键科学技术问题,并提出了未来重点研究内容:要在研究复杂调水系统多水源多用户水资源均衡调配方法基础上,研发中线工程多场景输水智慧调控技术、事故智能预警与精细控制技术体系、决策支持平台,形成中线工程调度的科学决策管理模式,为国家水网重大工程智慧调度管理提供科学应用范式。

南水北调中线工程受水区年度水量分配方法研究

南水北调中线一期工程已正式通水运行近10 a,随着受水区各省(直辖市)配套设施不断建成,水量消纳能力逐步提高,在水源区供水有限的情况下,受水区之间竞争性用水问题日益突出。基于南水北调中线工程设计成果,提出一种基于受水区各省(直辖市)设计多年平均分配比例的南水北调中线工程年度水量分配方法。该方法将可调水量按各省(直辖市)设计多年平均分配比例进行分配,所得结果为各省(直辖市)的年度可调水量初始分配值,进而取该值与该省(直辖市)用水计划建议的较小值作为其年度分配水量;最后以南水北调中线工程可调水量80亿m^(3)为例开展计算。结果表明:根据受水区4省(直辖市)用水计划建议分析水量分配面临情况,提出北京市、天津市、河北省、河南省分配的水量分别为10.4亿,8.56亿,28亿,30亿m^(3)。该方法可为南水北调中线工程年度水量调度计划编制提供参考,为保障工程效益的发挥提供支撑。

南水北调中线工程受水区生态效益评价指标体系构建评估

围绕南水北调中线工程受水区生态效益评估,针对林地、绿地、湿地、水域以及地下水等生态系统,构建了南水北调中线工程受水区生态效益评价指标体系,提出了易于操作实施的南水北调中线工程生态效益评估方法。对南水北调中线一期工程受水区以行政区进行划分,分别评估了北京、天津、河南11县(市)和河北6县(市)在南水北调通水后前4个调水年度由南水北调工程调水产生的生态效益价值。结果显示:受水区新增水域生态效益占比最大,达到48.46%;不同受水区单方水创造的生态效益价值不同,2015—2018年北京、天津、河南、河北由南水北调调水带来的生态效益价值比大致为1∶1.7∶1∶3.2。研究成果可为南水北调中线工程受水区生态用水计划的制定提供参考,为进一步探索工程生态效益发挥途径、受水区生态环境修复与保护、南水北调工程生态补偿等研究提供支撑。

近41年南水北调中线工程安阳河以北段冬季气温变化特征

为进一步深化对南水北调中线工程安阳河以北段冬季气温变化规律的认识,选取沿线10个国家气象站1981—2021年的冬季日平均气温数据,借助气候倾向率法、累积距平法、Mann-Kendall突变检验法和Morlet小波分析等方法,对南水北调中线工程安阳河以北段近41 a来的冬季气温变化特征进行了系统分析。结果表明:①在1981—2021年间,南水北调中线工程安阳河以北段各站冬季平均气温整体上表现为由南向北逐步降低的趋势,同时时间序列具有明显的同步相关性和冷暖同步特征,尤其是邻近站点之间,相关系数甚至超过0.9;②在近41 a间,各站点冬季季度及月度平均气温在波动中呈现明显的升温趋势,总体上可将1980年代中后期、2000年代初期和2010年代中前期作为沿线区域冬季平均气温突变的节点;③在研究时域内,南水北调中线工程安阳河以北段多数站点以40 a为第一主周期,冬季平均气温先后经历了低→高→低→高的循环交替,而且在未来一段时间内仍将继续偏高,为冬季实施冰期动态调度提供了有利条件。研究成果可为南水北调中线工程优化冰期输水调度、提升冬季渠道过流能力和防范各类冰冻灾害发生提供科学依据。

新时期南水北调中线工程水源地水质监测体系建设构想

构建与国家战略水源地相适应的中线水源工程水质安全保障体系是新时期南水北调工程运行管理的重要内容。基于丹江口库区及其上游流域水质监测的新需求和新目标,提出了构建新时期南水北调中线工程水源地监测站网、水质监测、风险防范、科技支撑四大体系的建设构想,阐述了体系的基本内涵和要义。“四大体系”将在全面覆盖、关键预警、智慧先进、立体感知、重点监控、科技研究等方面对水质监测体系进行改造与提升,保障“一泓清水永续北上”。

建设项目文档一体化管理系统研究——以南水北调中线工程档案信息化平台为例

南水北调工程作为国家重大基础建设项目,在项目开展过程中形成了大量的电子文件,其类型丰富、格式多样、形成主体众多,是记录和反映国家水利事业发展过程的重要成果,因此迫切需要开展有效的电子文件归档管理和电子档案开发利用工作。中国南水北调集团中线有限公司(以下简称“中线公司”)充分利用“互联网+云虚拟化平台”,开展水利行业电子文件与电子档案全生命周期管理系统的建设方案研究,并建成具有国内先进水平的电子文件与档案一体化管理系统。

南水北调中线工程交叉河流防洪“四预”应用

为满足南水北调中线工程典型交叉河流防洪管理需求,确保中线工程防洪安全,构建索河交叉河流数据底板,以及洪水预报、洪水演进、风险分析等模型,结合2022和2023年汛期典型降雨洪水对模型参数进行率定,基于2021年郑州“7·20”暴雨对现状索河交叉河流进行预演分析,结果表明索河渡槽槽身存在阻水风险,中线工程安全风险较大。通过对防洪“四预”应用深入研究,实现南水北调中线工程交叉河流降水—产流—汇流—演进的全过程模拟,研究成果可进一步提升南水北调中线工程防灾减灾能力,为沿线交叉河流防洪应用提供参考。

南水北调中线工程河南段边坡土壤特性及生态护坡效益研究

南水北调中线工程河南段护坡植被退化给维护生态护坡结构稳定和推进工程沿线生态恢复带来极大的影响。为研究南水北调中线工程河南段边坡土壤特性对植被生长的影响,并探究实际生长环境下不同边坡植被的水土流失防护效益,取样4个等级植被盖度的土壤进行土壤理化特性分析,并选取4种常见护坡草种,营造实际植被生长环境,探析不同植被对土壤氮素和有机质含量的影响,通过模拟强降水条件,分析不同草种的水土流失防治能力。结果表明:①南水北调中线工程河南段边坡土壤含水率较低,土壤密度较大,容易形成土壤板结;土壤氮、磷、钾含量较低,不利于护坡植被的自然生长。②4种常见的草本植物对土壤氮素和有机质含量的影响差异明显,其中马蹄金和野牛草对土壤氮素和有机质的增量效果较为突出;4种草本植物都具有较好的蓄水减沙效益,其中野牛草水土流失防治较为突出,马蹄金次之。综合护坡植被的水土流失防治能力和生态系统修复能力,马蹄金的防护效益最佳。

流域综合治理视阈下的协同机制研究——以南水北调中线工程核心水源区为例

流域安全是湖北建设全国构建新发展格局先行区的重要前提和基本保障。水的问题,表象在江河湖库,根子在流域。湖北作为南水北调中线工程核心水源区所在地,肩负着确保“一库净水北送”的政治责任。核心水源区位于河南、湖北两省,涉及9个县(市、区)。

汉江流域骤旱演变规律及其对南水北调中线工程的响应分析

通过识别汉江流域骤旱事件,分析了汉江流域在南水北调中线工程实施前后其骤旱事件特征的差异,并且使用偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression, PLSR)、支持向量机(Support Vector Machine, SVM)和随机森林(Random Forest, RF)3种机器学习方法建立了骤旱历时回归模型,定量分析了南水北调中线工程对骤旱历时的影响。结果表明:(1)南水北调中线工程实施后,汉江流域骤旱频次从平均每年0.7次上升至0.9次,骤旱历时从平均每年24.6 d上升至34.5 d,但在空间上,上游骤旱历时显著延长,中游增加幅度减弱,下游骤旱历时却缩短;(2)骤旱爆发历时在空间分布上由5~6 d均匀分布变为上下游不均分布,上游爆发历时缩短至3~5 d,而中下游地区延长至7~9 d;(3)随机森林对骤旱历时模拟效果最好,气候条件对骤旱历时影响最大,相对重要性为0.34,其中降水为0.14,净辐射为0.12,相对湿度为0.08,南水北调中线工程延长了汉江流域中下游地区的骤旱历时,相对重要性为0.12。

南水北调中线工程输电线路防雷技术应用

南水北调的中线工程中,输电设施的防雷措施运用是确保工程安全稳定运行的关键,在该工程建设项目施工区域,雷暴气候尤为频繁,对电力设施造成了严重的安全风险,尽管传统的防雷手段,像避雷装置、防雷线和接地设备已被广泛采用,但它们在面对复杂的雷电环境时仍显力不从心。本文深入剖析了传统防雷方法的缺陷,并详尽展示了新式防雷技术的创新成果与技术进展,涵盖了智能防雷技术的研制和先进材料的运用,借助全面防雷技术的实例,凸显了它在增强防雷效果及保障系统平稳运行上的优异表现。在将来,防雷技术的发展将着眼于智能技术、新材料、多功能集成以及规范化发展等方向,旨在提升防雷效果,确保电力线路的稳定运行。

南水北调中线工程运行期膨胀土长期变形及稳定性分析

南水北调中线工程运行数年后,部分膨胀土边坡渠段出现了长期变形问题。为掌握膨胀土渠坡长期变形规律,利用南水北调中线膨胀土边坡运行期长期监测资料,分析了膨胀土渠坡深层变形的长期发展特征及其与降雨的关系,揭示了膨胀土边坡深层位移长期发展的内在机理。借鉴土力学流变原理中剪切蠕变的负幂时间函数,分析了幂指数与蠕变衰减速率之间的关系,确定了边坡长期变形收敛与发散的判别阈值,提出了用于深挖方膨胀土边坡长期稳定状态的幂次判别法。选取典型膨胀土深挖方边坡,基于实测数据开展膨胀土边坡长期稳定状态评价。与后续实际运行状态对比表明,幂次判别法具有有效性。研究成果为膨胀土边坡稳定状态评价和运行维护提供理论与技术支撑。

南水北调中线工程水源区生境质量时空演变与驱动力研究

本文采用2000年、2005年、2010年、2015年和2020年5期土地利用数据,基于InVEST3模型及地理探测器探究了南水北调中线工程水源区近20年土地利用变化特征以及生境质量时空演变特征和驱动因子。结果表明,2000—2020年,研究区土地利用以林地为主,综合土地利用动态度变化较小,单一利用动态度最大为未利用地(9.71%),最小为耕地(-0.32%);2000—2020年研究区在生境质量上呈现先上升后下降趋势,在空间上呈现由南向北、由西向东递减的趋势,高等级生境质量面积占比最大(60.6%);人类活动强度、地形因子、NDVI是影响生境质量分布的主要驱动因素。

南水北调中线工程核心水源区石漠化治理探讨

淅川县是南水北调中线工程渠首和核心水源区,境内有亚洲第1大人工水库丹江口水库,生态区位十分重要,由于水源区周围的山体主要是喀斯特地貌,土壤脊薄,植被稀少,石漠化问题十分突出。为担起一库清水送京津的重任,治理石漠化迫在眉睫。2016年以来,淅川县根据不同石漠化类型,通过人工造林、飞播造林、封山育林、退化林修复等多种方式进行综合治理,积累了丰富的经验,为石漠化地区石漠化治理提供参考。

高填方渠段裂缝处理技术——以南水北调中线工程为例

南水北调中线工程是中国重要的水利工程之一,高填方渠段是其中的关键部分。然而,裂缝问题严重影响了工程的稳定性和安全性。本文通过分析地质条件、施工工艺及环境因素,系统探讨了高填方渠段裂缝的成因。详细阐述了裂缝修补材料选择、施工工艺及质量控制措施,并提出了施工和运营阶段的裂缝预防技术。结合南水北调中线工程实例,对裂缝处理方案及其实施效果进行评估。本文旨在为类似工程提供科学的裂缝处理方案与技术指导,提升高填方渠段的施工质量和运营安全性。