面向智慧化管理的数字孪生小水电工程建设技术研究

新阶段水利高质量发展对小水电发展提出了更高要求,亟须推进小水电智慧化管理,以加快推进实现小水电的绿色转型。阐述了我国小水电发展现状和面临的挑战,厘清了小水电智慧化管理需求,剖析了数字孪生小水电的内涵和特征;结合行业实际,提出当前我国数字孪生小水电系统基本框架和业务应用内容,解析行业内已开展的实践探索案例。针对建设行业标准、健全保障机制、加强科技支撑、推进先行先试提出建议,以期加速数字孪生技术在小水电领域的应用和推广。

政策性引导视域下的水库移民可持续发展基金研究

水库移民是非自愿移民,因修建水库设施被迫迁移,由于不能适应安置地的生产生活及原有的经济基础薄弱,仅仅依靠国家政策性扶持补贴,还是远远不能满足当前水库移民经济发展的迫切需求。政策性引导社会众筹水库移民可持续发展基金有着其他公益基金无法比拟的巨大优势,它可以为水库移民可持续发展提供启动资金、信用担保和相关的优惠政策。

小水电代燃料工程生态效益测算关键技术研究

基于河流生态系统理论方法及小水电代燃料项目特征,对小水电代燃料工程的生态效益进行了分类,提出了小水电代燃料工程生态效益测算模型,并对模型参数的合理取值进行了探讨。应用小水电代燃料工程生态效益测算技术方法,对贵州、湖南两省9个典型项目区开展了案例研究,并对两种碳减排效益计算模型中的参数取值进行了订正。研究成果可为有关部门评估小水电代燃料工程的生态效益提供量化测算依据。

中国水电工程生态流量实践主要问题与发展方向

梳理了2001—2015年96个水电工程的生态流量数据,基于ArcGIS平台分析了工程时空分布特征,回顾分析了生态流量的落实情况,分析了生态流量计算方法、泄放方式、保障措施和监测措施的差异及其对保护坝下河段珍稀、濒危保护鱼类的生态效益;重点分析水电工程下泄生态流量的保障情况、目前存在的不足与改进措施。总结了中国水电工程下泄生态流量实践的主要问题,并从生态流量计算原则与流量过程线要求、梯级水库联合调度的考虑、加强河流生态修复中生态流量研究与实践等方面提出了未来的发展方向。

中国水电温室气体减排作用分析

采用适于大尺度温室气体排放量计算的区域电网基准线法和标煤排放系数法分析了2015年和2020年中国水力发电温室气体减排潜力。计算结果表明,2种方法计算结果非常接近。2005年,中国水电减排二氧化碳3.4亿t;相对于2005年,2009年中国水电进一步减排二氧化碳0.99亿t,"十二五"和"十三五"期末年可进一步减排二氧化碳3.42亿t和6.39亿t;2020年,水电、核电、风能、太阳能及生物质能等可再生能源相对于2005年可减排二氧化碳14.81亿t,其中,水电减排占总量的43%。因此,水电对于实现2020年中国温室气体减排目标具有重要作用。

国际环境流量发展研究

2007年,在澳大利亚布里斯班召开的世界环境流量大会上各国对环境流量形成了统一认识。经过10年发展,世界范围内的环境流量研究、管理与实践成果显著,在概念上从水生生态保护目标要求向水资源规划和管理多目标、多尺度的生态、社会可持续性和适应性转变,并在2017年布里斯班宣言发布10周年时,将人类文化用水需求纳入到环境流量的定义。通过回顾梳理环境流量实施10年的发展与成果,分析实施环境流量与实现联合国可持续发展目标的关系,主要讨论了环境流量与可持续发展、水资源综合管理和气候变化的关系等,提出未来亟须进一步加强多部门的水资源综合管理和利益相关方的合作,以应对气候变化的影响,实现可持续发展目标。

某水利枢纽工程纵向围堰坝段混凝土温控防裂要点研究

水利枢纽工程中,纵向围堰坝段作为永久性挡水建筑物,两个侧面分别具有提前挡水和长期暴露的特点,开裂风险较大,需要有针对性的防裂措施。以某水利枢纽工程混凝土纵向围堰坝段为例,采用有限元仿真的分析方法,就其过流面、暴露面温控防裂要点进行重点分析。结果表明:无温控措施时,侧面最大应力达2. 82 MPa,安全系数仅为0. 59;设置纵缝及24℃中期冷却后,过流面、暴露面最大应力分别为1. 22 MPa、1. 18 MPa,安全系数分别为1. 37、1. 41;进一步对过流侧进行25. 00 m高程以下堆渣、对暴露侧进行保温后,过流面、暴露面最大应力分别降低为0. 85 MPa、0. 71MPa,安全系数分别提高到1. 96、2. 35,均满足1. 65的设计标准。因此,对于提前过流侧面的针对性防裂措施为,设置纵缝、过流侧过流前中期冷却及堆渣;暴露面一侧由于长期暴露,易遭遇寒潮影响,其主要防裂措施为,设置纵缝、中期冷却及保温。

三江源地区高寒草地不同退化程度土壤特征研究

为了解区域尺度上不同退化程度高寒草地的土壤特征,在对三江源地区进行多样点采样和室内分析的基础上,研究草地退化对高寒草地不同土层的土壤物理和化学等特征的影响。结果表明:随着退化程度加剧,不仅草地群落组成出现明显变化,地上/地下生物量显著下降,而且土壤各理化性质也受到不同程度的影响。土壤容重随草地退化程度的加剧和土壤深度的增加而增大;土壤有机碳随草地退化程度的加剧而显著下降,尤其是0～10cm土层;草地退化加剧导致土壤总氮和硝态氮含量呈逐渐下降趋势,且对0～10cm土层影响更为显著;土壤铵态氮含量在草地轻度退化阶段最高,且受草地退化影响不显著。相关性分析表明,不同土层的土壤有机碳和总氮与生物量之间均呈显著正相关,多元逐步回归分析也显示土壤有机碳和总氮含量与绝大部分草地演替阶段的生物量显著相关,表明土壤有机碳和总氮可作为衡量三江源地区草地退化程度的重要土壤性状指标。人工草地的建植可明显增加地上/地下生物量,但短期内对土壤的改良效果并不显著,极度退化草地的土壤恢复将是一个缓慢的过程。

我国河流生态基流理论研究回顾

从生态基流的概念内涵、发展历程、计算方法和相关规定4个方面回顾了我国河流生态基流的发展历程。首先梳理了生态基流的概念,从生态基流支撑的河流生态系统功能、生态需水过程辨析了我国河流生态基流内涵;根据40年来我国河流生态基流的发展历程,将其分为探索、起步、发展和完善阶段共4个阶段,并总结了各阶段的特征;回顾梳理了国内外生态基流计算方法的发展历程,并对计算方法进行分类;最后梳理了我国已颁布的河流生态基流相关法律、规范、导则和指南,分析了现有规定的不足及未来的研究发展方向。可为我国河流生态基流理论研究提供依据,为河流生态系统保护政策的制定提供决策参考。

河湖水系连通影响评价指标体系研究Ⅱ——“引江济太”调水影响评价

"引江济太"调水是通过河湖水系连通改善太湖流域水资源配置、修复太湖流域水环境、保障太湖流域用水安全的典型案例,调水的影响为社会广泛关注。本文以"引江济太"调水为例,对所建立的"河湖水系连通影响评价指标体系"及评价方法进行了应用,对其适用性进行了检验。结果表明,指标体系具有较好的适应性,基本能反映和评价河湖水系连通的主要影响;"引江济太"调水的影响较为正面,影响主要表现在改善城镇供水保证率、补给深层地下水、改善水质和景观等方面;由于"引江济太"调水仅为长江和太湖流域之间连通的一部分,调水对经济、社会、生态环境的综合影响总的来说较小。

水闸混凝土结构关键部位温控防裂研究

由于水闸底板结构属于薄板结构,层厚较薄,其混凝土内部温度随年气温呈周期性变化,无稳定温度,给其最高温度控制标准的制定带来了一定困扰。为此采用有限元仿真分析方法,以某水闸为例,就水闸结构的最高温度温控标准、关键部位防裂重点及防裂措施进行了重点分析。通过计算可知,该水闸混凝土的最高温度控制标准按照32℃控制为宜;低温季节混凝土浇筑完成后及时保温可降低拉应力19%,上下层温差按照15℃控制,安全系数1.65。结果表明:水闸结构最高温度控制标准按照基础温差加闸底板结构各浇筑层第二年温度的最低值确定为宜;低温季节混凝土浇筑完成后应及时保温;闸墩与底板混凝土的上下层温差控制是闸墩结构防裂的重点之一,需从严控制。

黄河上中游地区大型煤炭基地水资源约束研究

煤炭在我国能源结构消费比重中仍将占有绝对的优势,未来黄河上中游地区的水资源能否支撑煤炭产业增长是我国能源与水资源管理的难题。不同水平年黄河上中游7个大型煤炭基地的需水量进行了预测,并与煤炭基地的黄河流域二级水文区区域水资源量、地下水功能区和地表水功能区进行了适配性分析,根据水资源约束特征提出了缓解水资源对黄河上中游煤炭基地开发约束对策。

河湖水系连通影响评价指标体系研究Ⅰ——指标体系及评价方法

河湖水系连通是提高水资源配置能力、增强抵御旱涝灾害能力和改善生态环境的重要战略举措,而如何对河湖水系连通的影响进行评价,是相关部门开展河湖水系连通决策和管理时迫切需要解决的问题。本文建立了包含社会、经济及生态环境等3个方面共23个指标的河湖水系连通影响评价指标体系,探讨了河湖水系连通影响评价的独特特征,指出在一般情况下对连通的影响需要在单区域(调水区或受水区)和整个连通区上分两个层面进行评价,从而评价指标可能在两个层面上都存在阈值,初步讨论了各单指标的评价方法。

环境流量研究的前沿问题与挑战

为了应对水文、气候和生态系统变化背景下环境流量研究的新挑战,梳理了国内外环境流量研究成果,指出目前环境流量研究主要存在5个方面的不足,也是该研究目前的前沿问题与挑战:①全球环境变化与非稳定性;②生态水文过程的动态模拟,重点是水文情势静态评价向动态特征评价研究的转变;③生态水文关系的时空特性,重点是生态系统状态、过程变量和物种特征的耦合研究,环境流量的生态特征和时空尺度研究;④环境流量评估的关键指标;⑤环境流量预测的生态学延展。为解决这些问题,提出了人类世背景下环境流量研究的发展方向,认为未来环境流量研究应加强生态目标的动态适应性管理,加强局域到区域的生态学基础研究,完善基于过程的生态水文响应机理,强化环境流量分阶段实施的非水文指标耦合,加强适应性管理方式下的环境流量评估和实践,以保障适应性管理框架下的生态完整性。

长江江豚的天鹅洲故道栖息地特征研究

湖北天鹅洲故道是长江江豚的重要迁地保护地。本文利用数学模型,对天鹅洲故道内的风生流流场进行了数值模拟,并分析了天鹅洲地形特征、水动力学特征、食物资源和水质等因素与江豚微生境选择之间的关系。研究结果表明,天鹅洲故道内的江豚偏好选择具有浅滩-深槽复式断面、生境多样性较高的河段栖息;风生环流对江豚微生境的选择有一定影响。同时研究发现天鹅洲故道内水位仅能满足核心区对水位的需求,缓冲区和实验区水位保证率基本无法满足。

水库大坝工程生态流量评估的分类管理方法研究

为解决不同用水目标的利益分配问题,完善流域尺度的生态流量管理和生态用水调控,通过开展生态流量管理指标和方法研究,建立了一种水库大坝工程生态流量评估的分类管理方法,从水库大坝工程的工程属性、河流水文情势与水生生物3个方面建立了生态流量的分类管理指标和方法,并建立了中国水库大坝工程生态流量评估的4个管理分类。研究认为:坝下河段存在珍稀濒危保护鱼类的工程,其泄放生态流量的紧迫性较高,应开展基于保护目标的泄流过程研究;对河流水文节律影响较大的工程,应优化泄流过程以恢复河流水文节律,减缓筑坝的水文影响;对调节性能较好的工程,应根据上游来流情况开展梯级水库的联合调控研究,保障生态基流泄放;对调节性能较差的工程如径流式电站,其泄放生态流量的紧迫性较低。本研究在一定程度上丰富了生态流量研究的理论方法体系,可为水库大坝工程生态流量评估与管理提供参考。

绿色小水电评价的作用、内容及标准分析

绿色小水电评价是从环境、社会、经济和安全四个方面,对处于运行阶段的小水电站进行评价,根据评价结果给予处于行业先进水平的小水电站以经济、政策或技术方面的激励。在分析国际水电环境认证制度、水电可持续性评估规范和我国相关技术标准的基础上,针对我国小水电行业存在的问题,提出通过实施技术评价和激励机制为核心的绿色小水电评价,从而发挥行业引导作用,促进实现小水电保护生态和改善民生的基本目标。本文分析了绿色小水电评价的含义和作用,从环境保护、社会发展、经济效益和安全运行四个方面分析了评价的主要内容,并且探讨了评价基线和标准阈值两个评价标准的关键问题。

南水北调中线工程水库移民村社会治理绩效评价研究

本文根据河南省南水北调中线工程水库移民新村村级社会治理创新的具体内容,从村庄建设、社会稳定、生计保障、公共服务和民主参与五个方面选取30项指标构建水库移民村社会治理综合评价指标体系,并运用层次分析法、专家打分法对11个率先试点村级社会治理创新办法的水库移民新村村级社会治理绩效进行量化评估。结果表明,指标体系能够较好地反映样本村的实际状况,可以在一定时期内为评价与衡量村级治理绩效提供定量参考,也可对普通乡村的社会治理水平评价提供借鉴。

我国水电农村电气化建设述评

介绍了"七五"到"十五"期间我国水电新农村电气化的建设历程,"十一五"期间我国水电农村电气化建设的主要成效、做法和成功经验,并对"十二五"水电农村电气化建设的必要性进行了归纳总结。

PCCP管远场涡流检测激励线圈布置方式研究

基于远场涡流原理应用三维有限元方法研究激励线圈在PCCP管壁内的布设方式,分析了激励线圈的大小、位置,以及断丝所处环向位置对断丝检测效果的影响。结果表明,激励线圈与管道同轴布置时,保持激励电流密度不变,激励线圈的大小不会影响断丝检测的精度;当激励线圈布置于管壁附近时,可以检测出断丝的轴向位置和环向位置,此时,Br相位比Bz相位更适于作为检测指标,为实际运用远场涡流检测设备定位断丝区域提供了指导。