基于中国地震动参数区划图变化情景下的卡拉贝利大坝抗震安全评价研究

地震区划图调整改变了卡拉贝利大坝地震背景,需按现行标准复核大坝安全状况。本文采用安全裕度方法,从历史地震、震源深度、地震构造和概率地震等方面,复核大坝设计地震、校核地震指标;采用模型坝振动试验,从动力特性、加速度反应特性、面板动力反应特性、地震残余变形等方面,计算大坝极限抗震能力为686~735 gal。安全裕度和抗震能力均不满足校核地震指标要求,大坝应采取工程加固措施。研究成果为卡拉贝利大坝后期抗震加固设计提供了重要支撑依据,也将为其它地震背景发生变化区域工程抗震安全评价提供借鉴参考。

考虑时间序列特征的水资源耦合系统有序度评价方法研究

【目的】近些年来,基于协同学的耦合系统有序度评价方法在水资源评价和管理领域逐渐得到成功应用。系统有序度评价需要综合考虑多个序参量的简单巨系统熵,现阶段简单巨系统熵计算忽略了序参量的时间序列特征,使得评价结果中系统有序度评价结果偏离和系统实际变化情况。【方法】为此,在简单巨系统熵计算中考虑时间因素,提出了一种考虑时间序列特征的协同学有序度评价方法。【结果】以江西省为研究对象,开展了水资源耦合系统有序度综合评价实例检验。【结论】相关实例分析表明:(1)研究提出的考虑时间序列特征的协同学有序度方法评价结果,相比不考虑时间序列特征的评价结果与系统实际演化态势更为贴近;(2)水资源子系统有序度受水资源丰枯变化影响较大;(3)江西省水资源耦合系统熵变值受水资源子系统熵变值影响较大。研究成果提升了协同学有序度评价方法在水资源系统综合评价相关领域应用的普适性,具有一定实际意义。

面向需水不确定性的水资源优化配置的研究进展

随着人类社会经济的不断发展,地表水资源和地下水资源之间的水循环逐渐呈现出复杂化的趋势。降水量和水资源量逐渐减少,水的供给有限,使得水资源优化配置问题逐渐成为热点研究问题。水资源优化配置有利于缓和“三生”用水之间的竞争,促进经济和生态之间的协调发展。在传统的农业与生态水资源优化配置研究中,研究者往往因重视经济效益而忽视了农业与生态需水对水资源系统的影响,农业与生态需水的不确定性增加了水资源管理的难度。介绍了不确定性问题研究方法在水资源优化配置中的发展历程,分别对农业需水、生态需水及其不确定性在水资源规划和优化配置中的应用等方面的发展历程进行了总结。根据用水的周期规律和不确定因素建立的水资源优化配置模型与实际更为相符,能够更加有效地解决决策合理性不足的问题。同时提出了对未来发展方向的展望:在水资源优化配置模型中充分考虑生态需水和农业需水的约束,构建水资源预报系统,使水资源配置决策更加合理。

国际水文计划发展与中国水资源研究体系构建

国际水文研究计划(International Hydrological Program; IHP) 是国际水资源研究展示的大舞台,其发展是国际水资源研究发展的集成体现。国际水文计划的研究历程和发展态势表明,水资源研究已从单学科研究过渡到了多学科的集成研究。随着社会因子的增加,水资源研究已经成为一项系统工程。从水资源研究的发展来看,中国水资源研究整体上要滞后于国际水资源研究的步伐,但发展态势较好。中国水资源研究体系应具有显著的圈层结构特征,变化环境中的-水资源研究体系过程与机理是水循环研究的核心,构成了圈层结构的内圈;基于生态水文过程的水资源保育与保障体系是中国水资源研究体系的第二圈层;基于自然-人工二元演化模式的水资源配置体系,基于现代理、化、生技术和信息技术的节水体系以及基于市场机制的水资源高效利用的激励体系构成了水资源研究体系的第三圈层。在上述三个圈层研究的基础上,进行基于现代信息技术和管理技术的水资源综合决策和集成管理研究,以及基于现代传媒技术的水资源教育与培训体系构成了中国水资源研究体系的最高层次,是圈层结构中的外圈层。

水资源研究所50年研究历程回顾

文章回顾了50年来水资源研究所面向国家重大水事实践需求,以为国家及地方水利部门提供服务和科技支撑、解决生产中的实际问题为出发点,开展的科学研究和技术服务工作。重点论述了水文与暴雨洪水、水资源评价、水资源配置、水价与水权研究、水资源保护、生态需水与生态水文学、水资源信息化与数字流域等方面的主要研究工作和取得的成就,展示了水资源研究所雄厚的科研基础和创新能力。展望未来,面对新时期的国家需求和水利发展形势,深感水资源研究所的科研工作任重而道远。

基于自适应混沌精英变异差分进化算法的中长期水资源优化调度

中长期水资源优化调度问题是一类具有非线性、多阶段、高维度和多重约束特性的复杂优化问题。针对经典智能算法在求解此类问题时容易陷入局部最优或者收敛效率较低等问题,应用混沌搜索策略增强算法的探索能力,同时改进传统算法的变异方式,向精英个体学习以提升收敛速度,提出自适应混沌精英变异差分进化(ACEDE)算法。将所提出的算法应用于珠江三角洲水资源配置工程中长期调度进行实例研究,并与经典智能算法进行对比分析。结果表明:①ACEDE算法在全局探索能力、收敛精度与速度上实现了全面提升,并且表现出良好的适应性。相较于传统差分进化(DE)算法,2030年水平年6月份和2040年水平年6月份调度中ACEDE算法所计算的电费成本分别节省了74.23万元和23.55万元,降低了6.68%和1.52%。②在珠江三角洲水资源配置工程中长期调度中,充分利用调蓄水库库容满足高分水量需求,同时放缓月末补水充库过程,能够有效控制泵站的平稳运行,达到降低电费成本的目的。

基于DBSCAN-RF洪水分类的洪水预报应用研究

【目的】洪水分类预报能有效提高洪水预报准确性,为防灾减灾工作提供科学依据。【方法】针对分类因子和分类算法优选问题,以海河流域徒骇河宫家闸上游为例进行研究,(1)充分考虑产汇流影响因素与洪水特征,选取洪峰流量、洪水总量、时段洪量、洪水历时、起历时、落历时、峰度、偏度、涨水仰角、落水仰角、C_(s)、C_(v)、前3 d面雨量、前10 d面雨量、累计面雨量及最大面雨量等16维分类因子,使用主成分投影法(Principal Component Analysis,PCA)对分类因子降维提高计算效率;(2)基于密度聚类(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN)-随机森林(Random Forest,RF)算法进行洪水分类,减少对分类先验知识的依赖,提高了分类精度;(3)在徒骇河流域进行了方法应用,选择适用于半干旱半湿润地区的超渗-蓄满同时作用的产流模型及单位线汇流模型进行洪水分类预报研究,分别针对各类洪水进行模型率定。【结果】结果表明:轮廓系数为0.7015,表明DBSCAN算法聚类效果理想,基于RF算法的洪水分类准确率为91.67%,分类效果理想;经洪水分类预报,NSE系数均高于0.8,分类预报结果优于直接预报。【结论】结果说明:基于DBSCAN-RF洪水分类的洪水预报能较好地反映研究区域洪水演进过程,为研究区域洪水预报及防灾减灾工作提供依据。

国家水网工程可持续运行风险研究进展

为对国家水网工程可持续运行风险未来研究提供思路与可行性建议,综述了国家水网工程及相关水利工程的可持续性及运行风险研究进展。在文献阅读的基础上,初步解释了国家水网可持续性的概念,基于工程、社会、经济、生态和管理五项主要风险因子构建了国家水网工程可持续运行风险评价指标体系,认为工程风险和生态风险是影响国家水网工程可持续运行的主要风险因子。针对当前国家水网工程可持续运行风险研究存在的不足,提出了目前国家水网工程可持续运行风险评价面临的关键技术问题,指出未来需要基于国家水网工程可持续运行风险评价指标体系,识别风险因子及其发生概率,开展工程实证分析,提出风险管控模式和促进国家水网可持续运行的实施建议。

现代水文水资源学科体系及研究前沿和热点问题

在对国内外水问题进行科学识别的基础上,分析了水循环的"自然-人工"二元演变模式,明晰了水循环及伴生水化学、水生态和水沙过程的相互关系,初步阐述了现代水文水资源学科体系的构成。在对国际水文水资源研究发展趋势及热点和前沿问题进行阐释的基础上,结合中国水文水资源研究现状及水问题解决的实践需求,论述了中国水文水资源研究的学科体系的构成,并分析其重大研究方向。在变化环境和高强度人类活动影响下,水循环在驱动力、结构及参数等方面已呈现出显著"自然-人工"二元特征。现代水文水资源研究正由传统"还原细化"研究向综合交叉方向发展,并由传统基于单个水文环节的研究过渡到基于二元水循环过程的研究上来,原型观测与数学模拟的结合已成为其关键研究手段。中国水文水资源研究需要进一步强化水循环及伴生过程演变机理识别与定量模拟方面的基础研究,完善水资源评价、配置、调度、水权分配、水价定价理论和技术等方面的应用基础研究,服务于节水型社会建设、水环境保护与水生态修复、水资源综合管理、防灾减灾与应急管理、民生水利及现代水利建设与管理等实践需求。

西北内陆干旱区水资源承载能力研究

在西北内陆干旱区水资源生产能力分析的基础上,定量地给出了该区域重点地区的水资源承载力。针对生态环境脆弱的内陆干旱区特点,探讨了水资源承载力的主要研究内容、特性和影响它的主要因素,然后提出了水资源承载力的指标体系、计算流程和边界条件,分析计算了其水资源生产能力。研究结果表明,利用新疆、河西、宁夏的农产品弥补关中和柴达木农业生产的不足,利用新疆、关中、柴达木的工业生产弥补河西、宁夏工业生产的不足,2020年西北重点地区完全可以承载其6384×104人的预测人口,且能保证每人有年均400kg粮食和2×104元以上的富裕生活水平。

区域水资源承载力的研究进展及其理论探析

在总结区域水资源承载力研究历史和现状的基础上 ,定义了水资源承载力的概念 ,并阐述了水资源承载力的内涵与特性。在分析区域水资源承载力影响因子之后 ,研究了区域水资源承载力的理论研究层次 ,对水资源承载力的理论体系的建立作了较为深入的探析。

现代水资源评价及水资源学学科体系研究

在追溯水资源界定和内涵历史沿革的基础上 ,根据水资源评价的有效性、可控性和可再生性准则 ,按不同评价口径将水资源划分为广义水资源、狭义水资源、国民经济可利用量和生态环境需水量。从水资源承载的双重客体出发 ,一定程度上澄清了历史上关于水资源评价和定义的争论。而后从水资源科学的发展入手 ,刻划了水资源学研究的对象和三个层面上的内容 ,即基础研究、应用研究和综合研究 ,根据学科研究的内容 ,构建了包括基础学科、应用学科和综合学科的水资源学学科体系 ,并分别就三大组成部分作了剖析 ,这对于水资源学科建设具有积极的意义。

流域水资源实时监控管理系统研究

根据我国流域水文水资源特点和供用水特征,基于目前流域所面临的水资源短缺和污染问题,需要研究和开发流域水资源实时监控管理系统。其重点应放在现有监测站点的调整与完善,水库运行规则、技术参数的校核与调整,洪水资源调控与地下水人工回灌,污水处理回用与生态环境需水量,防洪与兴利统一调度,地表水与地下水资源联合运用管理等技术研究,以及水资源实时调度管理方案付诸实施后效益与风险分析、系统的标准化等方面。

水资源用水总量控制与定额管理协调保障技术研究

目前我国水资源用水总量控制与定额管理缺少有效的协调保障技术,文中从分析影响用水总量控制与定额管理相协调关系的主要因素入手,构建了包括总量控制和定额管理相互协调的调控原则、调控模式、调控方法和促进两者协调的措施方法在内的总量控制与定额管理协调保障技术体系,为解决实际管理中存在的总量控制与定额管理不相协调问题提供技术支撑,使总量控制与定额管理有机结合、互相匹配。

流域水资源合理配置的研究进展与发展方向

水资源合理配置是实现水资源可持续利用的有效调控措施之一。将现状的水资源合理配置研究划分为广义和狭义两类,进而从内在机制、实践进程和评价三方面系统综述了狭义流域水资源合理配置研究进展。指出目前中国在流域水资源配置过程中存在若干问题,主要表现为缺乏有效的初始水权分配机制、缺乏有机的补偿和机理机制、缺乏广泛的社会参与机制和缺乏系统的后效评价体系,致使现状水资源配置难以实现真正意义上的合理。为解决上述配置实践中存在的相关问题,今后我国水资源配置研究的重点主要集中在建立符合现代流域水循环过程的"天然 人工"二元认知模式,建立以水循环为基础的水资源合理配置模式、建立具有统一基础的水资源配置准则和建立水资源配置合理性评价标准和体系等。

基于广义ET的水资源与水环境综合规划研究Ⅰ:理论

在分析国内外水资源规划的发展历程的基础上,基于广义ET耗水控制理念探讨了区域水资源水环境综合规划的理论、内涵及其规划理念。分析了其调控机制、规划原则以及规划目标。确定以目标ET制定-方案设置-情景模拟-方案评价-方案推荐5个步骤为基于ET的水资源规划的决策思路,进而提出了七大总量控制规划指标,建立了规划框架。为综合解决全球气候变化和人类活动影响下日益严重的水资源和水环境问题提供了探索途径。

北京市水资源配置模拟模型研究

在分析北京市水资源利用现状的基础上,提出并开发了基于规则控制的北京市水资源配置模拟模型。通过分析水资源系统供、用、耗、排主要环节中所涉及的要素和相互连接关系,抽象概括出系统中的主要对象,建立了满足北京市配置目标要求的水资源系统网络概化图。在模型中,以1956～2000年45年的长系列水文历史数据和未来规划水平年需水预测数据为基础,通过控制水利工程运行规则、渠道过水能力、用水户受水优先序等变量,以及对天然与人工二元耦合情况下水资源在网络系统中运移转化和相互作用过程的模拟,实现北京市水资源的综合配置。

三川河流域水资源演变个例研究

以三川河流域为例,应用WEP-L分布式水文模型和集总式流域水资源调配模型偶合而成的二元水循环模型,模拟了不同情景下流域水循环过程。在此基础上,定量分析了降水、人工取用水以及下垫面条件这三个主要驱动因子对流域水资源演变的影响。在模型中保持其它条件不变,仅以改变降水、人工取用水及下垫面条件来模拟8种不同情景的水循环:情景1,1956-1979年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景2,1980-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景3,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景4,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水;情景5,1956-2000年降水系列、1956-2000年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景6,1956-2000年降水系列、2000下垫面、无人工取用水;情景7,1956-1979年降水系列、1956-1979年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景8;1980-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水。情景2和情境1比较,发现降水单项因子减少4.5%引起各种口径水资源量的减少,地表水资源量减少18.4%,地下与地表水资源不重复量15.8%,狭义水资源量18.3%,有效蒸散发量2.1%,广义水资源量4.6%。情景4和情境3比较得出,在人工取用水单项因子作用下,地表水资源量减少4.6%,而地下与地表水资源不重复量增加113.5%,在狭义水资源量减少0.4%的同时,伴随有效蒸散发量增加0.9%,广义水资源量增加0.7%。情景6和情境5对比,发现在下垫面条件单项因子作用下,狭义水资源量及其构成地表水资源量和地下与地表水资源不重复量分别减少4.3%、4.3%和2.8%,有效蒸散发量增加7.1%,广义水资源量增加5.3%。情景8和情境7对比分析得出,三个因子对水资源量的综合影响是,地表水资源量减少30.6%,地下与地表水资源不重复量增加114.5%,狭义水资源量减少25.8%,有效蒸散发量增加6.7%,广义水资源量增加1.1%。研究成果对于其它流域水资源演变规律研究具有参考价值。

基于生态水文阈值调控的内陆干旱区水资源多维均衡配置研究

针对内陆干旱区城市发展和生态环境保护的强烈互斥性,在整体识别内陆干旱区水循环与生态演变耦合作用机理上,构建基于生态水文阈值调控的水资源多维均衡配置模型。模型分3个层次:以流域为单元的水资源系统耗水总量和地下水采补平衡;以行政分区为单元的经济社会系统水量平衡和水土平衡;以河道关键控制断面和灌区为单元的生态环境系统水生态平衡和水盐平衡,并给出相应的多重循环迭代算法。将该模型方法应用于我国内陆干旱区——塔里木河流域,结果显示:在平枯水平年通过累计新增节水灌溉面积85.1万hm^2,累计退减基本农田外灌溉面积41.5万hm^2,累计退减国民经济用水量为75亿m^3,可实现该地区水资源-经济社会-生态环境复合系统的有序良性演化和高效均衡发展,验证了该方法的可行性。

海河流域二元水循环模型开发及其应用——Ⅱ.水资源管理战略研究应用

综合考虑水文气象、南水北调工程、地下水超采控制、入海水量控制目标等因素,以及现状(2005年)、2010年和2020年3个水平年,设置了9个情景方案,应用海河流域二元水循环模型(简称"二元模型")进行了水资源管理战略情景模拟分析。采用GDP、粮食产量、ET(蒸散发量)、入海水量、总用水量、减少地下水超采量等评价指标对9个情景方案的模拟结果进行了评价,给出了各规划水平年的推荐方案。在此基础上,对今后海河流域水资源管理战略问题如ET控制、地下水超采量控制和入渤海水量控制等进行了讨论。研究表明,未来虽然有南水北调工程对本流域的补水,但需要严格控制流域用水量和耗水量,才能做到逐步减少地下水超采量、增加入渤海水量,实现国民经济与生态环境的和谐发展。