太湖流域防洪治理实践与思考

太湖流域是典型低洼感潮平原河网地区,一直受洪涝灾害威胁。新中国成立后,经过多年建设,太湖流域初步建立了流域防洪减灾体系,成功应对了多场次洪水。回顾新中国成立以来太湖流域防洪治理历程和方略,可分为“分散治水、一轮治太、二轮治太”3个阶段,总结了3个阶段的人水关系,以及历经实践形成的“蓄泄兼筹、洪涝兼治,高低分开、分层设防,引排结合、综合治理”防洪治理方略。同时,采用水文统计及数学模型模拟等方法,研究了当前流域高度城镇化和气候变化背景下面临的防洪新形势,剖析了流域防洪面临的人水地矛盾突出、防洪焦点由太湖转化为河网、区域短历时降雨影响加剧和周边潮位呈波动上升趋势等新问题,探讨了新时期太湖流域韧性防洪减灾体系的设想,包括深化人水和谐理念、强化“四个转变”治理思路、采用“蓄泄兼筹、洪涝并治,分区扩排、两网统筹,多措协同、智慧管控”治理策略等。研究成果可为新时期太湖流域防洪治理提供参考。

太湖流域圩区治理现状调查与思考

太湖流域属大型平原感潮河网地区,地势低洼、水网纵横,流域洪涝治理实践逐渐形成了独特的圩区治理模式。在当前圩区建设情况调查基础上,统计分析了流域内各省(直辖市)与各水利分区的圩区治理情况,给出了现状圩区数量、面积、排涝流量等关键统计量的特征,同时结合现状圩区建设初步分析了流域区域洪涝治理的效益及存在的问题,最后从流域洪涝协同治理角度提出了科学规划、协同治理,联合调度、最优效益,数字圩区、智慧管理的圩区建设思考,为太湖流域圩区治理与管理提供参考。

江苏省太湖流域湿地保护现状与空间布局

江苏省太湖流域湿地资源丰富,多年来在湿地保护修复上取得显著成效,但仍存在保护体系尚不完善、生态质量仍需提升等问题。为促进流域湿地保护修复工作开展,基于流域湿地现状和存在问题,以改善太湖水质、保障太湖供水安全及可持续利用为目标,探索提出了江苏省太湖流域湿地“一核两圈三片四廊”的湿地保护与修复空间布局,通过大力实施流域内“点-线-面”相结合的湿地保护与修复的重点工程,全面提升太湖流域湿地生态系统质量。

大尺度水利数据底板可视化探索与实践

数据底板作为数字孪生平台核心组成部分,在支撑数字孪生水利建设中作为“算据”发挥着关键性的基础作用。在数据底板可视化方面目前还存在数据要素标准不统一、融合渲染方法不明确、业务场景难支撑的问题,特别是大尺度三维数据底板如何融合构建、共享、更新与应用,尚未形成高效的解决方案。根据数字孪生水利建设数据底板建设思路,详细阐述了当前多源多级数据融合方法和业务可视化同步映射技术,并以淮河流域水利要素可视化模型构建开展实践探索。结果表明:多源异构数据标准化治理与可视化模型轻量化渲染在数据底板建设中至关重要,不仅能够支持流域尺度物理实体与数字要素的同步映射,也能够增强多场景的业务服务能力,为流域水安全保障提供关键数据支持。

基于通用模型平台的秦淮河流域水文预报技术探讨

秦淮河流域位于长江下游,其上游为山区、中游为平原、下游为感潮河网,流域内干支水系叶脉相连,水库、圩区、闸坝等水利工程众多,快速在线滚动洪水预报富有挑战。基于江苏省防汛抗旱预警调度智慧决策系统平台,研究了降雨径流、河段洪水演进、水库调洪等各类通用模型及其算法,考虑流域上游大中型水库及其调度影响,划分了适用于秦淮河水系特点的分布式预报单元,构建了秦淮河流域洪水预报模型,以2024年7月暴雨洪水前垾村控制断面为例进行验证。结果表明,利用在线通用模型算法能够实现快速洪水预报方案构建及其模拟计算,并且具备较好的准确度,可为秦淮河流域洪水预报与调度决策提供有力的技术支撑。

“引江济太”影响下太湖贡湖湾湖流时空变化

“引江济太”作为流域骨干调水工程,对贡湖湾湖流的影响一直受到较多关注。2022年夏季(8月25日9月5日)和2023年冬季(1月18日2月28日),在贡湖湾布设9个站点,开展“引江济太”和风场共同影响下的贡湖湾湖流运动特征研究。通过监测氯离子浓度分布来分析“引江济太”作用下江水入贡湖湾后输移规律,并建立数值模型,基于示踪粒子验证模型的可靠性。夏季和冬季贡湖湾垂向平均流速均呈现出河口区和交界断面区高、中间过渡区低的特点,河口区湖流主要受“引江济太”影响,中间过渡区、交界断面区湖流主要受风场影响。贡湖垂向平均流场可分为顺时针、逆时针、中间进两岸出、中间出两岸进4种类型。“引江济太”一定程度上会加快贡湖部分水域的流速,贡湖中轴线处流速的改善作用最为明显。

推进数字孪生水网工程建设助力太湖流域水治理能力现代化——江苏省太湖地区水工程预报调度一体化平台取得进展

加快数字化发展、建设数字中国是国家重大战略需求.遵照水利部推进数字孪生流域建设工作会议精神,为加快智慧水利建设,江苏省选取太湖地区作为先行先试对象,组织技术力量构建数据底板、研发在线模型平台、开发江苏省太湖地区水工程预报调度一体化"四预"系统.

数字孪生城区防洪排涝及活水自流联控联调平台开发与应用

为响应数字中国战略与数字孪生水利建设,数字赋能提升河网水工程安全运行监控和智能化、精细化管理水平,以苏州高新区为例,分析了数字孪生平台建设需求,提出了包含防洪排涝、水环境保障、水工程管理综合业务的平台建设总体架构。根据研究区已有的基础数据、监测数据、业务数据等数据基础,采用“数字孪生技术+BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)”核心应用技术搭建了平台的数据底板,集成建设了模型平台、孪生融合、知识平台与数字孪生场景,基于算据、算法、算力支撑构建了水工程预报调度与活水自流联控联调平台,提供了多业务应用的“监测预报、动态预警、场景预演、调度预案”4个关键功能,对于推动地方水利设施的精细化管理和智能运维、服务支撑江苏省数字孪生水利建设具有重要参考价值。

基于沉水植物的太湖适宜生态水位研究

基于2000~2020年长系列监测数据,分析了太湖水文、水环境、水生态变化特征及相互关系.结果表明,2000~2020年太湖水位较1980~2000年抬升明显,2000年以来太湖水体总磷和叶绿素a浓度波动上升,沉水植物分布面积波动下降.长期来看,太湖水位对沉水植物分布面积具有一定影响,1~2月水位、3~4月水位、1~4月水位、5~7月水位、水位超过3.5m天数与当年5月沉水植物分布面积之间显著或极显著负相关,太湖年均水位、8~9月水位、水位超过3.5m天数与次年5月沉水植物面积之间显著负相关,水位对8月沉水植物面积的影响相对较弱.东西山之间水域、东茭咀水域是现阶段太湖沉水植物重点恢复区.结合沉水植物生活史,研究提出太湖适宜生态水位建立方法,建立的适宜生态水位具有较好的水文节律,且与太湖沉水植物水位需求吻合.沉水植物对太湖长期高水位具有一定的适应性,短期内正常的水位波动不会导致沉水植物分布面积剧烈降低,但受人工水草收割影响明显.降低水位是恢复太湖沉水植物的有效手段之一,但当前流域防洪、供水、水生态、水环境对太湖水位有不同需求,应在优化完善水草收割方案前提下,尽快建立太湖多目标统筹协调调度水位.

数字孪生水网赋能多业务场景应用与实践

目前,水利部数字孪生流域先行先试工作已经接近尾声。数字孪生太湖地区典型水网工程项目作为江苏省4个先行先试项目之一,包括10个子项,各子项综合考虑太湖地区水网纲、目、结特征,以河、湖、库、城市、圩区为主要试点对象。围绕共建共享的理念,文章从新形势、新思路、新标准、新平台4个方面阐述了数字孪生水网赋能多业务场景应用的方式,包括太湖流域“点—线—面”融合的多层级数据底板、江苏省太湖地区精细化河网模型及服务、“2+N”多场景“四预”业务应用,相关建设成果能够为江苏数字孪生水利建设提供经验,有效支撑未来我国智慧水利体系建设。

南京江心洲水环境问题诊断与提升对策

在严格落实长江大保护基础上,平衡经济发展与环境保护的关系,尤其是水生态环境,是实现长江洲岛高质量发展的关键所在。文章以南京江心洲为例,通过现场调研、水质分析等方法,解析岛内水环境突出问题为建设期控源截污不到位、水系划分不合理、水动力弱、水体自净功能差、缺少智慧管理等,提出通过控源截污、水源提质、动力调控、生态修复、智慧运管系统建设等措施构建水环境综合治理体系,并分为开发前期基础设施建设、开发建设、建成运管3个阶段分期实施,最终稳定提升江心洲水环境品质,打造人水和谐的生态宜居环境,促进水生态文明建设。

苏州市中心城区防洪排涝与水环境调度数字孪生平台研究

水利信息技术的快速发展为城市河网工程群智慧化调度发展提供了技术支撑。以苏州市中心城区大包围为研究对象,构建以水利模型为核心的数字孪生平台,以期解决城市防洪排涝与水环境智慧化调度等问题。平台以感知数据为驱动,以模型为核心,以远程控制为手段,以水动力—水质为目标,构建河网水动力模型,并针对实况暴雨开展模型率定验证,水位误差小于5 cm,满足业务化运行要求。以“四预”业务体系为基础,结合苏州市实际情况,提出不同边界条件与工况组合,构建面向防洪排涝和水环境业务的调度预案集,以多目标为决策变量提出防洪排涝和水环境调度优选方法,并构建水利“四预”业务体系,提升城市防洪排涝与水环境智慧化调度水平,驱动水利智慧化发展,提高区域水安全保障能力,实现治水为民,兴水惠民。

基于静态—动态变量解耦的城市积淹水深快速分析方法

随着全球气候变化和我国城镇化快速发展,极端暴雨天气防范应对已成为城市防汛工作的重点之一。极端降雨条件下的实时滚动洪涝风险分析可以为预报预警提供参考,增强决策的科学性,是防范洪涝灾害的有效方法。尽管传统基于水文水动力专业模型的仿真可以在精细网格上计算出洪水演进及退水的全过程,但精细网格数值计算往往需要消耗大量的算力资源,滚动洪涝预测预报的时效性往往达不到要求。通过建立城市洪涝淹没深度与降雨量之间的函数映射关系,提出了基于静态—动态变量解耦的动态水深高效插值方法,结合分布式数据库和并行计算技术,可以在极短的时间内提供与水文水动力专业模型模拟相对一致的结果。本研究以期为城市洪涝实时风险分析提供有效支撑。

太湖贡湖湾2-甲基异莰醇(2-MIB)时空变化特征及影响因子

湖泊水体丝状蓝藻的大量出现会产生嗅味代谢物,引发由2-甲基异莰醇(2-MIB)主导的嗅味问题,威胁饮用水安全。太湖贡湖湾是苏州市、无锡市的重要饮用水源地,近年由2-MIB引起的水体嗅味问题时有出现,但相关研究鲜有报道。为掌握贡湖湾2-MIB时空变化特征及影响因子,研究分别于2022年3—12月和高温期间(7月29日—8月29日)开展逐月及高频调查。逐月调查结果显示,贡湖湾2-MIB浓度变化季节性差异显著,夏季浓度最高,可达124.3 ng/L。贡湖湾各点2-MIB的空间分布无明显差异。高频调查结果发现,高温期间贡湖湾入湖口附近水域2-MIB浓度变化剧烈,最高值可达1385 ng/L,超其嗅阈值(10 ng/L)近140倍。本文研究借助人工镜检及功能基因高通量测序技术,首次揭示拟浮丝藻是高温时段贡湖湾2-MIB的主要来源。主成分分析及相关性分析结果表明,水温、月均太阳辐射、总磷和叶绿素a是影响贡湖湾2-MIB逐月变化的关键环境因子。高温时段贡湖湾拟浮丝藻的时空变化主要受水温、日均太阳辐射、风力、硝态氮和溶解性总磷及微囊藻多个环境因子共同影响。

太湖生态清淤及底泥资源化利用建议

从水环境、水生态、底泥污染、蓝藻水华等方面概述了太湖水生态环境现状;考虑底泥污染、湖泛治理等情况,确定清淤范围主要集中在竺山湖、梅梁湖、西沿岸和贡湖等重点湖湾区,介绍了针对太湖清淤而研发的高效生态清淤固淤一体化智能环保装备船。针对目前清淤尾水处置难题,提出了对关键污染因子总氮靶向去除的尾水深度净化研究建议;针对底泥资源化利用难题,提出了底泥资源化利用产业化分析及回用于太湖生态治理的建议。

江苏数字孪生水网建设与预报调度一体化应用初探

江苏省地跨长江、淮河两大水系,省内有太湖、洪泽湖和大运河、南水北调东线等重要河湖及工程体系,在国家水网格局中占据重要地位。数字孪生水网建设是新阶段江苏水利高质量发展的重要举措和实施路径。依据江苏省河流水系特点与水利管理工作实际需求,在问题剖析的基础上阐述了数字孪生水网建设思路。以江苏省太湖地区为例,以河网模型为核心,初步构建防洪“四预”功能体系,探索基于江苏数字孪生水网框架的水工程预报调度一体化应用,推动水网建设与智慧应用。

多尺度分级河网模型在江苏省太湖地区的应用研究

江苏省太湖地区地处长江三角洲地区,河网密布,城镇化率高,水利工程众多且调度复杂,流域、区域、圩区等特点明显,区域防洪、城市防洪排涝、圩区排涝等问题比较突出。由于平原河网水动力模拟模型有其内在的复杂性,大型平原河网的水文—水动力联合模拟通常难以满足模型数据动态更新和多尺度分级模拟要求。利用多尺度智能模型构建思路,针对江苏省太湖地区洪涝问题开展多尺度智能分级模型的构建与模拟,结果表明,多尺度模型能够快速模拟江苏省太湖地区洪涝情况,为江苏省太湖地区洪涝精准调度提供有力支撑。

江苏省数字孪生水网建设总体构想与先试经验

智慧水利体系已经迈入数字孪生水利建设的新阶段,对于推动水利高质量发展具有重要的现实意义。结合江苏省河湖水系特点与水利管理治理工作实际,依据相关试行标准规范,结合数字孪生江苏省太湖地区典型水网工程先行先试项目,从数字孪生水网建设框架、总体要求、信息基础设施、数据底板、模型平台、知识平台、智能中枢和业务场景等方面提出了建设需求与要求,形成了江苏省数字孪生水网建设的总体构想,从项目建设中总结经验,探索数字孪生水网建设路径。实践表明:数字孪生水网建设总体技术要求具有可操作性和指导性,可为江苏省乃至全国数字孪生水利建设提供参考和借鉴。

南水北调东线工程江苏段沿线洪水风险区划

南水北调东线工程承担供水任务,兼具防洪除涝、调水、航运等多种功能,为提高南水北调东线工程江苏段沿线洪水风险管理水平,掌握沿线洪水风险分布情况,开展了洪水风险区划。以南水北调东线工程江苏段沿线区域为研究对象,分析南水北调东线工程江苏段沿线区域洪涝特性,开展区划单元划分、区划分析方案、区划分析模型构建及风险要素分析计算,采用综合风险度计算方法,将研究区域洪水风险等级划分为极高、高、中和低4个等级。研究结果表明,极高、高风险区面积共计3481 km2,占比21.20%,主要分布在洪泽湖周边、白马湖高宝湖区洼地区域及里下河区腹部湖泊湖荡周边等区域。成果反映了区域洪水风险总体状况,明确了区域内部洪水风险程度,支撑了洪水防灾减灾规划、防汛调度管理与预案制定。

变化风场下太湖表层湖流特征及其对蓝藻迁移的影响

为了解太湖表层湖流对变化风场的响应特征,以及风场-表层流场对蓝藻迁移的影响,通过GPS粒子示踪器对表层湖流进行观测,结合观测期间风场的变化特征和遥感图像,分析了变化风场条件下太湖的表层湖流特征以及蓝藻水华的迁移聚集过程。结果表明:太湖风场是太湖表层流场的主要驱动力,但受到地形特征、岸线特征等因素的影响,不同水域表层流场对风场的响应并不完全一致;太湖风场影响下太湖表层湖流在空间上的广泛差异性是导致蓝藻迁移过程中在不同区域聚集程度不同的主导因素,也是区域性蓝藻水华暴发的重要原因之一。风场-表层流场-蓝藻迁移聚集过程是一个依次传导的响应系统,条件适宜风场影响下的流场是触发蓝藻水华短时间、大面积暴发的重要外部因素。