面向粤港澳大湾区建设的珠江流域水安全保障研究框架与展望

推进粤港澳大湾区建设是重大国家战略,对水资源提出了重大需求,研究面向粤港澳大湾区建设的珠江流域水安全保障体系具有重要的现实意义和战略意义。在分析粤港澳大湾区重大国家战略及其水安全保障重大需求的基础上,提出了面向粤港澳大湾区建设的珠江流域水安全保障研究框架,涉及水资源、水环境、水生态、水工程、水管理、水灾害六大水安全保障体系,水灾害防御、供水安全保障、水环境治理与水生态修复、涉水事务监管四大能力建设,水资源战略性布局、国家水网工程建设、智慧水网建设、气候变化及超强人类活动影响下的水系统模拟、多学科交叉融合五大关键科学技术,水融合、水模拟、水调度、水智慧、水经济、水制度六大重点研究领域,为保障粤港澳大湾区建设和珠江流域水安全提供科学支撑。

粤港澳大湾区水安全要素“天-空-地-水”立体观测体系建设探讨

聚焦粤港澳大湾区的复杂水情及严峻水安全问题,分析当前大湾区水安全观测主要依赖传统观测方法的不足,提出基于卫星遥感、无人机、高精度传感器、5G、移动互联网等高新技术,构建粤港澳大湾区水安全要素“天-空-地-水”立体观测体系,实现对水安全要素的全覆盖、多尺度、高精度、智能化立体观测,为大湾区推进水治理、保障水安全、实现水利现代化提供支撑。

粤港澳大湾区水利标准现状与发展趋势

粤港澳大湾区在国家发展大局中具有重要战略地位。水利标准在保障粤港澳大湾区水安全中具有基础性、引领性作用。深入分析了粤港澳三地水利标准化工作的共性和差异,研判新形势下粤港澳三地水利标准互认与协同中存在的问题,基于需求分析编制一批湾区标准并构建大湾区水利标准体系,对于支撑大湾区水利高质量发展、助推大湾区建设具有重要意义。

IPv6在粤港澳大湾区洪涝智慧感知中的应用

由于粤港澳大湾区特殊的地形地貌、复杂的河流水系和高速发展的城市群建设,大湾区洪涝灾害防御任务繁重、责任重要。为有效提高洪涝灾害防御效果,分析了当下大湾区洪涝防御面临的问题,提出基于互联网协议第6版(Internet Protocol Version 6,IPv6)和物联网技术构筑洪涝智慧感知物联网络,为洪涝防御提供更加高效、精确和安全的网络支持和数据保障。

粤港澳大湾区城市幸福河湖内涵及实现途径

幸福河湖建设是新阶段推动城市现代化和高质量发展的重要手段。在党的二十大提出加快构建新发展格局背景下,从河湖治理三个阶段的历史脉络梳理出发,剖析幸福河湖建设的新内涵及其对促进经济社会高质量发展的重要意义。在此基础上,提出新阶段粤港澳大湾区城市幸福河湖实现途径框架,从自然资本、物质资本、人力资本、产业资本4个方面综合作用推动绿水青山转化为金山银山。最后以广州市黄埔区南岗河为例,实证分析提出实现途径的可行性。实践证明南岗河幸福河建设是一个可复制、可推广、可借鉴的模式样本,是大湾区城市高质量发展的必由之路。

1986—2021年粤港澳大湾区自然岸线时空变迁及保护对策

粤港澳大湾区是支撑国家发展的重要区域。系统分析粤港澳大湾区岸线资源开发利用总体态势,制定科学的自然岸线保护和控制策略,对于支撑新时期粤港澳大湾区高质量发展具有重要意义。研究提出了自然岸线分级分类体系,利用多源遥感解译与现场踏勘相结合的方法,对近40年大湾区自然岸线进行提取,分析自然岸线时空变化情况,并探讨大湾区自然岸线空间管控策略,为联动大湾区多部门、多地区的可持续发展提供技术支撑。

基于“浪潮分离”的粤港澳大湾区海堤高标准建设技术体系研究

粤港澳大湾区是我国开放程度最高、经济活力最强的区域之一。受全球气候变化影响,防潮安全已成为大湾区最突出的水安全问题之一。大湾区城市高质量发展对防潮安全和生态景观提出了新任务新要求,兼顾防灾减灾及景观生态功能综合提升的海堤高标准建设迫在眉睫。系统梳理了粤港澳大湾区海堤面临的主要问题及形势,分析了传统防浪防潮垂向一体化建设模式存在的短板,提出了基于“浪潮分离”的大湾区海堤高标准建设新理念,创建了“三重防护—模块组合—系统优化”的海堤设计新方法,可有效提升海堤减灾—生态—景观多元功能,保障大湾区防潮安全,为我国及世界其他滨海城市海堤高标准建设提供参考。

基于GEE的流域水利基础设施提取研究:以东江流域为例

【目的】流域水利基础设施是数字孪生流域建设的重要底板,在区域经济社会发展中发挥着重要作用。【方法】基于GEE平台的高分辨率卫星影像,进行地表水体计算与水利基础设施提取,使用公开的大坝数据集进行检验分析。【结果】以东江流域为例,流域水利基础设施种类多样,分布密集,共提取得到394座水利基础设施,包括13座船闸、63座低水头坝、13座丁坝、291座水库大坝、13座河坝以及1座分汊河道河坝。水利基础设施以水库大坝和低水头坝为主,数量在下游更为集中。【结论】应用GEE可有效提高对流域水利基础设施的提取和分析的效率;东江流域水利基础设施数量大,但对中小型水利基础设施仍有较多低估;相比已有数据,本文获取了更多数量和精确坐标的水利基础设施。

深圳市水土保持信息化系统建设与应用

深圳市根据城市水土保持特点及发展要求,在智慧城市和深圳智慧水务总体框架下,本着“一体化、集约化建设”等原则,构建了水土保持信息化系统。系统由基础支撑、水务大数据库、应用支撑、业务应用、智慧水务统一门户5个核心层构成,涵盖了监督管理、黄泥水溯源、辅助支持、生态建设、监测评价、信息服务6个主要功能模块,可实现全市生产建设项目水土保持监督检查的规范化、一体化管理。目前该系统已开放了市级、12个区级和4个流域管理中心账号,运营情况良好。下一步,将会针对运营中存在的问题,逐步升级改进,以进一步提升系统的智慧化水平。

引调水工程调压塔滑模设计计算及其安全性研究

随着水利工程高质量发展,对水利工程的质量和技术提出了更高要求。滑模施工技术因效率高、成本低、稳定性高等优点而广泛应用于水利工程。以引调水工程调压塔滑模为研究对象,采用静力平衡法分析了调压塔滑模主结构和支撑结构的受力情况,并对结构中应力集中和薄弱部位进行安全性计算。结果表明:滑模设计材料满足要求,在设计层面保证了调压塔滑模质量,为类似工程的滑模设计及应用提供参考。

新质生产力背景下水经济发展路径思考

发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点。水利新质生产力是新质生产力在水利行业的体现。目前水利新质生产力集中体现在新兴技术应用、水利行业颠覆性技术突破而产生的生产力突破,以及水资源刚性约束下倒逼产生的劳动者、劳动对象和劳动资料优化组合而实现的生产力跃升。从需求侧的产业发展、科技需求、投资活力等方面解析水利新质生产力内涵,认为水利新质生产力包括资源型产业、科技服务型产业和投资型金融产业。在梳理分析水经济发展及面临问题与挑战的基础上,提出发展新质生产力背景下水经济创新实践的基本路径,主要包括认识水利自我价值并实现产业化、强化科技创新与突破、投融资市场有序运营等。结合研究,建议发展水经济应提高认识和重视程度,强化水经济发展的制度保障,注重水经济发展顶层设计,推进水利工程产权确权,做好试点与品牌建设。

珠江流域灌区节水管理遥感应用实践与展望

掌握灌区的各项基本信息是灌区节水管理的重要保障。珠江流域灌区内种植地块破碎,种植类型复杂,灌区水源众多,节水管理存在底数不清、管理粗放等问题。遥感技术成本低、覆盖范围广、重访周期短,在灌区节水管理中有较好应用前景。基于“天空地”一体化遥感技术,通过深度学习构建多特征耦合的种植结构解译模型,有效支撑县域节水型社会达标建设农业灌区复核工作;提出基于遥感蒸散发、用水定额与实际灌溉面积结合的净灌溉用水总量测算和灌溉水利用系数测算方法,实现了区域尺度上用水总量和灌溉水利用系数的准确估算;针对珠江流域省际农业用水定额的差异问题,创新采用遥感蒸散发量对不同省份相邻区域的用水定额开展了合理性评估。

城市黄泥水防治“四预”系统研发与应用

文章针对黄泥水溯源难度大、影响大、偶发性高等特点导致的防治难题及当前防治策略技术短板,研发基于生产建设项目水土流失定量评价及风险评价模型的黄泥水预报预警技术和基于空间关系的黄泥水溯源方法,搭建黄泥水防治“四预”系统并在深圳市应用,实现黄泥水事件事前、事中、事后全生命周期监管。应用结果表明,有效支撑水土流失风险研判、预报预警、隐患排查,加快黄泥水事件溯源处置效率,有效减少黄泥水事件,提高防治水平和效率。

中顺大围河网水动力水质调度模拟系统研究

珠江三角洲河网水系复杂,联围众多,其中以中顺大围水系结构最为复杂、闸泵群联合调度难度最大。为充分挖掘水工程联合调度对水量水质的调控潜力,以中顺大围作为研究对象,构建中顺大围一维水动力-水质耦合模型,实现各闸泵调度方案下的围内水量水质过程模拟;在此基础上,建立闸泵群联合优化调度模型,实现在不同引换水条件下闸泵群调度方案的最优决策;最后基于水量水质模拟及调度模型研发了中顺大围河网水量水质调度模拟系统,实现中顺大围水动力特性模拟、污染物浓度及水质变化动态模拟、水污染应急调度及过程可视化,形成了中顺大围水系连通下基于闸泵群联合优化调度的水量-水质模拟调控技术体系。基于该系统对2个典型场景进行实例分析,结果表明:在进行优化调度的情况下,调度时段末围内COD和NH3-N的加权浓度分别相比不进行优化调度的情况改善了10.26%和27.27%,调度效果显著,可为中顺大围水量水质调度决策提供可靠的技术支撑。

基于机器学习的深圳湾水质预报

基于深圳湾浮标在线监测系统采集的高频监测数据,测试人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)、支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)和随机森林(Rendom Forest,RF)等机器学习方法,对溶解氧(DO)、叶绿素a(Chl.a)、总氮(TN)和总磷(TP)等水质参数进行短期预报。研究结果表明:利用高频原位水质监测数据,机器学习可实现深圳湾24 h内水质的准确预报,其中,ANN最适合DO、Chl.a和TN的预报,24 h内预报结果的纳什系数(NSE)值均大于0.60,而RF模型最适合TP的预报,24 h内的NSE值均大于0.76。研究结论为粤港澳大湾区的水污染精准防治提供了方法支撑。

珠江流域水旱灾害防御“四预”系统模型研发及应用

针对珠江流域水旱灾害特点,探讨了水旱灾害防御“四预”业务应用对水利专业模型的需求,梳理了相应关键科学问题和亟需突破的技术难点。介绍了珠江流域水旱灾害防御“四预”系统中研发的水利专业模型及其应用实例,包括通用性一二维水动力模型HydroMPM、珠江河口及河网区风暴潮模型、三维斜压咸潮模型以及水库群多目标联合调度模型。结合智慧水利建设的深入推进,展望了水利专业模型未来的发展方向。

基于复杂网络的珠江流域片极端降水空间特征及时间规律分析

研究极端降水特征和演变规律对流域防灾减灾具有重要意义。采用长期逐日高分辨率卫星降水数据,结合统计显著性检验构建无向网络和有向网络,分别编码极端降水的连接与传播,以珠江流域片为例,分析极端降水的空间特征与时间规律。结果表明:西江流域有最大的极端降水发散源和汇聚地,红水河、黔浔江、左江交界处度中心性大于0.5,韩江流域和东江上游平均传播距离超过400 km,根据最大5%聚类系数辨识出五大流域极端降水中心;空间上,存在韩江流域、东江流域、珠江三角洲中心,长安-桂林场次中心来自柳江流域中心,海南岛中心对珠江流域片有传入影响;时间上,极端降水主要在5月下旬至6月上旬从珠江流域片向韩江流域、东江流域和珠江三角洲中心传入,在6月上中旬从韩江流域、东江流域、珠江三角洲和柳江流域中心向红水河、柳江、黔浔江及左江交界处传出。

西江流域梯级水库群上下游关系识别研究

梯级水库群上下游关系是流域水资源系统分析的关键环节。本文基于河流编码描述单一梯级水库,构建了梯级水库群上下游关系识别基本框架,并用于分析梯级水库群的空间特征和流域开发利用情况。面向西江流域案例,研究结果表明:西江流域以部分水库为连接核心,超过70%的水库位于所处河流最上游;梯级水库群中,区间汇流面积最大的5座龙头水库与水利枢纽控制23.6%的流域总面积,与众多上游水库存在水力联系,在防洪、供水、发电等调度中发挥关键作用;整体上,西江流域呈现明显的逐级开发特征,各河段上游水库数量随河流等级增加呈指数式增长趋势。研究成果对于分析梯级水库群的功能具有重要的意义。

台风活动对中国沿海地区极端降水的影响

基于1961—2020年格点化数据集逐日降水资料及中国气象局台风最佳路径数据集,计算台风降水对中国沿海地区极端降水事件的贡献率;利用混合和单一元统计极值分布模型量化台风对降水极值概率分布的影响,探究其量化结果的影响因素,并通过典型流域进行流域尺度的应用验证。结果表明:从台风降水的贡献来看,台风降水主要影响中国沿海及部分临近沿海的内陆地区的高重现期极端降水事件;在量化台风影响方面,利用考虑台风降水分布的混合元统计极值分布模型可提高研究区大部分地区降水极值概率的估计,并且沿海地区台风降水的影响大于内陆地区,北方沿海地区的影响大于南方各分区;台风极端降水贡献率、台风与非台风降水差异是台风影响中国沿海地区降水极值概率分布的重要因素。

水工混凝土抗冲磨性能提升技术的研究进展

随着我国水利工程的大力建设,已修建和新建的高水头、高泄洪量、高流速的水利工程越来越多,对水工混凝土的抗冲磨性能等耐久性提出了更高的挑战和要求。总结了胶凝材料、粗细骨料、纤维、表面防护技术等对水工混凝土抗冲磨性能的影响机制,并展望了水工混凝土抗冲磨性能提升的发展方向,为高效能、低成本抗冲磨性能提升技术的研发提供依据。