基于一、二维耦合水动力模型的潼湖流域洪水出口通道方案研究

为解决潼湖流域洪水出口通道受限问题,增强流域防洪排涝应急能力,通过构建潼湖流域一、二维耦合模型,对流域新开排洪渠方案的改善效果进行模拟分析。结果表明,随着排洪渠底宽和出口闸门净宽的增加,潼湖水面线逐步降低。从经济性和安全性角度,选择渠道底宽为35m,末端闸门净宽为25m的方案为最优方案。研究成果能够为复杂河网水系防洪治理提供参考。

数字孪生汉江流域建设先行先试关键技术探讨

针对汉江流域水工程种类多样、体量庞大、预报调度任务复杂且艰巨、水资源管理与调配业务信息化程度不足的现状,选取汉江流域作为数字孪生建设先行先试工作试点,重点围绕防洪调度和水资源管理与调配业务需求,开展数字孪生平台及预报、预警、预演、预案“四预”功能建设。目前,数字孪生汉江流域已初步构建与流域实体孪生的数据底板,搭建统一且通用的模型平台和微服务化的知识平台,融合专业模型、知识图谱与业务应用,基于水工程联合调度规则库、水位目标控制的水库调度方式优化、行蓄洪空间防洪调度知识图谱等关键技术,形成防洪调度和水资源管理与调配智慧应用。建设过程中在可视化技术、孪生平台、知识图谱等方面凝练相关技术成果,可为其他数字孪生建设提供支撑参考。

石亭江流域设计洪水计算

文章以石亭江德阳天府旌城河段为研究对象,采用水文比拟法和同频洪峰叠加两种方法推求了宝成铁路桥控制断面设计洪水。同频洪峰叠加的方法更符合地区洪水特点,其计算结果作为研究河段设计洪水推荐结果。研究结果可供石亭江流域及其他上、下游产汇流特点不同的河道设计洪水计算参考。

大渡河干流已建水电站生态基流目标值复核分析

以大渡河干流已建水利水电工程为研究对象开展回顾性评价,为推动后续生态基流研究和水资源管理提供参考。研究采用多种水文学方法,包括Tennant法、Texas法、Q90法、多年最小月平均流量法和NGPRP法,计算大渡河干流已建梯级水电站的生态基流目标值。根据计算结果中各控制断面的最小值、最大值和平均值,建立生态基流目标值的参考区间,分别对应底线、优和良好的标准线,并对大渡河干流已建梯级水电站生态基流目标进行了回顾性评价。结果表明,大多数断面的现行生态基流目标值均在最大和最小参考值区间范围,设置基本合理。针对不同历史条件下或不同行业领域中存在的生态基流相关概念内涵和适用边界条件的不一致问题,以及拦河工程生态基流调度的实际问题,研究提出生态基流目标体系的双指标控制法,并提出了大渡河干流已建梯级水电站生态基流目标建议值,建议双江口、猴子岩、深溪沟、龚嘴、铜街子水电站的生态基流目标采用日均和瞬时双控值,分别设为121/52、160/78、327/188、366/149和366/236 m^(3)/s,而沙湾和安谷水电站均设为366 m^(3)/s。

长江-鄱阳湖顶托作用评价指标研究

长江与鄱阳湖形成的江湖交汇系统存在复杂的河床演变与物质能量交换,江湖顶托关系是影响江湖水量交换的重要因素,同时对整个区域的水资源、防洪、灌溉、航运、生态有着重要影响。以长江与鄱阳湖的交汇区为研究对象,从动量基本方程出发,建立了一套评估长江与鄱阳湖顶托强度的指标体系,提出了顶托强度指标——顶托角。研究结果表明:自20世纪80年代以来,顶托角整体上没有发生趋势性变化,说明长江对鄱阳湖的顶托作用在三峡水库蓄水后变化不明显。但从年内变化来看,在枯水期,由于三峡水库的补水作用,长江对鄱阳湖的顶托作用明显增强;在汛期,由于三峡水库的削减洪峰以及汛末蓄水,长江对鄱阳湖的顶托作用减弱。长江对鄱阳湖的顶托作用变化会在4~6月使湖水滞留湖区,易发生流域性洪水;在7~10月加速湖水的入江,使鄱阳湖的低水位形势持续恶化。研究成果可为长江和鄱阳湖的治理与保护提供参考。

三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位研究Ⅰ——需求分析与优化条件

城陵矶地区是长江中下游洪灾最频发的区域之一,是长江水库群防洪的重点保护对象。金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4座梯级水库与三峡水库组成的巨型水库群防洪能力巨大,显著改变了流域防洪调度格局。在概括分析城陵矶地区防洪需求,回顾三峡水库对城陵矶地区防洪补偿控制水位不同阶段成果的基础上,剖析了优化防洪补偿控制水位的研究要点,研究了金沙江下游梯级防洪库容投入情况,进而明确了提高防洪补偿控制水位的有利条件。研究结果表明:在三峡水库水位达到城陵矶防洪补偿控制水位158.00 m后,金沙江下游梯级水库在预留40.93亿m^(3)防洪库容的基础上,尚有30亿~60亿m^(3)富余防洪库容可配合运用,为进一步提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位创造了良好条件。

三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位研究Ⅱ——风险分析与运用方案

乌东德、白鹤滩水库投运后,长江上游水库群联合防洪调度为进一步提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位创造了有利条件。为提高三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位,针对金沙江下游梯级防洪库容投入运用条件,基于三峡坝址不同典型年的不同频率设计洪水,开展了荆江防洪和库区回水风险分析,提出了金沙江下游梯级配合三峡水库的等比例分级拦蓄方式,在确保荆江及库区防洪安全的前提下,提出了三峡水库对城陵矶防洪补偿控制水位优化运用方案,给出了金下梯级预留防洪库容与三峡水库对荆江防洪库容的等效关系。研究结果表明:提出的等比例分级拦蓄方式综合了拦量和削峰两种模式,有效利用了金下梯级防洪库容,调度效果最好;提出的水位优化运用方案具备较好的防洪减灾效果,丰富完善了长江上游水库群联合防洪调度方案,可进一步减少中下游超额洪量。研究成果可为长江水库群实际洪水调度提供技术支撑和决策参考。

大型水库运用对河口尾闾河道出汊的影响研究

为定量研究大型水库运用对河口尾闾河道出汊的影响,以黄河口尾闾段为研究对象提出了一种基于改进熵权法的河道出汊阈值确定方法,根据实测水沙资料确定了尾闾河道出汊指标计算公式及相应的河道出汊阈值,在还原无小浪底工程时尾闾段水沙及河槽形态调整过程的基础上,结合出汊阈值对比分析了有、无小浪底工程时尾闾段发生河道出汊概率的差异。结果表明:河段河相系数和汛期平均水流冲刷强度分别为边界和水沙条件中对河道出汊贡献最大的两个指标;黄河口尾闾段河道出汊阈值为38.16,当出汊指标大于38.16时尾闾段发生河道出汊;小浪底工程运用约束了进入尾闾段的沙量,河道出汊概率明显减小。

长江经济带城镇污水处理现状调查与分析

为摸清长江经济带污水处理现状,助力长江经济带城市水环境保护,采用座谈、资料收集和现场走访的方式,调查了长江经济带7个重点省区城镇600座污水处理水厂的运行规模、处理工艺、运营模式,分析了污水处理领域主要竞争主体和市场空间。结果表明:长江经济带7个重点省区污水处理率达到97.69%,与全国平均水平基本持平,但污水处理厂进水污染物浓度普遍低于全国平均值;污水处理工艺以A2/O和氧化沟工艺为主,运营模式主要为BOT和托管运营,占比约50%;污水处理市场空间仍较大,污水管网的建设和修复将引领新的投资热点。研究成果可为长江经济带城镇污水处理投资和决策提供基础数据支撑。

PAC更新率对PAC-MBR耦合处理效能及污泥特性的影响

粉末活性炭(PAC)的定期回收和补充是混合膜生物反应器(PAC-MBR)稳定运行所必需的。研究探索了不同PAC更新率对PAC-MBR中污泥过滤特性和微生物群落的影响,创新性地提出通过PAC更新来提高微生物活性,以达到提高出水效能并减缓膜污染的效果。结果表明:PAC更新对CODCr和氮的去除没有显著影响;随着PAC更新率的增加,可溶性微生物产物逐渐降低,胞外聚合物浓度逐渐增加。PAC的更新能够降低MBR系统膜污染,同时提高过滤效率。微生物活性与PAC的更新率呈正相关规律。此外,由高通量测序可知由于添加新鲜的PAC,Proteobacteria(变形菌属)、Bacteroidetes(拟杆菌属)及Nitrospira(硝化螺旋菌属)的丰度增加,保证污染物的去除,同时Proteobacteria及Bacteroidetes造成的膜污染减少。最佳PAC更新率为1.67%,能够有效缓解膜污染并增强优势细菌结构。在推动PAC-MBR广泛应用方面,PAC更新被认为是一种有前景的方法。

BIM-GIS技术在输水隧洞工程勘察设计中的应用

为促进BIM和GIS技术在输水隧洞工程勘察设计中的应用,针对BIM与GIS数据存在数据来源多样化、融合标准化程度低等问题,以3D Tiles格式为数据集成容器,提出了通过格式转换、坐标转换、属性集成、轻量化等步骤实现BIM与GIS融合的技术路线。以罗田水库—铁岗水库输水隧洞工程为例,验证了该方法的实用性和可操作性,并探讨了基于3DE的BIM模型和GIS多源数据融合成果在输水隧洞工程勘察设计阶段中的应用。研究成果可为同类输水隧洞工程提供参考。

高坝枢纽移动式尾水集鱼方案设计及试验研究

为减缓水电工程建设对鱼类洄游的阻隔影响,高效安全的过鱼设施是恢复鱼类洄游通道的重要工程措施,尤其高水头水电工程过鱼设施建设是当前生态保护的技术难点。首先通过模型试验和数值模拟计算,对乌东德水电站坝下水流条件进行了研究,再结合鱼类洄游路线及其坝下分布预测,提出了一种新型的移动式尾水集鱼箱,并利用电站尾水的诱鱼效果进行集鱼。试验研究表明:根据电站运行情况开展集鱼工作可实现“多点位、全深度、大流量”集鱼,作为辅助集鱼设施,创新方案能够提升集运鱼系统的集鱼效率。研究成果可为高坝枢纽过鱼设施建设及已建工程增建过鱼设施提供技术参考。

长江1870年特大洪水防御推演与对策研究

1870年长江流域发生了特大洪水,枝城站洪峰流量重现期超1000 a一遇,造成极为严重的洪灾损失。为强化特大洪水风险防范,有效提升极端洪水灾害的应对能力,在分析1870年特大洪水雨水灾情特征、流域水文地理演变和防洪体系建设情况的基础上,对1870年特大洪水在现状防洪体系调度运用条件下的发生、发展、演进过程进行了推演模拟。结果表明:当前再遇1870年特大洪水,长江流域防洪体系可妥善应对并大幅减少洪灾损失,按调度规程发挥以三峡水库为主的水库群洪水拦蓄作用,并运用荆江分洪区等13处蓄滞洪区分洪、200多处洲滩民垸行洪后,长江防洪重点区域防洪安全总体可控,但洪水防御仍面临堤防长时间高水位运行存在安全隐患、蓄滞洪区与洲滩民垸行蓄洪运用困难、大量人员转移安置压力大等突出问题。根据1870年洪水推演成果,结合近年来长江流域防汛实践,从加强特大洪水风险机理研究、加快流域防洪工程体系建设、强化风险研判和优化调度、做好应急转移和救灾安置等方面提出了提升特大洪水防御能力的对策建议。

水工程联合调度知识图谱构建与应用研究

为了将水工程调度与新一代信息技术进行深度融合,立足流域水工程调度业务需求,按照知识建模、知识抽取、知识存储以及知识应用的总体思路,提出了合理可行的水工程联合调度知识图谱构建与应用总体技术方案,以及场景驱动的水工程联合调度本体构建方法。具体阐述了结构化、非结构化信息挖掘与知识抽取技术以及基于Neo4j图数据库的知识索引与可视化,并从防洪调度、水资源调配两个方面探索知识图谱的应用实例与发展方向。研究初步实现了调度知识图谱构建全流程贯通,可为知识图谱在水工程联合调度领域的进一步发展与应用提供借鉴。

高水头船闸双层输水系统数值计算

高水头船闸由于水头高、输水时间短等因素常存在流速大、结构空化以及闸室出流不均匀等问题,对过闸船舶及船闸结构的安全产生不利影响。结合三峡船闸实际运行情况,提出一种新型双层等惯性输水系统,将部分廊道和分流口布置高程降低,形成底层输水廊道,增大闸底板出水孔布置区域,在输水量增加、输水时间不变的条件下,能够保证输水系统结构的安全以及闸室水流条件的均匀性。采用RNG k-ε湍流模型进行中间级船闸的充泄水过程模拟计算,分析输水过程流量、闸室水位变化情况、输水系统流速及压强分布等水力特性,验证了双层等惯性输水系统的可行性。研究成果可为高水头船闸输水系统设计提供技术参考。

基于模糊可拓层次分析的梯级水库群安全评价

梯级水电开发作为水能资源利用的重要手段,对社会的整体发展起着重要作用。由梯级开发而形成的梯级水库群面临的风险相较单一水库大坝也更加复杂,其安全状况愈发受到各界关注。基于模糊可拓层次分析法针对梯级水库群进行了系统的安全评价研究;综合考虑了系统的工程安全与调度安全,建立了梯级水库坝群系统安全指标体系;通过设置评分区间数建立可拓判断矩阵,确定各层次指标权重,利用模糊隶属函数模糊化评分,计算耦合得到梯级水库坝群的整体安全评价结果。工程实例计算表明:模糊可拓层次分析法能够准确有效反映梯级水库坝群的安全状态,可为大坝安全管理工作提供一定的参考与依据。

长江流域防洪工程体系能力提升建设思路

长江流域防洪工程体系基本建立,流域防洪能力明显提高,在近年实际大洪水防御中发挥了重要的泄洪、蓄洪和分洪作用,也暴露出尚存在的薄弱环节。步入新发展阶段,流域经济社会高质量发展对防洪保安提出更高要求,流域下垫面变化、极端天气事件频发等对流域防洪提出新挑战。为统筹解决防洪新老问题、系统提升流域防洪能力,亟须修编长江流域防洪规划,优化防洪总体布局,构建与经济社会发展水平相适应的现代化防洪工程体系,为全面建设安澜长江筑牢防洪安全屏障。

江湖关系变化对长江流域水旱灾害防御的影响及对策

长期以来,长江与洞庭湖、鄱阳湖之间的江湖关系持续演变。在阐述江湖关系变化过程及其演变趋势的基础上,系统分析了江湖关系变化对长江流域洪水防御和水资源保障的影响,以“水旱兼治,江湖两利”为目标,提出构建和谐江湖关系、完善两湖洪水防御体系、提高两湖水资源保障能力的对策思路,为长江流域经济社会高质量发展提供坚实的水安全保障。

流域生态产品价值实现路径探索--以黄冈市浠水流域为例

流域是生态系统的基本单元,也是生态产品价值实现的重要载体。以湖北省黄冈市浠水流域为对象,在系统分析流域特点和生态产品价值实现基本条件的基础上,提出进一步完善流域生态产品价值实现机制,必须坚持以生态环境保护为基础前提、以促进生态产业化经营为核心抓手、以实现保护与发展良性循环为核心目标,并结合浠水流域的特点,围绕健全流域生态环境协同管护模式、建立生态产品确权与权属交易机制、创新拓展生态产品产业链和价值链、改革生态产品及其价值交易市场、健全共建共享的生态产品收益分配制度等5个方面,提出了健全生态产品价值实现机制的措施建议,也可为其他流域提供参考和借鉴。

边滩植被对复式河道水动力特性的影响

天然河道的滩地上广泛上存在着不同类型的植物,其存在对河道的水动力特性的影响受到了广泛的关注。基于Delft 3D软件,建立了复式河道边滩植被水流的数值模型,并以植被直径、高度、密度和生长位置为控制变量,研究这些变量对复式河道植被区纵向水面坡度、充分发展处垂向平均的纵向流速横向分布、和滩槽纵向流速偏差比等水动力特性的影响规律。结果表明,植被直径、高度和密度的增加都显著改变了纵向流速横向分布;滩槽纵向流速偏差比、水面坡度与植被直径为二次曲线关系、与植被高度为线性关系、与植被密度为对数关系;边滩和主槽内的水面坡度差异随着植被直径、高度和密度的增加;植被不对称生长会导致主槽区最大流速位置偏移。