郑州“7•20”特大暴雨的启示:树立城市暴雨洪涝防治“三大目标”--珠江水利委员会珠江水利科学研究院院长陈文龙谈城市洪涝防治

2021年7月17日到22日,河南省出现了极端的特大暴雨,郑州、新乡等多个城市城区发生了严重内涝,引起社会广泛关注。珠江水利委员会珠江水利科学研究院院长、二级教高陈文龙认为,城市暴雨洪涝防治的关键是要采用新的治理理念。可防洪排涝体系都有设计标准,极端超标准暴雨产生的灾害是不可避免的。洪涝灾害不存在根治的说法,类似郑州这样的极端暴雨,放在全国任何一个城市,都是‘看海’。

珠江三角洲典型复杂河网区水系连通及调度研究

【目的】河流水系是城市重要的资源和环境载体,水系连通是保证河流系统健康完整和功能正常发挥的重要条件,而活水调度是提高水体流动性和改善水生态环境的重要手段。水系连通指标是分析和评价连通性的关键,【方法】针对珠江三角洲地区的复杂河网,首次提出将往复流河段和断头涌河段长度占比纳入水系连通评价指标体系,分析研究典型区域水系现存问题,提出水系连通与调度方案,采用数学模型评估方案效果,研究珠江三角洲复杂河网水系连通与活水调度工程问题。【结果】结果显示:现状良安水系水动力条件较差,存在往复流和水体交换周期长等问题,水质污染严重,通过清淤疏浚、水系连通和引水工程调度活水,使往复流变为单向流,将现状15.3 d的河道平均换水周期最小缩短至7.3 d,河道现状流速0.021 m/s最大增加至0.124 m/s,区域的水动力条件和区域水质得到明显改善。【结论】结果表明:珠江三角洲城市化程度较高地区的河涌常存在有复流河段和断头涌河段影响河道的水质,有针对性地提出水系连通评价指标体系,并采取合适的清疏引水工程调度等措施,加强水系内部循环,可以改善水系的水质,提升水系综合治理的效果。研究结果可为珠江三角洲复杂河网区水环境问题改善与解决提供典型案例参考。

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。

基于GDCORS与测深仪在码头水利验收检测中的应用研究

码头水下断面检测是水下工程质量检测中的重要环节,在保证精度情况下,应选高效、快捷的测量方法,以满足项目验收的需要。文中以广州港某码头工程水利验收项目为案例,通过GDCORS与测深仪相结合的测量技术,在码头水利验收检测中进行运用,取得了良好的效果,期望能为类似工程提供借鉴。

珠江流域典型河道型水库汛限水位优化方案研究

合理的汛限水位能协调防洪与兴利之间的矛盾,产生防洪和兴利的双重收益。珠江流域河道型水库增塘水库汛限水位及调度规程已沿用多年,汛期水库水位常受西福河水顶托进而超过汛限水位,因此有必要对该水库汛限水位的优化进行研究。采用Mike11一维水动力模型,计算西福河不同工况下水库出库水位,根据坝顶高程反推水库最大允许设计及校核洪水,通过洪水调节计算对设定的汛限水位进行比选,以讨论能最大发挥水库防洪、兴利效益的汛限水位。在采取优化汛限水位方案后,水库兴利库容将增大51.81万m^(3),提升了水库供水和防洪等能力。推荐的汛限水位研究方法对于珠江流域现行采用分期汛限水位法的水库优化汛限水位较为适用,可作为汛限水位优化的依据和研究方向。

智慧水利网络安全防范研究

智慧水利体系深度融合应用物联网、信息通讯等技术,在水资源管理、灾害预警与响应、水环境保护等方面具有重要意义。然而,智慧水利的高度信息化和网络化也给其网络安全带来巨大隐患,智慧水利网络安全防范至关重要。根据《推进智慧水利建设2023年工作要点》中的网信建设要求,针对智慧水利网络安全隐患,提出了一套“技防”+“人防”的网络安全防范体系。该体系主要包括健全物理网络系统、设计测试模拟平台、构建攻击检测模型、增强监测预警能力和强化网安人才队伍等内容。通过在软硬件配备、防御技术和情报利用等多个维度上的改进,该体系能够显著提升网络威胁感知能力,并有效降低出现的网络安全风险。这一综合防御措施将为中国实施网络强国战略和推进智慧水利建设的长远发展提供有力助力。

珠江三角洲区域一体化的水利政策法规体系研究

建立珠江三角洲区域一体化的水利政策法规体系是珠江三角洲国民经济社会发展和水利现代化建设的需要。从珠江三角洲地区现行水利政策法规存在的问题入手,开展珠江三角洲区域一体化的政策法规体系研究。结果表明:珠江三角洲地区现行水利政策法规体系仍很不完善,许多立、改、废工作亟待进行,2008年水政执法有效率总体较高,但很少在珠江三角洲层面开展区域一体化的联合执法,珠江三角洲水利政策法规体系建设应重点加强与水利现代化建设、水资源一体化配置、保护及管理相关的政策法规,进而建立统一协调、快速高效的区域一体化的联合执法体系。

珠江口伶仃洋风暴潮传播特性及影响因素数值模拟研究——以台风“山竹”为例

基于FVCOM海洋模式对珠江口伶仃洋内及周边海域的风暴潮增水传播过程进行研究。首先,建立珠江口风暴潮模型,采用超强台风“山竹”作为典型案例进行风暴潮过程模拟,并对模型的计算结果进行验证,发现模拟结果和测站潮位结果比较吻合;然后,对伶仃洋在“山竹”登陆前后的风暴潮增水过程的时空分布及变化特征进行分析。从伶仃洋湾口到湾顶选取12个点进行时间序列分析,发现除了因距离外海远近不同导致的相位差异外,基本特征相似,符合国际上类似海湾内的风暴潮增水波动特征,可分为初振段、主振段和余振段。为了进一步研究台风参数差异对伶仃洋风暴潮增水的影响,本文基于“山竹”超强台风的特征参数,设计了一系列变化条件下的数值试验,结果发现:(1)台风的登陆时间会影响到风暴潮增水和天文潮之间的相位关系,进而影响到增水的大小。如果风暴潮增水极值正好在天文潮高潮位,风暴潮增水就会削弱,而风暴潮增水正好在天文潮低潮位,风暴潮增水就会增强。(2)台风中心压差决定了台风风力的大小,从而影响风暴潮增水。但是在同一海湾内的影响在空间上并不相同,在较浅区域影响大而较深区域影响小。(3)台风路径会对风暴潮增水产生较大影响。基于“山竹”的路径,往西平移会导致湾内增水上升段前移,而往东平移则会引起湾内增水下降的延迟。在同样的登陆点,台风行进路线和海岸线之间的夹角较小时会增强伶仃洋内的风暴潮增水。

新世纪以来珠江河口滩涂演变及保护对策探讨

珠江河口滩涂演变对河势稳定、生态保护和粤港澳大湾区经济社会发展具有重要意义。对新世纪以来珠江河口滩涂演变特征研究显示:-5 m以浅滩涂面积大幅减少,由1999年的1062 km^(2)锐减为2019年的799 km^(2),伶仃洋和黄茅海河口湾平均侵蚀厚度分别为1.06 m和0.29 m。内伶仃洋西滩呈现高滩侵蚀、低滩淤积的滩面坦化和底质粗化现象,-3 m以浅高滩面积缩减9.6%,最大侵蚀厚度达1.57 m。流域来沙减少、潮汐动力增强、波浪掀沙作用增强、人类活动干扰是近期高滩侵蚀的主要原因。提出了口门调水补沙、河口湾治导带修复、高滩保滩固沙、疏浚土资源化利用的治理对策,为新时期滩涂保护提供参考。

台风“天鸽”影响下珠江口水动力过程数值模拟研究

【目的】探究台风“天鸽”影响下珠江口的水动力过程。【方法】基于FVCOM模型,采用非结构网格对珠江口及其附近海域进行数值模拟。【结果】珠江口八大出海口中的磨刀门受台风影响最大,最大增水为0.79 m,中部出海口在台风影响下增水0.30~0.65 m,外伶仃洋增水不超过0.20 m。受台风影响,表层流速极值的最大增幅达0.50 m/s,风暴潮最大表层流速是同时刻天文潮表层流速的2倍,风向随台风中心的移动在0~180°范围内变化。【结论】流速比潮位更早对台风做出响应,且受台风影响更大。台风对表层流速的影响明显大于对垂向平均流速的影响。台风“天鸽”运动轨迹的东北方向的风暴增水比西南方向的大,台风东北部地区所遭受的风暴潮灾害更加严重。

珠江八大口门冬季浮游植物优势种生态位及其种间联结性

为了解珠江口门区冬季浮游植物优势种生态位及其种间联结性,选取珠江河口八大口门为研究地点,于2019年12月对珠江口八大口门区浮游植物以及环境因子进行了检测,结合生态位宽度、生态位重叠值、生态响应速率、总体联结性、χ^(2)检验以及CCA等方法,分析优势种生态位、种间联结性及其与环境因子关系。结果表明:①共鉴定到浮游植物54种,隶属6门30属,其中有7个优势种;②优势种生态位宽度及种对间生态位重叠值差异较大,颗粒直链藻(Aulacoseira granulata)对水环境适应能力较强,具有广泛的生态适应幅度,中肋骨条藻(Skeletonema costatum)生态位重叠值低,种间竞争比较弱;③珠江口门区浮游植物群落总体处于演替的初期阶段且存在正向演替的趋势,物种间联结性不强,种间关系较为松散,浮游植物优势种之间以及它们和环境之间的动态平衡尚未达到,目前正处于优势种的发展阶段;④氨氮、总有机碳和浊度是影响珠江八大口门浮游植物优势种分布和生态位的主要环境因子。

特枯水年珠江流域东江三角洲压咸调度预演与策略

近些年珠江口咸潮上溯呈加剧趋势,影响范围显著增大,2021—2022年枯水期东江三角洲发生有记录以来最严重咸潮上溯。基于2021—2022年东江流域水情、工情、咸情数据,分析了东江水情特征和东江三角洲咸潮上溯规律,采用FVCOM(Finite Volume Coastal Ocean Model)数值模型开展了压咸调度预演,阐明了特枯水年下东江三角洲压咸流量、压咸时机等关键参数。研究发现:2021年,东江流域遭遇特枯水年,上游博罗断面年均流量较多年平均偏少64.5%。东江三角洲咸潮峰值发生在大潮阶段,小潮时咸潮上溯减弱。因东莞市调蓄能力较弱,东江三角洲压咸调度策略应为大潮时期全时段压咸。特枯水年下,为了应对可能出现旱情持续的更不利局面,博罗日均流量按大潮期间不低于280 m3/s、其他时间不低于212 m3/s管控,可基本保障东江三角洲供水安全。研究可为东江三角洲枯水期水量调度和咸潮防控提供一定借鉴。

珠江河口磨刀门马骝洲水道河道演变特征分析

马骝洲水道是磨刀门西江干流出海口的支汊,是珠江流域的重要泄洪口门。本研究以马骝洲水道多年实测河道水下地形资料为基础,河势变化、河道深弘变化、河道岸线变化等方面进行研究,分析了马骝洲水道河床冲淤变化及演变趋势。随着两岸堤防达标加固工程的实施等相关规划推行,在采砂规划共同作用下,马骝洲水道河段河势总体基本稳定。

多个高时空分辨率降水产品在珠江三角洲地区的多尺度精度评估

基于2001—2012年珠江三角洲地区28个雨量站逐时实测降水数据,通过计算6个统计指标和研究不同降水事件的出现频率,分别在年、月和日3个尺度上评估了3种降水产品CMORPH、GPM和ERA5在珠江三角洲地区的精度。结果发现:①对比年、月、日3个时间尺度,3种降水产品在月尺度上均表现出与实测降水数据存在高度正线性关系,而在年和日尺度上的相关关系较弱;②日尺度下3种降水产品汛期的表现均比非汛期差,在干燥月份对降水事件的探测准确度较其他月份低,但误报率却是秋冬季较高,且沿海附近站点的误报率均较内陆站点高;③相较之下,GPM更能准确地反映出珠江三角洲地区降水量的时空变化趋势和空间分布特征;④CMORPH和GPM对各类型降水事件的估计能力均较好,能较好地反映实测降水数据对不同类型降水事件的贡献。总体而言,3种产品中,GPM最能反映珠江三角洲地区实际降水情况。

水利遥感智能云平台HydrSAI建设及应用

水利行业对于整合“天-空-地”一体化遥感监测技术的应用需求越来越高,然而传统的遥感影像分析模型往往难以适应日益多样化的行业应用需求。因此,通过集成分布式存储、虚拟化管理、自动化运维和云安全等技术,以PaaS和SaaS方式提供云服务,构建了一个融合先进人工智能技术、面向行业应用的智能化遥感影像数据处理云平台HydrSAI。该平台集成了影像预处理、样本采集与建库、模型构建与优化、高性能矢量切片以及云计算服务技术,并配备可扩展的影像库、样本库和模型库。该平台在深圳市人为扰动图斑识别以及大藤峡库区开展了试验应用,其识别效率相较于目视识别得到显著提升。HydrSAI可为水利部门提供高效、便捷、智能化的遥感解译支持。

大藤峡水利枢纽建设和运行期若干重难点问题及解决对策

大藤峡水利枢纽是珠江流域防洪控制性工程。针对大藤峡水利枢纽建设过程中面临围堰拆除难度大的问题,提出了围堰“Z”形水下拆除方案;针对运行期间面临泄水闸调度方式复杂、船闸下游航道连接段通航水流条件变化以及坝前排漂等问题,优化了闸门分区首启原则,提出了填筑透水堤改善船闸下游航道连接段水流条件以及构建自动排漂装置等解决思路。相关研究结果可为解决大藤峡及其他水利枢纽建设及运行期所面临的共性问题提供借鉴。

珠江流域重要饮用水水源地安全保障达标建设成效与挑战

饮用水水源地安全保障达标建设是保障饮水安全的重要手段。基于2018—2022年珠江流域(片)重要饮用水水源地安全保障达标建设的年度抽查情况,从水量、水质、监控、制度4个方面分析了近5年水源地安全保障建设成效。分析了水源地安全保障建设面临的新要求和新形势,结合挑战提出相应建议,以期推动水源地管理与保护提档升级。

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。

人类活动对珠江伶仃洋余环流结构的影响研究:以洪季小潮为例

近20 a来,受高强度人类活动影响,珠江伶仃洋滩槽已发生远超自然过程的异变,其河口动力结构必然发生响应,影响物质输运过程。本研究利用三维水动力数值模型,探讨了伶仃洋河口小潮期余环流结构的变化特征及原因。结果表明:近20 a来伶仃洋底层余流强度提高,沿深槽上溯时向中滩偏转,易引起泥沙汇聚于此。中滩存在表层向西,底层向东的横向余环流结构,主要由非线性对流项和科氏力项驱动。中滩大规模采砂后引起对流项变化,造成余环流结构东移,表、底层余流增强,可加快表底层物质交换。西槽内存在表层向海、底层向陆的纵向余环流结构,主要由正压和斜压梯度力驱动。受浚深影响,向陆斜压梯度力和非线性对流项均增强,引起表层余流减小22%,而底层增大24%,这将削弱小潮期西槽内水体交换能力,即减慢物质输出,易造成西槽淤积、水环境恶化等影响。研究成果对研究人类活动干扰下的河口余环流结构及物质输运响应具有一定借鉴意义。

珠江流域北江“2022.6”特大洪水水库坝顶淹没过程及分析

受强降雨影响,2022年6月中旬珠江流域北江干流及支流武水、滃江、连江均发生大洪水。“2022.6”洪水期间,北江全线告急,多处堤防、水库发生险情,部分城镇受淹成灾,其中清远市5座小型水库水电站发生了坝顶淹没险情。针对其中的3座以防洪、灌溉为主的土石坝坝顶淹没情况,通过现场查勘、问询、座谈交流、查阅资料等方式,对水库的坝顶淹没情况、漫坝原因及“淹而未溃”的原因进行了调查分析,并给出整改建议,对提高水库安全运行具有重要意义。