珠江水利科学研究院:坚持“四个面向” 集聚科研优势 为推动新阶段水利高质量发展提供优质科技保障

珠江水利科学研究院是立足服务华南地区与珠江流域的综合性水利科学研究机构,致力于为珠江水利委员会强化流域治理管理提供坚实的水利科技支撑,为粤港澳大湾区建设等重大国家战略和珠江流域经济社会高质量发展提供有效的水利科技供给。近年,珠科院始终坚持“四个面向”要求,围绕珠江流域特别是粤港澳大湾区水旱灾害防御领域中的热点难点问题,集聚优势科研力量开展靶向科研攻关,创新研发了一批特色鲜明的先进适用技术和装备,并得到广泛推广应用,有效提升流域和区域水旱灾害防御能力。

发挥水利科技优势 为流域水利建设提供科研技术支撑——珠江水利科学研究院30年发展回顾

珠江水利科学研究院（以下简称珠科院）是1979年经国务院批准随珠江水利委员会成立的国家级水利科学研究机构。30年来，在水利部和珠江水利委员会的正确领导和支持下，各项事业均得到了长足的发展。

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。

珠江河口潮流底边界层的湍流特征量研究

通过高频流速仪ADV和声学Doppler剖面仪ADP对珠江河口虎门潮流底边界层进行了一个周日(25h)定点连续观测,利用观测数据计算分析了洪季潮优型河口潮流底边界层内的湍流特征量。结果表明,(1)底边界层内的湍流具有一定的各向异性,脉动分量概率分布为准正态分布;(2)对于半日潮流占优的河口,湍流脉动强度、底床切应力、摩阻流速以及湍动能耗散率等均具有明显的四分之一周日的变化规律;(3)边界层内床底切应力与摩阻流速的变化范围分别为1.8×10-2～3.5×10-1Nm-2和2.2×10-3～1.8×10-2ms-1,湍动能耗散率平均值约为1.9×10-5Wkg-1。

基于DFA方法的珠江流域极端降水阈值研究

流域极端降水事件发生频率低、样本少,其阈值定义存在定义方式不统一、方法多样等不确定性和无规则性问题。论文以珠江流域为研究区域,系统总结了绝对临界值法、百分位值法、极值分布拟合法在确定流域极端降水阈值存在的不确定性问题,并尝试运用DFA方法,研究探讨了该方法在确定流域极端降水阈值的物理机制及其适用条件。研究表明,DFA方法以系统动力学为基础,通过分析极端降水事件对降水时间序列长程相关性的影响,由此寻求流域极端降水阈值,能较好反映流域降水序列的统计效应和物理背景,比较适合流域极端降水阈值分析。

珠江下游地区水源调控及水质保障技术研究与示范

课题重点分析和解决珠江下游地区的水源安全风险问题。通过对单一水源的蓄水储备与调控、咸潮影响地区的抑咸水资源调配、城区水源水库的污染监控等技术和方法的研究,建立针对珠江下游地区特点的水源调控与原水水质保障技术体系。课题研究分为3项子课题,分别为备用水源调蓄设施的安全构建与水质保障技术、多汊河口的水库-闸泵群联合调度咸潮抑制技术和城区水库型水源地污染监控与安全调配技术。

珠江河口地形致动力结构研究——以崖门为例

局部地形对于河口动量和能量平衡有重要作用,影响了潮波性质和物质输运特性。选取珠江河口崖门这一典型的地貌单元,通过水尺和座底式支架的观测,对其特殊地形边界影响下的动力结构进行了探讨。结果表明:(1)过水面积的缩窄导致崖门口处形成局部高水位区,来流方向水位壅高,去流方向水位梯度增大;(2)忽略斜压作用的情况下,由水位梯度所产生的正压项是主要的动力项。沿河道方向的二维垂向平均动量平衡中,急流时刻主要是正压项和对流加速度项平衡,憩流时刻主要是正压项和局地加速度项平衡;(3)地形变化所产生的形态阻力比床面粗糙所产生的肤面阻力要大数倍到一个数量级。

珠江河网分形机理研究

以不同时期珠江网河历史地图及遥感影像为基础,进行了河网分形计算,并从河道发育、人为活动等多个角度分析了珠江网河分形机理。在发育过程中,1883-2001年间河网分维值逐渐减小;在空间上,正干水道中潮道分维值大于分汊河道。分析认为,人为活动是导致珠江网河分形变化的主要因素:联围筑闸消灭横向支汊、口门整治及河道固化减小了河道冲决的几率、河道挖沙引起的水沙分流比变化改变了河道冲淤特性。

珠江流域降雨特征研究

采用珠江流域42个站点1960—2005年46年间的日降雨资料,定义了关于降雨的三大类指标:基本降雨指标、极端降雨指标和连续降雨指标,运用MMK法对降雨序列的变化趋势进行显著性检验,以此从不同角度全面的剖析了珠江流域降雨的变化特征,为深入理解珠江流域降雨的变化规律提供一些视角,也为科学理解洪旱灾害与降雨规律的内在成因提供事实基础,同时也有利于全球气候变化与人类活动作用影响下,珠江流域水资源的有效管理与利用。

基于供给侧改革的珠江—西江经济带供水安全对策研究

阐述了珠江—西江经济带实施供水安全供给侧改革的必要性,分析了供给侧的内涵,从供给产品、供给管理、供给制度方面剖析了供给侧存在的问题,提出了改革的思路与建议:(1)在提升供给产品方面,开展珠江—西江经济带水资源综合调配工作,确保供给产品有效供应;加强备用水源建设,确保应急供给产品得到保证。(2)在完善供给服务方面,开展珠江—西江经济带取水口、排污口及应急水源布局规划工作,改善供水管理服务;开展管理能力建设规划,增强管控能力。(3)在探索供给制度方面,强化规划水资源论证制度,夯实水资源供给基础;强化最严格水资源管理制度,优化水资源供给结构;强化水权水市场制度及生态补偿建设,释放水资源供给活力。

枯季咸潮期珠江河口水资源调度模型研究

珠江河口磨刀门水道沿岸分布有众多取水口,该地区受咸潮影响严重,其水量与水质(含氯度)对该地区的水资源调度有重要影响。针对咸潮期珠江河口水资源调度的特点,采用宏观与微观相结合的方法,建立了耦合咸潮预报数学模型和水资源系统管网模型的珠江河口水资源调度模型。宏观上基于咸潮数学模型预报的各取水口咸情,结合相关调度规则及水库实时库容、水厂需水量等信息,确定各取水泵站需提供的取水量;微观上建立水资源系统管网模型,对水库水位、节点含氯度等进行精细模拟。模拟结果表明,所构建的模型能对咸潮影响下的珠江河口地区多水源水量、水质联合调度过程进行合理描述,可为枯季咸潮期珠江河口水资源实时调度方案的制定提供参考。

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。

澳门再生水利用总体方案研究

结合澳门总体发展规划及当地实际情况,从澳门现状、规划总体思路、关键问题和总体方案等方面,阐述了澳门再生水利用的可行性以及总体方案研究的目标、原则、内容和范围,污水资源可利用量及再生水利用需求量、水质标准及工艺,以及工程措施、非工程措施和分区分期实施方案等。

城镇内涝防治中市政排水与水利排涝的标准衔接研究

针对城镇内涝防治采用市政排水与水利排涝两级排涝模式,提出一套合理解决两级排涝标准衔接的理论体系与方法。通过剖析市政排水与水利排涝衔接的本质,揭示市政排水标准和水利排涝标准的衔接存在两类风险:市政排水不能及时排除水利排涝标准内的暴雨涝水,水利排涝不能将市政排水标准内的暴雨涝水有效蓄存或及时排出。两类衔接风险存在的机理是客观存在两类暴雨过程:对于高强度的短历时大暴雨,水利排涝历时暴雨不超标情况下市政排水历时暴雨超标;对于强度不高的长历时大暴雨,市政排水历时暴雨不超标情况下水利排涝历时暴雨超标。由此构建两级排涝标准的衔接风险分析模型,基于Copula函数给出求解方法。以广州市中心城区为例,对市政排水标准与水利排涝标准的衔接风险进行研究,结果表明:第一类衔接风险较大,且随市政排水标准的提升而显著减小;第二类衔接风险较小,且随水利排涝标准的提高而减小。目前广州市中心城区市政管网的排水标准为1年一遇至3年一遇,水利排涝标准为20年一遇,第一类衔接风险不低于15.63%,第二类衔接风险不到1%。可通过完善排水管网、建设城镇涝水行泄通道和优化运行管理等综合措施提高市政排水标准,若市政排水达到10年一遇或20年一遇标准时,第一类衔接风险均值可降至4.42%或2.26%。