多尺度模型在城镇土地扩张分析中的模拟与预测——以扬州市邗江地区为例

综合分析了区域条件、城镇规划及区域发展战略、宏观社会经济发展等因素对城镇土地扩张的影响作用,构建了多尺度综合分析模型,并对扬州市邗江区开展了模型的实证分析。结果表明,该模型能够对研究区城镇土地扩张进行较准确的分析,模型的变化机理容易理解。

凌汛期槽蓄水增量过程模拟

为研究凌汛期槽蓄水增量来源,在分析实测冰情资料基础上,把槽蓄水增量分为水位壅高主河道蓄水量增大、主河道内河水转化为固体冰盖和上滩水形成冰盖及在冰下聚集等3部分,建立河冰动力学模型,模拟河冰生消及槽蓄水增量过程,利用2008/2009年度三湖河口—头道拐河段实测冰情资料对模型进行了验证,表明滩地冰盖及冰盖下滞洪是内蒙古河段槽蓄水增量的主要来源,占最大槽蓄水增量的63.44%,主河道水位壅高引起的槽蓄水增量占26.56%,主槽冰盖蓄水占10.0%。

主槽一维和滩地二维侧向耦合洪水演进模型

为实现对复式河道大尺度漫滩洪水的快速模拟,结合洪水在滩槽行洪特点和河道一维、二维水动力学模型研究成果,在主槽与滩地分别划分为矩形和三角形网格,以左右滩唇为分界实现两网格系统嵌套;建立主槽一维水动力学数学模型,内插大断面间网格处的水力因子,在滩地采用简化的二维水动力学模型模拟滩槽间、滩地网格间水量交换,实现主槽一维与滩地二维模型侧向耦合。利用黄河下游"96·8"大洪水实测资料,对花园口至夹河滩河段洪水演进过程验证,结果表明该方法模拟精度较高,能够利用该模型模拟复式河道大漫滩洪水过程。

复式河道一维洪水演进数值模拟

针对复式河道的特点,建立复式河道一维非恒定流数学模型,采用四点线性隐格式离散圣维南方程组,在动量方程中通过对主槽宽度进行修正,很好地解决了漫滩瞬间流量波动问题。通过2006年汛期调水调沙期间的实测资料对黄河下游白鹤—孙口河段洪水演进过程进行验证,结果表明,计算的洪峰变化过程比较符合实测情况,洪水传播时间的计算值与实测值基本吻合。

贺江河道生态流量研究

以贺江干流信都和古榄两控制性水文站长系列水文数据为基础,采用水文学方法,开展贺江河道生态流量研究。经过对不同计算方法的结果做分析比较,选择90%保证率最枯月平均值法、年内展布计算法的计算结果分别作为河道基本生态流量的生态基流和全年流量,信都站和古榄站的生态基流为26.5、34.6 m 3/s,全年流量为58.8、87.0 m 3/s;采纳频率曲线法的计算结果作为河道目标生态流量,信都站和古榄站的全年流量为83.9、121.0 m 3/s。研究成果旨在为今后贺江流域管理与保护提供理论支撑,同时为完善区域水资源合理配置提供参考依据。

黄河下游突发性污染事件数值模拟

建立黄河下游一维非恒定流水动力学数学模型,并在此基础上建立一维水质模型,采用有限体积法(TVD格式)离散基本方程,通过时间二阶之预测-校正二步格式对离散方程进行求解。该求解方法具有守恒性好、算法简单、通用性强,在预测一般洪水及溃坝洪水波演进方面有较好的实用性,并能对黄河下游突发性污染事件进行初步模拟。

黄河下游不同治理方案下河道冲淤规律研究

针对黄河下游宽河治理的现状方案和窄河治理的防护堤方案,采用一维非恒定水沙数学模型,对设计年均来沙分别为3亿、6亿t和8亿t的3组系列年水沙情景开展了计算。结果表明:年均来沙3亿t情景下,两种方案黄河下游均表现为微冲,冲刷量分年、分滩槽、分河段都差别较小,第50 a末两种方案的最小平滩流量为4 019～4 067 m^3/s;年均来沙6亿t情景下,两种方案黄河下游均表现为淤积,防护堤方案在全下游减淤15.78%,减淤主要发生在花园口—艾山河段,其中花园口—高村、高村—艾山分别减淤22.53%、23.45%,艾山—利津河段稍有增淤,第50 a末黄河下游最小平滩流量为2 389～2 608 m^3/s;年均来沙8亿t情景下,两种方案黄河下游淤积量都较大,防护堤方案在全下游减淤16.78%,在铁谢—花园口、花园口—高村、高村—艾山河段分别减淤18.40%、20.83%、21.85%,艾利河段增淤4.99%,至第50 a末黄河下游最小平滩流量为2 058～2 420 m^3/s,两种治理方案对西河口以下河长的延长值影响不是太大。

黄河下游河道冲淤模型的构建与验证

针对黄河下游现状宽河治理和防护堤窄河治理两种模式,构建一维非恒定水沙数学模型,根据黄河含沙量高、水沙搭配多样、地形边界复杂等特点,甄选适用于模型构建的水流挟沙力、挟沙力级配、泥沙恢复饱和系数、动床阻力、床沙级配等计算公式。根据计算长系列年水沙条件,提出了计算出口边界的动态修正方法。采用黄河下游1976—2010年实测水沙、级配及断面法冲淤量对模型进行了验证,验证结果能够反映整个系列洪水在黄河下游的冲淤变化规律,计算精度满足生产需要。

大型露天煤矿采区转向过渡开拓运输系统的研究

以安太堡露天矿为例,对大型露天煤矿采区转向过渡期间开拓运输系统优化的若干问题及相应的对策进行了分析研究。该矿实施的搭桥方案、反向高段内排方案及"树枝形"运输系统等措施,一方面从实际出发,解决了生产中存在的问题,为企业带来了可观的经济效益,另一方面又具有近水平矿床露天矿分区开采的共性,丰富了露天矿转向接续关键技术的理论和应用研究。

黄河河道冰层雷达波特征图谱的现场实验研究

2013年-2014年冬季,利用RIS K2型探地雷达在内蒙古头道拐水文站黄河河道断面开展冰层厚度探测试验。试验使用不同频率天线探测冰厚,并与钻孔实测冰厚对比。结果显示200 MHz频率天线可探测到冰下更深部位的状况,并能够识别出冰花层。利用雷达探测图谱中电磁波传播时间和实测冰厚得到盛冰期雷达电磁波在冰内的实际传播速度为16.3cm/ns;而融化期雷达电磁波在冰内的实际传播速度小于15.0cm/ns。雷达探测结果还显示垂直于河道断面方向的冰层厚度分布不均匀。主流区是以热力学生长的颗粒冰和柱状冰为主,最大冰厚约为60cm;而非主流区是以冰花冰为主,最大冰厚约为70cm。另外,雷达图谱也可以确定冰层裂缝的具体位置、走向。

基于多断面水质达标的河网区点面源污染负荷优化分配模型

从污染物总量控制的核心——污染负荷分配的角度出发,对水系复杂的平原河网区点面源协同影响下污染负荷优化分配方案进行分析。通过引入水质达标保证率概念,将随机分析方法与确定性降雨产流、点面源产污及河网水动力、水质数学模型相结合,基于公平及可行性原则,以满足多控制断面水质达标保证率、点面源环境管控要求及污染治理水平为约束条件,构建了基于多控制断面水质达标保证率的点面源污染负荷优化分配模型。选取太湖某河网区域作为验证区域,区域点面源污染负荷优化分配后,各控制断面氨氮、总磷质量浓度均可达到全年90%水质达标保证率,表明所建模型是合理可行的,能够有效实现区域点面源污染负荷的优化分配,提高区域污染物全局管理效率。

长江溢油事故中数值模型的研究与应用

为分析长江溢油事故中溢油输移扩散特征,在二维潮流模型的基础上,采用油粒子模型理论,建立适合溢油事故模拟的二维数值模型。针对水平扩散方式模拟油膜自身扩展存在的响应速度慢、溢油量未获响应的不足,提出了修正方案。在假定工况下,将模型应用于长江镇江扬州段溢油事故模拟分析,结果表明模型能较好反映溢油在流场、风场、自身风化以及复杂地形条件影响下的平面迁移特征及溢油自身厚度变化特征,能合理预测溢油迁移对研究区中敏感对象的持续影响。研究方法可为长江溢油事故的应急处置及长江水环境保护提供有力的技术支持。

博斯腾湖湖流及矿化度分布研究

根据大型内陆湖泊水动力、气象、水环境特征,建立了博斯腾湖二维水动力、矿化度数学模型,预测分析了不同风场、水文条件、水资源调度方案对湖流、矿化度空间分布的影响。研究发现:风场是湖流、矿化度空间分布的主要影响因素:吞吐流对流场、矿化度分布的影响居次要地位,但在静风条件下,吞吐流对取(进)水口附近的局部水域水流流态及矿化度空间分布特征有较大影响;水资源开发利用将对湖泊环境产生一定影响,在进行水工建筑物布设时,应综合考虑风力、风向、吞吐流等各种因素,进行方案比选。

太湖流域污染物总量控制研究

开展太湖流域水环境系统规划,掌握水环境变化特征,计算太湖流域的环境容量和污染源的允许污染负荷量,采用“污染物总量控制”方法管理太湖流域水环境的污染,使其污染物排放达到国家允许的排放标准,从而改善太湖流域的水环境质量,促进水环境的可持续发展。

ADCP技术在黄河河道冰下流速监测中的应用

为提高封冻期冰下流速测验效率,在黄河头道拐河段,利用ADCP开展了黄河封冻期冰下流速野外监测试验,获取了大量的断面冰下流速有效数据。结果表明:ADCP可以完成对黄河封冻期冰下流速的监测;与走航式ADCP相比较,H-ADCP不存在上、下各50 cm的测量盲区,可以完整地采集到断面冰下垂线流速数据;在冰期人工测流非常困难的情况下,ADCP冰下测流是一种值得尝试的新方法。

小浪底水库淤积形态优选与调控

围绕小浪底水库调度问题,从优化水沙组合、支流库容充分利用、减缓水库淤积等方面对水库淤积形态进行了优选,提出了可长期保持该优选形态的水库调控技术与方式,并科学地评价了水库调控优化方式对库区及下游河床冲淤的影响效果。20 a设计水沙系列数学模型计算与物理模型试验结果表明：与基础方案相比,优化方案可使小浪底水库减少淤积量10.2亿~12.7亿m3,入海沙量增加6.7亿t,在延长水库拦沙库容使用年限、增大入海沙量等方面效果较优。

黄河下游不同峰型非漫滩洪水冲刷效率分析

黄河调水调沙已进行多年,下游河道排洪冲刷效率显著提高。相同水量、相同平滩流量条件下,小浪底水库塑造不同的洪水过程,其相应的输沙效果也不同。在分析现有洪水过程概化方法的基础上,提出了利用不同标准差的正态分布曲线概化洪水过程的方法。在假定洪水过程中含沙量和泥沙组成变化不大的基础上,通过理论分析结合数学模型计算,提出了有利于下游河槽塑造的调水调沙峰型,即在小浪底水库调水调沙期间,若限制洪水不漫滩且水量相同,则应尽量调成大流量占比例较大的平头峰,以提高洪水冲刷效率。

基于优化集对分析模型的水质综合评价方法

针对标准集对分析存在同异反评语细化问题,对传统模型进行改进。在水质权重确定过程中,因单一采用主观确权法或客观确权法均存在缺陷,提出综合确定权值的思路。选用改进后的AHP法主观确权和熵权系数法客观确权,然后依据最小鉴别信息原理进行综合确权,提高了权重确定的科学性。将新方法运用在大伙房水库水质评价中,将评价结果与基于模糊评价法、BP神经网络法的评价结果进行比较。结果表明新方法能更贴近实际,反映水质特征,具有良好的应用前景。

高邮市土地整理综合效益评价

针对当前土地整理效益评价过程中存在的问题,基于可持续发展理论及项目区实际,构建了涉及经济、社会及生态的综合效益指标体系。在此基础上,采用层次分析法(AHP)及模糊综合评价方法展开相应的分析,并结合江苏省高邮市土地整理项目进行评价应用和检验。在取得初步评价结论的基础上尝试利用GIS技术及生态效益理论对定性评价进行深度分析,并提出了解决问题的方案。

土地利用规划环境影响跟踪评价分析

文章就环境影响跟踪评价是否适用于土地利用规划的实施进行了分析,并提出了实施评价的具体程序,基于价值模型建立了评价指标体系,采用指标体系法有效简化了评价工作的复杂性。并以扬州市土地利用总体规划(2005-2020)跟踪评价为例,进行了案例研究。通过回顾性评价和预测评价,识别出了主要环境问题以及环境制约因素,并根据规划总目标、阶段目标和环境保护规划、环境功能区划,进一步提出环境保护对策和措施,且对规划目标进行了调整。