城市地表径流内涝关系与排洪道优化设计研究——以兰州市为例

为探究暴雨后地表径流与城市内涝关系,以兰州市为例,利用ArcGIS软件对其数字高程模型进行水文分析,获得了兰州市地表径流空间分布。根据地表径流空间分布规律,从城市全局视角分析了兰州市城市内涝问题,并对兰州市现有排洪道进行了优化。结果表明:易涝路段与径流路径具有高度相关性,地表径流流经大部分内涝路段,导致内涝发生,且径流路径的密集程度与内涝的严重程度相关,其中城关区最为严重,七里河区与西固区次之,安宁区相对轻微,符合兰州市现实情况,说明了该模型方法的正确性;内涝点集中分布在建筑用地、裸地(水泥地面等)区域,表明城市下垫面的高不透水率是造成道路积水的原因之一;优化后的排洪道使易涝区域的雨水就近排入洪道,减少了薄弱地区洪水冲入城市街道的可能性,减轻了地下排水设施的排水压力,在一定程度上能够解决城市内涝问题;将山地原始沟渠巩固、加宽、延长为新建排洪道,减少了发生山洪的风险。因该研究区域黄河穿城而过,地表径流最终通过排洪道汇入黄河,故该方法可为我国后续整个黄河流域、长江流域“一河一盘棋”的整体防洪研究提供参考。

秩次集对分析法预测年径流的应用研究——以石羊河蔡旗水文站为例

选用石羊河蔡旗水文站1956—2016年的年径流资料,采用秩次集对分析法,对2017—2022年的年径流量进行了预测。同时,探究了集合容量(T)和联系度(μ)的取值范围对预测精度的影响。结果表明:(1)秩次集对分析法适合蔡旗水文站年径流量的预测,集合容量和联系度的取值范围对预测结果有显著影响;(2)当T=5时,预测合格率最大为90.0%;当μ≥0.6时,预测合格率最大为86.1%;当T=5和μ≥0.6时,预测合格率为100.0%,相对误差范围在-18.0%~18.6%;(3)在蔡旗水文站年径流预测过程中,最优参数组合为T=5和μ≥0.6。

1985-2013年黑河中游流域地下水位动态变化特征

在气候变化和人类活动的影响下,黑河流域地表水和地下水的时空分布特征发生了很大变化.研究水系统演化及其驱动机制对流域水资源可持续管理非常关键.基于甘肃河西黑河中游流域地下水位动态、水文气象、土地利用和灌溉统计数据,研究了1985-2013年黑河中游流域地下水位时空变化.结果表明：地表水的不合理分配和耕地的扩展导致了地下水的过量开采和地下水位的剧烈变化.1985-2004年区域地下水位以下降为主;2005-2013年呈现下降和回升两极发展趋势,冲洪积扇群带地下水最大下降达17.41 m,而黑河干流沿岸地下水位最大回升了3.3 m,地下水埋深普遍增加了1.0-3.0 m.尽管地下水位在2005-2013年表现出回升趋势,但干流中游盆地地下水系统处于严重负均衡状态,制定合理的＂生态分水＂方案和水资源综合管理规划非常紧迫.

河西走廊疏勒河灌区地下水特征现状分析

依据实际观测的1984-2013年地下水水位资料、2013年地下水水质化验及2011年水利普查有关成果,对甘肃省河西走廊疏勒河灌区地下水特征现状进行了分析.结果表明：疏勒河灌区地下水开发利用以农业用水为主,1984-2013年30 a来地下水水位变化总体特征为稳中下降,个别地方地下水位略有上升;地下水埋深在1.30~80.00 m之间,年内地下水水位随灌溉制度变化显著,年调节能力强.地下水水质均超Ⅲ类,由于农业生产大量使用氮肥,氨氮指标最大值超Ⅲ类标准0.7倍,是造成灌区地下水面源污染的主要因素.

张掖盆地地下水资源时空分异特征及影响因素

探索地下水系统演化的过程与机制对流域水资源的可持续管理至关重要。基于地下水多年动态观测资料和地统计学方法,按不同灌溉方式分区估算了张掖盆地1985~2013年地下水资源变化情况。结果表明:整个张掖盆地地下水水位降深和储量在时空上表现出很大差异性,基本经历了三个阶段:1985~1997年匀速下降阶段,1998~2004年加速下降阶段和2005~2013年减速下降阶段。整个盆地累积储量减少了47.52×108m^3,年均亏缺1.64×108m^3,其中河水井水灌区累积地下水位降深达5.72m,储量减少了37.48×108m^3,占地下水消耗量的78.87%。各分区累积水位降深变化从高到低依次为:河水﹥河水井水﹥泉水﹥河水泉水≥井水灌区,相应的累积储量变化依次为:河水井水﹥河水﹥井水﹥河水泉水﹥泉水灌区。从长时间尺度看,各分区及张掖盆地多年累积储量仍为负变化,即地下水资源仍处于较严重亏缺状态,对含水层造成很大威胁。这是气候变化与人类活动共同作用的结果,而人类活动如分水政策、引水灌溉、地下水开采等影响越来越强烈。结果可以为黑河流域水量均衡合理估算、地下水数值模拟和水资源统一规划调度提供科学依据。

甘肃河西石羊河流域出山径流分析及来水预测

径流量是水资源规划、利用、管理、调度的重要依据。根据石羊河流域的实测径流资料统计分析得到:流域地表水资源量为15.52×10~8m^3;流域各代表站出山径流的CV值在0.15~0.35之间,年极值比在1.77~14.20之间,呈现出从西向东逐渐增大的空间分布特性。运用加法模型对石羊河流域径流量进行预测,结果表明未来4年内为丰水年。

基于Tennant改进法的讨赖河生态流量分析与评价

基于冰沟水文站、鸳鸯池水库站的长序列水文资料,通过Tennant法、中位数改进法和众数改进法对比分析,最终确定了讨赖河干流在一般用水期和用水高峰期的生态流量,同时对现状水平年的生态下泄流量进行对比评价。结果表明:①冰沟水文站用水高峰期生态流量为2.332 m^3/s,一般用水期为1.258 m^3/s;而鸳鸯池水库站用水高峰期生态流量为0.989 m^3/s,一般用水期则为0.778 m^3/s;②现状水平年(2016年)冰沟水文站、鸳鸯池水库站的用水高峰期和一般用水期月平均流量均可达到相应生态流量的最佳范围;③2016年,冰沟水文站在一般用水期生态流量达到最佳生态流量的天数为181 d,鸳鸯池水库站的一般用水期生态流量达到最佳生态流量的天数为137 d,达到极好生态流量的天数为19 d,达到好的生态流量的天数为22 d。因此,冰沟水文站、鸳鸯池水库站均可基本满足河道一般用水期的生态流量。

河西走廊疏勒河流域出山径流变化规律及趋势预测

依据甘肃省河西走廊疏勒河流域1956-2013年水文站实测及水文调查资料,对流域出山径流的年内、年际变化进行统计分析,并用坎德尔秩次相关法等检验流域径流变化趋势.结果表明：1956-2013年多年平均出山径流量为11.6679×108m^3;汛期集中在6-9月,各河流来水量占年来水量的35.9%-78.7%;地下水补给平均占径流量的40.46%;出山径流年际变化相对稳定,趋势表现为持续性上升的特点.未来2014-2018年疏勒河干流出山径流为偏丰,年平均径流量预计为13.01×108m^3.

河西走廊重点区域地下水分区管控初探

为因地制宜地细化河西走廊重点区域地下水分区管控措施,本文在梳理地下水开发历程基础上,针对河西走廊地区地下水超采状况,以河西走廊地表水和地下水为同一水源为原则,提出了南北盆地分区管理、东中西部分区管理的地下水分区管控措施,有利于完善河西区5市水资源“保护-节水-调水”体系,增强分区域水资源的调配能力,提高供水保障能力和抗风险能力。

甘肃省地下水开发利用控制红线方案研究

甘肃省是我国最缺水的省份之一,地下水作为水资源的重要组成部分,已成为甘肃省生活、工业、农业和生态用水的重要供水水源。研究紧密围绕甘肃省经济社会可持续发展对水资源的需求,通过对全省地下水资源的数量、质量、时空分布和开发利用条件进行科学全面的评价,兼顾考虑工农业供水和地下水系统水资源保护,因地制宜确定维持地下水良性循环的合理生态水位(埋深)控制目标和地下水开发利用的总量(可开采量)控制目标,形成全省地下水开发利用管理红线方案,为合理开采利用地下水资源和加快实施最严格水资源管理制度提供决策支撑。

洮河径流时空变化分析

依据洮河流域红旗站1956～2005年逐月径流量资料，采用Kendall检验法、线性趋势分析法、累积距平法，分析洮河流域径流的时空变化规律，重点探讨不同时间段月径流的变化和季节性变化特征，并对径流减少的成因以及汛期各月出现不同频率洪水的可能性进行了分析，得出如下结论：洮河径流呈现年际变化大、年内分配不均匀、季节性突出和周期性明显的特点，较大以上洪水主要发生在8—9月份，出现的概率为5．4％。

甘肃省地下水监测管理现状分析

地下水是水资源的重要组成部分,是支撑经济社会发展的基础性资源和战略性的经济资源的一部分,是生态和环境的控制性要素。20世纪70年代以来甘肃省地下水开发利用规模不断扩大,2005年全省地下水供水量较1970年代增加了2.15倍。由于水资源严重短缺,加之社会经济快速发展,人口增加,大量开采利用地下水,导致部分地区生态环境恶化。通过对甘肃地下水开发利用状况和地下水监测现状的分析,认为地下水资源在甘肃经济社会发展中发挥着举足轻重的作用,要进一步加强地下水监测,提高监测现代化水平,实行统一归口管理,实现可持续发展。

民勤盆地地下水开发利用红线指标研究

通过对红崖山下泄流量和民勤绿洲地下水资料的收集整理,在地下水均衡原理的基础上,用系统分析法分析了地表水、地下水与开采量的关系规律,建立地下水开采总量和水位双约束控制的地下水开发利用红线管理指标,提出利用民勤降水量考核盆下地水资源控制的刚性水位指标,为有关部门利用和管理地下水资源和制定经济社会可持续发展提供有益探索。

白水江流域水文特征分析

通过对白水江水系自然环境概况、降水、蒸发、径流以及历史暴雨洪水的研究,得出白水江流域水文要素长期变化规律,并进行了比较全面的阐述,为今后白水江流域的合理开发和自然资源的保护提供科学依据。

运用频率计算河川基流量方法研究

河川基流量是水文水利分析计算、水资源评价、洪水分析、地下水径流特性分析中的重要内容。国内外河川基流量分割方法很多，不同方法的分割结果也不尽相同。通过对甘肃黄河流域洮河水系4个水文站，长江流域白龙江水系2个水文站、内陆河流域黑河水系3个水文站共计9站的1980～2000年20a的实测资料运用滤波算法对基流进行切割，根据年径流量运用PⅢ型曲线查出频率，再根据频率与基流建立模型，得到河川基流量计算的简便实用方法，提高山丘区地下水资源量评价的效率，细化水资源评价结果，便于推广使用。

甘肃省地下水水位监测及采补平衡

对甘肃省敦煌市、高台县、永登县、武山县、灵台县项目区共37眼监测井进行地下水水位监测,选择168眼典型灌溉机电井进行地下水开采量监测,分析地下水水位变化,并对项目区地下水开采与补给平衡进行评价.结果表明,敦煌和高台项目区地下水变化属于灌溉-开采型,与河西地区内陆河的井-河混灌区的地下水动态变化一致,武山和灵台项目区在灌溉用水期地下水埋深增加但变化幅度不大,各项目区灌溉开采量均未超出控制量.对各项目区地下水开采量及补给量进行分析,认为地下水开采量均小于补给量,属于正均衡.

洮河泥沙分布及变化分析

以洮河红旗站1956~2005年水文监测资料为依据,通过对泥沙分布特征、年内年际变化规律和水沙匹配情况进行分析,得出洮河泥沙具有含量高、输沙总量大、产沙的区域性、年际的波动性、年内的不均匀性和时间的集中性六大特点。

大通河流域水能水资源开发对河流水文过程和环境的影响

根据水文观测和引水与水电开发资料,分析了大通河流域水能水资源开发利用现状及其对河流水文过程与生态环境的影响.结果表明：由于区域用水和跨流域引水,使大通河中下游河道的水量减少,水环境容量减小,其中,青石嘴、天堂、连城（二）站3-11月平均流量分别减少0.6%~9.6%、0.5%~3.8%、1.7%~52.9%.自1994年引大入秦工程建成跨流域引水后,连城（二）站年径流量开始减少,1994-2010年平均径流量比1977-1993年减少了5.7%;引大济湟工程建成通水后,加上引大入秦和引硫济金工程,引水总量将达到12.33×108 m3,占大通河多年平均径流量28.16×108 m3的43.8%,对河川径流的影响十分显著.至2011年,大通河上已建成梯级电站34座,洪水期电站同时泄水会瞬间加大河道流量,枯水期蓄引水又使减水河段水量减少.梯级水电站群无序蓄放水使洪水过程由天然的平稳状态转变为人工干预的剧烈变化状态,上下游洪峰不对应,对下游地区的防洪安全产生极大威胁.过度的水能水资源开发,使大通河中下游部分自然河段出现淹没、断流,水生物和两岸的植物萎缩,水环境污染加重,对生态环境产生负面影响.建议实行流域水资源统一管理,对梯级电站下泄水量统一调度,在减水河段预留必须的生态基流,确保河道内外生态用水;加强河道水位、流量、泥沙、水环境、水生物监测,为流域防汛、水资源管理、生态环境保护等提供决策依据.

渭河源区典型小流域水沙演变规律分析

根据渭河源区清源河典型小流域实测水文资料,分析了流域水文要素的年内和年际变化规律,流域降水、径流和泥沙主要集中在汛期,5-9月降水量占全年的78.5%,5-10月径流占全年的78.7%,5-8月输沙量占全年的88.9%。受上游修建水库、水土保持等人类活动的影响,流域汛期径流和泥沙1997-2013年比1980-1996年均减少了5.9%。流域面平均降水量、平均流量、平均输沙量年际变化不稳定,总体呈减少趋势,序列最大可能变异点分别为1995年、1994年和1997年。建立了流域年降水量与年径流深、次降水量P+Pa与次径流深相关模型,相关系数达到0.902和0.860。以年最大洪峰流量为参数,分别建立了流域年径流量与年输沙量、次径流量与次输沙量关系模型,相关系数达到0.835和0.917,公式模拟值与实测值接近,误差较小,可以作为以径流推算泥沙的重要依据。通过定性定量分析人类活动对流域径流、泥沙的影响程度,对区域抗旱防洪减灾、水资源管理、小流域治理及生态环境保护具有重要意义。

基于组合赋权的改进集对模型在流域生态健康评价中的应用

流域生态健康评价是流域管理、水资源开发利用、生态保护的重要决策依据,也是促进流域社会经济可持续发展的重要措施。在确定石羊河流域生态健康评价指标体系和等级标准的基础上,采用组合赋权法确定评价指标的权重,建立了改进集对模型评价方法。定量评价结果表明,石羊河流域上游、中游、下游生态健康分别为基本健康、亚健康、病态等状态。