基于水循环全过程的旱涝级联效应研究框架

气候变化与人类活动影响加剧背景下,亟须实现旱涝灾害风险精准防控。从孕育机理、传播机制、事件评价、风险评估、影响效应等方面回顾了旱涝事件研究现状,明晰了当前在旱涝事件演变机理和评价指标构建方面存在的不足。从水循环全过程视角,分析了干旱和洪涝事件在坡面、河道、流域和区域4个尺度与水量和效应2个层面的本质内涵、影响效应及评价方式。基于地表-土壤-地下、坡面-河道、支流-干流及水网工程间的水力联系,分别从水量和效应层面分析了不同空间尺度上干旱和洪涝的内在联系,明确了干旱、洪涝及旱涝级联过程本质上受流域调蓄作用的影响。从旱涝级联效应的内涵、类型、表现形式和关键技术等方面,提出了旱涝级联效应的研究框架。未来应从流域调蓄作用的视角量化不同空间尺度各要素调蓄能力变化,分层调蓄防范化解旱涝风险。

高海拔季节冻土区完全融化期土壤水分特征曲线适用性

以怒江源区那曲流域为例,基于4个试验场完全融化期(6—9月)的土壤体积含水量(0.15~0.51 cm^(3)/cm^(3))和土壤基质势数据(0~200 kPa)实测数据,选择Van Genuchten(VG)、Brooks-Corey(BC)和Campbell 3个模型进行拟合,以均方根误差ERMS和决定系数R2为评价指标,分析3个模型对高海拔季节冻土区不同土层和不同土壤质地的适用性。结果表明:从整体上看,VG模型(平均R2为0.992,平均ERMS为0.006 cm^(3)/cm^(3))的拟合效果优于BC模型(平均R2为0.972,平均ERMS为0.019 cm^(3)/cm/3)和Campbell模型(平均R2为0.984,平均ERMS为0.014 cm^(3)/cm^(3));但是在不同土层和不同土壤质地情况下模型的适用性有所区别,VG模型更适用于壤土和壤质砂土(平均R2为0.987,平均ERMS为0.008 cm^(3)/cm^(3))以及土壤深层(10~35 cm土层,平均R2为0.990,平均ERMS为0.007 cm^(3)/cm^(3)),Campbell模型更适用于砂质壤土(平均R2为0.985,平均ERMS为0.009 cm^(3)/cm^(3))以及土壤表层(5 cm土层,平均R2为0.993,平均ERMS为0.006 cm^(3)/cm^(3)),BC模型在不同条件下都不是最优模型;参数θr取值大小会显著影响土壤水分特征曲线的形状。本研究可为深入研究高海拔季节冻土区的土壤水分运动特性以及中华水塔区的水源涵养作用提供支持。

脱挂索道全自动车库系统的设计

为了降低国内脱挂索道运营人员的劳动强度,节省脱挂索道收发车时间,文中设计了一种脱挂索道全自动车库系统。该系统在出入库直线段运用链条拨叉传动推动吊具,转弯段运用皮带轮组传动推动吊具,以及收发车直段轨道具有合适的倾角等方面进行研发设计。脱挂索道全自动车库系统是对现有脱挂索道的收发车车库进行创新和升级的产品。该系统实现了国产脱挂索道车库的自动化和智能化,节省了索道用户的人力成本,解决了市场需求问题。预期成果应用到实际的工程项目中,并取得相关的经济效益。

新型脱挂式矿山架空乘人索道迂回轮体结构设计与优化

传统矿山架空乘人索道作为地下矿井、巷道的重要载人设备存在速度慢、安全性低的缺点。据此提出了一种高速、安全的新型脱挂式矿山架空乘人索道方案,并对其迂回轮体进行了结构设计与优化分析。文中应用Ansys Workbench软件对初步设计的迂回轮体进行了强度分析,结果表明该方案安全系数过高,需进行优化设计。通过对腹板厚度为12 mm、16 mm的模型进行分析,确定了较为理想的腹板厚度为16 mm;同时为进一步减轻轮体质量、改善其受力情况,对轮体进行了开孔设计,确定了2孔间连接钢板宽度为180 mm的条件下开孔处内外侧圆角分别为100 mm、180 mm时,轮体结构较为合理。

江河断面分级分期旱限水位(流量)确定方法

江河断面旱限水位(流量)是流域干旱预警的重要指标,可作为启动流域抗旱应急响应、指导水利工程开展抗旱调度的重要依据。本文针对江河断面旱限水位的相关概念和技术问题,完善了江河断面旱限水位(流量)的内涵,指出其是表征河流进入低枯状态即将产生社会经济与生态环境缺水风险的水位(流量)阈值。考虑不同干旱程度及干旱期用水规律,从分级分期的角度提出适用于不同类型河段的江河断面分级分期旱限水位(流量)确定方法。通过对渭河临潼断面和抚河廖家湾断面的实例应用,验证了算法对资源约束型和综合约束型断面的适用性和合理性。本研究为水旱灾害防御部门制定江河断面旱限水位(流量)提供了通用算法,能够为干旱预警决策提供科学依据和技术支撑。

气候-水文变化对水力发电的影响预估综述

气候变化可能改变河川径流的均值、极值、过程及可利用量,从而影响流域水电工程的规划建设和运行调度。因此,预测评估未来气候-水文变化对水力发电的影响具有重要意义。本文在简要阐述气候-水文-水电三者纽带关系的基础上,总结了国内外相关文献中影响预估的技术流程、主要模型与方法,从区域与季节差异、不确定性、综合影响及适应性调控等三方面分析预估结果,探讨现有研究存在的不足,并结合中国气候变化与水电行业的实际特点,展望了未来研究重点。建议进一步加强水文极值事件对水力发电影响、高海拔地区水循环机理及演变趋势等基础研究,并在考虑电力需求与多能互补的前提下,开展气候变化影响下的综合风险预估和整体适应策略研究。

黄河流域未来极端气候事件变化趋势评估

极端气候事件会对陆地生态系统服务功能以及人类社会生活造成严重影响。针对GFDL、FGOALS和CCSM4这3种CMIP5气候模式,对RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5未来情景下的黄河流域极端气候时空变化特征进行研究。结果表明:RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下流域日最高气温的上升速率分别为0.052、0.170、0.470℃/10 a,日最低气温的上升速率分别为0.029、0.170、0.460℃/10 a。日最高气温和日最低气温的空间分布规律呈现出一致性,从黄河上游河源区向中下游呈上升趋势。未来情景下黄河流域整体年降水量呈弱增加趋势,到21世纪后期,高温室气体排放情景下年降水量的增幅变大。

雅鲁藏布江上游支流沉积物的矿物组成特征

本文对青藏高原内气候和地貌方面具有典型意义的雅鲁藏布江上游支流沉积物进行矿物组成分析和粒度分析,根据其组合分布特征,对比了各支流之间及各支流内的矿物差异,并对沉积环境及其主控因素进行了初步分析。结果表明,雅鲁藏布江上游河流沉积物类型主要为砂质粉砂,河流沉积物的矿物组成特征可归为三种类型:①列荣藏布-来乌藏布-柴曲型,以斜长石、钾长石、石英为主;②则拉色登曲-雄曲型,以方解石、伊利石、石英为主;③索曲型,以斜长石、石英、伊利石为主。雅鲁藏布江上游不同支流沉积物的矿物空间分布受源区基岩性质控制,但是各支流内的矿物及其组合的差异更主要反映河流水动力强度与沉积环境的差异,即重力分选作用;同时,寒冷的气候条件制约了研究区的化学风化作用。

西江流域梯级水库群上下游关系识别研究

梯级水库群上下游关系是流域水资源系统分析的关键环节。本文基于河流编码描述单一梯级水库,构建了梯级水库群上下游关系识别基本框架,并用于分析梯级水库群的空间特征和流域开发利用情况。面向西江流域案例,研究结果表明:西江流域以部分水库为连接核心,超过70%的水库位于所处河流最上游;梯级水库群中,区间汇流面积最大的5座龙头水库与水利枢纽控制23.6%的流域总面积,与众多上游水库存在水力联系,在防洪、供水、发电等调度中发挥关键作用;整体上,西江流域呈现明显的逐级开发特征,各河段上游水库数量随河流等级增加呈指数式增长趋势。研究成果对于分析梯级水库群的功能具有重要的意义。

特大干旱事件灾害孕育机理及影响研究进展

为有效推进特大干旱事件灾害孕育机理及其影响的研究,在回顾与展望特大干旱灾害的基础上,分别对其次生灾害孕育过程和对生态环境长期影响的研究进行梳理与评述,指出当前研究中存在的主要问题与薄弱环节,包括对特大干旱的聚焦不够、干旱灾害链及多灾种协同演进定量研究亟待深入、特大干旱对养分循环与生态过程的长期影响等方面的研究相对匮乏。认为特大干旱事件灾害孕育机理及影响方面的整体研究框架尚未确立,相应研究体系和技术方法体系也远未形成。建议未来着重研究特大干旱次生灾害的深层链式结构和复杂能量传递问题,有效揭示特大干旱事件灾害孕育机理与多灾种协同演进机制,进一步阐明特大干旱对水文生态过程和地表环境的多重影响。

内河生态航道建设理论框架及关键问题

内河航道建设对河流生态的影响日趋显著,以往的内河航道建设主要集中于航道整治构筑物的结构设计和内河航道护岸型式的研究,而忽略了其对河流生态系统的影响.目前,内河航道生态化建设相对滞后,内河生态航道建设应坚持环境保护和生态航运理念,将生态建设贯穿内河航道建设与运行的全过程.内河生态航道建设以维护河流生态系统的稳定为基础,针对内河生态航道建设研究涉及的河湖水系连通、航道形态改变、河湖生境质量等热点与关键问题,本文通过明确生态航道建设的科学内涵与目标,确定航道建设工程对河流生态环境影响的关键指标体系,构建内河生态航道建设技术框架,提出了未来我国内河生态航道建设需重点关注航道建设与运行过程中所涉及的航道建设标准、评价理论、设计技术等关键技术问题.

基于综合功能辨识的城市河湖生态流量计算模型及应用

为了合理确定河湖生态流量的阈值,针对城市河湖功能的特点和实际,综合体现河湖多种生态服务功能目标的协调、河流断面与湖泊/湿地的耦合关联以及生态流量消耗与非消耗分项、存量与通量、水量与水质关系,构建了基于综合功能辨识的城市河湖生态流量计算与保障程度分析模型(MUSEF模型)。利用该模型可对城市河湖生态流量大小、流量过程、流量构成、流量空间分布以及变异性进行量化计算与优化辨识,对不同来水频率条件下生态流量的满足程度进行评价,明确生态流量的调控指标要求与时机,从而为城市河湖生态保护与健康管理提供定量工具。以株洲市区河湖水系为案例开展应用,量化得出了河湖生态流量的逐月过程线、生态流量构成以及变异性特征,分析提出了不同来水频率条件下河湖生态流量的满足程度、调控指标与调控时机,为株洲市河湖生态流量的有效管理和安全保障提供依据。

双校正模式下的大清河流域陆气耦合洪水预报研究

基于数值大气模式WRF、三维变分数据同化WRF-3DVar、河北雨洪模型以及实时校正模型ARMA,在北方半湿润半干旱地区的大清河流域构建了陆气耦合洪水预报系统,并利用2012、2013年发生的3场降雨洪水,对系统的降雨洪水预报结果进行分析。结果表明:雷达反射率与GTS数据的同时同化,可有效改善数值大气模式对中小尺度流域的降雨预报效果,从而降低系统的洪水预报误差,ARMA模型的应用,能够进一步提升系统的洪水预报精度,随着预见期的延长,系统的预报精度下降,但系统在6h预见期内仍表现出较好的应用效果。因此,在数据同化和实时校正的"双校正"模式下,陆气耦合洪水预报系统在延长洪水预报预见期的同时,具有较高的洪水预报精度,具有一定的应用前景。

铁路、水利与建筑工程领域颠覆性技术研究

历史上每次科技革命、工艺革命、能源革命,都伴随着颠覆性技术的出现,因此研究颠覆性技术对于各领域未来的发展方向具有重要的意义。本文分析了铁路、水利与建筑工程领域的发展方向和态势,认为铁路领域的发展方向为智能化发展和更高运行速度发展,水利领域的发展方向为人与自然和谐共生,建筑领域的发展方向为精益化、专业化、机械化、信息化、装配化、绿色化。在此基础上,研究总结了这三个领域的颠覆性技术,铁路领域的颠覆性技术包括智能高铁、低真空管道磁悬浮铁路;水利领域的颠覆性技术包括富自然功能协调流域建设技术、水利水电工程群多目标联合调度技术;建筑领域可能的颠覆性技术包括基于建筑信息模型(BIM)的智慧建造技术、工业化建造技术、3D打印技术、绿色建造技术。最后本文提出了未来发展的建议,以期为铁路、水利与建筑工程领域的研究与发展提供参考。

干旱对河流水生态系统影响研究与展望

干旱等水文极端事件在全球范围内呈现广发频发态势,频繁发生的干旱对河流水生态系统影响显著。首先从干旱发生的区域、发生区域的水文特征、干旱的持续时间、低流量值的大小、干旱发生的时间、干旱发生的频率和旱涝急转速率7个方面阐述了不同的干旱特征对水生态系统的影响。讨论了干旱对河流水生生物栖息地的影响,河道水流速度变缓,水生生物栖息地的面积、深度减小,影响河流水生生物的多样性。从纵向尺度、横向尺度、垂向尺度3个方面分析了干旱事件对水生态系统物质流、能量流和信息流的影响,并对现阶段水文过程-水生态系统耦合模型的相关研究成果进行了总结。最后就今后的研究趋势和重点研究工作进行了展望。

某型驱动轮体结构强度分析

驱动轮体是客运索道的重要部件,在运行过程中一直承受较大钢丝绳张力作用,保证其安全运行是客运索道正常工作及保障乘客安全的关键。因此,有必要对其强度和刚度进行分析。文中根据轮体传动欧拉公式,推导了出了驱动轮体包角范围内各位置承受的正压力载荷,并利用非线性有限元法对某新型驱动轮体结构进行仿真分析,得到了各工况下的响应云图,结果表明驱动轮体结构设计合理,满足使用要求。文中所述的建模方法、分析结果可为轮体结构的设计优化提供一定的参考。

基于双层滑动的水库旱限水位确定算法

旱限水位是水库抗旱预警的重要指标,可作为水库开展抗旱调度的重要依据,开展不同类型水库旱限水位确定算法研究,对水库旱限水位的推广及提升干旱主动防御能力有重要意义。本文探讨了水库旱限水位的概念内涵,认为水库旱限水位是在干旱缺水条件下水库供水系统达到临界平衡的水位阈值。通过引入调度期、保证期等双层控制期,提出了适用于多年调节、年调节、季调节水库的旱限水位双层滑动算法,并且形成了旱限水位控制下的水库抗旱调度策略。通过对张峰水库与和川水库进行案例分析,验证了双层滑动算法对于多年调节水库和季调节水库的可行性与合理性,结果表明,通过设定旱限水位,可以在干旱前期预留水量,有效缓解干旱年份的严重缺水情况,各个行业的缺水率和严重缺水时段均有显著减少。本研究为水旱灾害防御部门制定水库旱限水位、指导水库抗旱调度提供了一套通用算法,能够为干旱防御决策提供科学依据和技术支撑。

单线循环脉动式索道张紧系统分析及优化

单线循环脉动式索道大多采用液压张紧系统为钢丝绳提供张紧力以保证索道正常运行,当吊厢减速进站时,线路载荷快速减少,运载索张力同时快速降低。为保持运载索张力在设定范围内,液压张紧系统要快速补压。液压张紧系统补压能力不足将导致索道因运载索张力不足而停止运行。文中通过对单线循环脉动式索道整体及液压张紧系统进行分析,提出多种优化方案使运载索张力始终处于设定范围内,如合理地支架点位选择、提高运载索张力、减小运载索张力的降低速度、提高液压张紧系统的泵流量、提高液压张紧系统额定压强、增加蓄能器容量、采用精度更高的传感器及采用液压锚固张紧等。

中华水塔面临的挑战与应对战略

传统的“中华水塔”范围是指青藏高原东部黄河、长江、澜沧江的三江源地区,多年平均产水量为499亿m^(3),而整个青藏高原面积257万km2,多年平均产水量约7780亿m^(3),孕育了流出高原的大中型河流20条。受气候变化及人类活动影响,青藏高原冻土退化、冰川消融和蒸发增加,对资源、生态与环境等造成重大影响,保护好“中华水塔”是“国之大者”。本文提出将“中华水塔”范围由三江源扩展到整个青藏高原,有助于推进青藏高原生态保护的关键工程建设,以遏制水源涵养功能的加速退化;有助于构建涵盖雅鲁藏布江、怒江、澜沧江的国家水网,以应对中低海拔冰川消融和冻土释水消失后北方地区的缺水危机;有助于加强青藏高原地区饮用水安全保障,以应对生源要素改变与病原微生物进入水体带来的水环境风险。

黄河流域极端气候变化气候模式优选

探讨全球气候变化背景下黄河流域极端气候事件的变化特征,对有效应对极端气候事件及其次生灾害具有重要意义。基于1961—2005年流域历史气象要素指标观测数据,选取10个CMIP5模式,采用逐日偏差校正方法对模拟数据进行偏差较正,并对校正前后的各指标进行对比,从变化趋势和空间分布两个方面对CMIP5模式模拟的数据进行评估,优选出适合黄河流域的气候模式。结果表明:10个CMIP5模式模拟的日最高气温都表现出上升趋势,上升速率在0.18~0.35℃/10 a之间,大多数CMIP5模式模拟的日最低气温上升速率在0.20~0.41℃/10 a之间,MPI、GFDL、CSIRO和CCSM4模式模拟的年降水量表现出下降趋势;各模式模拟的相对误差较小,MPI、MIROC5、GFDL等模式模拟的气温在黄河中下游表现出高估的情况,大多数模式模拟的最大1 d降水量在黄河中游表现出低估的情况;通过数据对比优选出GFDL、FGOALS和CCSM4这3个最适合黄河流域的气候模式。