南方灌区沟渠塘库系统水平衡模拟模型研究

定量描述南方多水源灌区灌溉水转化机制是实现灌区水资源高效利用的基础。本文以湖北省漳河灌区内部的杨树垱流域为例,考虑其内部的空间异质性,对流域划分灌溉子区并对灌排系统进行水平和垂向概化,根据水量平衡原理研发多个水平衡子模块,构建沟渠塘库系统水平衡模拟模型。根据2021-2022年典型塘堰和内部水库的实测逐日水位资料,利用拉丁超立方抽样法和偏相关分析法对模型参数进行敏感性分析,并在不同流域尺度上对模型进行率定和验证。模拟结果的Nash-Sutcliffe系数(0.72~0.99)、均方根误差(0.09~0.20 m)和平均绝对误差(0.08~0.14 m)表明模型模拟效果较好,与传统灌区分布式水平衡模拟模型相比,该模型可以在满足较高精度的同时,更为全面地描述灌区水转化过程,为定量描述流域内灌溉系统的水转化过程提供新途径。

新疆五家渠灌区渠系优化配水研究

通过建立多目标渠系优化配水模型,优化渠系配水过程,为新疆农业节水灌溉提供科学依据。以新疆五家渠灌区新东干渠作为研究对象,采用多目标粒子群优化算法以配水渠道的渗漏损失量最小,水流稳定为优化目标,建立多目标渠系优化配水模型,并与回溯搜索算法就配水时间和渗漏损失量进行比较。研究表明,多目标渠系优化配水模型能将配水时间从15 d缩短至约11 d,渠系配水量为71.58万m^(3),与回溯搜索算法相比,配水时间从14 d缩短至11 d,渗漏量减少了8.39万m^(3)。采用多目标粒子群优化算法对新疆五家渠灌区新东干渠进行配水过程优化,不但满足了优化目标,减少了渠系渗漏,缩短了配水时间,且比回溯算法更具有实用性。

平陆运河内河段沿线河流水生生态影响识别

运河开发对区域交通改善和经济发展具有显著促进效应,然而其较大的开发强度和复杂的建设内容所造成的消极环境影响,已经受到越来越多的关注。针对运河水生生态影响的识别问题,通过对平陆运河内河段工程建设内容的分析归类,结合航道整治及航电枢纽建设的生态影响分析,采用类比分析、生态因子识别等方法,提出平陆运河内河段水生生态影响的3类重点评价内容,分析了建设内容对主要生态因子的影响,并从工程设计和生态修复两种维度梳理了水生生态保护措施体系。研究成果可为运河开发建设项目的生态环境影响识别与修复提供参考和借鉴。

农业灌溉水资源优化配置研究进展

水资源短缺是制约农业可持续发展的关键因素,因此农业灌溉水资源的优化配置对于保障粮食安全和水安全具有重要意义。该研究基于农业灌溉水资源优化配置的主要类型,对单一作物灌溉优化决策、多作物水土资源优化配置和灌溉渠系水资源优化调度3个方面的研究进展进行了系统综述。同时指出了当前农业灌溉水资源优化配置中存在的主要问题和未来研究方向,研究认为当前的农业灌溉水资源优化配置应在如下4个方面进行完善:1)建立更具生理意义的作物水分-产量-品质模型;2)在气候变化和人类活动的情景下实现农业灌溉水资源的优化配置;3)构建全面考虑水源、渠系、灌区面积、作物配置以及生育阶段的系统性农业灌溉水资源优化配置模型;4)建立以棵间蒸发最小为目标的动态灌溉优化决策模型。研究可为中国的粮食安全和水安全提供理论指导。

灌区渠道系统输配水能力可行域研究

为了给渠系优化配水模型提供初始轨迹的取值范围,以及为渠道系统的设计提供依据,本文针对已衬砌渠道系统输配水能力可行域问题展开研究。灌区中渠系纵横,渠道的正常运行除了本身过水能力的限制,还受到上下级渠道过水能力的制约。本研究提出渠道“输配水节点”概念,并以节点为纽带,考虑渠系上下级渠道过水能力相互制约和相互影响的关系,提出了渠道系统输配水可行域自下而上的递推过程和计算方法。本研究成果可为渠系的合理调度与高效运行提供依据,提高灌区渠道系统管理水平。

基于熵权-TOPSIS法的渠系配水模型求解算法综合评价

【目的】探究粒子群算法和天牛群算法在求解灌区渠系配水模型时的性能差异及优化后配水方案的共有特性。【方法】以大功灌区总干、分干两级渠系为研究对象,依据灌区不同的用水情形将其划分为18个配水对象,以灌溉用水总量、渠系渗漏水量及总干渠流量波动大小为优化目标,以下级渠道输水流量和输水启、闭时间点为决策变量,构建多目标两级渠系配水模型,分别使用粒子群算法和天牛群算法对模型进行求解,基于求解结果结合熵权-TOPSIS法对2种算法的性能进行综合评价。【结果】熵权-TOPSIS法的评价结果表明,粒子群算法的整体性能优于天牛群算法,但后者的计算速度高于前者。此外,同一用水情形下2种算法求解的配水方案相近,且优化后的下级渠道配水流量与配水时长存在共性规律。【结论】“左右须”寻优机制的引入使天牛群算法的计算速度相比粒子群算法最高可提升56%,但由于“左右须间距”初始参数的设置问题,随着计算维度的增加,粒子群算法的整体性能优于天牛群算法。研究结果可为灌区渠系配水管理提供科学依据。

灌区输配水分段积分时滞模型及自适应预测控制方法

大型灌区渠道长、流量大、取水口多且分散,积分时滞模型(ID)适用性不强、参数不易率定;以水联网灌区的实时观测体系为基础,研究各取水口流量变化传播的时滞差异、非回水区蓄水量变化对回水区水位的影响,提出分段积分时滞模型(SID),建立在线自适应预测控制(APC)算法,在宁夏西干渠百万亩灌区调试验证。结果显示,基于ID的线性二次型控制(LQ)和模型预测控制(MPC)在水位目标不变时,可稳定水位,但超调量大,在水位目标显著增加时,控制失效;基于SID的模型预测控制(MPC)和自适应预测控制(APC)可将超调量控制在较小范围以内,且APC误差更小、控制效果更优。

引黄灌区多目标水资源优化配置-调度双层模型

为合理优化调配水资源,实现灌区综合效益最大化,以赵口引黄灌区二期工程为研究对象,构建多目标水资源优化配置-调度双层模型。采用遗传算法,优化求解得到2030年50%、75%、95%设计频率的灌区各用水户(居民与牲畜、农业、工业、服务业、环卫绿化和河湖生态)最优分配水量及渠系调水方案。研究结果表明:不同设计频率的最优水量分配方案均能满足灌区各用水户发展基本需求,居民与牲畜用水、工业用水、服务业用水均能优先得到满足,农业用水供需比保持在0.76以上;50%、75%、95%设计频率的灌区各渠道引黄水占比分别为46.61%、42.28%和48.58%。

修正灌溉水利用效率指标体系的研究

建立科学的灌溉水利用效率指标体系有助于准确评价灌溉水的利用效率,从而为节水灌溉项目决策及灌溉管理提供科学的依据。本文分析了目前灌溉水利用效率指标体系存在的问题,并作了系统的修正,提出了由渠道水利用效率、渠系水利用效率、田间水利用效率、作物水利用效率和灌区灌溉水利用效率组成的灌溉水利用效率指标体系,并分别给出了这些指标的定义及计算方法。

大运河(常州段)与城市发展的互动关联探析

在运河水系、城市格局和产业布局的长期演化与变迁之间究竟存在着怎样的动态关联?这是大运河遗产保护规划在开展之前、所必须面对和破解的一项课题。本文聚焦于在历史视野下运河与城市发展的互动关联,通过"三脉并重"的研究策略和"历史性地图"解析发现:常州的城市格局、产业布局和运河水系的关系在总体上可以划分为前运河时期、大运河时期、后运河时期和新运河时期4个阶段;其中运河水系经历了从形态演变到功能演替的变迁,城市格局经历了从内生式发展到外延式扩展的变迁,产业布局则经历了从运河指向到综合指向的变迁,而三者之间互动关系也经历了一个从"最初形成,互动单一"到"内在关联,面临挑战"的过程。

渠系配水优化编组通用化软件的研发与应用

针对国内外己开发的渠系优化配水软件存在的通用化程度不高的问题,在对渠系结构及优化配水模型抽象概化的基础上,以VC++6.0为开发平台,研制了一种渠系优化配水的通用化软件。该软件以渠系层状树形结构图、空间布局概化图、渠道特征参数数据库等直观表达复杂渠系上下级关系、空间布局和特征参数,并实现了上述图形与数据库的交互使用,使用户可以方便的完成复杂渠系的空间布局搭建、渠道特征参数的输入与修改。在对渠系配水过程分析的基础上,建立了所需参数少、通用性强、计算结果稳定可靠的渠系优化配水模型。并通过对模型特点的分析,提出了一种基于遗传算法的模型求解方法,该方法采用轮灌组序号编码,可以大大压缩染色体长度,显著加快了计算速度。同时编制了应用软件,使用户只要输入配水要求,软件可自动确定渠系优化配水的相关参数,求解并输出配水结果。整个软件具有通用性和可视性强、操作简单的优点,能方便地应用于渠系优化配水决策。

灌溉水利用系数测定方法研究

通过开展对灌溉水利用系数资料的搜集、整理并对灌区进行实地调研,在了解目前灌区灌溉水利用系数测量中存在问题及原因的基础上,对灌区灌溉水利用系数测量计算方法进行了分析研究,提出了测定灌溉水利用系数的综合测定计算方法。该方法既克服了传统测量方法中工作量大,需要大量人力、物力才能完成的缺点,又弥补了只测量典型渠段而引起较大误差的不足,而且能反映出灌区渠系用水情况、灌溉工程质量及灌溉用水管理水平等。为灌区今后经常性地测量符合实际的灌溉水利用系数及指导灌区节水工程改造等提供了一种切实可行的计算方法。并结合实例进行了应用分析。

基于CMAC神经网络的自适应渠道输水自动控制研究

介绍了小脑模型神经网络CMAC的原理及基于CMAC的自动控制方法。在渠道输水控制技术的基础上,依据CMAC神经网络学习速度快、能够表达复杂非线性关系、适合于适时控制的特点,提出了基于CMAC的渠道输水控制模型。仿真结果表明,基于CMAC的渠道输水控制,算法简单方便,具有实时性、稳定性和较强的鲁棒性,控制效果较为理想。

区分工程状况与管理水平影响的渠系水利用效率指标体系的构建

为分析评价灌区工程状况、管理水平等不同因素对渠系水利用效率的影响,该文对传统渠系水利用效率指标体系作了修正,提出由渠道输水效率、渠系输水效率、渠系配水效率、渠系水利用效率组成的灌区渠系水利用效率指标体系,并分别给出了这些指标的定义、内涵及其确定方法,结合实例分析了该指标体系的合理性。渠道输水效率(E_(ca))及渠系输水效率(E_c)主要反映灌区渠系工程状况对水利用效率的影响,可由静水法或动水法直接测定某级渠道的渠道输水效率,然后采用各级渠道输水效率连乘的方法确定渠系输水效率;渠系水利用效率(E_(cs))综合反映了渠系工程状况和用水管理水平对水利用效率的影响,采用首尾测算法直接得到,也可由灌溉水利用效率除以田间水利用效率间接分析得到;渠系配水效率(E_d)主要反映灌区管理水平对水利用效率的影响,在求得渠系水利用效率和渠系输水效率后,由渠系水利用效率除以渠系输水效率得到。该文所构建的指标体系能满足灌区不同阶段、不同目的开展的渠系水利用效率评价需求,为灌区工程投资分配决策、工程运行状况及用水管理水平评价提供依据。

渠道密度与渠系水利用系数关系研究

为了研究灌区渠道密度与渠系水利用系数之间的关系,首先从分析渠道水的渗漏情况入手,分析了渠系水利用系数与渗漏之间的关系,建立了在相同衬砌条件下渠道密度与渠系水利用系数之间的数学关系。然后提出有关渠道密度概念,这一概念的提出有利于灌区渠道分布合理性的进一步评价。渠道密度与渠系水利用系数两者之间关系式的确立,有助于从理论上评价渠道分布对渠系水利用系数的影响。

北京北运河水系水质污染特征及污染来源分析

以北运河水系主要干支流2011年l～12月23项指标的监测数据为依据，采用水质类别法和平均综合污染指数法．对水质污染特征进行综合评价，运用主成分分析和系统聚类分析法，对水质指标主成分以及水质差异进行分类，并进一步对不同干支流污染来源进行分析．结果表明，北运河水系由于排污量大，地表水污染严重，除城市中心区部分河流水质为Ⅲ一Ⅳ类外，城市排水河流、远郊河流水质均为劣V类．水质由3个主成分组成，COD、CODM。BOD5、NH3—N、TP等为第一主成分；汞为第二主成分；石油类为第三主成分．干支流水质分为4类：第1类为清洁水源类河流，主要集中在城市中心区，降雨地表径流、雨污合流管网溢流引起的非点源污染是影响其水质达标的重要污染源：第2类为再生水水源类河流，主要集中在城市排水上游河流，城镇污水处理厂排水是其主要污染源；第3类为再生水与污水混合水源类河流，主要集中在城市排水下游河流及部分远郊区河流，由于城市下游排水管网不健全，远郊区污水集中处理率低，生活源和农业源的污染贡献率较高，水质污染严重；第4类为污水水源类河流，分布于远郊区县，农业污染占比较大，水质污染最严重．

漳河灌区末级渠系农业水费补贴机制的思考

农村税费改革以来,漳河灌区末级渠系面临着建设与管理缺位、投入不足、责任不明等问题,虽然灌区管理单位也进行了水价改革等积极有效的探索与实践,取得了一定成效,但仍有一些问题亟待破解。结合漳河灌区实际,应加强末级渠系建设奖补基金筹措并改进补发方式,要充分发挥农民用水户协会的作用;在农业水费补贴机制方面,建议将基本水费纳入财政直补范围,建议将农业水费直补金统一发放到末级渠系农民用水户协会。

农业用水和生活用水效率研究与探讨

水是万物生长不可缺少的元素之一。经济发展和人口的增长带来用水量的急剧增加,环境污染和用水浪费带来水资源的巨大损耗。为了满足社会发展对水资源需求量的增加,必须采用开源、节流、调整产业结构、利用外部资源等措施。其中节流针对的就是提高水资源利用效率进行管理。工业用水效率的研究比较多,本文主要针对农业用水和生活用水效率进行研究和探讨。从经济学的观点出发对农业用水的效率进行定量研究,对生活用水效率进行探讨性研究,提出从综合效益分析生活用水的效率,引入最优人均生活用水指标。而生活用水效率的定量研究有待进一步探讨。

基于文化传承的北京大运河景观规划研究

北京大运河纵贯千年,价值意义极其突出,是国脉肇始,是兴都之廊。新时代背景下,国家对于保护好、传承好、利用好这一伟大的世界文化遗产提出了更高的期望与要求,但是高水平、高标准的发展建设诉求与部分遗产资源被侵占破坏、滨河空间文化彰显不足等现状对比鲜明。从风景园林的专业视角提出"HSES"分析模式,基于历史文脉的总结梳理,通过历史演变的空间叠合、文化遗产的价值评估和沿线景点的调研分析的技术方法,在运河水系恢复、遗产保护利用、公园景点塑造、讲好运河故事等方面提出发展建议,在北京大运河的景观规划层面传承历史文化,弘扬运河文明。

灌溉渠系优化配水模型研究

灌溉渠系的优化配水问题可分为两类:一是以某种指标最优为目标的灌溉水量分配;二是以水量损失最小为目标的灌区各级渠道流量的优化调度。在非充分灌溉试验的基础上,做出了西北干旱灌区棉花膜下滴灌水分生产函数。根据作物水分生产函数,以农业效益和灌溉管理部门总体的经济效益最高为目标,建立了灌溉渠系优化配水模型。在提高灌区经济效益的同时,建立了配水渠道流量优化调度0-1线性整数规划模型,模型适用于支渠以下各级配水渠道在来水流量确定,分水渠道流量彼此相同且按"定流量,变历时"方式轮灌时的优化配水决策,通过实例对模型进行了求解。