Simulation of water temperature distribution in Fenhe Reservoir

In order to evaluate the need of controlling the temperature of water discharged from the Fenhe Reservoir, the reservoir water temperature distribution was examined. A three-dimensional mathematical model was used to simulate the in-plane and vertical distribution of water temperature. The parameters of the model were calibrated with field data of the temperature distribution in the Fenhe Reservoir. The simulated temperature of discharged water is consistent with the measured data. The difference in temperature between the discharged water and the natural river channel is less than 3 ℃ under the current operating conditions. This will not significantly impact the environment of downstream areas.

典型引调水受水流域氮时空分布特征及硝酸盐来源解析--以汾河水库上游流域为例

对万家寨引黄水受水区汾河水库上游流域氮时空分布特征进行了考察,识别了其硝酸盐来源,并针对引黄水对本流域的影响进行了分析.结果表明:流域各县四季TN浓度均值为3.67mg/L,TN中NO_(3)--N平均占比>70%;空间上,宁武县TN浓度均值最高,沿程逐渐降低;时间上,秋、冬季TN浓度较高,夏季较低,调水期引黄水所携带的氮是流域内氮的最主要来源.定性分析发现各污染源的混合过程是影响氮迁移的主要因素.经MixSIAR模型定量计算,各类来源对NO_(3)--N的平均贡献率由大到小依次是散排及点源污水(39.3%)>牲畜粪便(18.7%)>化学肥料(18.2%)>土壤有机氮(17.7%)>大气氮沉降(6.1%).引黄水中,秋季散排及点源污水、春季化学肥料的硝酸盐贡献率明显高于本地支流,引黄水对汇入口下游干流断面硝酸盐来源影响较大.

山西省汾河水库防洪调度优化模型在天气预报洪水中的应用

针对气象预报的汾河水库入库洪水过程,对汾河水库开展防洪调度优化设计,有利于延长汾河水库防洪预案实施时间,有效减轻防洪压力。采用汾河水库防洪调度优化模型,将蓝色、黄色、橙色、红色预警级暴雨导致的汾河水库入库洪水过程进行了防洪调度优化,与原调度结果相比较,调度优化方案分别将区域蓝色、黄色、橙色和红色预警级暴雨导致的汾河水库入库洪水的下泄流量峰值分别削减了170.0 m~3/s、50.0 m~3/s、50.0 m~3/s和155.8 m~3/s,当遭遇红色预警暴雨导致的入库洪水时,汾河水库大坝安全风险由原调度方案的一级风险降低至二级。汾河水库防洪调度优化方案可有效减缓天气预报洪水情形下水库及下游的防洪压力。

基于宽浅式破坏原则的水库旱限水位优化方法

针对旱限水位计算过程中干旱期需水多采用经验性调整系数确定存在主观性较强、合理性不足等问题,基于宽浅式破坏原则,以枯水年内月缺水率均值及其标准差最小为目标优化干旱期分行业需水,提出了水库旱限水位优化方法。以汾河水库与汾河二库为例进行优化效果分析,验证方法的合理性和可行性,结果表明:以优化后的旱限水位指导水库调度,可降低枯水年内的月缺水率均值及标准差;以50%作为严重缺水率阈值,优化后的旱限水位能够有效降低严重缺水月数;在连枯水年内,优化后旱限水位控制水库调度效果明显优于未优化的旱限水位,优化后旱限水位能够降低严重缺水情况的发生频率,符合枯水年内宽浅式破坏要求;旱限水位的设置保障了枯水年内各行业的用水安全,可减少极端缺水情况的发生,为旱灾防御指挥决策提供依据。

高压喷射灌浆在钢坝闸防渗工程中的应用

为了解决汾河二库大坝下游钢坝闸地基和左右坝肩的渗漏问题,采用高压喷射灌浆进行防渗施工。注水试验和抗压强度检测结果表明达到防渗要求,保证了工程安全,节省了工期与成本。该技术对今后类似工程的大坝设计具有借鉴意义。

水土保持措施和气候变化对汾河水库入库径流贡献定量分析

利用汾河水库1956-2004年入库径流和降雨量资料,在采用统计学方法探讨径流和降雨变异分析的基础上,建立双累积曲线模型,分离出了降水变化和水土保持措施分别引起的径流变化量,在定义贡献率的基础上,分析水土保持措施和气候变化对径流演变的贡献。结果表明,1956-2004年49年来汾河水库入库径流和降雨均呈减少的趋势,但径流减少趋势明显;以入库径流突变年份为界将研究时段分为2段(1956-1982年和1983-2004年);水土保持措施的实施致使径流减少24.8mm,贡献率为87.1%,降雨减少致使入库径流减少3.7mm,贡献率为12.9%。流域内从20世纪80年代初开始的水土保持措施实施改变了水库上游流域的水文循环过程。

汾河水库及河道中优势硅藻生态位的研究

采用Levins生态位宽度公式和Petrailis生态位特定重叠指数测定了汾河水库和河道中 5 0个主要硅藻种的生态位宽度和生态位重叠 ,并对生态位宽度和生态位重叠的关系进行了初步探讨 ,结果表明 ,着生硅藻中的原子舟形藻、眼斑小环藻、平卧桥弯藻、尖菱形藻、短小舟形藻、线形曲壳藻、阿尔夫舟形藻等生态位最大 ,浮游硅藻中 ,以具星小环藻、团聚小环藻、眼斑小环藻生态位最宽 ;同时表明 ,生态位宽度大的种与其它种的生态位重叠也较大。生态位重叠表明 ,着生硅藻中 ,生态位重叠普遍偏高 ,河道中 ,清洁水体指示种普通等片藻进攻性最强 ,水库中以α -中污和 β-中污带生物比索曲壳藻进攻性最高。从生态位普遍重叠指数分析 ,浮游硅藻明显小于着生硅藻 ,表明浮游生境下 ,硅藻分化明显 ,着生环境中 。

汾河水库水源河着生硅藻群落的DCCA研究

对汾河水库3条主要水源河的11个样点95个着生硅藻进行DCCA排序,这11个样点可分为4组,分别指示水质属于-中污带、-中污带、寡污带和清洁带,DCCA第一轴可反映水体污染程度,第二轴反映河流的流速.DCCA排序表明,COD与水体污染状况关系最大.物种多样性研究采用9个多样性指数,各多样性指数随水体污染等级加大而呈现下降的趋势.

汾河水库水动力及水质数值模拟

汾河水库是万家寨引黄工程的调节水库和山西省最大的地表水饮用水源地,其上游河段的COD和TN有超标现象,故确定库区污染物的输移扩散规律并提出相应的保护措施对保证水库水质安全至关重要。以工程技术资料、DEM模型、遥感及GPS实测信息为基础,采用GIS技术将汾河水库边界和地形进行数字化处理;通过实测数据进行参数率定与模型验证,确定汾河水库的水动力模型和水质模型;将模型进行耦合联用,以汾河水库的水动力为基础,选取COD和TN进行数值模拟,计算污染物在不同进水浓度时库区污染物超标面积,以库区污染物超标面积百分比来表征水库受污染程度。模拟结果表明:风场是影响水库水动力的主要因素;在静风和主导风力作用下污染物分别沿地形和沿下风向堤岸扩散;污染物超标面积百分比与进水污染物浓度限值呈二次函数关系。

山西省汾河水库上游水土流失动态监测与分析

以Landsat MSS(1976年)、TM(1990年)、ETM+(2002年)三期遥感数据为主要信息源,在RS和GIS技术的支持下,监测汾河水库上游区域在1976—2002年的水土流失变化情况。结果表明,1976—1990年研究区水土流失程度加剧;1990—2002年水土流失状况整体好转,局部区域仍在发展。目前,汾河水库仍有71.88%的水土流失面积有待治理,水土保持任务仍很艰巨。

水土保持对降雨—径流关系影响的集对分析

以汾河水库流域为例,运用M-K检验和集对分析的方法,分析了水土保持对降雨与径流关系的影响。结果表明:上静游站以上流域径流在1982年发生了突变,这与降雨与径流趋势分析结果一致,1982年之后降雨与径流的对立度增大、联系度减小,水土保持措施对降雨—径流关系影响明显;汾河水库站以上流域径流突变点为1983年,突变之后降雨与径流的关系对立度增大,与上静游站结果一致,说明整个汾河水库流域水土保持效果显著。

汾河水库泥沙淤积数值模拟

泥沙淤积是水库普遍存在的问题,为了解决汾河水库泥沙淤积的现状,本文基于泥沙随机沉降的原理,并结合汾河静乐水文站的历年实测资料,建立了汾河水库泥沙淤积的随机数学模型,通过2008年汾河水库淤积地形的模拟结果与2008年实测地形进行对比,验证了模型的准确性;应用模型对汾河水库库区泥沙淤积发展情况进行了模拟预测,通过模拟计算,汾河水库泥沙淤积呈三角洲形状,随淤积年限的增加,水库淤积体逐渐向坝前移动,水库运行20、50、60年后总库容由原来的6.94亿m3,分别减小到4.04亿m3、2.95亿m3、2.94亿m3。模拟结果为水库今后的运行和管理提供了科学的依据。

汾河水库洪水资源化及其关键问题研究

为了更好地提高洪水资源利用效率，探讨了洪水资源化的内涵及实施洪水资源化的关键问题。结合汾河水库的应用实例，采用历史资料分析了汾河水库洪水资源化利用程度，估算了汾河水库的洪水资源量，分析表明，汾河水库利用程度多年平均为73．5％，洪水资瀛化潜力约在0．095亿～2．479亿m^3。并根据汾河水库上游来水特点，探讨了汾河水库实施洪水资源化的途径。

汾河水库流域非点源污染模拟与研究

以汾河水库流域为研究对象,采用实测数据对SWAT模型进行参数率定与验证,进而定量估算了该流域2000—2010年径流、泥沙、氮、磷负荷,以揭示流域非点源污染负荷时空分布规律,识别污染关键区。结果表明,模型对研究区具有较好的适用性;丰水年氮、磷负荷量分别为139.34、0.92 kg/hm^2,是平水年的1.2、1.5倍,是枯水年的1.3、2.0倍;氮、磷负荷量主要集中在汛期(6—10月),分别占全年的68.81%、68.53%,非点源污染的时间变化与降雨发生的规律有很高的相关性;有机氮、硝酸氮、有机磷、溶解态磷排放强度分别为0.25~10.00、1~270、0.03~1.50、0.002~0.25 kg/hm^2,非点源污染的空间变化因降水分布、地形坡度、土地利用及土壤类型等的差异性呈现较强的区域性分布。岚县、静乐县是非点源N、P污染负荷控制的关键区。

RS和GIS技术在汾河水库上游土壤侵蚀动态监测中的应用

RS和G IS技术是开展土壤侵蚀研究的有效工具,可以对土壤侵蚀分布与强度的动态变化进行快速监测。以黄河流域汾河水库上游为研究区域,利用LandsatMSS(1976年)、TM(1990年)、ETM+(2002年)三期遥感数据,综合运用RS和G IS技术,对研究区的土壤侵蚀状况进行动态监测。研究结果表明:1976—1990年,研究区土壤侵蚀程度加剧;1990—2002年,土壤侵蚀状况整体好转,局部区域仍在发展,水土保持任务仍很艰巨。

汾河水库周边土壤氮流失风险评价

[目的]对汾河水库周边土壤氮流失风险进行评价,为汾河水库周边的环境管理与污染控制提供依据。[方法]在对汾河水库周边土壤采样、全氮含量测定的基础上,结合研究区地形、降雨、土地利用类型、径流、化肥施用、人口、潜在污染源距离等因子,采用通用水土流失方程和氮指数评价法进行评价。[结果]从研究区整体来看,土壤氮流失风险水平并不高,风险评价等级为低、中、高、极高程度的面积分别占研究区总面积的78.04%,2.72%,9.31%和9.93%;从空间上来看,氮流失风险较高的区域主要集中分布在研究区的西南和东北部,土地利用类型主要是地势平坦的耕地。中等流失风险程度的区域大部分位于沿河山地地区,土地利用类型为林地、草地及耕地。低风险程度的区域主要位于河谷地区较为平坦的地区,土地利用类型以草地和耕地为主。[结论]采用的氮指数评价法综合考虑了土壤氮流失的源因子和迁移因子,可以科学有效地反映研究区土壤氮流失风险的水平及空间分布。

汾河水库上游年径流演变趋势分析

应用Kendall秩次相关法、游程分析法和自相关分析法,研究了汾河水库上游半个世纪以来年径流的演变趋势。结果表明:①年径流量总体呈下降趋势,但在20世纪70年代以前的演变趋势并不明显;②各时段间的转折点跳跃均不显著;③年径流系列的相依性并不明显;④20世纪70年代以后年径流量呈减少趋势的原因与年降水量的变化无关。

汾河二库水体富营养化调查

[目的]了解汾河二库水体现阶段的富营养状况。[方法]通过检测水体的透明度、总氮、总磷、叶绿素-A、藻细胞密度等指标,并通过计算水质营养状态指数(TSI)对其富营养化作出综合评价。[结果]汾河二库枯水期和平水期水样透明度都低于GHZBI-1999《地表水环境质量标准》中的Ⅳ类标准;枯水期TN含量高于平水期,但均低于GB3838-2002《地表水环境质量标准》中的Ⅳ类标准;枯水期和平水期TP含量低于GB3838-2002《地表水环境质量标准》中的Ⅳ类标准;水样中叶绿素-a含量都未超过GHZBI-1999《地表水环境质量标准》中的Ⅳ类标准;TSI(SD)、TSI(TP)都大于50,TSI(chla)小于50;藻细胞总数在枯水期达到5.9×105个/L,明显多于平水期藻细胞总数(2.5×104个/L)。[结论]汾河二库尚未形成富营养化状态。

煤矿采空区特殊下垫面水文模型研究

煤矿采空区的形成改变了传统的水文过程,对洪峰和洪量具有明显的削减作用。以汾河水库控制流域为例,引入裂隙渗漏系数G和渗漏系数k分别表示采空区裂隙位于坡面与河道对产汇流过程的影响,构建了采空区特殊下垫面条件下的水文模型,选取1970~2015年间汾河水库控制流域内采空区先后出现的16场次洪水,对比分析了两种方案的水文模拟精度。结果表明,传统的水文模型在采空区出现前模拟效果较好,7场次洪水模拟合格率为71.43%,而在采空区出现后9场次洪水合格率仅为22.22%,流域中部煤矿采空区对暴雨中心位于中心区域的降雨引起的洪水过程产生较大的影响;对采空区出现后的暴雨中心在采空区附近的7场次洪水采用采空区特殊下垫面条件下的水文模型进行模拟,7场次洪水合格率为71.43%,精度得到了显著提升。

汾河二库坝前垂向表层水温变化规律研究

为探究水库垂向表层水温在年、季、日内的变化特征,给库区水体理化性质分析及养殖业发展提供重要参考,以汾河二库为研究对象,于2016年9月至2017年8月在汾河二库使用10 m长的柔性温度链进行自动化表层水温原型监测,分析了表层水温变化特性。结果表明:汾河二库垂向表层水温分布呈现出明显的季节性变化规律,符合分层型水库表温层特征;秋冬季表层水体水温均匀分布,春夏季水面下1~2 m层存在水温突然升高的现象;通过建立回归模型得知,气温与库面水温之间存在良好的线性相关关系;全年整体库面水温最大值出现时间与气温最大值出现时间一致;不同季节气温对表层水温的影响深度不同,气温升高,水温日变幅值越大,影响深度越大。