考虑河流生态需水约束的调水规模研究

为减少以调水和蓄水工程为主体的区域水网建设对生态环境的影响,以大通河为研究对象,筛选9种水文学方法计算青石嘴、天堂、享堂3个关键控制断面12种不同的生态流量过程,基于过去60年径流时空分布以及水-能源-生态(water-energy-ecosystem,WEE)纽带模型,开展生态调度计算分析。结果显示:大通河干流河道内生态流量过程沿程增加,青石嘴、天堂、享堂3个断面年生态需水总量分别为1.62亿~14.54亿m^(3)、2.46亿~22.04亿m^(3)和2.88亿~25.46亿m^(3),且均以Q90_Q50方法为最大,Tennant(10%)方法为最小;在不同生态需水约束下,引大济湟工程调水规模介于2.25亿~8.81亿m^(3),占流域多年平均径流量的7.8%~30.5%;生态需水保障率整体表现为非汛期高于汛期,上游高于下游。兼顾生态环境保护与经济社会发展双重目标,为合理确定调水规模提供技术支撑。

考虑水流演进规律的引大济湟工程水量调度研究

针对引大济湟工程供水调度范围广、水利设施多样以及工程调度目标复杂等难点,提出考虑水流演进过程的大系统分解协调技术,构建引大济湟工程水量调度模型。该模型基于大系统协调分解理论将引大济湟工程划分为多个子系统,利用子系统间的水力联系构建协同机制,获取各项水利设施调度方案信息,并结合一维水动力模型获取各个节点断面的水位、流量关键信息。结果表明:相比于仅通过水量分配模型获取的调度方案,采用该模型得到的方案不仅可满足供水需求,还可实现对供水过程的动态跟踪、模拟仿真,为用户提供更为精准、科学的供水调度方案编制手段,进一步确保沿线供水安全。

引大济湟工程TBM挤压大变形卡机计算分析与综合防控

针对青海省引大通河济湟水河(引大济湟)工程频繁遭遇挤压大变形和卡机灾害难题,基于挤压大变形本构模型和全断面隧道掘进机(TBM)卡机事故预测分析理论,提出了挤压大变形和卡机计算方法,进行了引大济湟工程TBM掘进围岩挤压大变形与卡机计算,结果表明:(1)TBM穿越F5断层区段时,当扩挖间隙为10 cm时,开挖卸荷后护盾所受摩阻力将达到推进系统提供的最大推力,易发生卡机事故;(2)挤压变形、围岩-护盾接触面积和护盾所受摩阻力随停机时间不断增大,停机1 d内增大的速率越来越大,停机后7 d起,围岩流变速率和护盾所受摩阻力增加速率均减缓,直到停机后13 d时,围岩-护盾相互作用达到平衡,护盾所受摩阻力趋于稳定。同时为了防止和控制卡机事故,对该工程后续施工提出了最佳扩挖间隙和许可停机时间等卡机综合防控的3个对策:即扩挖间隙至少要增大到15 cm,此时停机初始时刻不发生卡机,许可停机时间为2 d;扩挖间隙增大到18 cm时,许可停机时间为4 d;扩挖间隙增大到20 cm时,就选取的围岩条件下,停机7 d内TBM基本不发生卡机,7 d后也很容易克服卡机。提出的卡机防控措施对引大济湟工程TBM安全高效掘进具有一定的指导意义,并得到工程实际控制对策的验证。

引大济湟调水总干渠工程生态环境影响

以引大济湟调水总干渠工程运行后河流水文情势的变化,分析工程建设导致的主要生态环境影响,并相应提出优化工程运行方式、建设生态放水设施、过鱼道等生态环境影响保护措施,尽量减缓对区域生态环境的破坏。分析表明,在采取严格环境保护措施的前提下,工程运行后引水枢纽的下泄水量可满足大通河生态水量要求,对区域生态完整性影响不大,可维持一定种群和资源量,从生态环境角度论证该工程建设方案可行。

引大济湟总干渠工程对大通河水生生态环境的影响及对策

研究了青海省引大济湟调水总干渠工程建设对大通河干流中上游水生生态环境的影响及保护措施。现场捕获鱼类9种,采集浮游植物26种,浮游动物10种,底栖动物14种,水生维管束植物4种,重点分析了鱼类种类组成、种群结构、重点保护种类以及繁殖习性等。分析工程建设造成的阻隔、水文情势变化和生境变化等对鱼类和其他水生生物的影响,提出生态放水、修建过鱼道、人工增殖放流、加强监测和回顾评价工作等措施,切实保护鱼类资源和生态环境。

大通河调水对水资源及生态环境的影响

基于生态需水、河流纳污能力、水环境容量等理论,分析研究大通河调水前后可能引起的河道生态环境各要素变化的程度和范围。结果表明,跨流域调水将引起不同河段水资源的剧烈变化,特别是天堂寺、享堂河段会产生断流,进而对河道内生态、水环境及河谷周边陆地生态产生显著影响。综合各方面需水要求,下泄月平均流量至少不小于1.1 m3/s。

引大入秦工程水资源优化配置研究

在引大工程灌区和邻近地区水资源供需分析的基础上,运用水资源系统分析理论,采用线性规划方法,建立了引大工程水资源优化配置模型。对引大工程的水资源在灌区及其周边兰州、白银两市统一进行优化配置研究,得出了近期和远期水资源优化配置方案,所建模型和优化配置方案正确、合理,符合引大工程及其供水区实际。进行了供水区环境效益和经济效益评价,提出了符合引大工程供水区水资源特性的研究结论和对策与措施建议。

大通河可外调水量的分析研究

在对调水量有关概念认识的基础上，确定了大通河外调水量分析的基本思路和研究方法。经分析计算，上游武松他拉断面多年平均每年可向引大济黑、引大济湖两工程供水4．01亿m3，流域5项调水工程每年共可外调水量18．29亿m3。着重介绍了基于调水工程综合社会评价结果的需水规模的分析及供水引水过程的处理方法。同时还介绍了影响外调水量规模的水质问题的简单处理办法。

“引大济湟”工程受水区水资源优化配置分析

根据"引大济湟"工程受水区水资源条件,结合现状供用水情况,建立了基于规则的受水区水资源配置模型,并对模型中的概化规则、配置规则、运行规则做了相应改进。模型采用1956—2000年的水文系列资料,得到2015年、2020年、2030年3个规划水平年在多年平均情况下的水资源优化配置结果。通过水量合理调配,受水区的生活、工业及生态用水均能得到保证,缺水主要出现在农业,仍需采取必要的节水措施实现水资源的可持续利用。

引大济湟工程与湟水流域生态环境问题

引大济湟工程是一项跨流域的大型调水工程，主要是解决湟水流域的缺水问题，对青海省的经济持续发展和湟水流域生态环境的改善及黄河源区生态环境保护具有重大意义。此项调水工程将增加湟水的径流量，提高工农业用水保证率，改善水环境，提高植被覆盖率，遏制并治理水土流失，减少自然灾害，改善农业环境和当地居民的生存环境。

引大济湟工程TBM掘进卡机机理研究及控制措施

数值模拟可较好体现围岩与护盾的相互作用,但前人往往忽略盾尾衬砌对围岩变形的约束作用,致使所求得的围岩竖直位移偏小。因此在研究TBM掘进卡机机理时,必须要考虑盾尾衬砌的影响。以引大济湟工程为例,用FLAC3D建立考虑护盾与围岩相互作用下的计算模型,求得围岩力学响应,计算护盾所受的滑动摩擦阻力。根据卡机流程,表明:TBM在桩号CH16+775附近掘进时,会出现卡机。将预留间隙从10cm增加至20cm,得到增大预留间隙工况下的滑动摩擦阻力。由于增大预留间隙工况下的滑动摩擦阻力小于推进系统所能提供的最大推力,故增大预留间隙可有效避免卡机。

“引大济湟”北干渠一期工程向杨家水库补水的水源论证

杨家水库供水范围内城市、农村生活、生态和农业总用水量超出了水库坝址处河流的来水量,需要从"引大济湟"北干渠一期工程补水,实施调节后才能保证水库的供水量。根据上水磨沟流域水资源状况,就北干渠一期工程向杨家水库补水进行了水源论证。

大通河流域水资源外调及其对生态环境的影响

大通河流域及毗邻地区的水资源分布及其用水量极不平衡，实施跨流域调水是必要的。甘肃、青海两省已建、拟建跨流域的调水工程，就是将水资源量较多但利用率却很低的大通河流域的水资源，调向水资源贫乏但利用率较高的非大通河流域。但这种跨流域调水仍属于干旱、半干旱缺水地区内部的水资源重崖调配。本文通过对大通河流域水资源及其特性，流域水资源开发利用现状和今后来水量和调出水量的平衡分析，认为目前已建、拟建调出水量已经超出流域可调水量，并对今后调出区可能产生的环境与生态环境问题进行了分析，对今后流域的安全调水和可持续开发利用有限的水资源提出了一定的科学依据。