浅析中线南水北调工程施工控制网测量工作的实施

南水北调中线工程（下称中线工程）是中国实施的特大型跨流域调水工程，从汉水流域的丹江口水库引水，经河南、跨黄河、越河北、直至北京团城湖。主要供水目标为京、津、冀、华北平原。主要任务是满足城市生活、工业和生态环境等用水需求。建设南水北调中线工程是解决京津华北平原缺水问题的重大战略工程，是一项宏伟而紧迫的任务，对缓解京、津、华北平原严重缺水现状，支撑京津地区和华北平原经济社会的可持续发展具有非常重大的意义。

南水北调中线工程水源区环境规制对经济高质量发展的影响

为研究南水北调中线工程水源区环境规制通过水资源利用对区域发展质效的影响,基于2005—2022年南水北调中线工程水源区12个城市的面板数据,构建基准回归模型、中介效应模型和门槛效应模型,实证分析了环境规制、水资源利用效率和经济高质量发展之间的关系。结果表明:环境规制对经济高质量发展具有正向促进效应,该促进效应在不同区域间存在异质性,环境规制的促进作用在用水量小的地区更加显著,而在用水量大的地区,丰富的水资源限制了环境规制对经济高质量发展的促进作用;在环境规制影响区域,水资源利用效率在经济高质量发展过程中发挥出显著的中介作用,水资源利用效率中介效应占环境规制总促进效应的比例为13.5%;水资源利用效率在环境规制对经济高质量发展影响中具有门槛效应,当水资源利用效率超过4.3后,环境规制对经济高质量发展的促进效应显著增强。

南水北调中线工程水源区和受水区的降水时空变化特征及丰枯遭遇

[目的]基于1950—2022年时间序列ERA5再分析降水数据,探究南水北调中线工程水源区和受水区降水量时空变化特征,旨在保障跨流域调水的可行性和持续性,为南水北调中线工程水资源调度和运行管理提供科学参考。[方法]采用Mann-Kendall检验、小波分析、云模型以及Copula函数等方法,分析水源区和受水区降水变化趋势以及丰枯遭遇特征。[结果]①1950—2022年南水北调工程水源区和受水区分别按照年降水量34.75和39.35mm/(10a)幅度减少,水源区年降水量存在43a的主周期,受水区年降水量存在55a的主周期。②云模型隶属云图夏季降水量分布不均且离散程度较高,而冬季分布均匀且较集中。③调水不利的组合汛期和非汛期遭遇频率分别为23.15%和25.92%。[结论]水源区和受水区年降水量均呈现明显减少趋势,水源区丰枯交替变化显著;南北丰枯异步概率大于丰枯同步,同枯频率不高,有利于调水工程的安全性和可靠性。研究结果可为制定南水北调中线工程相关政策和技术指导提供理论依据,有助于工程的规划和管理,提高水资源利用效率和可持续性。

南水北调中线工程输水建筑物整流累积效应研究

为分析输水建筑物整流对南水北调中线工程输水能力的影响,以陶岔渠首闸至十二里河渡槽渠段为例,建立一二维耦合水动力模型,其中渠道段采用一维模型,4个输水建筑物段(刁河渡槽、湍河渡槽、严陵河渡槽和淇河倒虹吸)采用二维模型,利用多年实测数据对耦合模型进行率定。分别对无整流方案和15种整流方案进行模拟计算,分析不同整流方案对上下游的影响,进而确定水头损失最小的整流方案。结果表明:单体整流影响范围为建筑物上下游3~5 km,多个建筑物整流的累积效果小于单个建筑物整流效果的线性叠加;对渠段中间2个输水建筑物(湍河渡槽、严陵河渡槽)进行整流的效果优于对上下游2个输水建筑物(刁河渡槽、淇河倒虹吸)进行整流的效果。

新形势下南水北调中线工程智慧调度的研究框架思考

南水北调中线工程智慧调度是新形势下实现精确精准调水、支撑工程高质量发展的重要途径。系统分析了南水北调中线工程通水以来的运行条件变化,提出了新形势下中线工程智慧调度需解决的关键科学技术问题,并提出了未来重点研究内容:要在研究复杂调水系统多水源多用户水资源均衡调配方法基础上,研发中线工程多场景输水智慧调控技术、事故智能预警与精细控制技术体系、决策支持平台,形成中线工程调度的科学决策管理模式,为国家水网重大工程智慧调度管理提供科学应用范式。

南水北调中线工程突发水污染生态补偿机制研究

突发水污染已成为制约南水北调中线工程可持续调水的重大安全隐患,亟须解决南水北调中线工程突发水污染的生态补偿机制设计问题。针对应由中线局承担责任的南水北调中线干渠突发水污染场景,从多利益相关者合作视角出发,明确了中线局向纳污地政府提供生态补水的突发水污染生态补偿机制,基于合作博弈理论,构建了中线局与纳污地政府合作联盟的纳什议价模型,并以河南省邓州市为例开展研究,主要研究结果表明:①生态补水天数与纳污总损失呈现出显著的正向相关关系,且伴随纳污总损失逐步增大,中线局议价能力对补水天数的影响能力呈现出边际递减特征。②中线局生态补水成本与生态补水天数具有显著的正向关系,随着中线局议价能力的增强,生态补水成本的规模效益呈现一定的弱化趋势。③在一定的生态补水规模范围内,中线局与纳污地政府能够达成有效的合作联盟。

南水北调中线工程受水区年度水量分配方法研究

南水北调中线一期工程已正式通水运行近10 a,随着受水区各省(直辖市)配套设施不断建成,水量消纳能力逐步提高,在水源区供水有限的情况下,受水区之间竞争性用水问题日益突出。基于南水北调中线工程设计成果,提出一种基于受水区各省(直辖市)设计多年平均分配比例的南水北调中线工程年度水量分配方法。该方法将可调水量按各省(直辖市)设计多年平均分配比例进行分配,所得结果为各省(直辖市)的年度可调水量初始分配值,进而取该值与该省(直辖市)用水计划建议的较小值作为其年度分配水量;最后以南水北调中线工程可调水量80亿m^(3)为例开展计算。结果表明:根据受水区4省(直辖市)用水计划建议分析水量分配面临情况,提出北京市、天津市、河北省、河南省分配的水量分别为10.4亿,8.56亿,28亿,30亿m^(3)。该方法可为南水北调中线工程年度水量调度计划编制提供参考,为保障工程效益的发挥提供支撑。

长江科学院承担的“南水北调中线一期工程生态效益综合评估”项目通过验收

2023年11月28日,水利部南水北调工程管理司在武汉市组织召开会议,对长江科学院承担的“南水北调中线一期工程生态效益综合评估”(2023年度)项目进行验收评审。会议由水利部南水北调工程管理司副司长袁其田主持。专家组由中国南水北调集团中线有限公司、长江水利委员会科技委、武汉大学、湖北省水利厅的专家组成。

南水北调中线工程河南段边坡土壤特性及生态护坡效益研究

南水北调中线工程河南段护坡植被退化给维护生态护坡结构稳定和推进工程沿线生态恢复带来极大的影响。为研究南水北调中线工程河南段边坡土壤特性对植被生长的影响,并探究实际生长环境下不同边坡植被的水土流失防护效益,取样4个等级植被盖度的土壤进行土壤理化特性分析,并选取4种常见护坡草种,营造实际植被生长环境,探析不同植被对土壤氮素和有机质含量的影响,通过模拟强降水条件,分析不同草种的水土流失防治能力。结果表明:①南水北调中线工程河南段边坡土壤含水率较低,土壤密度较大,容易形成土壤板结;土壤氮、磷、钾含量较低,不利于护坡植被的自然生长。②4种常见的草本植物对土壤氮素和有机质含量的影响差异明显,其中马蹄金和野牛草对土壤氮素和有机质的增量效果较为突出;4种草本植物都具有较好的蓄水减沙效益,其中野牛草水土流失防治较为突出,马蹄金次之。综合护坡植被的水土流失防治能力和生态系统修复能力,马蹄金的防护效益最佳。

流域综合治理视阈下的协同机制研究——以南水北调中线工程核心水源区为例

流域安全是湖北建设全国构建新发展格局先行区的重要前提和基本保障。水的问题,表象在江河湖库,根子在流域。湖北作为南水北调中线工程核心水源区所在地,肩负着确保“一库净水北送”的政治责任。核心水源区位于河南、湖北两省,涉及9个县(市、区)。

汉江流域骤旱演变规律及其对南水北调中线工程的响应分析

通过识别汉江流域骤旱事件,分析了汉江流域在南水北调中线工程实施前后其骤旱事件特征的差异,并且使用偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression, PLSR)、支持向量机(Support Vector Machine, SVM)和随机森林(Random Forest, RF)3种机器学习方法建立了骤旱历时回归模型,定量分析了南水北调中线工程对骤旱历时的影响。结果表明:(1)南水北调中线工程实施后,汉江流域骤旱频次从平均每年0.7次上升至0.9次,骤旱历时从平均每年24.6 d上升至34.5 d,但在空间上,上游骤旱历时显著延长,中游增加幅度减弱,下游骤旱历时却缩短;(2)骤旱爆发历时在空间分布上由5~6 d均匀分布变为上下游不均分布,上游爆发历时缩短至3~5 d,而中下游地区延长至7~9 d;(3)随机森林对骤旱历时模拟效果最好,气候条件对骤旱历时影响最大,相对重要性为0.34,其中降水为0.14,净辐射为0.12,相对湿度为0.08,南水北调中线工程延长了汉江流域中下游地区的骤旱历时,相对重要性为0.12。

南水北调中线工程核心水源区石漠化治理探讨

淅川县是南水北调中线工程渠首和核心水源区,境内有亚洲第1大人工水库丹江口水库,生态区位十分重要,由于水源区周围的山体主要是喀斯特地貌,土壤脊薄,植被稀少,石漠化问题十分突出。为担起一库清水送京津的重任,治理石漠化迫在眉睫。2016年以来,淅川县根据不同石漠化类型,通过人工造林、飞播造林、封山育林、退化林修复等多种方式进行综合治理,积累了丰富的经验,为石漠化地区石漠化治理提供参考。

南水北调中线工程运行期膨胀土长期变形及稳定性分析

南水北调中线工程运行数年后,部分膨胀土边坡渠段出现了长期变形问题。为掌握膨胀土渠坡长期变形规律,利用南水北调中线膨胀土边坡运行期长期监测资料,分析了膨胀土渠坡深层变形的长期发展特征及其与降雨的关系,揭示了膨胀土边坡深层位移长期发展的内在机理。借鉴土力学流变原理中剪切蠕变的负幂时间函数,分析了幂指数与蠕变衰减速率之间的关系,确定了边坡长期变形收敛与发散的判别阈值,提出了用于深挖方膨胀土边坡长期稳定状态的幂次判别法。选取典型膨胀土深挖方边坡,基于实测数据开展膨胀土边坡长期稳定状态评价。与后续实际运行状态对比表明,幂次判别法具有有效性。研究成果为膨胀土边坡稳定状态评价和运行维护提供理论与技术支撑。

南水北调中线工程水源区生境质量时空演变与驱动力研究

本文采用2000年、2005年、2010年、2015年和2020年5期土地利用数据,基于InVEST3模型及地理探测器探究了南水北调中线工程水源区近20年土地利用变化特征以及生境质量时空演变特征和驱动因子。结果表明,2000—2020年,研究区土地利用以林地为主,综合土地利用动态度变化较小,单一利用动态度最大为未利用地(9.71%),最小为耕地(-0.32%);2000—2020年研究区在生境质量上呈现先上升后下降趋势,在空间上呈现由南向北、由西向东递减的趋势,高等级生境质量面积占比最大(60.6%);人类活动强度、地形因子、NDVI是影响生境质量分布的主要驱动因素。

南水北调中线工程冬季输水冰情风险研究

针对南水北调中线工程冬季输水冰情的安全运行问题,以南水北调中线工程河北段为研究对象,以热平衡理论为出发点推导出目标单元渠段的整体总热量变化公式;采用单因素局部分析法选出风险评价指标,基于概率论构建了风险评价指标之间的联合概率密度函数,将气象事件发生概率、热量变化率与冰情风险等级一一对应,从而对渠道冰情进行风险评估。对2021年1月6—8日南水北调中线工程河北段输水渠道冰情风险分析结果表明:在整个热交换过程中,短波辐射、蒸发和对流热交换是影响热量变化的主要因素,且夜间渠道的热量散失明显大于白天,加大了夜间发生冰情的风险;沙河节制闸—渠末段虽然与其他渠段风险等级一样,但其单位面积热量损失明显高于其他渠段,接近于极高风险,应加强对该渠段的实时监测并做好冰情防护。

引江补汉工程实施后的南水北调中线水源工程可调水量分析

随着新时期南水北调后续工程的高质量发展,首批建设工程引江补汉工程正式开工,为支撑未来南水北调中线水源工程与引江补汉工程的联合协调运行,根据引江补汉工程设计参数,提出多组丹江口水库与引江补汉工程联合调度方式,并模拟分析得到引江补汉工程实施后南水北调中线水源工程可调水量具有重要意义。研究结果表明:设置引江补汉工程补水水位控制线、同步优化陶岔渠首引水调度线,充分利用引江补汉工程补水来满足汉江中下游用水需求,从而置换更多坝前水量引至陶岔渠首、清泉沟等用水需求方,可在一定程度上实现丹江口水库供水与引江补汉工程补水决策的有效衔接;相比于中线一期工程现状供水调度情景,采用合适的引江补汉工程与中线水源工程联合调度方式,可在保障汉江中下游用水量需求的同时,满足下游断面最小用水量达标率至98.9%~99.2%,并提高中线受水区可供水量17.7亿~25.8亿m^(3),继而有效协调中线水源工程的中线受水区、清泉沟渠首及汉江中下游等多方用水需求。

数字孪生驱动的南水北调中线水源工程水质平台设计与开发

南水北调中线水源地面临着水质监测数据自动化程度不高、污染物扩散模拟效率较低、突发性水污染应急能力不足等困难,迫切需要开展数字化转型。基于数字孪生建设的总体要求,综合运用GIS、UE4、WebGL等新一代信息技术,建立了数字孪生水质平台,研发了水质浓度场静态可视化、污染物迁移扩散动态可视化和水质三维分层可视化模型等关键技术,初步实现了水质“四预”功能,切实提升了南水北调中线水源区水环境智能化、精细化管理水平,为推进饮用水水源地水质现代化提档升级提供了技术示范。

南水北调中线工程2014—2022年冬季水温与冰盖观测分析

南水北调中线工程自2014年12月全线通水以来已运行8个冬季,为防止冰塞冬季输水流量控制为设计流量的30%~50%,严重制约了工程输水效益的发挥。因此,渠道水温和冰盖特性一直是冬季输水关注的重点问题之一。实测数据表明:①冬季输水流量总体逐年增大,最末段保持相对稳定,岗头闸流量约为50 m^(3)s,北拒马河闸约为25 m^(3)s;②冬季气温总体以暖冬居多。保定站最低气温-22.0℃,3日滑动气温极值-10.7℃,短期强寒潮可能是今后冰盖生成的关键驱动因子;③冬季水温沿程逐渐降低,渠首陶岔闸最低水温6.7℃,渠末北拒马河闸多数年份降至0℃附近。北拒马河闸水温最大降幅10日内由3.5℃降至0℃,期间渠段水温降幅亦达到极大值1.69℃100 km。④2016年冬季冰盖最长达280 km(最南端延伸至午河闸),次之为2015年冬季的73 km和2021年冬季的38 km,有两个冬季未生成冰盖。岗头闸-北拒马河闸近90 km是冰盖多发渠段,应引起关注。基于冰盖生成前实测数据,以初始水温和区间气温为输水条件,拟合给出了2 d、3 d和7 d等不同预报时效的简化水温模型和冰盖生成临界阈值。初步分析认为:冬季气温和输水流量是冰盖生成的两大关键驱动因子,流量越小气温越低越易生成冰盖,1月出现的短期强寒潮更易于导致冰盖生成。2016年冬季严重冰情是二者叠加的结果,2015年冬季冰盖主要是输水流量小诱发,而2021年冬季冰盖主要是短期强寒潮所致。

南水北调中线京石段闸门间歇关闭水力响应特性

为减小闸门关闭引发的水位壅高,以南水北调中线工程京石段磁河闸至沙河北闸之间的渠池为研究对象,构建一维明渠非恒定渐变流仿真模型,比较分次间歇关闸与一次连续关闸,以及不同闸门间歇方案对闸前壅水峰值、水力振荡稳定时间的影响。研究表明:分次间歇关闸可带来更低的闸前壅水水位和更短的水力振荡稳定时间;设置1次间歇相较于多次间歇可减小闸前壅水峰值,将间歇开始时刻设置在上游降水波即将传播至闸前的时刻、设置间歇时长略小于关闸总时间的1/2均可有效降低闸前壅水峰值,缩短稳定时间。闸门分次间歇关闭水力响应特性与水波运动规律紧密关联,合理设置间歇有助于在应急调控阶段减少事故造成的影响。

南水北调中线工程跨区域转让水价成本核算体系研究

在确定水库与南水北调中线工程总干渠联通技术方案的基础上,将已建水库原水综合成本、联通工程供水综合成本、总干渠输水成本作为应急调蓄供水成本,构建了南水北调中线工程水库应急供水跨区域转让供水成本模型;提出了多水源多目标成本水价核算体系,在多水库联合供水时,将供水成本进行加权综合计算。实例计算结果表明,在不考虑折旧的情况下,南水北调中线工程各水库原水综合成本为0.02~0.44元/m^(3),联通工程供水综合成本为0.04~2.17元/m^(3),多水源联合调度不同用水户供水综合成本为0.60~1.71元/m^(3)。