耦合水文情势及鱼类繁殖的江垭水库生态调度需求研究

为了修复河流水文情势、维持河流生态系统健康,通过环境DNA采样、IHA水文指标变动分析和文献资料总结等方法,开展了江垭水库坝下水文情势及鱼类繁殖需求关系研究,提出了水库生态调度需求与建议。结果显示,2021年9月在溇水干支流综合调查获得鱼类55种,与20世纪90年代相比,流水性种类在干流江段显著减少了51.35%;按照生态调度优先等级评估原则,确定江垭水库生态调度的主要目标物种为产漂流性卵的银鲴(Xenocypris argentea)、银鮈(Squalidus argentatus)、贝氏䱗(Hemiculter bleekeri)和产粘沉性卵的鲤(Cyprinus carpio)、鲫(Carassius auratus);江垭建坝前后下游水文情势变化较大,发生高度改变且对鱼类洄游产卵及鱼卵发育有重要作用的水文指标包括年最大1日、3日平均流量指标、年出现高流量脉冲事件的次数和持续时间以及连续日流量上涨率。研究表明,以促进坝下不同产卵类型的鱼类繁殖为目标,生态调度需要一定的高流量脉冲次数和历时,还需要控制下游水位的日降幅,通过泄放合理的生态流量来维持下游鱼类的生物多样性。

龙羊峡水库后汛期入库径流特征及可蓄水量分析

以1956—2022年唐乃亥水文站实测水文数据为基础,采用数理统计方法,重点分析黄河源区后汛期径流特征,并结合龙羊峡水库满负荷发电流量,对龙羊峡水库在后汛期可蓄水量进行不同情景的分析讨论。研究表明:1)唐乃亥水文站后汛期径流量年际变化较大,丰枯不均,以正常偏枯为主,多年平均后汛期径流量占汛期径流量的29.1%;2)唐乃亥水文站后汛期日平均流量在1000 m^(3)/s以上的径流量平均为8.96亿m^(3),年际变化极大,以1000 m^(3)/s发电流量运用,龙羊峡水库蓄至正常蓄水位的保证率仅为10%,多数年份汛期结束后水位无法达到正常蓄水位2600 m。建议根据后期来水,适时调整进入后汛期的时机,优化和调整龙羊峡水库年度调度方案,为高效合理利用黄河源区后汛期水资源奠定基础。

我国城市水源水库水质风险成因及对策

我国城市水源中约40%为湖泊或水库,且大部分为水库,因此水源水库的水质状况对我国城市安全极其关键。本文综述了我国水源水库水质问题研究进展,分析了22个代表性水源水库的周年水质状况。结果发现,当前我国城市水源水库水质风险类型主要是异味问题、藻类水华、铁锰超标、有机质偏高、营养盐超标等。引发水源水库水质问题的主要原因包括流域开发强度过大、库底淤积及内源释放、生态系统结构失衡、气候与水文异常变化等。针对上述主要问题,提出了构建在线水质监测预警体系、控制流域土地开发强度、构建面源拦截及流域净化系统、疏浚底泥、优化生态系统结构、实施应急曝气与控藻工程、完善流域生态保护法律法规等多种水源水库水质安全保障技术措施。鉴于水源水库水质及水生态对暴雨、高温热浪等极端气象响应敏感而复杂,在当前极端天气事件频发、强度不断增加的气候背景下,还应加强水库生态学基础研究,以深入理解水源水库水质对气候变化的响应机制,提高水库水安全保障科技支撑能力,满足我国城市高质量发展的水资源需求。

加强水库安全管理的对策建议

为对标高质量发展新要求,顺应新质生产力发展方向,确保水库大坝安全稳定运行,对我国水库大坝的主要特点进行了梳理概括,通过分析我国水库安全管理面临的新形势新任务,提出要综合运用法律、技术、经济等手段,坚持治水思路、问题导向、底线思维、预防为主、系统观念、创新发展。结合当前水库安全管理存在的主要问题,提出相关对策建议,包括坚持“安全第一”方针、完善法规制度标准、构建运行管理矩阵、压实管理责任、加强库容管理、加强安全监测、加强应急管理、加强队伍能力建设等,为下一步加强水库安全管理提供参考。

基于改进NSGA-Ⅱ算法的梯级水库多目标优化调度

针对在时间步长较小、计算时段数目较多时,传统智能优化算法在求解梯级水库联合优化调度问题上效率低甚至无可行解的问题,提出了一种改进NSGA-Ⅱ算法。该算法基于NSGA-Ⅱ算法框架,引入参考目标值、潜力目标值、偏移度以及变异引导算子来优化种群进化过程,强化迭代中的种群质量,使获得的解集更加接近真实的Pareto前沿。福建省金溪流域梯级水库多目标优化调度实例验证结果表明,改进NSGA-Ⅱ算法相对其他算法运算效率更高,优化结果更好,具有较好的实用性。

融合历史溃坝数据的水库大坝溃坝风险演化机制研究

随着水库大坝管理水平提升及除险加固工作的推进,我国已进入世界低溃坝率国家行列,然而在全球气候变化的背景下,大坝出险甚至溃坝事故仍时有发生。从统计分析、案例研究、文本挖掘等3个方面围绕我国溃坝风险展开了研究,主要研究成果包括:基于我国1954年以来的溃坝历史数据,分析了溃坝主要成因及时空分布特征;通过文本挖掘等手段提出了土石坝溃坝风险事件关联度分析方法及灾害链演化概率计算方法;提出了适用于溃坝风险分析的贝叶斯模型构建方法,并基于系统动力学理论建立了改进的贝叶斯模型,进一步提出了土石坝溃坝路径推断方法。研究成果对进一步提升我国水库大坝风险管理水平、加强防灾减灾体系建设具有借鉴意义。

王洼煤矿水库坝体下工作面安全开采高度研究

为解决水库坝体下开采安全性,提高煤炭资源回收率,以王洼煤矿水库坝体下110505工作面为研究背景,通过物理仿真模拟、数值模拟及理论分析等方法对覆岩裂隙发育规律及导水裂隙带高度展开研究。为避免矿井开采对地表水坝与水体破坏,针对导水裂隙带高度分析结果,提出了110505工作面限高开采方案。结果表明:工作面开采后地表形成“凹”型盆地,并产生拉伸裂隙,致使地表水位下降78%;现场实测导水裂隙高度为170.76 m,物理仿真模拟试验、数值计算、传统经验公式得出三者的导水裂隙带高度分别为162,164 m和120.57 m;方差修正系数对经验公式做出修正后,反推出限高开采的安全开采高度为2.6 m。研究揭示了工作面覆岩导水裂隙带高度发育规律及水库水体受采动影响的规律,为王洼煤矿后续此类条件下安全措施的制定提供了依据。

基于不同评价方法的小浪底水库水质分析及来源解析

水质评价是水生态系统保护和水污染治理的重要基础。为探究小浪底水库不同水期水质特征,于2021年对3个断面的15个水质指标进行监测与分析。采用三种方法对研究区水环境质量进行评价,厘清水质变化规律,确定最佳的评价方法,探讨不同水期影响水质的关键环境因子并解析其来源。研究表明:库区水质总氮浓度超出地表水Ⅴ类标准,其他水质指标均达到Ⅲ类标准及以上;三种方法受指标权重影响,评价结果存在差异,综合比较与分析,确定基于TOPSIS的信息加权和排序法更适用于评价研究区水质状况;相关性分析表明,不同水期影响水质的环境因子及其来源不同,枯水期受人类活动影响,平水期水质变化与上游输入有关,丰水期受降水和水动力条件影响显著。研究结果可为小浪底水库的水环境治理提供科学依据,为库区水质评价提供新的思路。

万家寨水库排沙效果及影响因素分析

降水冲刷是恢复水库库容的有效手段。2011年以来万家寨水库在排沙期多次开展降水冲刷运用,取得了较好的排沙效果。基于实测资料,分析了2011年以来万家寨水库排沙效果及其影响因素。结果表明:2011—2021年(不含2016年)万家寨水库累计排沙7.173亿t;排沙主要集中在排沙期;2018—2020年来水较丰,水库降水冲刷历时长,3 a累计排沙4.840亿t;水库排沙影响因素众多,长历时大流量洪水过程有利于水库排沙;运用水位降低时,蓄水量减小,沿程冲刷距离长,壅水输沙距离缩短,有利于提高水库的排沙效果。通过回归分析,建立了不同水位下出库输沙率与主要影响因素的关系。

基于正交试验和超声波波速的水库底泥透水混凝土性能研究

水库中的黏土、砂、有机物和无机矿物等结合并沉淀形成了水库底泥,水库底泥通常以不规则非均质体的黏土胶状物存在,呈流塑状态,具有良好的可塑性,颗粒之间较为松散。水库底泥的堆积会使水库的蓄水和防洪能力减弱,进而缩小水库容量,缩短水库寿命,影响航运交通等。另外水库底泥的长久堆积,其所含有的有机物还可能会对周边环境造成污染,水环境安全指数降低,进而对人类生存构成潜在的威胁,因此迫切需要对水库底泥进行资源化利用。为提高水库底泥在建筑材料领域的附加值利用率,将水库底泥作辅助胶凝材料制备透水混凝土。通过正交试验对水库底泥透水混凝土进行配合比设计优化研究,分析矿渣粉、水库底泥和增强剂对水库底泥透水混凝土干密度、总孔隙率、有效孔隙率、透水系数、超声波波速和28 d抗压强度等性能指标的影响,研究超声波波速与孔隙率、透水系数和28 d抗压强度之间的关系,探究试件的质量和超声波波速随冻融循环次数的演化规律。结果表明,随着水库底泥的掺入,水库底泥透水混凝土的干密度、抗压强度和超声波波速不断下降,孔隙率和透水系数不断增大;矿渣粉掺入使得试件的干密度、抗压强度和超声波波速先增大后减小,孔隙率和透水系数先减小后增大;增强剂对试件的性能指标影响不明显。3种因素对水库底泥透水混凝土的干密度、总孔隙率、有效空隙率、透水系数、超声波波速和28 d抗压强度影响排序为水库底泥掺量>矿渣粉掺量>增强剂掺量;超声波波速与孔隙率、透水系数和28 d抗压强度的曲线拟合相关性良好;随着冻融循环次数增加,试件质量损失率逐渐增大、超声波波速逐渐下降,矿渣粉和增强剂可以改善试件的冻融耐久性。研究成果将推进水库底泥在制备建筑材料中的开发与应用,有望为水库底泥透水混凝土的进一步应用提供参考。

关于加强水库大坝下游水位监测的认识与建议

下游水位监测是1级~5级水库大坝必设的安全监测项目,但在实际建设过程中常常被忽视或误解,不利于充分发挥监测系统作用。通过设置下游水位监测,可以确定准确完整的坝体浸润线位置,支撑智慧水利建设;定量分析监测断面的防渗效果与渗流安全性态,提高渗流安全监测资料分析深度;为大坝渗流计算提供可靠的重要边界条件参数,提升渗流计算成果可靠性与准确性。下游水位监测对大坝安全监测以及大坝安全管理至关重要,建议有条件的水库补充设置下游水位监测,进一步完善大坝安全监测系统。

长江梯级水库群联合调度成效、挑战及对策

经过70 a的建设,长江流域控制性水库群基本建成。以三峡水库为核心的梯级水库群联合调度已经开展10 a。在总结控制性水库群在防洪、供水、生态和应急联合调度取得成绩的基础上,分析控制性水库群及与水网工程联合调度面临的问题和挑战,提出了相应的对策建议。研究表明:水库群联合调度因流域防洪调度而启,目前在防洪、抗旱供水、生态环境和应急等公益调度中发挥了重要作用。气候变化及水文中长期预报不确定性是联合调度面临的主要挑战,其次是水库群联合调度与单个水库多目标调度利益协调、定量评价调度效果及合理的补偿等管理问题。加强“四预”是解决气候变化和人类活动不确定性的主要对策。水库群与水网工程联合调度可以更广泛地发挥水利工程水安全保障作用。建立科学合理的水工程群联合调度体制和机制是解决联合调度管理问题的有效措施。

城市水库溃坝耦合极端降雨前后模拟对比分析

以探究城市上游水库溃坝耦合极端降雨及仅溃坝两种工况下洪水灾害程度的变化为目标,确定郑州市二七区、中原区、金水区及惠济区为研究区域,结合芝加哥雨型公式及长历时暴雨强度公式推求设计暴雨,依托“7·20郑州特大暴雨”实测数据推求研究区域产汇流特征,建立极端降雨与洪水过程的响应关系。在此基础上,以郑州市二七区尖岗水库为研究对象,构建两种工况下二维溃坝洪水演进模型,对水情信息进行对比分析。结果表明:相比于仅溃坝,降雨耦合溃坝工况下淹没范围更大,其中增加的淹没范围内各点的最大水深、流速、洪水严重性程度均处于较低等级。在河道两侧,两种工况下各等级水深、流速及洪水严重性淹没范围大致相同;地势较低的区域降雨耦合溃坝工况下淹没水深和流速增大较多,易涝点水深增加约0.6 m,选取断面水面线升高约1 m。

三峡水库清淤及淤积泥沙综合利用可行性研究

库容保持是水库发挥防洪、发电、航运、水资源利用等功能及综合效益的重要保障。三峡水库库容是极其宝贵的战略资源,根据实测资料分析,阐明了三峡水库运行以来库区泥沙淤积特征,基于三峡库区不同库段泥沙淤积特点和淤积泥沙适宜的利用途径分析,提出了三峡库区分段分类淤积泥沙利用总体方案。建议尽快编制三峡水库清淤及淤积泥沙综合利用总体实施方案,推进库区清淤及排沙试点工作并逐步推广实施,深入研究淤积泥沙低成本材料利用技术,为保障三峡水库库容安全以及综合效益的可持续发挥提供支撑。

小浪底水库汛前调水调沙模拟与综合效益评估

为提高汛前调水调沙期多目标博弈过程中小浪底水库的综合效益,本文构建了调水调沙模拟与综合效益定量评估数学模型。该模型由3个模块构成,其中:水沙计算模块考虑库区明流与异重流输移及干支流倒回灌过程,水库调度模块衔接库区水沙计算和坝下泥沙冲淤计算,效益评价模块采用经济效益指标衡量水库的综合效益。采用2013年和2014年汛前调水调沙过程对该模型开展了参数率定和验证工作,计算结果可模拟异重流潜入、演进、出库的全过程以及水库调度和发电过程。根据历年调水调沙实践经验选取关键调度参数,最终拟定降低对接水位或减小壅水程度的5种方案,采用模型对各方案展开调水调沙过程计算和综合效益评价。结果表明,调度过程中改变对接水位和壅水程度在减淤效益和兴利效益间存在冲突。通过比较综合经济效益指标,最终推荐对接水位为222.57 m并减小库区壅水的方案作为优选方案,可获得最大的综合效益。

面向水库型小流域的多源水利三维建模方法研究

针对大型河道三维可视化建模中采用激光雷达、声呐等传感器获取水下地形建模方式操作复杂且成本较高的缺陷,在利用基础测绘成果构建实景地形模型的基础上,采用多源三维模型融合方法对月塘水库小流域进行实景建模。首先采用倾斜摄影三维建模技术对重点水利工程进行实景建模,并利用专业建模软件对重要控制单元进行构件级建模;然后利用已有河道断面数据结合河流面状矢量数据,实现流域内胥浦河河道实景三维建模;最后通过人机交互方式对多源实景模型进行微调与相互印证,实现月塘水库小流域多源三维模型精准融合构建。研究成果可为河道型水库的预报调度与洪水风险分析提供可视化模型基础与决策支撑。

“双电”法检测技术在新疆洼地水库超大面积土工膜渗漏检测的应用

土工膜防渗检测是防止库区渗漏的关键技术步骤,也是大型水库面临的重要工程问题。通过介绍电火花法和双电极法土工膜渗漏检测方法的工作原理、应用范围、操作步骤等,依托新疆阿克苏地区洼地水库工程,对超大面积水库库底及边坡进行实际应用检测,结果表明“双电”法检测精度准确、效率高,可精确发现水库土工膜铺设施工中的缺陷,减少水库运行期渗漏水量,消除了渗漏带给水库的安全隐患,为土工膜渗漏检测提供了技术支撑,为类似工程提供了借鉴。

基于Vine Copula的梯级水库短期发电调度风险估计

基于能准确描述高维变量相关关系的Vine Copula,考虑短期径流预报误差的空间相关性,构建了梯级水库短期发电调度风险估计模型,并将模型应用于长江上游溪洛渡、向家坝和三峡水库,分析了径流预报误差带来的单一水库、梯级水库短期发电调度风险。结果表明:基于C-vine Copula构建的联合分布能较好地描述屏山站、朱沱站、寸滩站和武隆站的日径流预报误差特性;随着水库可调节安全区间范围增大,单一水库发电量不足风险率、弃水风险率均越来越小,梯级水库发电量不足、弃水联合风险率和同现风险率越来越小,即水库调节库容越大,其承担的风险也就越小。

三峡水库小江回水区水华暴发期浮游植物群落结构及其与环境因子的关系

三峡水库蓄水以来,支流水华频发,尤以小江情况最为严重,给三峡库区的生态安全带来较大隐患。为探究支流水华暴发特征和主控因素,于20142021年小江水华暴发期间在小江高阳江段进行浮游植物及环境因子调查,并使用单因素方差分析、聚类分析、百分比相似性分析以及基于距离的线性模型等方法,对小江水华暴发期间浮游植物和环境因子在不同年份不同水层间的差异以及二者的关系进行研究。结果表明:小江水华暴发期内,浮游植物的种类数在43~70种之间,其中2015年蓝藻种类数明显减少,2018年以后硅藻种类数明显减少;采样期间浮游植物平均细胞密度在0.66×10^(6)~61.28×10^(6)cells/L之间,同期表层细胞密度明显高于中层和底层;各层水体间水华微囊藻、铜绿微囊藻、不定微囊藻等10种藻的密度存在明显差异,是主要差异种;显著影响表层、中层和底层浮游植物群落结构变动的环境因子是水位的日平均变幅;水位的日平均变幅与藻类优势种拟合关系显示,当日水位下降幅度在0.5 m以上时,浮游植物平均密度会呈指数级减少。研究结果可为三峡库区支流水华的防控提供数据支持。

抽蓄电站全库盆防渗水库渗流缺陷影响分析

针对抽蓄电站全库盆防渗水库土工膜缺陷导致水库渗流量产生变化的安全问题,结合陕西省某抽蓄电站水库库底土工膜防渗工程,采用单因素影响分析和多因素影响分析方法进行抽蓄电站全库盆防渗水库渗流缺陷影响分析。结果表明,水头大小、缺陷大小、缺陷个数均正向影响抽蓄水库渗流量,而缺陷位置与抽蓄水库渗流量的相关性不明显。其中缺陷大小是影响抽蓄水库渗流量的主要因素,其次为水头大小,再次为缺陷个数。