出山店水库流域水资源适应性利用水平评价

气候变暖和人类活动显著影响了水文循环过程,探究变化环境下出山店水库流域的水资源适应性利用水平评价对水库的安全运行具有重要意义。从水资源适应性利用水平的概念规则入手,基于目标层水资源适应性利用水平,采用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和熵权法的组合赋权方法构建评价指标体系,得到出山店水库的水资源适应性利用水平量化结果。结果表明,2015—2020年的水资源适应性利用水平评价结果以基本适应为主,研究区子系统中水资源适应度水平较好。

水库区域生态脆弱性评价研究

随着生态环境问题日益突出,生态脆弱性评价成为研究热点,但目前对水库区域生态脆弱性的研究较少。为了给水库区域生态环境保护规划提供依据,以出山店水库区域为例,以气象、社会经济等数据和压力-状态-响应评价模型为基础,构建生态脆弱性评价指标体系,将生态脆弱性划分为重度、中度、轻度、微度、潜在5个等级,运用空间主成分分析法对生态脆弱性进行定量评价。结果表明:出山店水库区域生态脆弱性驱动因子主要有土地垦殖率、森林覆盖率、坡度、土地利用程度、地形起伏度和人口密度等,以库区为中心靠近水库沿岸地区生态脆弱性高、远离库区生态脆弱性低,近库区域是生态环境的重点保护区域。

水库工程区水土保持生态服务价值估算

水土保持与生态环境关系密切,目前关于水库区域生态环境和水土保持生态服务价值定量评估的研究很少,为了给水库工程区水土保持治理与生态保护提供技术支撑,以出山店水库工程区为例,将水土保持生态系统分为林地、草地、耕地和水域,根据生态服务价值理论,从物质量与价值量两个角度定量估算水土保持生态服务价值,结果表明:出山店水库水土保持生态服务总价值为217013.72万元/a,其中林地、草地、耕地、水域生态服务价值分别为78808.63万、537.61万、32784.19万、104883.29万元/a,单位面积平均价值量分别为2.271万、0.304万、0.850万、8.365万元/(hm^2·a);水域生态服务单位面积价值量最大,其次为林地,草地最小,因此水土保持治理与生态保护应以增加林地面积、保护现有水域面积为主。

水库区域土地利用时空变化分析

水库工程建设必将对区域土地利用及生态系统稳定性产生重要影响,分析水库区域土地利用时空动态变化情况,可为水库区域土地资源与生态环境保护提供技术支撑。以出山店水库区域(大坝以上至水位为92 m库区尾水上游第一条流域面积大于100 km2的支流)为例,对不同时期卫星遥感影像进行解译、叠加计算和空间分析,生成土地利用转移矩阵,构建单一类型动态度、综合类型动态度模型,定量分析水库区域土地利用时空变化特征。结果表明:2000—2018年出山店水库区域土地利用结构发生了显著变化,不同时段不同土地利用类型空间动态度差异明显,但空间格局变化并不大。水库建设将对区域经济社会发展产生带动作用,应及时调整土地利用结构,加强水库区域土地资源及生态环境保护。

出山店水库表孔低水头大单宽流量消能方式研究

由于出山店水库下游河床水位低且水深变幅较大,能量较为集中,对下游冲刷严重,传统消能方式很难满足工程需求。本文结合出山店混凝土坝下消能防冲实验研究成果,对宽尾墩的水流特点、掺气特征、消能效果等进行了探讨,再通过数值模拟得出的水面线计算成果与实验结果吻合良好。最后,经过模型试验、数值模拟的结果进行比选,得出溢流表孔采用底流消能同时联合T型墩、非完全宽尾墩等辅助消能方式的消能率有所提高,消能效果提升明显。本研究可为类似的低水头、大单宽流量、低佛劳德数水库消能设计与试验研究提供参考。

基于GMS的浸没几何影响因素分析

淮河出山店水库在蓄水到90m时,将会形成河岸型和半岛型两种库岸。以平昌关地块(河岸型)和龙井地块(半岛型)为研究对象,运用GMS分别进行渗流模拟完成浸没预测。对比预测结果,平昌关地块的浸没长度较长,且浸没长度-坡降曲线较缓;统计浸没长度-坡降数据,拟合出浸没长度-坡降幂函数曲线。对比分析两个地块浸没结果差异产生的因素,并建立计算模型验证得到库岸的坡度是影响浸没长度的主要几何因素。

出山店水库水利风景资源调查与评价

水利风景资源调查与评价是水利风景区规划的前提和基础。对出山店水库进行水利风景资源调查,对水利风景资源种类和数量、自然资源种类、人文资源数量、潜在工程景观资源进行了分析评价,在分析评价的基础上,对出山店水库水利风景资源的保护与开发提出了相关建议。

1952-2017年出山店水库上游降水时空变化

为了探究出山店水库上游流域近65 a来降水的时空变化特征,基于出山店水库上游流域13个雨量站1952—2017年的逐日降水资料,运用气候倾向率法、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析和反距离权重IDW插值法等多种方法,研究了降水的年际变化、周期性与空间分布特征。结果表明:(1)流域1952—2017年多年平均降水量为1028.3 mm,年降水量的气候倾向率为-20 mm/10 a(p<0.05),呈显著下降趋势,从季节上看,春、夏、冬降水随时间变化呈现减少趋势,秋季的降水呈现增加趋势;(2)年降水量呈现南高北低的空间分布,而年降水量的气候倾向率的变化趋势则与之相反;(3)流域降水量变化呈现20 a左右的第一主周期,同时流域的周期性变化也存在一定的空间分布特征。近65 a来,出山店水库上游年降水量变化趋势为先增加后减少,在整个时间域上有显著的下降趋势,并呈现20 a左右的周期性变化。

水土保持弹性景观功能与生态脆弱性研究

水土保持弹性景观功能是水土保持与生态环境研究的新内容,为了给水土保持弹性景观功能研究提供案例,以河南省出山店水库为例,以大坝以上至水位为92 m库区尾水上游第一条流域面积大于100 km2的支流为研究区,以自然小流域或小流域片为单元,利用GF-2卫星2 m分辨率真彩色融合遥感影像、1∶5万DEM等基础数据,基于ArcGIS将研究区划分为33个景观单元,依据水土保持弹性景观功能ET、生态脆弱性标准化指数SEVI将生态脆弱性分为5级,进行水土保持弹性景观功能与生态脆弱性分析。结果表明:研究区整体上生态良好,但存在生态脆弱区域;水土保持弹性景观功能ET值与生态脆弱性等级呈负相关关系,ET值可作为生态脆弱性等级判定的参考指标。

水土保持弹性景观功能模型及应用

为了给水电工程建设水土保持弹性景观功能研究提供案例,运用景观生态学静态研究思想和中性模型建模方法,以土壤流失量、生态保护指标、净第一性生产力为参数,构建了水土保持弹性景观功能模型,用其计算的水土保持弹性景观功能ET值阈限为0~5,ET值越大表明土壤侵蚀越轻微、生态环境越优良、生态生产功能越强。以出山店水库大坝以上至92 m水位库区尾水上游第一条流域面积大于100 km2的支流为研究区进行实例计算,结果表明研究区水土保持弹性景观功能ET最大值、最小值、现状值分别为4.162、2.505、3.994,均超过ET值阈限平均值2.5,说明研究区水土流失相对轻微、生态环境良好、生态生产功能较强,但仍须进一步防治水土流失、保护生态环境。

水库坝址区生态修复关键技术研究

河南出山店水库坝址区是大坝工程建设的永久征地区,根据该区域的实际情况和特点,按照坝址区生态修复的协调、功能复合、生境多样、易于维护管养原则,采用物理手段和生物手段相结合的技术,综合改良弃渣场土壤的入渗率和肥力;采用喷播类、加固填土类、铺挂类3种生态护坡类型对工程边坡进行生态修复;在坝后规划一条生态水系,以调节水位、减轻水体泛盐化、促进水生态修复;在坝址区生态修复工程中融入水文化,重点打造映山泉、金沙湖、聚贤湖3处水文化节点,作为淮河水利工程的特色补充。生态修复有效防止了坝址区水土流失,巩固了大坝主体工程的生态安全。

供水安全判别准则及评价体系--以出山店水库供水区为例

为了探究水库对城市供水安全的影响,根据提出的供水安全的3个判别准则,构建包含供水水源安全、供水过程安全和用水主体安全3个准则层的供水安全评价指标体系,并基于单指标量化-多指标综合-多准则集成(SMI-P)方法定量分析了出山店水库供水区供水安全状况。研究结果表明:出山店水库供水区供水安全水平整体不高,但呈上升趋势,基本处于接近安全和较安全水平;各评价指标供水安全度存在较大差异,随着城镇化水平的提高以及基础设施的完善,出山店水库供水区的供水安全度得到有效提高。本研究提出的供水安全判别准则、评价指标及案例分析可为供水安全评价提供参考和借鉴。

水土保持弹性景观功能指标体系构建

弹性概念近年来在景观规划设计中应用较多,但关于弹性景观功能的研究甚少,而关于水土保持弹性景观功能的研究则更少。为了给水土保持弹性景观功能评价与研究奠定基础,提出了水土保持弹性景观功能的基本概念,按照科学性、代表性、获得性、层次性原则,从防治水土流失、改善生态、生态生产功能三方面,按功能层、指标层、因子层构建水土保持弹性景观功能指标体系,以河南省出山店水库区域为例进行各指标因子的定量计算,结果表明所建立的指标体系中各指标因子均可定量化计算,能够满足水土保持弹性景观功能研究的需要。

出山店水库溃坝洪水数值模拟研究

溃坝洪水严重威胁下游地区人民的生命财产安全,准确预测溃坝洪水的影响范围至关重要。针对出山店水库的溃坝洪水,应用高精度二维浅水动力学模型模拟洪水在下游河道的演进过程,采用洪水灾害风险指标量化洪水的灾害程度,研究不同溃决情景下溃坝洪水的动力学特性、下游地区淹没范围和受灾程度的变化情况。结果表明:溃坝初始阶段淹没面积增加主要与流量峰值有关,最终淹没面积大小与溃决后水库下泄水量密切相关。

挤密砂桩在出山店水库软基处理中的应用研究

出山店水库土坝软基排水固结条件差、强度低,工程地质条件差,需要处理的坝长占土坝段长度的72%,坝基处理范围广、面积大,在国内比较少见。软基的孔隙水压力如果不能及时消散,将造成大坝运行期持续沉降及不均匀沉降,使得大坝出现裂缝和局部失稳。为了消除隐患,确保大坝安全,采用挤密砂桩进行坝基处理,并通过材料试验、数值模拟、现场试验及综合分析等手段,对挤密砂桩的布置、坝体安全性、施工进度合理性等进行研究。根据大坝沉降数据分析,软基坝段采用挤密砂桩处理后,在大坝填筑施工期基本完成固结,与数值模拟结果一致,各监测断面沉降量为7.25~12.92 cm,无不均匀沉降现象。

水土保持弹性景观功能与景观异质性关系研究

异质性是景观生态系统的基本特征,是影响生态系统稳定与景观生态功能的重要因素。水土保持弹性景观功能是水土保持与景观生态研究的新领域,分析景观异质性与水土保持弹性景观功能之间的关系,可为景观生态保护与水土保持规划提供依据。以出山店水库大坝以上至92 m水位库区尾水上游第一条流域面积大于100 km^2的支流为研究区,基于3S技术进行人机交互解译并进行现场调查,获得研究区耕地、林地、草地、建设用地、水域和未利用地等6类景观要素图斑16686个,进而分析斑块平均面积Ai、景观优势度Di、景观要素斑块相对密度PDi与水土保持弹性景观功能ET之间的关系。结果表明:水土保持弹性景观功能ET与斑块平均面积Ai、景观优势度Di之间具有正相关关系,即斑块平均面积Ai、景观优势度Di越大水土保持弹性景观功能ET越大;水土保持弹性景观功能ET与景观要素斑块相对密度PDi具有负相关关系,即PDi值越大ET值越小。

供水安全保障的和谐调控模型及其应用

供水安全事关经济社会与生态环境的和谐发展,加强城市的供水安全保障能力意义重大。为进一步提升城市供水安全保障水平,采用基于数列距离的匹配度计算方法对供水安全问题进行了识别,基于和谐论构建了供水安全保障的和谐调控模型,并将该模型应用于河南省出山店水库供水区的供水安全调控中,结合识别出的供水安全问题,提出了针对性的调控措施。结果表明:(1)供水漏损率、水功能区水质达标率等指标与浉河区经济发展水平的匹配度较低,水利工程规模、城镇化率、灌溉可用水量等指标与平桥区经济发展水平的匹配度较低。(2)通过和谐调控,浉河区的供水过程以及用水主体安全水平得到提升,其供水安全度提升至0.841,提升率为9.6%;平桥区的供水水源以及用水主体安全水平得到提升,其供水安全度提升至0.739,提升率为9.2%。

水库坝址区生态修复与水土保持研究

为提升水库坝址区生态环境质量,工程实践中往往进行水土保持和生态修复工作。以河南省出山店水库为例,从水库坝址区生态修复和水土保持治理措施着手,探究生态修复是否可以替代水土保持。通过分析水库坝址区生态修复和水土保持的相同点和差异性,认为可以用生态修复措施逐步替代水土保持措施。在主体工程实施期,生态修复措施侧重于防治水土流失;在主体工程完工后,侧重于引导坝址区生态系统的重构,逐步提升区域的生态环境质量和生态系统的稳定性。

出山店水库坝体填筑规划与实施

出山店水库主坝型式为混合坝型,心墙与上游坝壳料之间铺设水平宽度为3.0m的反滤料,心墙下游铺设水平宽度为3.0m的反滤层、水平宽度为2.0m的排水带和水平宽度为1.0m的过渡层。对坝体填筑进行科学合理的规划,确保坝体填筑的顺利实施和坝体填筑质量尤为关键。通过对坝体填筑、坝体黏土心墙填筑、反滤层填筑、碎石排水带及过渡料填筑、坝壳料填筑等方案规划及相关技术措施的具体实施,在施工中取得了一定的成效。

出山店水库防护工程浸没区判别及浸没影响程度评价

出山店水库工程为减少移民投资,在水库上游周边修建防护工程,共布置13个圩区,部分圩堤布置在Ⅰ级和Ⅱ级阶地上,地势平缓。个别圩区出现浸没问题,给当地居民房屋和农作物带来影响。根据浸没区基本特征,提出了浸没初判和复判方法,对浸没影响程度进行分级,并提出相应的处理措施。对圩区内浸没影响进行评价,为遇到类似浸没问题提供参考。