Corumana水库心墙坝防渗结构静、动力特征影响变化研究

为研究Corumana水库心墙坝防渗结构体系静、动力场特征,采用HyperMesh网格划分与数值计算方法,研究了防渗结构的应力、位移及动力响应值影响变化特性。获得了防渗墙弹性模量对防渗墙静力影响敏感度高于心墙,不论是蓄水还是无水状态,影响变化均不变,但蓄水期位移高于竣工无水期。防渗墙动力响应值随其厚度递增,且厚度超过1.6m响应值增幅愈大,蓄水期动力响应值弱于竣工期。研究成果可为心墙坝防渗结构体系设计研究提供多维度评价参考。

Corumana水库堆筑坝胶砾料配合比参数对力学特征影响分析研究

Corumana水库是莫桑比克马普托省重要水利调度枢纽工程,文章针对Corumana水库堆石坝胶砾料力学稳定性影响特征,利用混凝土三轴力学试验设备开展了配合比参数影响力学破坏试验。研究知水胶比参数对胶砾料力学影响具有阶段节点,以水胶比0.9下的强度、线弹性模量为最高,且在该节点前、后区间内力学特征参数变化趋势为相反,围压5MPa下水胶比0.5~0.9区间及0.9~1.5区间内强度平均增幅与降幅分别为48.2%、11.1%。胶砾料强度在砂率25%前、后区间内分别为递增、递减,砂率10%~25%与砂率高于25%时,围压5MPa下强度平均增幅与降幅分别为18.8%、21.1%;砂率对胶砾料线弹性变形特征影响较小,主要差异体现在塑性变形阶段。试验结果认为:水胶比0.9、砂率25%的配合比更利于Corumana坝堆筑料力学稳定性。

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。

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。

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。

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。

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。

小型水库预报预警系统研发与应用

针对小型水库洪水预报预警研究不足问题,以构建的分布式水文模型、缺资料地区参数移植技术,以及小型水库防洪预警方式与指标体系、预警方案编制等为支撑,利用Java语言、Vue技术、ElementUI组件、EChart组件、Spring Boot、JSON数据交互等技术,设计开发了一套基于B/S架构的标准化、通用型小型水库预报预警系统。介绍了系统的设计模式及功能结构,阐述了基础信息展示、洪水预报、防洪调度、洪水预警、数据管理、基础空间地理分析等主要系统模块的设计,以及系统开发关键技术。以在安徽省的应用为例,展示了系统具备的可靠性、灵活性与实用性。

水库拦沙对黄河下游河床演变的影响

为充分认识水库拦沙对其下游河道河床演变及防洪的影响,基于三门峡水库和小浪底水库拦沙期水沙及断面观测资料,研究了黄河下游河槽冲淤、洪水冲刷效率、河槽几何特征、排洪能力等规律。结果表明:水库拦沙期,黄河下游沿程河槽均发生了不均衡冲刷;河床粗化明显,粗化后床沙中值粒径最大值为冲刷前的2.1~2.5倍;高村以上河段同水位过洪能力增加明显,冲刷后较大的河槽容积可为小浪底水库排沙提供暂时的滞沙;河床粗化后细泥沙和中泥沙补给能力不足,河槽冲刷效率随冲刷历时的增加衰减明显。由于水库多年调节水沙过程及下游相对完善的河道整治工程约束,小浪底水库拦沙期黄河下游河槽冲刷重心下移,河床粗化程度增加,冲刷效率明显降低。研究成果可为水库水沙调控技术指标的选取提供科学依据。

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。

考虑水风光联合发电效益最大的水电站水库优化调度

为了经济合理地充分发挥水电站水库的调节能力,促进风光资源的高效消纳,基于微观经济学生产产品时存在的边际产量递减规律,以水电站水库调节能力为可变要素,将风光资源消纳视为“固定要素”的充分发挥,建立了水风光联合发电效益最大模型,可求解得到促进风光资源经济消纳的水电站水库优化调度方案。算例分析结果表明:在入库流量、负荷需求以及水库运行状态等因素一定的条件下,模型可充分反映水电站水库参与风光出力调节时对风光资源的消纳和水风光联合发电效益的贡献,给出了不同情景下水电站水库参与风光出力调节的优化调度方案,对于在保障电力系统安全的前提下充分发挥水电站水库的调节能力和提升水风光联合发电效益具有一定的参考价值。

移民安置区农地流转意愿影响因素及耦合协调关系研究——以贵州PQ水库为例

移民问题是水利水电项目中的关键问题,关系到社会稳定与乡村振兴。运用地理探测器,因子分析法和耦合协调度模型对水库移民农地转入意愿与安置区农户农地转出意愿影响因素及其耦合协调关系进行研究。研究结果表明:(1)安置点社区融入状况,转入农地的距离,种植业等技能培训,农地价值,家庭农业劳动力人数,非农就业机会对移民农地转入意愿起着主要影响作用;非农就业水平,对土地权益受损的担忧程度,是否有闲置土地,非农就业机会,对土地流转政策了解程度,土地流转收益预期对安置区农户农地转出意愿起着主要的影响作用。(2)各影响因子之间存在两两交互关系,其中任意两因子交互作用后因子解释力均明显增强。转入农地的距离与安置区融入情况的交互作用对移民农地转入意愿的影响力最大;农地细碎化程度,是否有闲置土地,非农就业机会这3个因子与对土地权益受损担忧程度的交互作用对安置区居民农地转出意愿的影响力最大,家庭人均耕地面积安置区居民农地转出意愿具有隐形作用。(3)移民农地转入意愿与安置区农户农地转出意愿存在强关联性,二者相互影响,相互促进,并处于农地转入意愿超前的基本协调阶段。

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。

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。

面向新时期新需求的三峡水库运行方案研究

本文回顾三峡水库设计洪水、特征水位、运行方案变化调整过程,综述三峡水库运行调度关键技术研究进展和分析来水来沙变化情况。分别采用最可能洪水地区组成法和非一致性洪水频率分析两种途径,推求考虑上游水库群调蓄影响的三峡水库运行期设计洪水及特征水位。结果表明:近10年三峡入库泥沙量比初设成果减少了84.4%,宜昌站水文情势IHA-RVA综合指标为74%、发生了重度改变,三峡水库运行期1000年一遇7~15 d洪量减少了约81.5亿~142.8亿m^(3),初设确定汛限水位的主要制约因素(防洪、泥沙)发生了很大的变化。原单站设计洪水及确定的三峡水库175-155-145 m运行方案,已无法满足新时期水资源高效利用和生态环境保护的新需求。建议把三峡水库运行方案调整为175-160-155 m,主汛期水位在155~160 m区间动态控制运行,长江中下游梅雨结束后应考虑提前蓄水,8月底蓄至163 m左右,9月底蓄至165 m,10月底蓄满。该方案在保证大坝和下游防洪安全的前提下,汛期减少弃水并增加枯水期补水量,预计可增发10%左右的发电量;抬高运行水位也有利于库区航运和减少消落带;9月份尽量不蓄水或少蓄水,可减少蓄水期对下游河道及两湖生态环境的不利影响,具有巨大的经济、社会和生态环境等综合利用效益。当预测预报长江流域可能发生流域性大洪水时,尽快将库水位消落至汛限水位145 m,确保大坝和下游防洪安全。