Increasing probability of concurrent drought between the water intake and receiving regions of the Hanjiang to Weihe River Water Diversion Project,China

Water diversion projects are an effective measure to mitigate water shortages in water-limited areas.Understanding the risk of such projects increasing concurrent drought between the water intake and receiving regions is essential for sustainable water management.This study calculates concurrent drought probability between the water intake and receiving regions of the Hanjiang to Weihe River Water Diversion Project using Standardized Precipitation Index and Copula functions.Results showed an increasing trend in drought probability across both the water intake and receiving regions from 2.67%and 8.38%to 12.47%and 14.18%,respectively,during 1969-2018.The return period of concurrent drought decreased from 111.11 to 13.05 years,indicating larger risk of simultaneous drought between the two regions.Projections from CMIP6 suggested that under the SSP 2-4.5 and 5-8.5 scenarios,concurrent drought probability would increase by 2.40%and 7.72%in 2019-2050 compared to that in 1969-1990,respectively.Although increases in precipitation during 2019-2050 could potentially alleviate drought conditions relative to those during 1991-2018,high precipitation variability adds to the uncertainty about future concurrent drought.These findings provide a basis for better understanding concurrent drought and its impact on water diversion projects in a changing climate,and facilitate the establishment of adaptation countermeasures to ensure sustainable water availability.

引江补汉工程千米级深孔地应力测试及近场断裂稳定性分析

引江补汉工程是南水北调后续工程的首个开工建设项目,其引水隧洞穿越了蠕滑型活动断裂-通城河断裂,研究活动断裂近场地应力特征对工程稳定性具有重要意义。选择较为复杂的通城河活动断裂近场区内开展了原位地应力测试及断裂构造稳定性分析,揭示断裂构造内现今地应力状态及断裂构造滑动失稳临界条件。通过在通城河活动断裂近场2个千米级深孔进行原位水压致裂法地应力测试。最后,基于实测地应力资料,结合库伦摩擦滑动准则及Byerlee定律对活动断裂稳定性进行了分析。结果表明:测试范围内存在应力分区,并推测以潜在转换深度900±20 m为界,空间主应力状态呈现由复合型(逆断型与走滑型)或逆断型向正断型的转换,表明近场地应力受交汇构造影响;实测最大水平主应力方向随孔深增加由NW向转为NWW向,与活动断裂运动力学特性、交汇断裂的左旋运动机制以及震源机制解基本一致;通城河活动断裂近场应力积累水平较低,尚未到失稳滑动水平,地壳是相对稳定的。研究结果为引江补汉工程穿通城河活动断裂工程区稳定性评价提供基础地质力学资料,为跨活动断裂的工程设计提供参考依据。

引江补汉工程丹江口下游近坝段枯水期通航水位恢复试验研究

引江补汉工程补水口位于丹江口大坝下游安乐河出口约5 km处,且补水量与调水量基本一致,工程对航道的影响主要体现在减水段,为恢复枯水期通航水位需要开展航道综合治理。利用河工模型试验论证了综合治理方案的效果,并对方案进行了优化及进一步论证。结果表明,减水-补水212 m 3/s方案尾门水位分别为86.47、85.90 m条件下,引航道口—黄家港段水位下降,黄家港以下水位保持不变,其中引航道口水位下降幅度最大,分别下降0.08、0.19 m;综合治理方案1实施后引航道口水位下降均为0.02 m,减水段的水位仍未恢复至调水前的水平,主因是从安乐河口补水的水流并未能进入到左侧主航道内;基于试验研究结果,建议对综合治理方案进行优化,在沧浪洲出水口下沿布置2道护底带;通过试验论证了护底带的4个高程,建议护底带高程为85.5 m,并对护底带高程进一步细化论证;优化后的方案可使引航道口至黄家港段的水位略超过调水前的水平,其中引航道口处最大水位抬高0.06 m。

引江补汉工程取水口饮用水水源保护区划分

引江补汉工程是南水北调中线工程的后续水源,为保障汉江中下游干流水质安全和湖北省补水区城乡生活供水安全,有必要在工程取水口周边划定饮用水水源保护区。在充分考虑水质保护要求、交通航运、港口建设发展、应急响应需求等因素的基础上,针对三峡调度运行不同水位情况、工程引水代表流量和相应水质条件设计工况情景,基于水动力水质模型计算和应急响应时间估算结果,提出引江补汉工程龙潭溪取水口水源保护区范围建议,为将来保护区划定提供技术支撑。计算结果表明,以龙潭溪取水口为中心划分饮用水水源保护区的径向距离应≥1.3 km。

引江补汉工程控制枢纽品字型双层闸门水力控制技术

石花控制闸是引江补汉工程的控制枢纽,采用品字型双层闸门布置解决了引江补汉工程高水头、超长有压输水水力控制关键技术难题。为了探究石花控制闸品字型双层闸门水力控制技术,采用数值计算和水工模型试验的方法开展研究:①采用一维、三维耦合数学模型计算控制闸启闭引起的系统水力过渡过程,为工程设计提供边界条件;②采用物理模型试验分析控制闸体型的合理性。结果表明:系统沿线最大、最小压力均满足相关规程要求;控制闸内水流流态、压力分布等指标正常,控制闸体型合理。石花控制闸总体设计方案合理,布置方式和研究方法可为其他类似工程提供参考。

引江补汉工程实施对汉江航道通航条件的影响

针对引江补汉工程实施后丹江口—黄家港断面最小通航流量减少而引起水位下降的问题,进行了汉江丹江口—黄家港河段的综合整治工程研究。采用平面二维水流数学模型对工程河段综合整治工程实施前后的航道通航水流条件进行模拟对比分析。结果表明,实施综合整治工程可有效改善通航水流条件,解决了因最小通航流量减少、水位下降导致局部河段通航标准降低的难题,可为南水北调引江补汉工程实施提供技术支撑。

南水北调中线供水区水域面积变化遥感分析

为更好地研究调水对供水区域水域面积的影响,利用遥感技术研究了南水北调中线工程调水前后供水区及其下游四季的水域面积变化情况及其动因。研究表明:在调水工程实施之后,汉江中下游区域出现了水域面积大幅度下降的情况,汉江流域水域面积从2011年到2015年整体减少,尤其是春夏季水域面积减少最多,春季减少52.6km^(2),夏季减少65.8km^(2),减少比例达到17.3%,秋季和冬季水域面积减少幅度较小,秋季水域面积减少23.4km^(2),冬季水域面积减少最少,为4.2km^(2)。

引汉济渭工程黄池沟0号复活滑坡体治理技术研究

滑坡体受外界因素诱使复活,对工程造成安全隐患。本文以引汉济渭工程黄池沟0号复活滑坡体为研究对象,使用Slide边坡稳定分析软件建立模型,采用摩根斯顿-普赖斯法和简化Bishop法对0号滑坡体整体及次滑坡体进行天然、暴雨和地震三种工况下的稳定性分析,综合考虑安全、经济、施工因素,采用了局部开挖+路边全埋式抗滑桩+锚索加固施工方案,经模型稳定性分析,该方案能够满足1级边坡稳定性规范要求,有效地预防滑坡体再次复活,保障了工程项目的实施。

倾斜钻孔揭露地质信息投影计算方法应用研究

为探索倾斜钻孔的应用,以克服钻探施工环境限制,通过对任意方位角和倾角的倾斜钻孔与所需地质剖面空间关系的研究,提出一种把倾斜钻孔揭露的地质信息准确投影到所需地质剖面上的方法。在倾斜钻孔的倾斜方向与所需地质剖面走向不一致的条件下,通过对倾斜钻孔揭露地质信息的起始和终止位置进行投影换算,进而得到符合实际地质特征的剖面。将所提出的方法应用于南水北调中线引江补汉工程勘察实践中,结果表明:该方法能够有效利用倾斜钻孔揭露信息;应用此方法进行倾斜钻孔勘探,不仅可以克服地表复杂的钻探施工环境,而且可以有效减少钻探进尺、提高勘察效率、节约勘察成本。

引江补汉工程部分岩石磨耗性与等效石英含量关系

为研究引江补汉工程岩石磨耗性与岩石矿物组成之间的关系,通过收集整理工程地质勘察过程中获得的部分岩石磨耗性指数(CAI)及其相应矿物成分测试数据,进行岩石等效石英含量Qe及其与岩石磨耗性CAI值的相关性分析计算。结果表明:在收集的数据中,侵入岩和片麻岩岩石磨耗性和等效石英含量相对较高,对TBM刀具磨损影响较大,碳酸盐岩相对较低;侵入岩和片麻岩的岩石磨耗性CAI值具有随等效石英含量Qe的增加而增大的趋势,两者之间具有相关关系,碳酸盐岩岩石CAI值与Qe无统计上的相关关系;部分碳酸盐等效石英含量较低,但具有较高的磨耗性,据此可推测岩石矿物成分不是控制其磨耗性的主要因素。

HSP法在引汉济渭TBM隧道地质预报中的应用

为了解决超前地质预报与TBM快速施工之间的干扰,结合TBM的施工特点,分析地质预报的难点,介绍适用于TBM施工的HSP声波反射法原理和探测方案。该方法创造性地利用刀盘剪切岩石产生的振动信号为震源信号,采取阵列式布极,获取前方地层特征参数,来预报TBM施工前方的地质条件,来达到TBM快速施工的目标。通过HSP在陕西省引汉济渭工程TBM施工段应用案例的解析和实际情况的对比分析,表明HSP声波反射法对不良地质结构面的存在具有较好的正相关响应,是适用于TBM施工时地质预报的高效方法之一。

南水北调中线水源区土地利用/土地覆被的空间格局

土地利用/土地覆被(简称LULC)变化对流域水资源动态具有深刻的影响。这对于我国大规模跨流域的南水北调工程规划尤为重要。本文制定了该工程中线水源区约95000km2面积的LULC分类系统,利用2000年前后的TM影像完成LULC分布现状图,并结合DEM分析了其土地利用/土地覆被的空间格局特征。结果表明:①研究区域森林覆盖率为50.97%,灌丛25.58%;农田约占15%,其中旱地与水田的比例约10:3;石砾裸地等强烈退化类型合占5.66%;水域约占1%。②区内秦岭南坡、汉—丹平原丘陵、巴山北坡三部分的LULC结构存在显著差异,强度土地利用类型和退化土地类型主要分布在汉—丹平原丘陵地区;秦岭南坡耕地的水分条件较巴山北坡好,但局部土地退化现象也更严重。③地形对LULC具有明显影响。海拔高度控制着自然植被的垂直分异和各种土地利用类型及利用强度的分布;各土地覆被类型的分布显示了坡度对土地开发强度的限制作用;坡向对局部LULC格局的影响并不显著,但在区域尺度上可能对秦岭南坡与巴山北坡的LULC结构差异具有贡献。南水北调中线工程水源区当前的LULC结构和空间格局显示,总体上植被状况良好,高强度的土地利用类型主要集中于海拔1000m以下的平缓地区,而退化土地类型也主要存在于这一区域,是流域水质保护和环境治理的关键区域。

船舶模拟器在引江济汉通航工程与长江交汇口布置中的应用

对采用船舶操纵模拟器进行通航建筑物平面布置优化的方法进行了论证,建立了代表船舶的操纵运动数学模型,并根据国家规范对代表船舶的操纵性进行了率定。用船舶操纵模拟器对引江济汉通航工程与长江交汇口的平面设计方案进行了研究,结果表明设计方案下代表船舶在交汇口的最大通航上限流量仅为15 000 m3/s,不满足设计要求。优化方案加大了上下游连接段的弯曲半径,进而提高了上下游航线的转弯半径,减小了航线上的横流,使船舶有足够的空间调顺船位。

引汉济渭工程调水区水库群调水模式研究

引汉济渭调水工程是缓解关中地区缺水,改善渭河生态的重要措施之一。黄金峡、三河口水库群、泵站群的调水模式直接决定了工程总调水量和调水效益。以多年平均调水15亿m^3为目标,设置"黄金峡水库先调水三河口水库补充调水"和"三河口水库先调水黄金峡水库补充调水"两种调水模式。通过长序列计算,对比不同调水模式下总调水量、泵站耗能和电站发电量等各项评价指标。研究结果表明:在"黄金峡水库先调水三河口水库补充调水"的情况下,引汉济渭工程可调水量15.55亿m^3,梯级总发电量5.53亿k W·h,梯级总耗电量4.91亿k W·h,净发电量为正值;在"三河口水库先调水黄金峡水库补充调水"的情况下,引汉济渭工程可调水量14.45亿m^3,梯级总发电量6.24亿k W·h,梯级总耗电量10.86亿k W·h,净发电量为负值。研究结果对于引汉济渭工程的调度具有重要参考价值。

引汉济渭工程黄三段输水隧洞围岩变形与压力分析

以分析深埋长隧洞围岩应力和应变为目标,考虑隧洞施工方式,围岩支护形式等因素,通过数值计算,动态模拟隧洞施工过程,获取了黄三段输水隧洞初期支护后的围岩变形情况以及围岩与衬砌相互作用关系。计算结果显示:采用设计的初期支护形式,可有效控制不良洞段的围岩变形,Ⅳ、Ⅴ类围岩最大收敛变形满足规范设计要求。Ⅳ、Ⅴ类围岩与衬砌间的相互作用力随衬砌浇筑时距掌子面距离的增加而降低,但在距掌子面约4倍洞径后降幅微小。通过对比分析经验方法与数值方法所确定围岩压力成果,确定了衬砌结构设计所需的围岩压力指标,为黄三段输水隧洞设计提供了依据,分析方法可为相似工程提供参考。

引汉济渭工程黄三段深埋长输水隧洞排水方案研究

以有效解决深埋长输水隧洞排水问题为目标,按富水性将隧洞沿线围岩划分为中等富水区、弱富水区和贫水区,采用数值方法模拟衬砌周边渗流场,分析了不同排水设计方案对引汉济渭工程黄三段深埋长输水隧洞衬砌外水压力的影响。结果显示,对于高外水压力情况,将排水孔布置于顶拱处仅能降低顶拱附近的外水压力,无法有效降低作用于底板的外水压力,而排水孔沿衬砌周边均匀布置时,可有效降低作用于衬砌上的外水压力。基于此,讨论了各排水方案的适用条件,给出了深埋长输水隧洞排水设计建议。

基于监测的深埋引水隧道原始水头分析

针对"荷载—结构物"模型,基于现场实测数据资料,在深埋隧道围岩轴对称假定前提下,基于渗流理论推导出施工期隧道开挖后围岩内水压力分布的解析解,研究远场稳定水头与远场稳定水头半径的相互关系,提出通过现场围岩地下水水压监测数据反推远场稳定水头和远场稳定水头半径的思路和方法。以引汉济渭工程越岭段隧道为例,根据施工期地下水的水压监测资料,分析了部分洞段隧道部位的初始水压力及隧道开挖后形成的稳定远场水头半径,得到衬砌结构外水荷载。结果表明:在隧道内只要测到某一围岩深度的水头值,就可以确定远场稳定水头与影响半径;洞段K77+993断面围岩深度14 m处压力水头为10.50 m,则远场稳定水头为39.65 m,影响半径43.65 m。研究成果能够为注浆和排水设计提供借鉴和参考。

南水北调中线水源区补水工程——引江济汉工程渠道规模优选

引江济汉工程作为南水北调中线水源区最重要的补水工程之一,主要任务是改善汉江兴隆梯级以下河道的农业灌溉、城市供水、航运和生态环境用水条件,使供水区的生态环境质量状况得到合理的修复,以期实现“南北互利”。引江济汉工程的渠道规模,是影响工程量、投资费用和工程效益的重要因素,科学合理确定引江济汉工程渠道规模,对实现南水北调中线受水区和水源区的经济、社会、生态环境协调发展具有重大意义。本文应用系统工程、渠道设计、工程经济学的理论和方法,建立了以供水量最大、生态环境需水量缺水量最小和工程规模利用率最大为目标、以水资源优化配置为基础的渠道规模多目标优选模型,首次提出了不同频率组合控制流量的多目标边际优选法,对引江济汉工程渠道规模进行了实例研究,取得了满意成果。

引江济汉工程规划设计研究

引江济汉作为南水北调中线汉江中下游治理工程的重要组成部分,从长江上荆江河段附近引水至汉江兴隆河段。工程的主要任务是向汉江兴隆以下河段(含东荆河)补充因南水北调中线调水而减少的水量,恢复和改善该河段的生态、灌溉、供水和航运用水条件。简要介绍了引江济汉的工程规模、线路选择及其它规划设计关键技术问题的主要研究成果。

渭河傍河水源地开采地下水数值模拟

根据关中盆地水文地质条件及地下水分布特点,概化出区域地下水流数学模型和水文地质概念模型,在此基础上利用Visual Modflow建立了关中盆地区域地下水数值模拟模型,并利用地下水位长观孔对模型参数进行了识别,使模型具有较好的模拟仿真度。利用识别后的模型研究了引汉济渭后傍河水源地开采对渭河径流量及区域地下水位的影响,结果表明,傍河水源地开采激发渭河补给量占总开采量的73.3%,引汉济渭后通过减少傍河水源地开采量可增加渭河干流水量,并使得渭河沿线城市地下水位有不同程度的回升。