引江济淮工程(河南段)水资源调配系统设计与开发

为强化引江济淮工程(河南段)水资源统一调配,基于Spring Boot和Vue前后端分离开发的模式,利用天地图API、WebGL、Echarts等技术设计研发引江济淮工程(河南段)水资源调配系统。从设计思路、功能界面、关键技术3个角度论述系统设计思路和实现过程,从而实现地理信息服务、供需水预测、水资源优化配置、水资源优化调度等功能,实现水量分配可视化、运行调度智能化和跨流域调水管控一体化。系统测试结果表明:引江济淮工程(河南段)水资源调配系统的建立提高了受水区水资源精细化管理的水平,解决了引江济淮工程(河南段)跨流域调水的配置难题,为受水区水资源高效利用提供有效的技术支撑。

高海拔季节冻土区完全融化期土壤水分特征曲线适用性

以怒江源区那曲流域为例,基于4个试验场完全融化期(6—9月)的土壤体积含水量(0.15~0.51 cm^(3)/cm^(3))和土壤基质势数据(0~200 kPa)实测数据,选择Van Genuchten(VG)、Brooks-Corey(BC)和Campbell 3个模型进行拟合,以均方根误差ERMS和决定系数R2为评价指标,分析3个模型对高海拔季节冻土区不同土层和不同土壤质地的适用性。结果表明:从整体上看,VG模型(平均R2为0.992,平均ERMS为0.006 cm^(3)/cm^(3))的拟合效果优于BC模型(平均R2为0.972,平均ERMS为0.019 cm^(3)/cm/3)和Campbell模型(平均R2为0.984,平均ERMS为0.014 cm^(3)/cm^(3));但是在不同土层和不同土壤质地情况下模型的适用性有所区别,VG模型更适用于壤土和壤质砂土(平均R2为0.987,平均ERMS为0.008 cm^(3)/cm^(3))以及土壤深层(10~35 cm土层,平均R2为0.990,平均ERMS为0.007 cm^(3)/cm^(3)),Campbell模型更适用于砂质壤土(平均R2为0.985,平均ERMS为0.009 cm^(3)/cm^(3))以及土壤表层(5 cm土层,平均R2为0.993,平均ERMS为0.006 cm^(3)/cm^(3)),BC模型在不同条件下都不是最优模型;参数θr取值大小会显著影响土壤水分特征曲线的形状。本研究可为深入研究高海拔季节冻土区的土壤水分运动特性以及中华水塔区的水源涵养作用提供支持。

调水工程建设期安全-进度-投资系统风险分析——以引江济淮工程(河南段)为例

以引江济淮工程(河南段)为例,在确定安全-进度-投资系统风险评价指标体系的基础上,基于层次分析-模糊综合评价方法分析安全、进度、投资的单项风险;在考虑工程建设期安全、进度、投资的相互影响后,基于改进的综合风险评价方法分析安全-进度-投资系统风险。结果表明:当分析单项风险时,安全、进度和投资风险的评价结果均为一般风险;当分析系统风险时,得到安全风险>进度风险>投资风险;进一步分析指标体系中的准则层和指标层,安全风险的现场风险中施工技术方案风险排序第一,是后续风险管控的重点。本研究为提高工程建设期安全-进度-投资系统风险的可靠性、降低风险事件的发生提出了理论和技术参考。

引江济淮工程(河南段)多目标水量优化调度

引江济淮工程(河南段)涉及河道、闸泵、管道和调蓄水库,约束条件复杂,常规的优化调度算法难以搜索可行解,求解效率低。选用受水区缺水率平均值最小、泵站总抽水量最小和受水区缺水率标准差最小作为目标函数,从供水保障、供水成本和公平性角度构建多目标水量优化调度模型。基于可行搜索思路,结合逆序演算和顺序演算过程对约束条件进行处理,引入决策系数,通过映射关系使搜索空间保持在可行域中,结合多目标非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms,NSGA-II)进行求解,得到Pareto最优解集,并采用熵权法进行方案优选。结果表明,基于可行搜索的NSGA-II算法能够有效求解复杂调度系统的多目标优化问题,综合考虑多个目标的最优方案相对单目标方案更加合理,结果可为引江济淮工程(河南段)运行管理提供决策支撑。

淮河(淮南至蚌埠段)沉积物柱芯中多溴联苯醚的污染特征及生态风险评价

采用^(210)Pb同位素定年法、运用GC-MS气质联用仪分别对沉积物柱芯年龄及多溴联苯醚(PBDEs)含量进行测定,利用风险熵值法对采样点进行生态风险评价。结果表明:商业十溴二苯醚(Deca-BDE)、八溴二苯醚(Octa-BDE)和五溴二苯醚(Penta-BDE)产品以及溴化程度较高的溴二苯醚化合物的脱溴可能是淮河中多溴二苯醚的来源。BDE-47在沉积物柱芯中的普遍存在归因于该地区广泛使用溴化70-5二苯醚(Bromkal 70-5DE)和五溴联苯醚(Bramkal DE-71)。沉积物中的还原脱溴作用,使得BDE-28普遍存在。多溴二苯醚自二十世纪八十年代以来大量的商业使用,可能造成三个采样地区的多溴二苯醚浓度急剧增加。三个采样点各时间段绝大部分风险熵值小于0.01,生态风险较小。

基于A-NSGA-Ⅲ的引江济淮工程河南段水资源优化配置研究

为优化引江济淮工程河南段水资源配置,构建了以经济效益最大、缺水量最小和污染物排放量最小为目标函数的水资源优化配置模型,利用改进的第三代非支配排序遗传算法(A-NSGA-Ⅲ)对模型进行求解,并优选出了4种侧重不同目标的水资源优化配置方案进行模拟分析。结果表明:引江济淮水的引入可极大地缓解受水区供需矛盾,规划年2030年、2040年缺水率可分别降至10.43%、5.47%,并有助于优化供水结构,改善生态环境;耦合经济-社会-生态环境协调度最大的方案4为最优方案,方案4规划年地下水供水占比分别下降至53.32%、46.59%;A-NSGA-Ⅲ在解决多目标高维水资源配置问题时具有较好的适用性,优化方案可为引江济淮工程河南段水资源调配方案制定提供参考。

基于泰尔指数的水资源配置公平性研究——以引江济淮工程河南段为例

水资源的公平性配置对促进区域水资源量与经济社会空间均衡发展具有重要意义。选择泰尔指数表征区域间和区域内用水户间不同层面配水的公平性,以缺水率最小、经济效益最大、公平性最高为目标函数构建水资源优化配置模型,并以引江济淮工程河南段为实例开展应用研究。结果表明:工程调水后,规划年2030年和2040年河南段受水区缺水率降低为10.42%和5.48%,有效调整了水源供水结构,缓解了地下水超采、生态用水被挤占等问题;规划年2030年和2040年河南段受水区泰尔指数分别为0.479和0.420,水资源配置公平性得到明显提升,区域内不同用水户间的差异是影响河南段受水区水资源配置公平性的主要因素。

淮河流域信阳段生态旅游廊道及生态旅游区建设

以淮河流域信阳段为研究区域,运用核密度分析法和标准差椭圆模型对A级景区的空间分布及其聚集趋势进行分析,结合最小累积阻力模型法和PEST分析法分别对生态旅游廊道与生态旅游区建设进行研究,提出生态旅游廊道及生态旅游区建设的结论与建议。结果表明:(1)区域内A级景区的核密度结果分布呈现出“一主一副”高度聚集的趋势,标准差椭圆结果呈“东—西”走向;(2)区域南部的大别山北麓与中东部平原丘陵区的生态阻力值偏低,生态旅游廊道呈现出“双核心”趋势;(3)后续研究应当拓宽至淮河流域中下游地区,进行水域生态旅游廊道要素以及多源数据有机整合等尝试。

采砂对淮河蚌埠段河势稳定与防洪安全影响分析

河道无序采砂导致淮河蚌埠段河床发生剧烈变化,为了分析采砂对该段河势稳定和河道防洪安全的影响,开展了蚌埠段河道采砂影响研究。基于河道水沙特性、河床演变规律,通过现场观测、理论分析和数值计算等方法,从堤防滩地、水文测站、水利工程、桥梁管线等方面对河道采砂影响进行了评估,并提出了淮河蚌埠段河道安全保护范围。结果表明:①淮河干流蚌埠闸至沫河口段2008年以前自然演变缓慢,河床较为稳定,而2008年以后无序采砂造成了河床剧烈变化,且长时间内难以自然修复;②采砂坑具有数量多、深度大、边坡陡且极不稳定等特性,易导致断面滑动、河道不平整影响水文测验,危害防洪安全以及其他涉河设施安全和管理;③根据河道管理要求,淮河干流蚌埠闸至沫河口段河道两堤范围内,需要进行保护的区域面积占总面积的95%以上,即淮河蚌埠段河道已无可采砂区域,需将其划定为禁止采砂区。研究成果可为淮河采砂规划、河道保护管理和工程治理提供参考。

淮河江苏段沉积物重金属的分布特征、来源解析及其生态风险

为了解淮河江苏段沉积物重金属的污染特征、空间分布及其生态风险,对其表层沉积物中重金属(Cd、Mn、Cu、Zn、As、Ni、Pb和Cr)的含量进行检测,利用相关性和主成分进行重金属来源分析,并采用富集系数与生物毒性不利影响对表层沉积物重金属进行污染评价.结果表明,除Cd与Cr外,Zn、Mn、As、Ni、Cu等重金属的含量均高于江苏土壤背景值.重金属含量空间分布差异明显,其中洪泽湖北部及围湖地区等地重金属污染状况最严重,来源可能来自城镇污水、工业废水等复合污染.富集水平排序为Zn>Mn>As>Ni>Cu>Pb>Cr>Cd,其中Mn、Zn富集程度最为明显.生物毒性不利影响评价总体处于中风险状态,主要贡献来源于Ni、Zn.除了Cu、Cd、Pb外,Ni、Zn、Cr、As重金属可能会对底栖动物产生危害作用.因此,淮河江苏段沉积物重金属整体表现为较重生态风险水平.

淮河流域淮安段着生藻类群落结构特征分析

于2021年5月对淮安境内淮河主要干支流8个点位的水质状况和着生藻类群落结构采样调查,应用3种多样性指数模型评价区域水生态健康状况,并探究影响着生藻类多样性的因素。结果表明:采样期间淮河流域淮安市域共检出着生藻类3门23科32属(种),由硅藻门、蓝藻门和绿藻门组成,硅藻门占绝对优势;多样性指数计算结果显示,流域水生态状况良好,整体表现为清洁-轻污型水体,淮河上游水质稍差于其他水域;结合水质监测数据与卫星遥感影像分析,认为生境状况是影响着生藻类群落分布的主要因素。

淮河(安徽段)表层沉积物重金属的污染特征及环境风险评价

采用电感耦合等离子质谱法检测淮河(安徽段)表层沉积物中Ni、Pb、Cr、Cd、As五种重金属含量,并分析重金属的总量、形态分布及潜在风险评价。结果表明:重金属Ni、Pb、Cr、Cd和As的含量分别是30.89、56.46、103.21、0.30、37.25 mg/kg;以中国河流系统的背景值为标准,样品重金属含量均值全部超过中国河流系统的背景值,含量倍数分别为7.96、1.92、4.25、5.21、8.88倍。根据两种指数法的评价结果显示:As、Cd的污染水平和潜在风险较高,Pb、Cr和Ni的污染水平和潜在风险较低。由此可见,元素As、Cd、Pb的污染程度较高,应及时采取措施控制其排入河流。

淮河流域安徽段表层沉积物中多环芳烃分布、来源及风险评估

通过高效液相色谱法测定淮河(安徽段)32个表层沉积物样品中多环芳烃含量,以确定沉积物中多环芳烃的分布特征、污染情况和来源。结果表明:淮河流域(安徽段)沉积物中16种多环芳烃总含量为43.7~341.6ng/g,平均值为67.9ng/g,多环芳烃浓度最高的为S18采样点,含量达到341.6ng/g,该采样点靠近淮南市的煤炭厂和燃煤厂,多环芳烃浓度最低的为S2采样点,含量为43.7ng/g,该点远离城区以及工业区;与国内不同流域沉积物中多环芳烃的浓度相比较,研究区域内多环芳烃含量相对较低;运用同分异构体比值法得出2021年淮河(安徽段)沉积物中多环芳烃主要来源于木材和煤炭等生物质的燃烧;通过效应区间低值和中值法评估得出2021年淮河流域(安徽段)的大多数沉积物都不会造成生态毒理学风险。

淮河流域(河南段)河流生态系统健康评价及分类修复模式

在国内外河流生态系统健康评价和生态修复研究的基础上,以淮河流域(河南段)河流生态系统作为研究对象,使用频度分析法和理论分析法,从水文特征、水质状况、地貌特征和生物状况4个方面,筛选得到17项指标作为健康评价指标体系,并创新性地采用T-S模糊神经网路法评判淮河流域(河南段)河流生态系统的健康状况。结果显示:研究区域内共有亚健康、脆弱、病态和恶劣4种健康等级,占比分别为8.43%、74.70%、13.25%和3.61%,脆弱的断面近于75%。然后在此健康评价的基础上,将生态系统健康等级为"亚健康/脆弱/病态"的河流生态系统作为待修复的对象,根据各个准则层的健康状况,将流域内96%待修复断面分为水质-生物修复模式、水质-地貌-生物修复模式、水量-水质-生物修复模式、水量-水质-地貌-生物修复模式和以绿代水型修复模式5种修复模式,占比分别为3.75%、22.5%、2.5%、67.5%和3.75%,仅2种复合水量修复类型占比接近90%。

淮河流域河南段水生植物多样性评价及其影响因素分析

通过对淮河流域河南段开展野外调查及室内监测,分析河流水生植物类群组成及优势物种,从多样性、丰富度、优势度、均匀度4个方面对水生植物进行健康评价,采用CCA分析法探讨影响水生植物的关键环境因素。结果表明,淮河流域河南段共有水生植物38种,隶属于25科33属,分布广泛的优势种为芦苇、水花生、金鱼藻、轮叶黑藻、水蓼、水鳖、篦齿眼子菜。针对健康评价结果,淮河流域河南段水生植物呈现病态到健康状态。分析表明河流生态系统遭受破坏,生态系统呈现不稳定状况,主要原因为水质污染及人为活动干扰强烈。根据水生植物分布与水环境因子CCA响应关系研究,影响水生植物的主要因子为TP、COD、p H、电导率、氨氮。

淮河安徽段水质与产业密度的关系

通过对淮河安徽段各城市水质及其相应产业密度的分析,以产业密度为自变量,以区域水污染综合指数为因变量,得到水质与产业密度的关系拟合曲线。通过对曲线形状分析表明:淮河安徽段各地、市虽已处于良性发展阶段,但仍需进一步巩固治污成果,其主要支流的水质状况还不容乐观;依据时空等价模型,应积极引导经济发展程度低的城市在未来发展中按曲线展示规律转变;此外,为保护水环境和实施区域的可持续发展,必须大力调整产业结构,提高产业的技术水平和加大对水环境的治理力度。

淮河蚌埠段涉河桥梁工程防洪影响评价辅助决策系统研究

随着流域河道岸线利用程度越来越高,各种已建、正建或拟建的涉河工程及滩涂开发利用使河流的水动力条件产生变化,带来了防洪和社会经济等方面的影响。根据建设方提交的工程信息预先生成涉河工程的防洪评价报告简本,使其与正式防洪评价报告对比分析,便于水行政主管部门科学决策。选择淮河干流中游蚌埠市区段25 km为研究对象,基于虚拟现实、3S、科学计算可视化技术及耦合水动力模型,研制淮河涉河工程防洪影响评价辅助决策系统;系统提高了淮河干流涉河工程项目信息管理水平,为水行政主管部门审批防洪评价报告及科学决策提供有益参考。

淮河江苏段入湖航道整治后泥沙回淤分析

针对淮河江苏入洪泽湖段航道局部水深不足的问题,拟采用整治工程提升航道等级。在简要介绍了该河段自然条件及河床演变情况的基础上,利用平面二维水流数学模型及泥沙回淤经验公式对航道整治前后的流场变化和泥沙回淤特征进行了深入分析。研究结果表明,整治工程实施后,河道水动力场变化较小,主河段过流能力略有增强,航道泥沙回淤量不大。

河道洪水演算方法在淮河及滹沱河中游的应用

为解决马斯京根法在河道洪水演算中未考虑河道断面特征和水力特性的变化问题,在淮河中游吴家渡至小柳巷河段、滹沱河中游黄壁庄至北中山河段采用考虑河道断面几何形状和水力学糙率的Muskingum-Cunge-Todini可变参数法和非线性水库法进行河道洪水演算研究,探讨考虑河道断面特征和水力特性的演算方法在湿润区淮河中游及半干旱区滹沱河中游的适用性,并将模拟结果与马斯京根法进行比较。结果表明,Muskingum-Cunge-Todini可变参数法和非线性水库法在研究河道上模拟精度较高,洪峰合格率均在86%以上,确定性系数均大于0.8,可应用于河道洪水预报。

濛河拓浚工程对淮河王临河段河势影响研究

王临河段地处淮河上游山区向中游平原的过渡区域,支流入汇众多,行蓄洪区运用频繁,是当前淮河最复杂、防洪关注度最高的河段。拟开展的濛河拓浚等规划治理工程,将显著改变该河段的主槽规模及主支汊分流比,进而可能对河势稳定产生影响。采用非恒定流河网水沙数学模型,预估了工程前后的河床演变趋势,分析了冲淤调整后沿程水位及两汊分流比的变化情况。结果表明:王临河段现状处于缓慢淤积状态,规划方案实施后河道整体淤积量会稍有增加,沿程冲淤分布也有所调整。在30 a水沙系列条件下,治理工程的效果能够长期维持,且濛河分流比也未出现进一步扩大,没有主支汊易位的风险。研究成果可为工程的兴建提供科学依据,对淮河同类工程有一定借鉴意义。