基于动态损失的水动力学模型在永定河生态补水过程中的应用

为精准模拟一维水动力学过程,基于明渠非恒定流的水动力模型,提出耦合改进考斯加科夫(Kostiakov)公式,考虑实际河道渗漏损失动态变化。在同一时间步长上,将水动力模型计算流量作为损失模型流量边界条件,通过损失经验参数a和b计算得出此时间步长河道损失量,对水动力河道损失参数进行实时修正。以永定河流域2022-2024年4场实测补水数据对模型精度进行检验,分析海河“23·7”流域性特大洪水(简称“23·7”洪水)前后永定河河道生态变化特点。结果表明:该模型在永定河流域具有良好适用性,相对误差的绝对值最小为0.004,最大为0.218;“23·7”洪水对永定河河道冲刷作用明显,河道形状发生明显改变,河道糙率与河道下渗损失较洪水冲刷前均减小,永定河下游流域较洪水冲刷前以小流量补水即可实现全流域通水,可为永定河下游生态调水提供参考。

基于首尾和全过程方法的中江县灌溉水有效利用系数测算分析

【目的】对比分析2种灌溉水有效利用系数(IWEUC)测算方法,研究灌区用水损失的主要环节。【方法】以四川省中江县为例,在全县范围内划定了4处分区(TW、TH、ON、FO分区),分别选取典型渠系和典型田块,利用动水测定法、经验公式法和田间灌溉试验进行IWEUC全过程测算分析;统计渠首引水量和其他补充水源供水量得到区域毛灌溉用水总量,并观测作物净灌溉用水量,进行首尾测算分析,与全过程测算结果进行对比。【结果】中江县TW分区渠系水利用系数最大为0.596,TH分区渠系水利用系数最小为0.564,加权平均值为0.580;北部的ON、TW分区由于工程配套良好,其田间水利用系数接近0.90,而TH、FO分区受地形等影响,田间水利用系数在0.85左右;在灌溉保证率75%条件下,全过程测算分析法得到IWEUC结果为0.503,首尾测算分析法得到结果为0.492,二者相对偏差为2.2%。【结论】中江县目前的灌溉水有效利用系数低于全国平均水平,还有较大的节水潜力。

南水北调东线梁济运河段输水流量损失的经验估算方法

传统Kostiakov经验公式计算结果为一定值,在未衬砌的沿程地质变化较大的河段应用时不能充分体现输水损失沿程变化的动态特点。为克服原公式局限性,采用积分学方法及广义简约梯度法对Kostiakov经验公式进行改进,形成改进Kostiakov经验公式法,并以南水北调东线梁济运河段为例,利用2013—2019年实测数据,对改进Kostiakov经验公式中的参数进行率定。考虑梁济运河段运行期间易受春灌影响,分别利用受春灌影响显著的2019—2020年和影响一般的2020—2021年实测数据对改进Kostiakov经验公式进行验证。结果表明:改进Kostiakov经验公式法可克服原公式应用时的局限性,有效提升输水损失计算精度,扩大原公式的应用范围;改进后计算结果与两个时段实测数据的平均相对误差分别由原来的27.26%和11.72%降低为7.9%和6.84%,对调水工程运行调度具有重要意义。

渠道水利用系数经验公式改进研究

分析渠道长度与渠道水利用系数的关系,发现考斯加科夫公式存在明显的缺陷。对于一条均质渠道,渠道全段水利用系数应该等于分段水利用系数的乘积,考斯加科夫公式计算结果表明二者并不相等。针对这一情况,本文讨论了渠道水利用系数和渠道长度的关系,推导出新的计算公式,并将其应用于固海扬水工程设计。实践表明改进公式物理意义明确、计算成果精确,具有一定的实用价值.

添加γ-聚谷氨酸的浑水膜孔灌单点源自由入渗特性

为探究聚谷氨酸对浑水膜孔灌条件下土壤水分入渗运动和土壤改良方面的影响,基于室内浑水膜孔灌单点源自由入渗试验,研究了不同γ-PGA施量配比(0,0.1%,0.5%,1.0%)对水分入渗及持水能力的影响.研究结果表明,对于累积入渗量,与处理C相比,处理C1、处理C2、处理C3的累积入渗量分别减小了17.27%,30.91%和42.73%,稳定入渗率分别减小了17.28%,35.79%和57.32%,但土壤饱和含水率分别增加了7.38%,35.27%和39.62%;Kostiakov公式中K值从0.132 8减小到0.070 7,α值从0.774 6增大到0.812 7;γ-PGA会阻碍垂直湿润锋运移,使得土壤水分保持在土壤根系吸水层,但对水平湿润锋的运移并没有阻碍作用,并且对土壤水分的水平运动有推进作用,0.5%γ-PGA施量效果最显著;另外,γ-PGA改变了土壤剖面水分分布,在浑水膜孔灌中,可将水分集中在土壤上层,提高灌溉水利用效率.

融雪期融雪水下渗分析及下渗率模拟研究

融雪期土壤下渗对于融雪产流有重要意义。土壤下渗率的模拟可以为融雪径流模拟提供必要的参数,能够更精确地对融雪期洪水进行预报。在研究过程中,通过融雪期对土壤湿度、温度的观测及设置的下渗实验获取的数据,利用Excel、SPSS等统计软件对数据进行综合处理,并对结果进行制图、制表。结果表明:土壤湿度和土壤温度对融雪水下渗有显著影响;冻土中冰的存在对下渗的阻碍作用很强,冰融化后可以增强融雪水的下渗;在融雪期,实验得到的下渗率模型的模拟精度高,其形式上与Kostiakov下渗公式吻合。

耕作后土壤水分入渗参数BP预报模型

根据黄土高原区耕作后土壤水分入渗资料所建立的基于Kostiakov三参数经验模型公式的BP神经网络预报模型,对土壤水分入渗参数进行预测。预测结果表明:利用土壤基本理化参数耕作层(0~20 cm)土壤含水率及其密度、砂粒含量、粉粒含量、有机质含量预报入渗模型参数具有可行性。入渗模型参数入渗指数α、入渗系数k的平均相对误差约为1%;稳渗率f_0的平均相对误差约为8%,在可接受范围内;90 min累计入渗量I_(90)的平均相对误差小于3%。模型整体预测精度较高,实现了利用土壤基本理化参数预报土壤水分入渗参数,可为黄土高原区耕作后土壤的灌水技术参数的确定提供理论与技术支撑。

渠系水利用系数测算方法研究

根据渠道水入渗理论和渠道流量、损失量的试验数据,研究渠道水入渗的过程,分析入渗的影响因素,建立渠道水损失和渠系特征(渠系分布、渠道断面、设计流量)、渠床特征(衬砌类型、土壤质地、地下水埋深等)的关系。对原有输水损失系数经验公式进行改进,得出无论是Kostiakov经验公式计算还是积分改进公式计算,渠道流量与长度均与渠道损失流量成正相关关系。但是随着渠道长度的增加,Kostiakov经验公式体现出了不足,其计算结果与积分改进公式计算结果的相对误差逐渐增大。同时在江西省赣抚平原灌区采用动水测定法引入实测数据对改进的经验公式进行验证,验证结果表明改进经验公式法计算过程中采用某级渠道的灌溉水利用系数作为扩大指标来计算同级其他渠道流量不能真实反映整个渠系情况,较实际情况存在偏差,但改进经验公式求得的结果代表了渠道的现有衬砌状况,更为合理可靠。