南水北调中线总干渠污染物降解及自净能力研究

自净过程是影响河湖水体水质变化的重要因素,污染物降解系数是决定水体自净能力的关键参数。定量分析长距离输水过程中渠道本身的自净作用,对于认识总干渠水质变化过程,区分其他外源因素对水质变化的影响都有着重要意义。以高锰酸盐指数和氨氮为研究对象,采用室内实验模拟的方法测定了南水北调中线输水总干渠典型断面的污染物降解系数,并将模拟的自净衰减过程与水质实际变化过程进行对比。结果显示:①总干渠污染物降解系数k相对天然河流处于较低水平,陶岔断面k_(COD_(Mn))为0.055 d^(-1),k_(NH_(3)-N)为0.003 d^(-1),郑湾断面k_(COD_(Mn))为0.049 d^(-1),k_(NH_(3)-N)为0.003 d^(-1),大安舍断面k_(COD_(Mn))为0.032 d^(-1),k_(NH_(3)-N)为0.009 d^(-1);考虑到高锰酸盐指数实际组分复杂,渠道降解系数较模拟结果可能更低。②模拟的自净衰减过程受温度、流速的影响较大,不同条件下总干渠高锰酸盐指数将从1.8 mg/L下降至0.228~1.042 mg/L,氨氮浓度将从0.034 mg/L下降至0.026~0.030 mg/L。由于存在藻源性、大气沉降和坡面径流等外源输入增量,总干渠沿程实测高锰酸盐指数介于1.8~2.4 mg/L之间(2019年),基本维持稳定;氨氮浓度介于0.029~0.096 mg/L之间(2019年),有升高趋势。理想条件下,自净作用最大能够消减高锰酸盐指数增量的81.81%,消减氨氮增量的30.37%。研究成果可为深入认识南水北调中线总干渠输水过程中水质沿程变化提供参考。

地铁盾构区间下穿南水北调干渠研究

为保证南水北调干渠安全及地铁自身安全,以郑州市轨道交通7号线一期工程漓江路站—刺绣路站区间为例,开展对其盾构区间下穿南水北调干渠隧道工程设计与研究。分别从盾构区间平纵断面、隧道加强措施等方面,结合以往设计经验进行优化设计,提出更合理的工程设计方案,通过数值模拟验算该穿越过程的可行性。

二十世纪五六十年代黄河下游引黄灌溉失序原因重探——以人民胜利渠为中心

新中国成立后,以兴建人民胜利渠为标志拉开了黄河下游引黄灌溉的序幕。“引黄灌溉”作为一种利用黄河水资源,抵御干旱、保障农业生产的重要方式,在1949年后的黄河水资源开发利用史上具有代表性。二十世纪五六十年代,黄河下游引黄灌溉陷入“失序”状态,具体表现为:引黄工程蜂拥上马和灌区用水“大引大灌”,最终导致了严重的内涝和次生盐碱化问题。黄河下游引黄灌溉不得不按下“暂停键”。究其缘由,与完成粮棉高产指标和缺乏有效监管不无关系,根本上则暴露了黄河水权制度建设的缺陷,为开发利用黄河水资源敲响了警钟。随着黄河下游引黄工程的复灌,水权和黄河水资源管理也逐渐确立和规范起来。回顾这段历史,既是对新中国治水兴水艰辛历程的再回顾,也有助于我们理解当前黄河流域生态保护和高质量发展战略所要求的水资源集约节约利用的历史必然性。

蜀山泵站渠道边坡4%水泥改性土碾压试验研究

膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩的工程特性,掺加一定量水泥对其进行改性是处理膨胀土相对成熟的方法之一。以引江济淮工程江淮沟通(安徽段)J005-1蜀山泵站枢纽渠道边坡4%水泥改性土碾压试验为依托,通过现场碾压试验组织及分析,研究不同铺填厚度、不同铺土土料含水率以及不同碾压遍数情况下,4%改性土填筑质量的变化规律,进而确定渠道边坡改性土换填施工参数。

引黄灌区多目标水资源优化配置-调度双层模型

为合理优化调配水资源,实现灌区综合效益最大化,以赵口引黄灌区二期工程为研究对象,构建多目标水资源优化配置-调度双层模型。采用遗传算法,优化求解得到2030年50%、75%、95%设计频率的灌区各用水户(居民与牲畜、农业、工业、服务业、环卫绿化和河湖生态)最优分配水量及渠系调水方案。研究结果表明:不同设计频率的最优水量分配方案均能满足灌区各用水户发展基本需求,居民与牲畜用水、工业用水、服务业用水均能优先得到满足,农业用水供需比保持在0.76以上;50%、75%、95%设计频率的灌区各渠道引黄水占比分别为46.61%、42.28%和48.58%。

黄河宁夏某河段减沙渠首设计及其数值模拟

为解决沉积物在引水渠中积聚,对供水系统产生不利影响,渠首设计分流排沙系统,可提升用水效率。根据黄河宁夏某河段实测资料,采用二维数值模拟,基于MIKE 21软件构建黄河宁夏某河段二维水动力模型和泥沙模型,模拟两种不同工况下渠内含沙量。研究结果表明,引水渠改变了河流水动力学要素平衡状态,直接引水渠(工况1)水流动力轴线向凹岸摆动了46.6 m,渠道平均含沙量为0.6 kg/m^(3),最大含沙量为0.89 kg/m^(3);减沙引水渠(工况2)水流动力轴线向凹岸摆动了62.6 m,渠首流速居于0.2~0.4 m/s,渠道平均含沙量为0.2 kg/m^(3),最大含沙量为0.6 kg/m^(3)。工况2渠内含沙量各位置均低于工况1,工况2可有效降低渠内泥沙沉积。因此,工况2渠首设计方式可改善引水渠泥沙沉积问题,提升取水系统的耐久性。

跨运河钢桁架梁拱组合体系通航渡槽力学性能

依托引江济淮工程淠河总干渠渡槽工程,对110 m世界最大跨度钢渡槽,采用数值计算和现场试验相结合的方法,对跨运河钢桁架梁拱组合体系新型钢渡槽结构的力学性能进行评价。首先,通过现场充水试验,对承受超级可变水荷载的钢渡槽结构关键截面应变和变形进行重点监测,比较监测数据与数值计算结果,分析评价结构静力性能。其次,通过现场脉动试验测试不同水位下结构的自振频率,并与数值分析结果对比,分析评价结构动力性能。充水试验结果表明,淠河总干渠新型钢渡槽处于安全状态,承载力满足设计要求。研究成果可为类似工程提供技术参考。

长期地铁振动荷载下南水北调干渠累积沉降特性研究

文章依托郑州地铁10号线下穿南水北调中线干渠工程,通过一系列动三轴试验探讨干渠附近软土层动力响应特性,基于动三轴试验及有限元分析确定Chai-Miura模型参数,研究长期地铁列车振动荷载周期作用下干渠的累积沉降规律。结果表明:郑州南水北调干渠附近软土层动应变发展趋势整体表现为“稳定型”;列车振动荷载作用初期,土体累积变形急剧增加,最大地表沉降发生在行车隧道正上方,而在长期列车振动荷载作用下,地表沉降基本趋于稳定;列车单、双线运行时的地表沉降分布规律类似,但沉降值存在差异,单线运行10^(7)次(约为100a),地表最大累积沉降量为3.95mm,双线运行10^(7)次后产生的累积变形量大约为5.07mm。

南水北调中线总干渠冰期输水运行实践分析

南水北调中线总干渠安阳河以北段输水明渠在冬季受寒冷气温影响,会有不同程度的冰情出现,影响输水运行控制和输水效率。为有力推动南水北调中线后续工程高质量发展,缓解冰期输水供需矛盾,基于近年来冬季冰情原型观测数据和冰期输水调度运行实践,对中线总干渠冬季冰情演化特征规律、当前冰期输水调度方式以及保障措施效果进行了系统分析。结果显示:①中线总干渠冬季冰情发生范围基本为石家庄以北段,南北渠池冻融状态不同步;主要冰情为岸冰和流冰,发生冰塞风险概率较低;冰期输水时间偏短,较大范围冰盖持续时间一般不超过1个月。②目前中线工程冬季采取的小流量、高水位浮冰盖下输水运行模式,具有安全性高、气象条件适应性好的特点,但渠道的输水能力将大幅受限。③中线工程采取的以防为主,“拦、扰、融、排、捞”一体化冰凌防控措施和各项管理措施行之有效,可供类似输水工程冰期输水运行借鉴。

和夏龙口渠首重建方案比选与工程设计研究

为完善灌区配套,提高东岸灌区引水保证率,需要对和夏龙口渠首工程开展除险加固。通过科学分析工程实体缺陷和水文地质条件,提出了拆除重建的工作思路;通过对全拦河闸、闸堰结合和闸坝结合三种方案进行比选研究,提出了全拦河闸方案下泄洪冲砂闸、引水闸和上下游整治段的工程布置方案,并对闸顶高程、过流能力和抗冲消能设施进行水力计算,得到了渠首工程设计方案。该方案可为工程建设和类似项目提供技术参考。

横排头枢纽工程坝上旱警水位确定分析

基于淠河灌区水资源调度及抗旱应急响应科学决策的需要,文章用量化分析的方法,通过对横排头水利枢纽工程上游水文特征、下游需水量做深入分析,确定了坝上库区相应的旱警水位,为水资源调度及抗旱应急响应提供了理论依据。

京杭运河与小清河连通工程线路分析

根据山东省内河水运中长期规划,至2035年山东省内河水运将形成以京杭运河、小清河、新万福河为干线和区域支线为补充的“一纵二横多支”的高等级航道网。通过对济平干渠、黄河、位德线三方案进行对比分析,提出京杭运河与小清河连通工程线路走向推荐方案。

三峡水库长江干流及其支流枯水期浮游植物多样性与水质

2010年4月对长江干流和26条支流未淹没区与回水区的浮游植物进行调查.结果表明,硅藻、绿藻和蓝藻共占浮游植物种类的93.33%～93.88%.干流优势种类有1门1种、未淹没区有3门6种、回水区有5门6种,出现率分别为15.38%、9.23%和25.00%.回水区现存量平均值最高、未淹没区其次、干流最低.现存量组成在干流、未淹没区和回水区之间有差异,绿藻所占比例干流最高,硅藻所占比例未淹没区最高,隐藻、蓝藻和甲藻所占比例均在回水区最高.Shannon-Wiener多样性指数(H')和Pielou均匀性指数(J),未淹没区最高、干流次之、回水区最低.17条支流回水区H'和8条支流回水区J均低于未淹没区.水质评价显示,轻或无污染断面(采样点)的比例,干流为76.92%,未淹没区为84.62%,回水区为47.06%.19条(73.08%)支流回水区出现中污染或重污染,7条(26.92%)支流未淹没区出现中污染或重污染.三峡工程蓄水对回水区浮游植物与水质影响比长江干流更大.

北京市南水北调工程配套工程东干渠输水隧洞设计方案研究

东干渠工程是北京市南水北调工程供水环路的重要组成部分,输水隧洞全长44.7 km,内径4.6 m。由于输水线路长、埋深大、内水压力高、风险源多,设计工作面临众多难点,设计采用结构力学、二维和三维有限元等计算方法,取得结构应力分布云图,确定控制工况及应力最大区域,模拟特殊工况下的结构破坏形式,充分确保结构安全可靠。通过将HDPE高密度聚乙烯自粘胶膜防水卷材应用到多层防水设计中,解决了双层衬砌容易发生层间窜水的难题,为达到一、二衬联合受力效果提供了条件。采用地下连续墙围护结构及玻璃纤维筋作为洞门结构配筋,避免了大面积施工降水对环境的影响,提高了盾构进出洞的施工效率。面对众多地铁、铁路、桥梁等风险源,引入了科学的风险管理机制,采取有针对性的风险分级,进行了全面的检测、评估、论证,确保了工程建设顺利完成。

引配水对京杭运河杭州段水质的改善预测

根据平原河网的水动力和水质特点,建立了运河水系河网水质模型,并利用2007年该运河水系河网的实测水位及水质资料对模型进行验证。进行了杭州市主城区引配水方案下的水动力计算,并对设计水动力条件下的运河水质进行预测。结果表明,杭州市主城区引配水方案实施后,运河干流及主要支流水质将有较大改善。

渠道深基坑降水试验及工程应用

以引江济汉渠道工程进口段泵站深基坑为例,通过一系列的降水试验,结合初步设计阶段的试验成果,综合分析了基坑含水层渗透系数。降水试验成果分析中既采用了抽水试验规程推荐的计算公式,也采用数学模型对降水试验进行模拟,最终提出了不同含水层渗透系数,为后期基坑降水方案研究提供基础资料,设计单位依据降水试验结果对基坑降水方案作出了重大设计变更。

南水北调工程主要输水建筑物的水力学研究

阐述了南水北调中线工程主要输水建筑物多年来进行的水力学试验成果,其项目有:水源工程丹江口大坝加高,引水枢纽陶岔渠首水闸扩建工程,输水总干渠的漳河渡槽等6项。研究内容包括泄水能力、消能防冲、水流形态、压力、水头局部损失等。还介绍了国内混凝土渠道的糙率调研及3条渠道糙率的原型观测成果。这些成果为设计提供了可靠的依据,并指出其中的有些问题应进一步研究。

南水北调西线一期工程区泥石流规模预测及其对调水工程的影响

泥石流是南水北调西线一期工程区的主要山地灾害之一,可能对调水工程建设与运行期间的工程安全构成一定的威胁和危害。据调查,工程区分布有一定规模的有现代泥石流活动的沟111条、潜在性泥石流沟58条。主要探讨了泥石流发生规模预测中的清水流量、泥石流峰值流量、一次泥石流流出总量等参数的计算方法,在此基础上引入主、支流量比,分析了泥石流堵河问题及其可能堵河高度与回水长度,为评估泥石流对调水工程的影响提供了科学可行的定量分析方法。

引大济湟总干渠工程对大通河水生生态环境的影响及对策

研究了青海省引大济湟调水总干渠工程建设对大通河干流中上游水生生态环境的影响及保护措施。现场捕获鱼类9种,采集浮游植物26种,浮游动物10种,底栖动物14种,水生维管束植物4种,重点分析了鱼类种类组成、种群结构、重点保护种类以及繁殖习性等。分析工程建设造成的阻隔、水文情势变化和生境变化等对鱼类和其他水生生物的影响,提出生态放水、修建过鱼道、人工增殖放流、加强监测和回顾评价工作等措施,切实保护鱼类资源和生态环境。

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。