平原圩区水系结构与功能特征及其影响机制——以昆山南部为例

明晰平原河网水系结构和功能的影响机制对区域生态可持续发展具有重要意义。以昆山市南部防洪分区为例,选取水系指标分析圩区单元尺度下的水系网络结构与调蓄功能,并构建贝叶斯网络模型,综合考虑用地、自然、工程与政策管理等因子及其相互作用,定量探究水系结构与功能的影响机制。结果表明:(1)水系网络结构具有显著空间异质性,且水系调蓄功能与结构特征密切相关,较复杂的水系形态结构往往表现出较强的调蓄功能;(2)政策、工程、用地和自然条件等因子对水系调蓄功能的影响强度依次减弱;(3)识别水系功能优化目标下的关键变量与关键状态子集,可从社会⁃生态协同视角指导圩区单元的水系治理与优化。研究结果可为平原圩区水系网络健康与可持续发展提供理论参考和决策依据。

基于圩区产流与调蓄的大型平原河网水文水动力耦合模型研究

构建可靠的水文水动力模型是减轻平原河网洪涝灾害的必要手段。以太湖流域杭嘉湖区为例,采用MIKE11和ArcGIS,通过河网概化、集水区划分、圩区内外独立的产汇流计算和调蓄分析等环节构建了杭嘉湖平原河网水文水动力耦合模型,选用“菲特”和“烟花”台风实测洪水数据验证了模型可行性。结果显示,模拟水位与实测水位绝对值相差0.01~0.09 m,水量结果误差为5.4%,表明模型准确可靠。本模型可为该地区防洪调度、工程规模论证等相关工作提供技术支撑,也可为相似地区水文水动力耦合模型的构建提供理论指导。

太湖流域圩区治理现状调查与思考

太湖流域属大型平原感潮河网地区,地势低洼、水网纵横,流域洪涝治理实践逐渐形成了独特的圩区治理模式。在当前圩区建设情况调查基础上,统计分析了流域内各省(直辖市)与各水利分区的圩区治理情况,给出了现状圩区数量、面积、排涝流量等关键统计量的特征,同时结合现状圩区建设初步分析了流域区域洪涝治理的效益及存在的问题,最后从流域洪涝协同治理角度提出了科学规划、协同治理,联合调度、最优效益,数字圩区、智慧管理的圩区建设思考,为太湖流域圩区治理与管理提供参考。

姜佩华,池泽涌,熊玉江,等.芳溪湖流域稻田排水氮磷浓度时空变化特征研究[J].节水灌溉,2023(5):39-45.DOI:10.12396/jsgg.2022298.

为了探究平原圩区稻田氮磷流失机制,以江西省芳溪湖流域作为典型研究区,开展不同尺度稻田排水氮磷浓度时空变化特征研究。结果表明:在时间尺度上,排水总氮、氨氮平均浓度最高值出现在5月和7月;硝氮变化趋势为先降低后升高,最低浓度出现在8月份;总磷浓度变化趋势为先上升后下降,最高值出现于8月;排水中氨氮/硝氮比例随时间总体表现出先升高后降低的特征,最大比例出现在8月份。在空间尺度上,排水总氮、氨氮和总磷浓度的中位值表现为干沟尺度>田间尺度>流域尺度>斗沟尺度。农田排水氮磷浓度的时空变化过程复杂,在水稻不同生育阶段和不同空间尺度上存在较大差异,施肥和降雨过程对流域氮磷浓度有较大影响,因此需要在种植过程中加强田间养分和水分管理,合理控制排水时间,建议在施肥16 d后排水;降雨过程整体呈现“降-升-降”的变化趋势,建议稻田涝水在2~4 d内排出。

不同控源截污水平下平原圩区活水效果研究

平原圩区河网普遍存在水动力不足、自净能力弱的特点,水环境问题突出。控源截污和畅流活水是平原圩区河网常用的水环境治理措施,但大规模控源截污技术条件困难,实施周期较长;畅流活水虽见效快,但持续时间短,因此需两者配合进行。以无锡市锡山区云林街道为研究区,建立水量水质耦合模型,探究不同截污水平下活水调度对区域水环境的影响。结果表明:不同活水调度方式对区域河道水环境影响不同,部分调度方式甚至会使河道水质恶化;控源截污能有效提升全断面水质;当控源截污和畅流活水两种措施结合时,改善效果超过单一手段,且能改善因调度而导致的水质恶化现象。研究成果可为研究区及其他平原圩区河网有效全面地治理水环境问题提供科学依据。

赣江下游平原圩区农村生活污染入河系数研究

以赣江下游平原圩区为研究对象,采用随机抽样的方式,进行农村生活污染入河过程问卷调查.调查区域包括赣江下游圩区内12个乡镇、42个行政村,共发放147份问卷.结果表明,赣江下游平原圩区水文过程特殊,农村生活污染并不能直接排入赣江干流水体,其对干流水体污染主要来自于圩区内电力排灌站的汛期排涝.对问卷进行统计分析,估算排入圩区内受纳水体的农村生活污染入河系数:CODCr为9.6%～11.9%,TN为14.1%～14.3%,TP为12.9%～13.7%.提出的入河系数估算方法客观反映了农村生活污染主要入河过程及其特征,降低了入河系数估算的不确定性.

平原区产汇流模拟

针对平原区下垫面多样变化和在分区内分布不均匀的特点,将平原区分解为水面、水田、旱地与城镇建设用地4种下垫面,分别采用不同的产流模型,根据圩区内外不同的汇流特性,分别采用不同的汇流处理模式.以太湖流域为试验区进行检验,结果表明了该模拟方法的可行性和有效性.

四湖排水系统优化运行规划的模型化方法

本文是中、加合作“四湖优化调度研究”成果之一部分．它采用多种系统分析方法，发展了大型圩区排水系统优化运行规划的模型化方法，提出包括调度模型和基本资料模型的完整模型体系．文中重点介绍优化模型、统计模型和模拟模型的结构、基本特性与功能．经四湖中下区排水系统应用表明：模型仿真性较好，方法是可行的．

基于作物耐淹能力的平原圩区排涝模数研究

特定区域的排涝模数主要由作物耐淹能力决定,由于作物耐淹能力的资料相对缺乏,采用固定排涝历时计算区域排涝模数较显粗放。该文根据水稻、青椒、西瓜等作物的耐淹能力指标,利用水量平衡法分别计算基于作物不同受涝程度的区域排涝模数,进而分析建立区域排涝模数与作物耐淹能力的回归关系。研究表明,区域排涝模数与作物耐淹能力的回归方程可为精确计算区域排涝模数,进而合理确定排涝工程布局、规模和投资服务。

基于试验遗传算法的平原圩区除涝排水系统最优规划

平原圩区除涝排水系统最优规划是一个多维、非线性复杂系统优化问题。本文提出基于试验优化设计思想的试验遗传算法,即在标准遗传操作中增加了均匀设计、正态随机和摄动调优等试验操作技术。某圩区排水系统最优规划实例表明,与可分规划法及简单遗传算法相比,试验遗传算法能严格满足系统约束条件,且操作简单,计算效率更高。由于该算法兼顾了整体空间的种群多样性和局部空间极小值的搜索效率,同时能根据需要自动调整计算精度,因此较易获得复杂问题的全局最优解。

考虑圩区分布的平原河网区暴雨洪涝分析模型建立

针对圩区众多的平原河网区域,基于已有的一、二维非恒定流水动力学理论建立的城市洪涝仿真模型,引入"小蓄水面"的概念,将圩区内外在水动力学模型中未被概化但对降雨的调蓄作用不可忽略的小河、塘坝、小湖泊等根据其实际空间分布统一概化为所在网格的小蓄水面,并考虑圩区堤防标准、抽排能力和调度运行规则对河网区域洪涝时空分布的影响,对模型中网格淹没水深、圩区排涝和闸泵调度的计算方法进行了改进。选择嘉兴市为案例区域建立了暴雨洪涝分析模型,利用模型对嘉兴市近年来典型场次暴雨进行模拟计算,与河道实测水位及洪涝分布调查结果对比表明,模型对区域的概化合理,能反映嘉兴市在受本地降雨和上游洪水影响、下游潮位顶托及复杂的工程调度规则综合作用下水流的运动特点和洪涝的分布特征,模拟结果可靠,模型可以为区域洪水风险图编制和防汛风险管理提供支持。

平原感潮地区雨型潮型组合对除涝规模的影响

以上海某感潮圩区水系除涝规模计算为例,采用水量平衡法和河网水动力数学模型法,研究了平原感潮地区的雨型潮型组合对圩区除涝规模的影响,并对涉及除涝标准的暴雨历时取值、涝水排除程度确定、起调水位与预降可能性、河道分期实施状况、用地性质变化、水面率控制等影响因素进行了分析。结果表明:在约100 km^2区域内,采用水量平衡法和河网水动力数学模型法计算的河道水力要素和除涝设施规模均可满足工程精度要求;对确定的除涝规模,不同雨型潮型组合情况下,内河最高水位和高水位持续时间不同,"麦莎"雨型潮型组合情况下内河最高水位较高,而"63年"雨型潮型组合情况下高水位持续时间较长,后期河道水位也较高;平原感潮圩区除涝标准的确定涉及设计暴雨重现期、设计暴雨历时、涝水排除时间、涝水排除程度、设计潮位与过程等因素,尤其是雨型潮型组合对除涝规模影响较大。

平原湖区排涝模拟研究——以大通湖垸为例

长江中下游平原湖区涝灾极为严重。以洞庭湖腹地大通湖垸为例,基于平面二维水流数学模型,采用有限体积法和非结构网格,研究该区域在不同外洪条件与不同降雨组合条件下的沥涝情况,得出了区域内涝灾分布情况及致涝率,并定量计算分析了外洪水位变化对内涝造成的不利影响。模型计算结果可为涝灾预测与评估提供技术支持。

基于ArcGIS的平原河网地区圩区内涝模拟方法研究

圩区是平原河网地区防洪减灾的工程措施之一,随着全球气候变暖、极端天气的增加,圩区内涝的问题日趋严重。但是,对于圩区内涝的模拟依旧比较棘手,往往需要通过建立水动力模型来研究,而这种方法对资料的要求很高,且比较繁琐,因此亟待一种简便而又有效的手段对圩区内涝情况进行模拟。鉴于上述问题,运用ArcGIS的二次开发,基于水量平衡原理,综合考虑圩区调度以及泵站抽排能力对内涝的影响,实现了通过"体积法"来模拟圩区内涝洪水的淹没情况的研究。经验证,该方法能够比较准确地模拟圩区的内涝情况,对于实际洪水模拟有一定的实用性。

太湖流域大尺度洪涝淹没仿真模型的建立及应用

利用DEM数据及GIS空间分析技术构建洪涝淹没分析模块,将圩区概化为“零维调蓄单元”,实现圩区的精细化模拟,与细化后的太湖流域水文水动力学模型耦合,建立能够可靠模拟太湖流域洪涝淹没状态的数学模型。选择2016年流域性暴雨洪涝资料进行模拟验证,与代表站实测水位及实际洪涝灾情分布对比表明,构建的洪涝淹没仿真模型可靠有效。针对梅雨与台风雨组合情景,采用该模型模拟了太湖流域洪涝灾害状态,得出了科学合理的结果,为流域洪水风险管理提供了技术支撑。

平原河网圩区城市化对排涝的影响及排涝措施研究

越来越多的圩区正逐步踏入城市化进程,但由于圩区地势低洼、水面平缓、水动力条件较差等,在面对下垫面硬化等人类活动时排涝压力也越来越大。以张家港市福前晨东联圩为例,采用MIKE11模型模拟研究了城市化对圩区造成的排涝影响及相应排涝措施。结果表明,圩区城市化显著抬高了内河水位,会对周边排涝产生一定压力,加大了区域受灾可能;在城市化条件下,增加河道数量、提高水系连通性有助于改善河网的调蓄能力,可较好地缓解圩区城市化带来的河道水位抬升压力,在此基础上新增的闸泵工程发挥了更为积极的作用,可明显降低城区洪涝风险。

江苏里下河平原农田涝灾的情景模拟分析——以高邮灌区典型圩垸为例

为了分析环境改变后江苏里下河平原农田涝灾的变化特点,以高邮灌区某典型圩垸为例,利用构建的农田涝灾分布式模型模拟了不同暴雨强度、斗沟规模、外排条件、抽排能力和泵站调度规则等环境因子改变条件下的涝灾减产分布.结果表明:现状条件下,在遭遇5%暴雨时受涝面积比为10.47%,最大减产率为4.07%;遭遇2%和1%暴雨时,受涝面积比增至56.54%和86.87%,最大减产率增至10.32%和13.37%.若将斗沟深度由现状的1.3 m挖深至2.0 m,则可以使5%,2%和1%暴雨条件的受灾面积分别减少14.73%,16.11%和3.91%,最大减产率分别降低5.16%,4.75%和3.81%.若将外河水位预降0.5 m,则可以使5%,2%和1%暴雨条件的受灾面积分别减少86.87%,13.62%和8.52%,最大减产率分别降低66.59%,40.60%和28.12%.若将泵站外排能力由现状的9 m3/s提高到14 m3/s,在遭遇5%暴雨时,受灾情况无变化;2%和1%暴雨条件下的受灾面积分别减少31.68%和11.52%,最大减产率分别降低31.10%和11.44%.单纯降低泵站启排水位而不同时降低外河闸的关闸警戒水位,对涝灾减轻效果几乎没有影响.

平原河网圩区水利工程生态调度方案研究——以苏州吴中城南包围为例

圩区水利工程生态调度是水利领域推动生态文明建设的重要举措,其方案制定是一个多变量、多目标的优化问题。为探索一条平原河网圩区水利工程生态调度方案制定的可复制、可推广路径,以苏州市吴中区城南包围为例,对圩区水利工程生态调度方案设计总体思路进行总结凝练,借助水环境数学模型工具,从定性分析和定量计算角度进行方案优化研究。研究指出:方案设计可遵循确定总体引排格局、提出适宜引水规模、优选引排控导布置的总体思路;槽蓄量变化率、水质改善率可作为反映方案对防洪和水环境影响的综合性比选指标。最终确定优化方案如下:利用石湖、小石河和东太湖为引水水源,运河为排水去向,以15 m 3/s的适宜引水规模,采取运河侧分散泵排降低局部运行水位促使清水自流入城。该方案可达到河道槽蓄量干扰低,水质改善率空间分布均匀的效果。

平原感潮河网地区非点源污染监测方法

平原感潮河网地区非点源污染严重以及交叉污染等特性,造成了严重的环境污染和环境安全问题。由于非点源污染监测资料不完善,相关研究的深度、广度以及监测管理存在不足,确定非点源污染大小、少资料区域污染定量化预测等问题都是亟待解决的难点。以南通平原感潮河网地区为例,对非点源污染中的不确定性及监测方法进行探讨,提出分别针对平原河网圩区和平原河网非圩区的非点源污染监测方法。

平原感潮河网地区非点源污染负荷匡算

平原感潮河网地区非点源污染严重,由于具有交叉污染等特性,造成了整个平原河网存在严重的环境污染和环境安全问题。构建了大尺度非点源污染负荷匡算模型,对南通平原河网地区非点源污染负荷进行了匡算。根据不同的产污方式,将非点源污染分为城镇降雨径流污染、畜禽养殖污染、农田降雨径流污染、农村生活污染和水产养殖污染等5种类型,分别计算其流失过程。