平原圩区复合下垫面水文水动力耦合模型

平原圩区地势低洼,下垫面类型多样,产汇流过程较为复杂,水文过程模拟和预报十分困难。为解决平原圩区洪水预报难题,建立考虑水田、旱地、林地、城市区与水域等多种下垫面类型的产汇流模型,利用MIKE 11 HD水动力模型模拟河道汇流过程,提出面向平原圩区复合下垫面条件的水文水动力耦合模型;并采用BP神经网络进行河道水位预报误差校正,以提高模型精度。选择广州市南沙蕉门河排涝片为研究区,检验耦合模型的水位预报精度,并以2023年“9·7深圳特大暴雨”为移置场景输入,模拟不同排涝措施对河道水位的影响。结果表明:模型能够较好地模拟研究区场次洪水的河道水位过程,率定期和验证期的平均Nash效率系数分别为0.86和0.91,10场洪水中有8场的最高水位模拟误差小于0.05 m;采用BP神经网络校正后所有场次洪水的Nash效率系数均大于0.9,满足洪水预报的精度要求。研究区面临“9·7深圳特大暴雨”场景时存在内涝风险,需提升圩内蓄洪排涝能力。

数字孪生淠河建设实践与思考

数字孪生淠河根据淠河流域特征,以流域防洪需求为牵引,提出技术解决方案。在共享安徽省现有数据感知、网络传输、算力环境等基础上,建设内容包括流域数据底板、水利模型平台、水利知识平台等支撑平台,以及在上述支撑平台基础上建立防洪预报、预警、预演、预案“四预”应用。防洪“四预”应用以精细化洪水预报为预警、调度提供基础,洪水预警为下游圩区等保护对象提供多阶段预警,情景化洪水预演以实景化方式分析洪水影响,智能化方案实现防洪预案的快速、自动化生成。通过总结数字孪生淠河建设内容,进一步探讨数字孪生流域建设中存在的难点问题,为相关数字孪生流域建设提供借鉴。

氮氧同位素解析堤垸地表水硝酸盐来源

堤垸是滨湖、滨江低洼地带的一种重要景观,农业面源污染已成为其主要的环境问题之一.为解析堤垸地区地表水硝酸盐污染来源,以洞庭湖屈原垸平江河段为研究对象,采用稳定同位素及水化学分析方法定性识别污染来源,并结合MixSIAR模型量化不同污染源的贡献率.结果表明:①硝态氮和氨氮是屈原垸平江河段地表水无机氮的主要赋存形态,时间上,硝态氮浓度在丰、枯水期间无显著差异(p>0.05),而丰水期氨氮浓度平均值高于枯水期;空间上,垸内硝态氮浓度显著低于垸外(p<0.01),而氨氮浓度显著高于垸外(p<0.01).②MixSIAR模型结果表明,化肥、土壤有机氮、水产养殖废水、粪肥和污水是研究区地表水硝酸盐的主要来源,对丰水期地表水中硝酸盐的贡献率分别为33.0%、32.6%、19.4%和11.7%,对枯水期的贡献率分别为26.7%、31.2%、21.5%和16.9%,而大气沉降对地表水中硝酸盐来源贡献较小,仅为3.5%.③研究区地表水硝酸盐转化过程主要以硝化作用为主,未发生明显的反硝化过程.研究显示,研究区地表水硝酸盐污染主要受农业面源污染的影响,污染物主要来源于土壤有机氮、化肥及水产养殖废水,硝酸盐污染防治应考虑化肥使用效率和水产养殖废水处理.

江-湖-蓄滞洪区聚合调洪演算模型研究与应用

为提高纳入蓄滞洪区的河道洪水模拟精度和效率,更大限度发挥蓄滞洪区的综合利用效益,建立了以大湖模型为基础的江-湖-蓄滞洪区聚合调洪演算模型,提出考虑蓄滞洪区运用影响的洪水模拟方案。以鄱阳湖区2020年实际来水作为边界条件,以2020年7月1日为起始时刻开展单退圩堤启用与否工况下的洪水实时调度模拟。模拟结果表明:构建的江-湖-蓄滞洪区聚合调洪演算模型可以合理快速地模拟蓄滞洪区启用时的鄱阳湖水位变化过程。鄱阳湖区单退圩堤启用分洪效果显著,能够降低湖区水位0.2~0.3 m,模拟结果与实际过程相近,如不分洪,湖口站最高水位将超过保证水位。研究成果可为蓄滞洪区调度和水旱灾害防御提供更精确的水文信息支持。

基于GIS技术的水文模型在圩区水环境研究中的应用

基于GIS技术的水文模型应用日益广泛,文章针对圩区特点的地域空间,提出了相应的水文模型建立和模拟方法,通过SWAT与SWMM模型相耦合的方式模拟圩区水文过程,分析水文模型在解决圩区内涝风险、污染物扩散和水环境治理等问题的应用方向。

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。

基于小圩形态指数的宣芜平原圩田景观肌理量化研究——以固城湖永丰圩为例

在当代乡村农耕景观高质量发展与提质增效背景下,以量化分析技术精准研判圩区景观风貌,利用小圩形态指数分析解译典型圩田景观肌理成为乡村景观研究纵深发展的基本问题之一。面向典型圩田肌理特征量化研究需要,综合景观肌理研究的既有成果,确定小圩延伸率、矩形紧凑度、凹凸度、椭圆形状指数和分形维数5项标识性形态指数。以南京固城湖永丰圩为例,将其小圩二维边界转译为指数数据,选取SOM神经网络、K-means等机器学习方法构建圩田肌理识别模型并对样本圩区进行集成解析,实现圩田肌理的表征识别与聚类分析。相关结果为圩田景观肌理研究提供了一种小圩形态指数聚类分析方法,为深入探索乡村景观肌理统计测量技术提供研究参考。

考虑灌排运行特点的南方平原圩区分布式水文模拟

为探究适合中国南方平原圩区的水文模型及平原圩区建模与参数率定方法,把握平原圩区内部水循环规律,该研究以巢湖流域庐北大圩为研究区,基于改进SWAT(soil and water assessment tool)模型,提出了一种基于“burn-in”算法与模型河网及子流域人工修正手段的空间离散方法,考虑圩区灌排运行特点后,通过添加虚拟水库,构建了平原圩区多水源灌溉系统,通过对不同大小及特征圩区进行分类,提出了以月尺度为主的多目标参数率定方法。模拟结果表明,大部分圩区出口月径流的相对误差在±15%以内,决定系数大于0.65,纳什效率系数大于0.6,模拟效果处于中等或良好水平,表明改进SWAT模型及该研究提出的平原圩区建模与参数率定方法适用于庐北大圩的水文模拟。水量平衡与灌溉用水模拟分析结果表明,研究区的降水与外河引水主要转化为径流和蒸散发,外河引水量近似等于泵站抽排量,径流系数相对较小,大圩外河是主要灌溉水源,不同时间段内不同水源的可供水量差异明显。考虑灌排运行特点的分布式水文模型为中国南方平原圩区水管理提供了一种有效的手段。

基于MIKE 21的圩区河网水动力调控方法研究

【目的】我国南方平原地区地势低缓,河网结构复杂,为快速解决该地区因河网水动力不足而引起的水环境问题,急需研究河网水体运行状况调控方案。【方法】以太湖流域南浔区沈庄漾“溇港圩田”河网作为研究对象,构建Mike 21 FM二维河网水动力模型,结合研究区河网改造后的水利工程布置和调度规则,提出定位增压的7种水动力调控方案,模拟分析河网在不同方案下流场分布规律,探究圩区河网水动力提升和流场改善的优化调度方法。【结果】模拟结果表明:活水和引排水方案虽能有效改善河网水动力,但对于中心水塘的水动力驱动效果不佳。在开启西南侧河道水泵和西部泵闸的情况下,河网内大部分区域的流速基本能维持在0.05 m/s左右,部分河道的流速能达到0.3 m/s以上,并且对中心水塘水体驱动效果最好。【结论】综合分析表明:所设计的7种调控方案均能有效地提升河网水动力,在开启西南侧河道1台水泵和西部泵闸时,流场分布最均匀且水动力整体提升效果最佳。研究结果可为南方平原河网的水利工程水动力调控提供参考。

太湖流域圩区排涝分级调度影响研究

【目的】近年来随着太湖流域圩区排涝能力建设,流域洪涝风险逐渐由圩区向圩外河道转移,圩区排涝与区域、流域防洪间的矛盾日益凸显,为缓解这一矛盾,【方法】研究提出了圩区排涝泵站的分级调度方案,并以武澄锡虞区为典型区域,采用水动力模拟的手段,对不同降雨条件下调度方案改变对洪水演进过程的影响进行了研究,将分级调度方案与现状调度、减小动力及抬高起排三种方案进行了对比分析。【结果】结果显示,减小动力方案在遭遇高强度暴雨时无法及时排涝,导致圩区发生内涝灾害;抬高起排方案在利用圩区蓄水时未能有效利用圩外河道的行洪能力,无法有效降低圩外河道洪峰水位;分析提出的分级调度方案充分利用了圩内调蓄与圩外行洪能力,同时保障了圩内、外涝风险可控。【结论】结果表明,在合理的分级方案下,分级调查可以在确保圩内洪涝灾害风险可控的前提下降低圩外河道行洪压力,实现圩内-圩外洪涝风险的动态共担。

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．

平原河网地区稻田排水过程及其受外河影响的研究

为了探寻符合平原河网地区特点的排水系统最佳布置及管理方案,根据江苏常熟稻田排水观测试验,结合田间水文模型-DRAINMOD模型,分析了河网地区独特的水量平衡关系,确定了稻田排水量以及农田与外河的交换水量,并根据研究区的排水要求计算了可以削减的排水量。结果表明,在现有灌排制度下,生长期内稻田实际排水量约816mm,远高于当地所推荐的适宜排水量,可削减排水量约216mm,占目前灌水量的21.4%;按照当地所推荐的适宜排水量,利用DRAINMOD模型,当暗管埋深为90cm时,排水间距以25m为宜。研究区农田与外河的水位差较小,当外河距离农田大于30m时,实际水量交换很小;外河对农田的影响主要表现为对农田排水系统功能的抑制作用。

温润地区平原圩区产流机制研究

圩区广泛分布于我国南方大河的中下游沿江和滨湖地区，是重要的农业生产基地。但由于该地区低洼，地下水埋深浅，洪、涝、渍灾害特别严重，给农业生产带来不利。因此开展洪涝预报和渍害治理至为重要，而降雨径流计算是其首要解决的问题。从分析圩区自然地理特性和产流机制出发，建立了适合圩区的产流模型。其物理概念明确，结构简单合理，参数易于调试。对上海青浦县香花试验区１０场降雨径流模拟分析表明。

基于HEC_HMS水文模型的秦淮河流域圩垸式防洪模式洪水模拟

圩垸式防洪是我国东部平原水网区和一些中等流域的普遍防洪模式.构建秦淮河流域考虑圩垸的HEC_HMS水文模型,对流域进行降雨径流模拟.比较分析了有圩垸及无圩垸防洪模式对流域洪水的影响.结果表明,HEC_HMS模型应用方便,对秦淮河流域具有良好的适用性,可用于对流域的洪水过程进行模拟预报.秦淮河流域圩垸式防洪较无圩垸式防洪洪量削减均值超过10%、洪峰削减均值超过10%,有效地削减单次洪水的洪量及洪峰.洪水规模越小,圩垸对洪量的影响越显著.本文考虑的圩垸分布情况,圩垸式防洪模式对于流域防洪起到了积极作用.

疏浚、排水和开垦 荷兰低地圩田景观分析

荷兰低地的自然景观是由瀉湖、沼泽、海湾、河口组成的持续变化的三角洲景观体系,长达约6个世纪中大规模泥炭圩田开垦和始于17世纪的大规模湖床圩田的开垦,将这块介于大陆和海洋之间的流动的蛮荒之地转化为一个相对稳定丰产的富饶之地。圩田成为荷兰低地最为重要的乡土景观类型,综合了农业生产、水利调控和城镇建设,文章将简要论述荷兰低地圩泥炭圩田和湖床圩田的发展历程,然后从景观空间、水文流域和社会自治的角度对其加以分析,试图对圩田这一荷兰典型的乡土景观有一个较为全面和深刻的理解。

基于SWAT模型的大通湖垸生态需水量研究

采用SWAT模型对大通湖垸的年平均径流过程以及非点源氮磷负荷进行模拟。结果表明：SWAT模型能够较好的模拟大通湖垸自然状态下的径流过程以及非点源氮磷分布,径流模型的效率系数和决定系数达到了0.79和0.67。氨氮和总磷负荷模型的决定系数分别达到了0.64和0.58。结合SWAT模型采用功能分析法计算了维持大通湖垸内水体正常生态环境功能所需的最小生态补水量。研究不同水文时期生态补水量,可以为大通湖垸内水资源的合理利用和调度提供理论依据。

赣江下游平原圩区水文过程模拟

不同于山区丘陵地区,平原圩区地形平坦,河网交错,水文过程复杂不确定,且缺乏有效的水文观测数据,因此SWAT模型的构建和应用受到较大的限制。以赣江下游平原圩区蒋巷联圩为例,在充分调查研究区水文过程的基础上,结合人工干预技术,经过电排站出口和河道概化、汇水区划分和子流域边界修正,完成了研究区SWAT模型子流域概化;以2006年-2008年圩区电排站的抽水量数据为基础,进行了圩区水文过程模拟。结果表明,各汇水区率定期的决定系数R2达到0.63以上,Nash-Sutcliffe效率系数NSE达到0.70以上;验证期R2达到0.70以上,NSE达到0.79以上。采用人工干预的方法能使SWAT模型子流域划分更加符合实际,使SWAT模型能够应用于平原圩区,并达到较好的水文过程模拟效果。

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。

堵港蓄淡水库水体淡化预测研究

本文采用Delft3D三维分层模型研究堵港蓄淡水库水体淡化过程。用浙江省漩门二期堵港蓄淡水库长历时观测资料对模型进行验证和参数率定,水位、盐度及其分层的计算结果和观测资料基本吻合;在此基础上,该模型用于预测2004～2006年漩门二期堵港蓄淡水库在设计水文条件下运行时库内水体淡化过程及其效果。计算结果表明水库表层水体受径流影响较大,盐度下降很快,致使盐度分层明显,枯水年局部表层水体会出现返咸现象;深潭底部水体淡化很慢,应采取排盐措施。

基于SWAT模型的圩区农业非点源污染模拟

以荻泽联圩为研究对象,应用SWAT模型模拟太湖流域典型圩区农业非点源产污规律,建立了研究区域的非点源污染基础信息库,实现了流域的空间参数化过程;将参数化过程中提取的模型参数纳入到数据库中统一管理,按照模型要求建立了数据库字段和参数内容的对应表,解决了模型运行时众多离散单元的自动赋值问题;采用虚拟水库控制技术,解决了SWAT模型在控制出流的圩区中的应用弊端。