水网布局下黄河流域应对极端枯水的关键科学问题

变化环境下极端气象水文事件频发,长江、黄河面临同枯风险。在国家水网建设背景下,为提高长江、黄河同枯的极端不利情景下黄河流域水资源安全保障能力,本文分析了长江、黄河两大流域水资源安全面临的现实问题,识别了变化环境下大型流域枯水遭遇—水危机形成—跨流域调水潜力—多线路成网互济—极端枯水下水资源安全保障中亟需破解的关键科学问题,构建了水网布局下黄河流域应对极端枯水的总体研究框架,提出该领域重点研究方向包括:变化环境下长江、黄河极端枯水遭遇规律与空间变异机制,水危机风险多链路传导与复合影响定量评估,极端枯水下跨流域调水挖潜增供,长江和黄河跨流域联合调配与多线路互济精细化调控、极端枯水下流域水资源韧性提升优化调控等。

基于HHO的跨流域调水工程受水区水资源优化配置研究

跨流域调水工程是解决我国水资源时空分布不均和缓解水资源供需矛盾的重要措施。山东省黄水东调工程、引黄济青工程和胶东调水工程是缓解胶东地区潍坊、青岛、烟台、威海四市水资源紧缺问题的重要跨流域调水工程。为充分发挥调水工程社会和经济效益,在考虑受水区缺水量、工程输水能力及沿途分水口门设计流量等基础上,以受水区四市综合缺水率最小和调水工程经济效益最大为双目标,构建了胶东地区跨流域调水工程水资源优化配置模型,采用哈里斯鹰优化算法(HHO)求得现状水平年和规划水平年在50%、75%和95%频率时3种不同目标协调机制(以综合缺水率最小为主导、以调水工程经济效益最大为主导及两目标均衡)16个分水口门的调水方案。结果表明:(1)通过调水工程调引黄河水和长江水,使四市缺水量大幅减少;(2)当经济效益目标所占比重越大时,计量水价越高的分水口门供水量越大;(3)从三个调水工程利用程度来看,黄水东调工程利用程度最高,其次为引黄济青工程和胶东调水工程。本文为山东省胶东地区跨流域调水工程的水资源配置提供了决策支持。

不同水源特征水库中溶解性有机物的光学特性对比

为考察A水库(“引黄工程”水源水库)与B水库(普通类型水库)的溶解性有机物(DOM)在相对分子质量大小、组成特征及来源方面的差异,采用紫外-可见光谱技术以及三维荧光光谱技术结合平行因子分析法,针对A水库和B水库水体中DOM的吸收参数特征和荧光特征进行了研究。结果显示:A水库和B水库的DOM均有较强的自生源特征,但两水库的DOM在组成特征和来源上存在一定差异。B水库样本中存在长波类腐殖质C1(E_(x)=350 nm,E_(m)=454 nm)、类色氨酸物质C2(E_(x)=300 nm,E_(m)=361 nm)和类色氨酸C3(E_(x)=220 nm/250 nm,E_(m)=347 nm)3个荧光组分,而A水库样本中存在长波类腐殖质C1、类色氨酸物质C2两个荧光组分,说明A水库的组成特征相对更加简单。DOM吸收参数特征分析显示,A水库水质状况良好,其DOM相对分子质量较大,主要来自自生源;而B水库处于富营养状态,其DOM相对分子质量较小,富里酸成分和水体芳香性较高,水生环境中维管束植物输入较为丰富,主要来自入库河流和自生源。光谱指标差异性分析显示,A水库DOM外源输入比例小于B水库,同时A水库的水质污染源更多以陆源输入为主。研究揭示了水库中DOM的光学特性,可反映水库的环境污染程度和富营养化程度,为进一步探究DOM在不同水源特征水库的环境行为特征及水库水质保护等提供参考。

山西省万家寨引黄一期工程渡槽伸缩缝渗漏水的维修

伸缩缝是大型混凝土建筑物为适应温度变化而设置的一种水平变形缝,在工程实践中对于水工混凝土建筑物而言,渗漏是一种比较常见的工程病害,这种病害严重威胁到整个工程的长久安全稳定运行,应予及时进行维修。在国内工程实践中,针对渡槽伸缩缝渗漏这种工程病害的治理和维修一直未有效解决。介绍了一种新施工工艺,在原伸缩缝位置开槽替换原来的嵌缝材料,之后粘贴U型GB复合橡胶止水带并用不锈钢压板固定,其上再用环氧砂浆补平,表面再涂刷环氧胶泥进行封闭。这种施工工艺施工十分简便,造价又相对较低。通过实际施工检验,工程效果较好,十分值得推广应用。

基于黄河流域水资源均衡调配的南水北调西线一期工程水量配置

南水北调西线一期工程生效后黄河流域水量分配模式决定了黄河流域水资源配置格局重塑和南水北调西线工程供水效益评价,为国家水网构建提供重要技术支撑。考虑西线供水范围可覆盖黄河主要供水区的特点,西线调入水量应与黄河流域水资源统一配置,考虑生态优先、公平为主兼顾效率的原则,构建了流域用水分级配置方法,建立了基于流域水资源均衡调配的西线调入水量配置模式,开展了不同情景优化配置方案研究。结果表明:南水北调西线一期工程调水80亿m^(3),配置给黄河河流生态用水33.70亿m^(3),配置给流域河道外经济社会用水46.30亿m^(3),其中95%以上配置给黄河上中游地区,流域缺水率降低至7.0%~8.3%。优化配置方案体现了生态优先原则,保障了黄河河道内基本生态环境用水,均衡了河道外经济社会用水的公平和效率,有效缓解了流域缺水。

寻求南水北调西线项目的替代性方案

鉴于我国水资源南北区域分布不均衡,20世纪50年代开始党中央就提出南水北调工程。2002年,《南水北调工程总体规划》获得国务院批准,规划建设东线、中线、西线工程。目前中线、东线一期工程已经建成通水,南水北调后续工程是否为西线工程、西线工程何时开工为各方关注。但从工程安全性、经济合理性角度出发,南水北调西线工程都应放弃。取而代之的,把更多黄河之水用于中上游地区,增设中上游短距离引黄工程。与此同时,可增加南水北调中线、东线向北调水量,以满足黄河中上游用水增加时中下游的用水需求。除此而外,可以采取节水、节约粮食、海水淡化、南水南调、优化经济结构多种政策管理方式,进一步改善我国南北区域的用水需求。

南水北调西线工程受水区节水潜力研究

科学论证南水北调西线工程调水规模,需要以充分考虑黄河流域节水潜力为基础。以南水北调西线工程受水区为研究区域,分析了不同行业的节水现状、节水潜力及面临的问题。结果表明:黄河流域现状节水总体达到国内较高水平,但空间分布不均匀;黄河流域毛节水潜力约为25亿m^(3),净节水潜力约为19亿m^(3);西线工程受水区毛节水潜力约为21亿m^(3),净节水潜力约为16亿mm^(3);农业节水潜力占全流域及西线工程受水区节水潜力的80%以上;黄河流域节水潜力远低于缺水量,且农业节水量难以转让给其他行业;资源性缺水是根本问题,未来需要通过建设跨流域调水工程解决黄河流域缺水问题。

引黄水源水库平--丰水期有色可溶性有机物(CDOM)的来源、组成及差异分析

为探究引黄水源水库——门楼水库平水期和丰水期有色可溶性有机物(CDOM)的组成特征、来源及差异,运用紫外可见光谱技术(UV-vis)和三维荧光光谱(EEMs)技术,结合平行因子分析法(PARAFAC)分析2022年5月(平水期)和2022年7月(丰水期)有色可溶性有机物含量及组分变化。研究结果表明:PARAFAC识别出2类荧光组分,分别是C1(Ex=355 nm,Em=476 nm,类腐殖质组分)和组分C2(Ex=225 nm,Em=320 nm,类蛋白组分);丰水期CDOM组分荧光强度显著高于平水期。CDOM光谱参数表明,门楼水库水体处于中营养状态,水体CDOM受新生内源和外源输入共同影响,以自生源为主;水库CDOM具有相对分子量小、腐殖化程度较弱的特点。丰水期水库富营养化水平和CDOM相对浓度低于平水期;丰水期CDOM疏水性组分比例和芳香化程度高于平水期。水质理化指标、CDOM组分和光谱参数相关性分析结果表明SUVA_(260)和SUVA_(280)与DOC呈显著负相关,说明紫外可见光谱参数在一定程度上可以用来估算DOC的浓度;Chl.a浓度作为表征浮游植物生物量的指标,与DOC、a_(254)呈显著正相关。研究揭示了门楼水库水体CDOM的荧光特征、组分来源响应机制和水期差异,为进一步探究CDOM在引黄水源水库的环境行为特性、对水体富营养化的贡献以及对其它污染物环境行为的影响等提供基础资料。

山东某大型灌区续建工程水土流失预测及防治措施

为评价山东某大型引黄灌区续建工程建设过程中可能带来的水土流失问题,并进行科学合理防治,首先对灌区水土流失进行预测,其次针对灌区工程建设,分析灌区水土流失防治目标,据此提出针对性的防治措施与监测建议。运行期监测措施尤为重要,应按设计要求及时采集分析监测数据,以期为水土流失防治提供准确依据。

引黄入冀补淀工程泥沙处置分析与探索

在详细分析黄河下游引黄入冀补淀工程沉沙池的生态环境、泥沙开发利用现状的基础上,结合泥沙特性,总结黄河下游泥沙处置的制约因素,分析泥沙处置成本并解读相关政策。以保障供水安全、生态安全、经济效益等多种需求为背景,探索沉沙池清淤泥沙处置途径。可利用引黄入冀补淀工程沉沙池现有条件,进行挖泥船动水清淤和泥沙分选,把该工程泥沙处置项目建设成地、水、泥、光、风复合利用的新型泥沙处置示范性项目,以期提高黄河泥沙处置能力以及引黄入冀补淀工程经济效益。

清代黄运引河刍议

引河是清代黄运两河治理中的重要工程措施之一,主要分为裁弯取直引河、控水导流引河、减水分溜引河等。与其他河道工程相比,引河控水化险能力强,解决问题较为彻底,但同时也具有技术难度高、工程量大、后期维护成本高等缺陷。

黄河话语中的中原城市群国际形象建构研究

黄河流域城市在国际媒体中的建构是审视相关城市知名度和美誉度、塑造城市国际品牌的重要依据。采用语料库辅助话语研究方法考察《中国日报》25年间(1995—2019年)黄河报道中8个高频出现的中原城市形象,发现郑州被建构成充满活力的区域性大都市,开封是宋朝文化深厚的旅游名城,三门峡为文化丰富的生态旅游城市,新乡是蓄势起飞的加工基地,洛阳为历史文化厚重的文明古都,兰考是脱贫模范县,济源则为地质旅游之都;中原城市群的整体形象为历史文化厚重,旅游资源丰富,整体发展迅速但实体经济仍然落后。相关城市应深挖本土黄河文化特色,在供给侧给对外媒体提供足量、真实的信息;对外媒体也需调整属性议程设置,优化报道主题,为国际社会呈现立体全面真实的中原城市群。

山西中部引黄取水口围堰岩梗爆破拆除技术

山西中部引黄水源工程取水口位于天桥库区内,取水口围堰采用预留岩梗型式,最大高度12m、其中水下部分7m,岩梗厚度1.7~5.6m,围堰岩梗前期采用钢管桩和内支撑梁板进行加固,需拆除的岩梗距离进水塔结构最近处仅约1m,距离天桥水库生产生活区均较近。为保证拆除后满足进水及边坡安全要求和避免爆破有害效应损坏进水塔永久结构和周边天桥水库设施,通过确定合理的爆破控制标准,对岩梗不同部位合理布置减震孔、预裂孔、光爆孔并差别化装药,采用孔外和孔内双延时,最大单段药量不超过9kg。项目中采用的微震爆破技术有效地将爆破有害效应控制在安全允许范围内,最终爆破效果达到了预期目的。

阳谷县引黄灌区节水工程水土保持措施研究

大型水利工程建设,工程扰动范围大,极易引起水土流失。阳谷县引黄调水工程是山东省的大型水利工程,水土保持设计工作十分重要。根据灌区节水工程施工特点,科学合理划分水土流失防治范围,明确防治要求和标准,确定项目等别和水土保持基本措施,进而对工程进行了科学、全面的水土保持防治措施设计,最大限度地保护生态环境,减小了水土流失危害,为类似水利工程水土保持措施设计提供参考。

引黄引岳输水水文监测分析

以2017年河北省引黄引岳输水为例,分析其水量平衡、泥沙监测及水质情况。研究表明:工程沿线引黄水量损失率为0.3%,引岳水量输水率为60%,输水过程中最大瞬时含沙量0.679kg/m^(3),未超过控制值,且输水期间水质符合国家标准。通过分析引黄引岳输水水文监测技术,为推动该地区的水资源管理及生态安全提供技术支撑。

预应力钢筒混凝土管(PCCP)的计算方法

在山西省万家寨引黄工程、南水北调等重大工程之中,采用了预应力钢筒混凝土管(PCCP),如何对其进行计算分析十分重要。在此,对现有的结构计算与数值计算这两类PCCP计算方法进行了全面的综述与评价,分析其各自的优势与局限性,并给出算例加以说明,最后指出了未来PCCP计算方法的可能突破方向与发展趋势。

南水北调穿黄隧洞工程预应力混凝土施工技术

在简要介绍南水北调穿黄隧洞断面结构及锚索布置的基础上,详细介绍了该隧洞衬砌施工中采用的有黏结后张法环形预应力混凝土施工工艺,具体分析了混凝土浇筑、锚索张拉、锚具槽回填、孔道灌浆等工序的施工流程、方案及施工技术。施工实践表明,南水北调穿黄隧洞工程是有黏结后张法环形预应力混凝土施工技术在我国大洞径、高水头有压输水隧洞衬砌结构工程中的又一次成功应用,完全满足对预应力控制的条件,各项指标均达到设计要求,取得了较好的效果。

分部分块开挖施工工艺在特大涌水土洞斜井开挖中的应用

在涌水条件下进行土洞斜井开挖时,地下水主要集中于开挖掌子面底部,给开挖工作增加了很大难度。为了解决地下水对开挖作业面的影响,提出了分部分块开挖施工工艺。这一施工工艺在山西万家寨引黄北干支北03-1特大涌水条件下土洞斜井开挖施工中得到了应用,有效地避免了地下水对开挖的影响。文中对该施工工艺原理进行了分析论述,对同类工程施工具有重要指导意义。

穿黄隧洞形变检测及三维数字仿真管理系统研究

穿黄工程是南水北调中线总干渠穿越黄河的关键性工程,其中穿黄隧洞工程技术难度最大。穿黄隧洞采用双层衬砌结构,工程地质条件复杂,其在多变的水土压力作用下的变形情况直接关系到穿黄隧洞的运行安全和南水北调中线工程的正常供水。以三维激光扫描技术为工具,获取了穿黄隧洞过水面的三维信息,采用自主研发的"隧道形变检测/监测系统"对隧洞进行形变检测,并建立了穿黄隧洞三维数字仿真管理系统。将测绘技术应用于穿黄隧洞的运行管理,可提供可靠的技术支撑。

引黄入晋—万家寨引黄工程综述及高新技术应用

引黄工程是从根本上解决山西水资源紧缺,促进山西经济社会发展和生态环境可持续发展,维系国家新型能源和重化工基地发展的大型跨流域引水工程。介绍了万家寨引黄工程的线路组成和水工建筑物布置情况。介绍了三项高新技术:隧道掘进、预应力钢筒混凝土管道输水及预应力数字化张拉技术在引黄一期工程中的应用。研究了三项技术的关键技术环节,针对实际应用时的工程条件及施工难点,提出相应的施工方法及对策,为今后类似水工建设工程项目施工提供参考。