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。

河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程

河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程从黄河小浪底水利枢纽的配套工程西霞院水库引水,自西向东新建1条输水总干渠,为温孟武滩区2.18万hm^(2[2])灌区提供水源,并向武嘉灌区、人民胜利渠灌区及大功灌区补水,是国务院确定的172项节水供水重大水利工程之一,同时也是河南省委、省政府实施“四水同治”战略首批推进的10项重大水利工程之一。从工程建设的必要性、工程总体布局、工程主要建设内容和规模、工程地质、工程设计以及建成后的工程效益6个方面对河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程进行分析。

基于植入式分布式光纤传感技术的引黄涵闸混凝土温度监测方法及其应用

准确获取混凝土浇筑及固化过程中的温度特征参量变化对于了解及掌握黄河流域引黄涵闸工程建设中混凝土开裂产生原因具有重要意义。目前黄河流域引黄涵闸建设工程中主要采用热成像方式测量其表面温度,难以实时获取混凝土的整体温度特征。采用植入式分布式光纤传感技术在对引黄涵闸工程山东段混凝土温度进行监测,在混凝土浇筑前,将传感光缆预先布设于结构钢筋两侧,从而实时有效地监测混凝土浇筑和固化过程中的内部温度特征。实验结果表明,采用植入式分布式光纤传感技术,可以实时监测混凝土各个点位的温度变化及固化过程中的温度异常点,同时,该方案可以有效分析混凝土固化过程中温度特征及整体变化情况。依托分布式光纤传感技术实现引黄涵闸混凝土温度监测,对黄河流域同类工程建设具有重要的借鉴意义。

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。

RMO砂浆在引黄济青胶州段水闸维修中的应用

以引黄济青工程胶州段水闸维修加固为例,详细阐述了RMO砂浆的材料特性、施工工艺及修复效果等,为类似工程设计施工提供了实践参考。

青岛市黄水东调长输管道工程水土流失防治研究

长输管道工程跨度大,沿线经过不同的侵蚀类型区,受地形、地貌、气候等因素影响,形成的水土流失形式也各不相同,需要按照不同的分区采取有针对性的防治措施。本文以青岛市黄水东调承接工程为例,探讨了长输管道工程水土保持设计技术,对水土流失特点进行分析总结,确定科学合理的水土保持措施体系,以期为编制类似项目水土保持方案、合理布设水土保持措施提供参考。

引黄济青青岛段渠道断面流速测量与分析

论述了采用实时动态测量技术(RTK)和手持式流速仪进行渠道断面流速测量的方法,并结合地理信息系统(GIS)技术进行数据处理和成图,旨在通过对引黄济青青岛段渠道流速和流量的精确测量,更好地评估渠道水文动态,为水资源的合理利用和环境保护以及突发水质安全应急响应提供数据支持,为渠道的运行管理、水资源调配和环境保护提供科学依据。

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。

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。

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。

黄河流域水资源配置方案研究

随着南水北调工程实施、水资源量变化和用水情况变化等,为保障重点地区和重点行业的用水安全,需要调整黄河流域水资源配置方案。经过综合分析黄河水资源配置原则,考虑协调区域发展与河流健康,协调好生活、生产、生态用水的关系,提出了南水北调东、中线工程生效前后和南水北调西线一期工程生效后黄河流域的水资源配置方案。

穿黄隧洞预应力双层复合衬砌结构受力特性研究

结合穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型试验,采用三维非线性有限元方法进行计算分析,跟踪对比试验中无垫层衬砌段(联合承载)、有垫层衬砌段(独立承载)2种结构的试验监测数据,研究这种新型双层复合衬砌结构的受力特性。计算采用考虑接触的非线性有限元方法,模拟仿真模型试验中管片拼装、分层填土、内衬预应力张拉,以及内水压力施加(充水)的实际过程,研究管片之间以及内外衬之间的缝隙状态和传力机理。研究结果显示:即使内、外衬处于完全张开状态,无垫层模型的预应力荷载也可以通过插筋传递到外衬,表明插筋是实现内外衬砌联合承载的重要结构措施;有垫层模型内外衬砌具有独立承载特性。计算与试验成果对比显示,无论是结构变形、缝隙开度还是衬砌应力,两者规律一致、数值接近,其研究成果可供类似工程参考借鉴。

万家寨引黄工程的调度控制和运行

万家寨引黄工程调度控制和运行系统是一个复杂的自动化监控系统,分为6个单元:①万家寨水库—申同嘴水库;②申同嘴水库—分水闸;③南干一级、二级泵站—头马营隧洞出口;④汾河河道和汾河水库;⑤北干运行单元;⑥供电系统。包括系统的安全运行,稳定运行,经济运行,设备的安全运行,系统的集中、统一控制及调度5个部分。

南水北调西线工程可调水量分析

南水北调西线工程可调水量是关系到调水工程是否可行的关键问题之一。通过对调水地区水资源和影响南水北调西线工程可调水量的各主要因素的分析，对通天河、雅砻江、大渡河3条河代表性引水坝址的可调水量进行了分析，认为西线工程有可靠清洁的水源保证，设计年调水量190亿m3。

大型复杂引水系统运行调度仿真模型研究

万家寨引黄工程运行调度系统是一个大型复杂引水系统。本文以该系统为背景，建立水资源供需分析、水库调度、地下水资源调蓄、水力瞬变输水过程、水文与工程数据采集处理等三个层次的计算机仿真模型，提出“水资源可持续利用量”的概念，研究系统的合理调度方案和特性参数以及满足未来用水需求，保证环境生态逐步恢复的管理策略，促进供水区水资源的可持续利用。

南水北调中线穿黄隧道盾构注浆浆材试验

为满足南水北调中线工程穿黄隧洞盾构施工工法要求，对研制开发的水泥-膨润土-水玻璃系双液塑性壁后注浆材料，通过室内模拟注浆试验，重点探讨了材料组分对注浆材料流动性、稳定性、凝胶特性、强度等性能的影响。结果表明：凝胶时间可控制在10s左右；不同配比注浆材料1h单轴抗压强度为0．08～0．12MPa，28d为7．81～8．52MPa；渗透系数为2．0×10^-8cm／s；模拟注浆时浆液不被水稀释，充填良好；且不会对地层产生劈裂，也不会向开挖掌子面渗漏。