感潮河段江滩湿地水体交换模拟与调控措施研究

保障湿地水体交换能力对完善湿地功能,维持湿地生态系统的健康至关重要。南京绿水湾湿地是长江江滩湿地,具备多种湿地特点,动力条件复杂。以绿水湾湿地为研究对象,通过构建二维水动力―水龄耦合数学模型,模拟了现状和不同闸、泵调控措施下各区域的水动力特征及水体交换能力。结果表明:现状工况湿地内部水面覆盖率低,水体交换能力差,大部分区域水体交换时间在7 d以上,甚至是14 d以上;建闸后虽然增加了枯季的水面覆盖率,但明显减弱了湿地内水动力,延长了各区域换水周期,换水周期大于14 d的区域明显增多;补水泵站的运用整体上缩短了大部分区域的换水周期,使得水域流速大于0.010 m/s的区域面积明显增加,换水周期大于14 d的区域面积减少。建闸蓄水后,为预防藻类暴发,需控制湿地内水体的换水周期在14 d内,结合各区域水动力和水体交换特点,提出了闸门生态调度、布置净水能力较强的挺水或沉水植物、增设补水点等调度策略。

感潮河段城市湿地水动力模拟及改善方案研究

湿地具有固碳释氧、涵养水源等作用,改善水体交换能力是湿地研究热点之一,但关于潮汐变动水位条件下湿地水体调控措施的探究相对较少。以长江南京段绿水湾湿地为例,建立平面二维水动力模型,开展感潮河段城市湿地水动力模拟及改善方案研究。计算不同水文条件及闸泵调度方案下湿地流场,分析潮位变动对绿水湾湿地水动力的影响,分析不同闸泵调度措施对水体流动性的改善效果。研究表明,闸泵联合调度可使枯季大部分区域水动力明显增强,但仍存在主槽外坑塘等局部滞水区,需通过湿地植被重构的方式提高水体自净能力。对易暴发藻类的4—5月,闸泵联合调度可较好改善绿水湾内上游区域的水动力条件,对于改善效果并不明显的下游区域建议增设补水点,降低水体富营养化风险。本研究可为绿水湾湿地的设计、建设与管理提供科学依据。

中顺大围河网水动力水质调度模拟系统研究

珠江三角洲河网水系复杂,联围众多,其中以中顺大围水系结构最为复杂、闸泵群联合调度难度最大。为充分挖掘水工程联合调度对水量水质的调控潜力,以中顺大围作为研究对象,构建中顺大围一维水动力-水质耦合模型,实现各闸泵调度方案下的围内水量水质过程模拟;在此基础上,建立闸泵群联合优化调度模型,实现在不同引换水条件下闸泵群调度方案的最优决策;最后基于水量水质模拟及调度模型研发了中顺大围河网水量水质调度模拟系统,实现中顺大围水动力特性模拟、污染物浓度及水质变化动态模拟、水污染应急调度及过程可视化,形成了中顺大围水系连通下基于闸泵群联合优化调度的水量-水质模拟调控技术体系。基于该系统对2个典型场景进行实例分析,结果表明:在进行优化调度的情况下,调度时段末围内COD和NH3-N的加权浓度分别相比不进行优化调度的情况改善了10.26%和27.27%,调度效果显著,可为中顺大围水量水质调度决策提供可靠的技术支撑。

感潮河网口门处舾装码头工程对引排水的影响

与内陆地区相比,城市感潮河网在防洪排涝和水环境保护等方面面临较大压力,沿江水闸利用潮差进行内河引排水是提升感潮河网防洪排涝能力、改善水环境的有效途径,但临江工业的发展与感潮河网引排水容易形成矛盾。以南通农场闸闸口附近的惠生重工3#舾装码头新建工程为背景,采用数学模型研究舾装码头工程对感潮河网引排水的影响,提出一种将船舶概化成活动闸门的船舶阻水作用分析的等效处理方法,并验证其合理性。研究认为舾装码头工程口门拓宽疏浚措施对感潮河网排水排涝有利、对感潮河网引水不利,口门泊船对感潮河网引排水影响甚微。

平原河网地区感潮河段排涝泵站规模论证研究

本文以广东省中山市西河泵站工程为例,根据中顺大围现状排涝分区与体系,采用水量平衡法、等流时法、一维水动力模型法对泵站规模进行论证研究,分析得出泵站的排涝设计流量,为平原河网地区感潮河段排涝泵站规模论证提供参考。

基于MIKE11的杭州萧山机场排涝现状及优化提升研究

平原区河网尤其在机场处具有复杂的水文结构,防洪排涝工作至关重要。以杭州萧山机场为例,采用MIKE11构建一维河网水动力模型,通过已有排水泵站的不同开启工况分析其排涝现状,并针对其现状提出相应的优化提升方案。结果表明,杭州萧山机场西工作区现状整体排涝能力达不到20年一遇标准。在排涝优化提升方面,建议使用强排换调蓄,采用“强排为主,调蓄结合”的排涝思路,形成“骨干河道+强排泵站”的排涝总体格局。

基于分流比法对河网水系排涝泵站规模的拟定分析——以广州市增城区十字海、百花涌、龙湖西涌泵站工程为例

为保障增城区东江北干流沿线围内洪涝水安全,应对近年极端天气增多、外江洪潮水位抬升、城市化程度加大等不利情况,同时避免排涝分区不协调、泵站规模不匹配等问题,统筹协调合理确定内河涌河网水系各排涝出口泵站规模至关重要。通过实地踏勘、资料分析等方式,合理概化河网水系并划分排涝片区,确定分流口分流比,并基于分流比最终确定排涝入流量,采用“平湖法”确定各泵站规模,可为类似工程提供借鉴。

平原河网地区节制闸规模确定方法研究——以上海市苏州河西闸为例

为了研究条件复杂的平原河网地区节制闸闸孔净宽,运用多重理论体系,利用规范界定节制闸闸孔总净宽范围、利用静态水位研究闸孔净宽与河道过水面积关系、利用河网水动力数值模拟研究动态水位下闸孔净宽与过水量关系,并考虑规划衔接性、建设条件许可度等方面,提出了综合确定节制闸闸孔总净宽的一套实用方法体系,并在上海市苏州河西闸闸孔总净宽规模论证中得到了应用。该论证方法体系囊括了理论支撑和实践运用,具有较强科学论证依据,也能被各方较好接受,是一套科学全面、简单易操作的方法体系。

InfoWorks ICM模型在珠海横山片区排涝工程中的应用

利用InfoWorks ICM模块建立一维河网水动力模型,将水闸、泵站、内河涌及沿程涵闸卡口等信息耦合在一起,通过两场实测降雨及运行调度资料对模型进行率定和验证,逐步试算得到科学合理的排涝工程布局、泵站规模和河涌沿程水面线,满足工程设计要求,取得了较好的应用效果,为类似水利排涝工程的水文规划工作提供了借鉴思路。

调水引流改善平原河网水环境质量模拟

为科学定量地评估引调水工程对平原河网地区城市内河水质的改善效果,以张家港市中部水系为例,运用MIKE11构建了河网水动力水质耦合模型,模拟了沿江水利枢纽和内河节制闸不同的调度方式对城市内河水质的影响,利用水质浓度改善率探究了水利调度改善城市内河水质的程度。结果表明:增加沿江水利枢纽引水天数对改善城市内河水质有显著作用,但随着引水天数的增加,NH_3-N浓度改善率日均提升幅度逐渐降低;内河节制闸调度工况对改善城市内河水质起到一定的促进作用,实际调水引流工作中可作为一种辅助措施。

闸控河网水文-水动力-水质耦合数学模型——I.理论

针对流域级闸控大型河网水环境日常管理的应用需求与实际特点,将资料适应性强的水文学方法与数据要求相对严苛的水动力-水质数值模型相融合,构建了一维与二维嵌套、分块组合的闸控大型河网水文-水动力-水质耦合数学模型DHQM(Hydrology,Hydrodynamics,and Water Quality Model for Impounded Rivers)。模型由河道径流模拟、闸坝调度过程模拟、河道水质模拟、区间入流及入河污染负荷估算和水质预警实时校正等5个模块组成。模型可服务于水环境实时预警和调度,也可为闸坝水文环境效应的量化提供基础工具。

感潮河网调水过程的数值模拟研究

利用外河潮位和内河水位涨落落差进行内陆河网引清调水和防洪排涝,是改善感潮河网水环境、保障当地供水安全和提高防灾减灾能力的一种有效途径。本文根据Saint-Venant方程组和Preissmann加权四点隐式有限差分格式建立了感潮河网调水数学模型,该模型应用于浦东新区河网调水过程模拟的结果表明,其计算速度快、精度也较高,可对感潮河网调水水流时空变化过程、闸门开启过程引排水流量以及调水过程引排水总量进行模拟和计算。结合计算智能方法进一步讨论了调水过程外河潮位实时预报、感潮水闸流量的计算和调水模型河网糙率的反演问题。感潮河网调水过程数学模型的研究可以为平原河网地区水资源的智能监控提供支撑平台。

多闸坝河网水系TMDLs计算模型构建及应用

针对多闸坝河网水流控制特征,以MIKE11 HD（hydrodynamic）和AD（advection/dispersion））模块的水量-水质模型为基本模块,通过水位-流量关系及其水位控制,体现闸坝调度对河网水动力及其水质的影响,构建了多闸坝河网水系最大日负荷（Total Maximum Daily Loads Process,TMDLs）计算系统,并应用于淮河流域江苏省沂沭泗水系.利用2006年—2008年及2010年水文、水质监测资料对计算模型的率定与验证.验证结果为：计算区域板浦、沭阳闸下站水位计算值和实测值平均相对误差为0.45%和0.91%,仲集和沭阳（南泓）站CODMn和氨氮的计算值和实测值平均相对误差分别为4%~7.1%和6.5%~20.4%.以2010年（平水年）为设计水文条件,研究区内主要水质受限水体CODMn与氨氮最大日负荷年总计值分别为25276.85吨和1932.56吨.

潮汐河网闸泵联合调度的水环境效应数值模拟

在已建立的西北江三角洲潮汐河网水量水质数学模型基础上,以COD为水质模拟因子,模拟分析了枯水期沙口、石啃的闸泵站联合调度引水情景下佛山水道的水质改善效果。计算结果表明:(1)上游沙口泵站引水对河道上、下游水质均有一定改善效果;(2)中游石啃泵站引水能明显改善下游水质,但由于其引水对佛山涌涌口以上河段的水流会造成明显的顶托作用,当沙口泵站引水流量小于10m3/s时,随着石啃泵站引水量的增加,街边断面水质反而变差;(3)综合考虑各种引水方案下的水量水质模拟结果,要达到较好的水环境效应,沙口泵站引水流量应在30m3/s左右,而石啃泵站引水流量应控制在20m3/s以下。

平原河网地区闸泵群联合调度水环境模拟

为探索闸泵联合调度对水环境的改善作用,以苏州城市中心区为研究对象,基于实测数据构建河网一维水动力-水质数值模型,模拟了45个关键水工调控工程;对污染源做了详细的分类计算,采用实测水质资料对模型进行验证。利用该模型研究了平水年现状调度方案下的水质变化规律,结果表明,CODCr和NH+4-N质量浓度变化与水位呈负相关,且枯水期水质呈现西北好东南差的特点。针对此特点,提出利用城市中心区闸泵群对西塘河引水量进行再分配,作为枯水期水质改善的调度方案,模拟结果表明,在新的调度方案下,大部分区域的水质都能达到更优一级的标准,各站点的污染物浓度都有大幅减少,最多减少了49.7%。

基于水动力河网模型的引江泵站规模论证研究

以江苏省南通市引江供水区为例,建立了水动力河网模型,论证了新建泵站的必要性和泵站规模。研究结果表明:仅靠目前五大引水闸自流引江不能满足规划用水的要求;泵站规模越大,抽水量越大,但泵站规模大于180 m^3/s时,内河最低水位的抬高会导致水闸自流引江时间、引水量相应减小,而自引、抽引总水量增加并不明显。从增加供水量、抬高河网水位和影响水闸自流引江量多个方面进行综合考虑和分析,认为新建规模为150 m^3/s的九圩港泵站经济、合理且可行,满足规划用水要求。计算结果较好地反映了滨海感潮河网地区长江潮位、水闸自引、泵站抽引以及河网输水能力与内河水位之间的复杂关系,可为类似区域供水工程的设计提供技术参考。

基于SCE-UA算法的河网水系水闸调度模拟

建立福州市江北城区内河水系水动力水质耦合模型,利用SCE-UA算法对水闸调度参数进行优化。结果表明,SCE-UA算法可用于水文模型参数的率定和河网水系水闸调度系统优化参数的识别。在待优化的区域单独建模,将生态补水规划模拟计算结果为优化区域提供边界,结果使模型计算时间大大减少。将优化后的参数代入原模型进行检验,效果令人满意。

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。

平原感潮河网闸群防洪体系优化调度模型研究

针对平原感潮河网的水文水力特性、闸群结构型式及运行调度方式复杂多变等特点,基于一维非恒定流河网水动力学方程,提出了改进的双向迭代内边界控制法求解含有闸、堰的汊点方程,并建立了河网闸群防洪体系优化调度模型。模型经天津市永定新河闸群调度实测资料验证,计算结果与实测资料吻合良好;并应用于该闸群防洪体系的优化调度计算,可根据管理部门提供的各闸调度原则、水文拍报条件以及调度目标确定闸门的启闭时间及方式,为河网闸群综合管理提供有效的决策支持。

河网水闸智能调度辅助决策模型研究

为了充分发挥水闸的运用效益,针对河网水闸综合管理中的水闸智能群控关键问题,借助人工神经网络和河网非恒定流数学模型技术,构建了一种河网水闸智能调度辅助决策模型.它的基本框架由水闸神经网络调度模型和河网非恒定流数值仿真模型组成,其中,水闸调度模型用来输出调度方案,数学模型用来提供调度预案和对输出调度方案进行模拟检验.河网水闸智能调度辅助决策模型在上海市浦东新区河网上的运用结果表明,该模型可以较好地满足群闸智能调度需求,能解决浦东新区这样大型复杂河网的水闸智能控制问题,从而为内陆河网水闸综合管理提供有效的决策支持.