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。

合理确定排涝泵站规模的感潮河道模型试验研究

合理确定泵站规模一直是感潮河道排涝工程设计中的关键问题。通过建立物理模型,在选定的水文边界条件和相应工程运行要求下,对某感潮水系两座涌口泵站规模进行试验研究。试验发现,受限于河涌过流能力,泵站规模存在临界值,超过该值后,即使再进一步增加泵站规模,水位也不会继续下降;泵站抽排对某位置水位的降低效应与泵站和该位置之间的距离密切相关,距离越近,水位降低越明显。基于上述认识,通过试验确定了满足水位管控要求的两座泵站规模的合理组合:距离相对较远的温涌泵站为80 m3/s,较近的金紫涌泵站为130 m~3/s。试验方法和主要成果可为工程方案比选及优化提供重要依据,对类似河涌整治工程也具有一定的借鉴意义。

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。

黄河流域抽水蓄能开发研究与思考

抽水蓄能作为新能源大范围开发的稳定器与助推剂,是促进黄河流域节水减排的关键,其大规模发展势在必行,但黄河流域水资源短缺,如何在碳排放与水资源双重约束下,实现能源结构绿色低碳转型,对黄河流域生态保护与高质量发展具有重要意义。依据《抽水蓄能中长期发展规划(2021—2035年)》,系统梳理了黄河流域八省(区)(不包括四川)抽水蓄能已建、在建及拟开发项目规模,初步估算了抽水蓄能大规模开发对地表水资源指标的占用情况,从调节库容占用和综合利用效益发挥两个方面分析了抽水蓄能运行对既有水利工程的影响。结果表明:黄河流域已建、在建、规划、储备抽水蓄能站点共计100座,总装机规模126050 MW,累计耗水约2.521亿m^(3);依托已建水利工程加装可逆式机组对梯级水电功能进行再造时,应充分评估对原有水利枢纽综合利用任务与工程安全的影响。

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。

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。

引黄入冀补淀省界水质监测现状与问题对策分析

探讨了引黄入冀补淀工程的水质监测现状,分析了省界断面水质监测数据,指出了存在的问题,并提出了相应的对策。通过优化水质监测站点布局及监测频次、加强沿线监督检查、提升生活污水处理能力、建立健全协调机制、强化法律法规和政策支持等措施,以期提高水质监测的准确性和及时性,为进一步实施水资源管理提供理论依据和实践指导。

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。

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。

引黄灌区水资源调配模型及和谐评估

基于引黄灌区普遍特征及存在的水资源问题,构建考虑水资源、经济社会和生态环境多维目标的水资源优化调配模型,建立引黄灌区水资源和谐评估指标体系,并将模型和评估体系应用到赵口引黄灌区二期工程。基于模型解集中选取的4种代表性优化调配方案进行水资源、经济社会、生态环境的效益分析,选定P_(4)方案为赵口二期水资源多目标优化调度方案,并基于该方案开展和谐评估和多方案调控研究。结果表明:模型优化后灌区和谐度明显提高,通过对和谐度较低的地下水开采率、农业用水比例、城镇化率、人均粮食产量、绿化覆盖率等指标调控后,和谐度可进一步提高到0.790。

创建黄河中游水土保持高质量监管示范区的机制与模式

黄河中游地区是国家重要生态功能区、能源基地,防治水土流失、保护生态任务艰巨,迫切需要科学、精准、高效监管。针对黄河流域生产建设项目水土保持监管工作面广量大、监管能力不足、传统监管方式时效性不强等问题,提出了在晋陕蒙接壤地区创建水土保持高质量监管示范区的工作机制、模式等:一是创新工作目标,率先做到无违规项目;二是创新合作共建工作体制,构建目标一致、行动自觉、协同发力的工作机制;三是创新内生动力,以自律守约为核心,整体提升水土保持信用水平;四是创新认知提升路径,各级领导、建设单位、青少年、社会公众整体提升水土保持生态文明认知水平与能力,做到知行合一;五是创新高质量评价内涵,全面提升科技支撑水平;六是数字赋能,科学分类管理,创新智慧监管平台,使生产建设项目水土保持监管工作实现智慧技术指导、智慧跟踪、智慧预警。

黄河水工程多维协同调度的初步理论框架研究

流域水工程协同调度是控制和管理洪水、协调水沙关系、合理配置水资源、支撑流域生态保护和高质量发展的关键手段,必须协调上下游、左右岸、干支流、汛期与非汛期等关系。围绕当前黄河水工程调度存在的多目标调度协同难、水库排沙与河道输沙协同难、全河大尺度生态调控难等难题,从属性协同、空间协同、时间协同、目标协同、工程协同5个维度全面分析了黄河水工程调度的协同与竞争关系。从充分发挥流域水工程综合效益的角度出发,以协同学理论为指导,识别了黄河水工程协同调度的序参量并确定其阈值,构建了黄河水工程多维协同调度模型,系统提出了黄河水工程多维协同调度的初步理论框架,为流域多目标激烈竞争关系的水工程协同调度研究提供参考。

科学修建穿黄工程是京杭大运河全线通航高效穿黄的关键

从满足京杭大运河穿黄工程高效通航的竖向条件、同南北两岸对接、对黄河防洪及对东平湖污染影响等方面比选,确定黄河下游路那里大断面主槽上游约330 m处作为推荐线位。通过综合分析,隧道顶采用400 mm厚、经防腐抗磨处理的高强度微拱形钢板,底部高程为24.1 m、净高12.5 m、长约3500 m、单向航道净宽25 m、双向驶船总宽为55 m的“上黄(河)下运(河)”立交平穿过黄隧道方案,能够实现京杭大运河全线通航高效穿黄的目标。为便于航船往来,既能让游客看到运河行舟的美景,又不影响超标准洪水行洪,可进一步提升为隧道(南部河槽)+玻璃观景平台(北部滩地)立交平穿过黄方案。为使通航有充足水源,须将位山水利枢纽遗址南岸区域恢复到枢纽修建前黄河、汶河洪水自然进出东平湖的状态,将梁济运河改造为北流后,即可依靠南四湖、东平湖、金堤河、引黄渠系及沿黄平原水库等对京杭大运河黄河以北段有效配水,充分发挥其灌溉、分洪、排涝等功能,产生巨大的经济、社会与生态效益。

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。

2021—2022年度黄河宁蒙河段凌情特性分析

2021—2022年度凌汛期,黄河宁蒙河段凌情形势总体平稳,主要呈现出流凌期持续时间长、首封日期偏晚、封河流量偏大、封河长度偏短、槽蓄水增量偏少、开河时间偏早、开河凌峰较小等特点。从热力因素、水流动力因素、河道边界条件和水利工程调度4个方面分析了形成上述特点的主要原因。结果表明,气温整体较常年偏高,且偏高程度呈西高东低分布,是造成流凌期持续时间长、首封日期偏晚、封河长度偏短、开河时间偏早的主要原因;较大的封河流量和河道条件的持续改善,使凌汛期河道过流能力增强,在一定程度上抑制了槽蓄水增量的增加,造成槽蓄水增量偏少;科学合理的水利工程调度,为平稳封河、开河创造了有利条件,是做好防凌工作的重要措施。

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。

改进投影寻踪模型在黄河甘肃段流域水运污染评价中的应用

【目的】为辨析黄河流域存在的水运污染问题,科学评价流域水环境状况,【方法】以黄河流域甘肃段为研究背景,考虑到水运污染与各风险要素的非线性关系,采用能充分挖掘指标信息、处理多因素复杂非线性问题的投影寻踪IPP模型对水运污染展开评价。为保障权值最优,纳入自适应粒子群算法APSO优化权值,以此实现水运污染等级的聚类划分,引用单因素轮换OAT法对各指标进行敏感性分析。【结果】结果表明:各区域划分等级自西向东呈上升趋势,由Ⅱ级(一般严重)升至Ⅲ级(严重),评价结果与实际情况相符,验证了方法的可靠性,说明未来应着重加强对东部的管理。【结论】该评价指标体系能够从多方有效辨析黄河流域水运污染的主要问题,帮助完善黄河流域水运污染风险评价指标体系,研究成果能够为当前黄河流域水运建设规划提供参考。

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。