Coupling Effect of Water and Phosphate on Economic Traits of Sugarcane

[Objective] The aim was to study the coupling effect of water and phosphate on economic traits of sugarcane. [Method] Taking sugarcane variety ROC22 as tested material,coupling effects of different levels of water supply quantity and different levels of phosphorus fertilizer on the yield and quality of sugarcane were studied. Among them,water supply quantity had 3 levels,that was,the water supply quantity per 10 days from the early tillering stage of sugarcane to the end of elongation was 199.5 m3/hm2 (A1),400.5 m3/hm2 (A2) and 600.0 m3/hm2 (A3),respectively; Phosphorus fertilizer as basic fertilizer had 4 levels:P2O5 0 kg/hm2 (B1),120 kg/hm2 (B2),240 kg/hm2 (B3) and 360 kg/hm2 (B4). [Result] Treatment A3B2 in water-fertilizer coupling was more suitable to improve economic traits of sugarcane. [Conclusion] The research results provide theoretical basis for the efficient utilization of water and phosphorus fertilizer in production of Guangxi sugarcane and the cultivation of high-yield and high-glucose sugarcane.

平原河网水动力优化调度与水环境改善的响应关系研究

平原河网河道流动性较差是引起水环境污染严重的主要原因,引调水是改善平原河网地区水环境的重要措施之一。本文以佛山市三山围为例,基于实测资料构建了河网水动力水质耦合模型,采用15天的连续水动力水质监测数据对模型进行了验证,并将NSE和RMSE模型评价指标用于模型评价。同时结合地势、潮汐规律和景观水位等设计了4种闸控模式和7种景观控制水位,共28种模拟工况,模拟分析了不同条件下的水动力水质改善与内外江潮位变化、引排水流量及其空间分布、闸控方式和景观水位等综合响应机理。结果表明:构建的模型合理可靠。研究区域受引排水路径的影响,河道流动性差异较为显著。综合考虑河道流量分布、水流路径、分汊河道分流作用和外江污染物浓度等对河道水质的作用效果并有效结合潮汐河网的动态水环境容量和污染源排放的时空分布对水环境的改善作用将非常显著。与低景观控制水位相比,高景观控制水位的内江动态水环境容量相对较大,污染物浓度较低。景观控制水位从0.2 m上升至0.8 m时,不同引调水路径的引水流量上升28.00%~64.70%,断面氨氮浓度削减了0.85~5.50 mg/L,削减比例达到28.89%~67.23%。本研究为平原潮汐河网水环境优化调度研究提供了新的思路,为相关部门对平原河网的水环境改善提供了重要的参考。

核电工程异形水箱流固耦合分布式参数模型与效用研究

在流固耦合动力分析领域,传统的Housner模型在工程设计中发挥重要作用。但其理论推导仅适用于规则水箱,采用集中质量总体模型描述液体晃动的整体效应,难以有效模拟异形水箱储液结构的局部精细响应,亟须建立适用于不规则水体晃荡的分布式附加质量模型。基于势流理论推导了一种模态综合法模型,实现了分布质量与储液器壁激振加速度的解耦。该模型能够有效剥离分布式的脉冲质量与对流质量;同时,实体网格的振型分析适用于任意形状水体的动力分析。通过算例的形式将该模型与精细声学-结构耦合(Acoustic-Structural coupling,CAS)模拟法进行了比较,验证了模型的精确性与可靠性。最后,基于本文的模型研究了核电异形的安全水箱在不同水位和减晃格栅分布下的动力响应规律,并检验了其在工程中的适用性。

中国水资源综合利用水平的地区差异与动态演进

水资源日益成为制约中国经济高质量发展的重要瓶颈。基于水质水量耦合的视角,利用中国除中国香港、澳门、台湾外的31个省(自治区、直辖市)的省级面板数据对中国水资源综合利用水平进行测度,分析地区差异及来源,并探究其时空演化规律。从区域差异特征看,全国及四大区域水资源综合利用水平呈波动上升趋势,利用水平依次为:东部>中部>东北>西部,总体呈现“自西向东不断先上升后略有下降,自南向北先上升后下降”的分布趋势;从变动情况看,绝对差异呈缩小的趋势,差异主要由地区间差异贡献,贡献率为53.72%;部分西部省区市拉低了整体的水资源综合利用水平;“邻居”水平具有正向的空间溢出效应。研究对促进我国经济社会高质量发展、提升水资源综合利用水平具有重要意义。

考虑水动力条件及水系连通的平原河网圩区畅流活水方案

针对平原河网地区水动力条件不足等问题,以嘉兴市新塍镇为例,探究不同畅流活水方案对河道水质的改善效果。构建MIKE11水动力学水质耦合模型,分析“引水/水系连通—水质”驱动响应规律,以NH3-N浓度为主要指标,分析不同活水方案的水质改善效果,并提出优化调控方案。结果表明,集中引水对区域水质改善影响较小,分散设置多个引水点可明显提高水质;直接对水质较差河道进行补水,污染物消减率在8%~30%之间,水质改善效果较明显;合理的水系连通工程可进一步增加畅流活水方案水质改善效果。

基于MIKE21研究生态补水对巢湖水质时空分布的影响

选取引江济淮工程中引江济巢段的2条生态补水路线,设计3种生态补水方案:方案一为西兆线、菜巢线双线引入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出;方案二为兆河单线引入巢湖,由白石天河的白山节制枢纽流出;方案三为生态补水经兆河单线进入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出。利用MIKE21软件建立巢湖水动力水质耦合模型,模拟巢湖水动力和水质时空变化过程及4个敏感区域(南淝河入湖口、峔山岛、忠庙和饮用水水源地)的水质改善效果。总体看来,方案二对南淝河入湖口、峔山岛、忠庙水质改善效果最优,而方案三使饮用水水源地总磷(TP)浓度降幅最大。方案二降低了峔山岛、忠庙区域蓝藻暴发的潜在风险,使总氮(TN)/TP分别从14.7、13.4降至7.4、4.0;方案三使饮用水水源地的TN/TP从10.0降至4.8,降低了饮用水水源地蓝藻暴发的潜在风险,但3个生态补水方案中南淝河入湖口区域的TN/TP均在15~20,表明蓝藻暴发风险依然较高。引江济巢工程对巢湖水环境改善有积极的效果,可以保证巢湖市饮用水水源地的水质安全,但由于西半湖的水动力环境未得到改善,蓝藻暴发的潜在风险依然较高,因此,要优化生态补水方案,并有效控制入湖河流流域的地表径流污染、农业面源污染及城市合流制系统的溢流污染。

基于MIKE21的小清河感潮河段水质数值模拟研究

为改善小清河感潮河段水质状况,提高水环境污染防治能力,以小清河感潮河段为研究区,利用MIKE21模型构建水动力水质耦合模型,选择主要超标污染物COD、TN、TP,利用实测水质数据对模型进行率定、验证,并模拟了不同上游来水水质、不同污染物削减条件和不同水文期突发水污染事故共3种情况下感潮河段水质变化,结果表明:经率定、验证后的水动力水质耦合模型适用于小清河感潮河段;当上游来水为Ⅳ类水时,COD、TP基本达标,TN超标,当上游来水为Ⅴ类水时都不达标,应尽量控制上游来水水质达到Ⅳ类标准,并加强流域水体TN污染治理;削减30%的点源、面源污染能够有效减少COD、TP污染,但对TN改善效果不佳;污染水团在平水期迁移过程中对水体的影响持续时间较长、浓度较大,丰水期污染物迁移速度较快,应急处理时间较少。

基于特征工程和NGO-LSTM的水质预测模型研究

由于水质数据特征复杂、关联度参差不齐而导致溶解氧浓度预测难度较大,为提高水质溶解氧浓度预测的准确性,提出了一种基于特征工程和北方苍鹰优化算法的长短期记忆网络(Feature Engineering-Northern Goshawk Optimization-Long Short Term Memory,FE-NGO-LSTM)混合模型。首先对水质数据集进行缺失值补齐、特征筛选与特征多项式构造,然后基于NGO-LSTM模型优化模型参数,提升预测性能;对不同多项式阶数下的特征预测效果进行分析之后,将该模型与基于灰狼优化算法、鲸鱼优化算法及粒子群优化算法的LSTM模型进行对比;最后,在太湖流域东苕溪城南监测断面对该模型进行了验证,计算FE-NGO-LSTM模型预见期为4,8,12,16,20,24 h的预测结果。试验结果显示:当多项式阶数为2阶时,模型预测效果最好,FE-NGO-LSTM模型相比基于其他优化算法的LSTM模型,平均绝对误差、均方误差、均方根误差分别至少降低9.0%,12.9%及6.3%,且随着预见期的增加,预测误差仍在可接受范围内,说明FE-NGO-LSTM模型在预测溶解氧浓度时具有一定优势与泛化性。

基于MIKE11模型的城市引配水方案研究——以宁波市区鄞东南平原为例

城市化建设的快速发展对城市河道水环境产生一定影响,为提高河道水生态环境,满足人民群众对高品质生活的愿望,拟开展河网引配水研究工作。以宁波市区鄞东南平原为研究对象,基于MIKE11一维水量水质耦合模型构建城市河网引配水模型,分析论证不同引水水源水质、引水规模、引水闸泵布置方案下的水动力特性与水质改善效果,确定合理的引水水源水质、引水规模与闸泵布置方案。

基于水动力水质耦合模型的洪泽湖水质驱动机制及换水周期研究

洪泽湖是南水北调东线工程重要的调节湖泊,也是淮河下游地区重要的水源地。受人类活动影响,湖泊面临自由水面积缩减、局部富营养化、植被覆盖度降低等多重环境问题。本研究围绕现阶段洪泽湖的水环境问题,统计污染源对入湖污染负荷的贡献度,建立水动力水质耦合模型,模拟湖泊水体更新能力,评估影响水质的关键因子。结果表明,洪泽湖污染主要来源为外源输入,湖泊不同区域换水周期差异显著。本研究可为南水北调东线沿线湖泊的水环境研究提供借鉴。

MIKE11模型在毕节市白甫河城区段水环境现状分析评价中的应用

白甫河作为贵州省毕节市的母亲河,受城市发展及人口扩张影响,城区河段水环境现状日益严峻。为了解白甫河水环境现状,科学制定生态修复与保护方案,本文应用DHI(丹麦水利研究所)MIKE11软件构建白甫河毕节城区段一维水动力-水质耦合模型,从水动力和水质角度分析评价河段水环境现状。结果表明:采用MIKE11能直观反映研究区沿程的水位、流量、水质变化情况;可通过分析水位、流量、水质沿程变化图确定河道生态修复及水质治理的关键控制段,选定更适宜的河流生态修复技术,为城区河段制定水环境保护措施提供参考依据。

基于Delft3D模型对深圳湾近岸海域污染物迁移模拟

以深圳市深圳湾近岸海域为研究对象,基于Delft3D软件,建立深圳湾三维水动力水质耦合模型。利用实测数据对模拟结果进行验证,分析深圳湾海域水质时空变化规律。模拟结果表明,深圳湾内的污染物浓度整体较高,浓度分布受潮汐变化敏感性强,不仅受各污染源点源强与流量的影响,而且受湾内的潮汐动力影响,污染物浓度值总体从湾口向湾顶逐渐增大,浓度梯度由外向内递增。

柳堰集水库渔光互补工程对水环境影响的数值模拟研究

针对渔光互补工程对水环境的影响缺乏精准量化研究的问题,构建了适用于柳堰集水库的水动力水质水生态工程耦合数值模型,模拟了2020年8月自然现状和渔光互补工程实施后库区水温、化学需氧量、溶解氧、总磷、总氮、叶绿素a的质量浓度时空分布,并计算了水体富营养化指数。结果表明:渔光互补工程实施后,柳堰集水库的水温、溶解氧和叶绿素a质量浓度分别下降了0~6℃、0~0.02 mg/L和0~0.0005 mg/L,化学需氧量质量浓度上升了0~10 mg/L;总磷、总氮质量浓度变化趋势在光伏板下伏水域和未布设光伏板水域呈现较大差异性,光伏板下伏水域总磷质量浓度升高了0~0.814 mg/L,总氮质量浓度降低了0~0.125 mg/L;各水质指标在渔光互补工程实施前后的差异随时间推移逐渐减小,入汇口水体富营养化程度显著下降,中央库区灌溉取水口水体富营养化指数提高了5.61~16.00。

湟水流域绿水管理模拟与水-沙-质协同调控效果评价

在黄河流域生态保护和高质量发展战略背景下,流域上游实施绿水管理对于涵养水源、保护脆弱生态,以及缓解流域缺水形势具有重要意义。选取黄河流域上游的湟水流域构建SWAT水文模型,模拟等高耕作、残茬覆盖、石线、梯田和15°以上坡地退耕还林等5种绿水管理措施,分析水量、水沙和水质的变化;结合水-沙-质管理协同水平,探究不同措施的效果与适用性。结果表明,15°以上坡地退耕还林在增加产水量和地下水补给方面效果最优,分别为1.77×107m3和1.72×107m3;等高耕作和石线能有效调节年内径流分配、削减汛期径流量。5种措施均能削减产沙负荷,其中梯田和石线的效果较显著,削减率分别为13.5%和13.0%。5种措施均能减少总氮(TN)和总磷(TP)负荷量,且干旱年削减率高于湿润年;梯田和等高耕作削减效果较好,削减率分别为24.6%、14.7%(TN)和45.3%、21.9%(TP)。通过水-沙-质管理协同分析,除残茬覆盖为高等耦合外,其他4种情景下均能达到优等耦合;耦合协调度由大到小依次为梯田、15°以上坡地退耕还林、石线、等高耕作、残茬覆盖。研究结果可为黄河流域绿水管理措施选取和水资源优化配置提供参考。

台州主城区河道生态需水计算与水量调度

为保障台州市主城区河道的生态服务功能,在分析该地区河道特点的基础上,构建了一种适用于该地区的生态需水计算方法,该方法综合考虑了流速、水位和水质3个方面的要求,并利用MIKE11水动力水质模型,定量确定了能够达到生态流速、生态水位和水质目标的河道水量调度方法。计算结果表明,主城区河网的生态流速为0.1 m/s,生态水位阈值范围为1.8~2.24 m,在充分发挥再生水清洁水源的基础上辅以河道补水,台州主城区河网在丰水年、平水年、枯水年均能够同时满足水位、流速及水质的目标要求,可为城市河网合理调配水资源维持河湖生态健康提供决策依据。

基于水质水量耦合模型的湟水西宁市段生态流量计算及模拟分析

考虑未来枯水期湟水生态流量、水质将面临不稳定达标风险,提出量化计算与数值模拟相结合的方法确定满足水质水量目标的湟水西宁市段生态流量。基于实测流量、断面、污染源等现状调查及分析,采用不同频率最枯月平均值法、改进年内同频率展布法、生态水力半径法3种方法计算了湟水西宁市段生态流量,并与Tennant法的计算结果进行合理性分析比较。利用MIKE11水动力和水质模块构建了水质水量耦合模型,利用率定后的模型,以COD、NH3-N作为主要污染物指标,通过模拟不同生态流量下泄过程,分析了3种计算方法对应的下泄方案对湟水西宁市段水质的影响,优选出合理的生态流量的下泄方案,得出了满足水质水量需求的湟水西宁市段生态流量,为湟水西宁市段的水生态保护及区域水资源配置方案提供理论支撑。

黄河流域十大孔兑地区多维水资源承载力分析

针对黄河流域内蒙古段十大孔兑地区地下水超采、“粮能争水”导致的黄河流域局部地区水资源短缺问题,基于“量、质、域、流”多维水资源承载力评价框架,利用层次分析法和熵权法对评价指标进行主、客观组合赋权,应用TOPSIS模型对区域水资源承载力进行多维度综合分析。结果表明:2000—2020年研究区水资源综合承载力呈上升趋势,但整体处于临界可承载状态;水资源维度承载力:量>流>质>域,水资源承载子系统承载力:利用方式>承载体>承载对象。总体来看,国家最严格水资源管理制度“三条红线”的刚性约束以及河(湖)长制的全面推行,倒逼区域水资源“质”和“流”维度承载力提升,但持续高强度的水资源开发利用,使得“量”和“域”维度承载力下降显著;未来需要进一步优化农业与工业用水格局,重点解决“粮能争水”问题,加大对现有河湖水资源引入等措施来实现经济社会的可持续发展与水资源荷载平衡。

江西省水资源量质耦合承载力评价及提升对策

为了合理评价和提升江西省水资源承载能力,耦合风险矩阵评价和政策情景模拟方法,从水资源数量和水资源质量双重角度,对江西省2015~2019年的水资源承载力进行评价,并从用水效率和用水结构两个方面进行情景模拟,探讨了江西省水资源承载力提升路径。研究结果表明:2019年江西省水资源承载压力较大,11个地市中有7个地市的水资源承载状况为临界状态或者超载状态,并呈现西北部最高、南部次之、东北部最低的空间分布特征;江西省用水效率在长江经济带中较低,若提高至长江经济带低用水效率水平,则可将水资源承载力处于临界状态或者超载状态的地市降为2个;江西省农业用水占比处于长江经济带第二高位,若提高用水结构均衡度,降低农业用水量占比,水资源承载力处于临界状态或者超载状态的地市也可降为2个。研究成果可为提高江西省水资源承载力提供一种实现路径,对促进江西省水资源空间均衡和区域经济社会高质量发展具有一定现实意义。

基于Delft3D的苏州市渭塘镇河道水动力水质模拟

为探究苏州市渭塘镇平原河道水质提升的可行方案,基于Delft3D构建了该镇区河道的水动力水质耦合模型,采用Delft3D-FLOW模块对镇区河道2021年10月的水动力时空特征进行模拟,确定了镇区活水泵站与活水推流器的流量;采用Delft3D-WAQ模块,以CODMn、NH3-N、TP为主要评价指标,论证了旁路净化设施规模的合理性。结果表明:模型水动力模拟结果较为理想,活水效果好;确定老镇片1号活水泵站流量为1.0 m^(3)/s,确定珍珠湖片每组活水推流器感应流量为0.4 m^(3)/s;水质模拟结果较为理想,镇区河道水体通过规模为2万m^(3)/d的旁路净化设施处理后,水质能达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅳ类水标准,水质提升效果明显。

淮河干流污染团应急处置水质水量联合调度

针对淮河干流污染团事件应急处置的需求,对污染团事件的水质水量联合调度措施进行研究。构建淮河干流中游段的水动力水质模型,分析加大蚌埠闸流量、加大引江济淮流量、两者同时加大、背景调度(无引江济淮工程)和常规调度(有引江济淮工程,但不加大流量)5种调度方式对淮河干流污染团的应急处置效果。结果表明:从污染团离开研究区域时间、峰值长度、峰值质量浓度等角度看,不同调度方式对污染团的处置效果有所不同;加大蚌埠闸流量、加大引江济淮流量和两者同时加大对污染团的处置效果均比背景调度和常规调度更优。研究结果可为淮河干流突发水污染事件应急处置提供参考。