黄河上游典型小流域汭河水资源优化配置研究

针对汭河流域供水能力不足及流域辖区内用水部门用水量分配存在矛盾,进行水资源优化配置。以流域生活、工业、农业、生态等用水部门的用水总效益目标最大、余水量最大为目标,建立了多目标规划模型,采用多目标遗传优化算法求解,利用Topsis法对结果进行综合评价后求出最优的配置方案。结果表明：2020、2030年用水保证率(50%)下配置水量与预测水量相比工业用水量减少了528.336×10⁴、457.095×10⁴m³,生活用水量减少262.652×10⁴、342.059×10⁴m³,林牧渔畜用水量增加53.538×10⁴、84.098×10⁴m³生态用水量增加-7.905×10⁴、10.398×10⁴m³,农业减少641.047×10⁴、300.292×10⁴m³。通过优...     

基于需水过程线的多级泵站扬水灌区供需水量优化调度

为了改善红寺堡扬水系统供需水量在时间维度上存在的不协调问题,以需水过程线和泵站设计流量线为比较对象,构建扬水系统内泵站供需水流量优化调节模型,分析不同时段的灌溉面积、高效节水面积比重和灌溉定额等因素引起的需水流量与泵站设计流量关系。基于需水过程线多级泵站扬水灌区供需水量优化调度模型包括流量平衡模型、需水过程线模型和流量调节模型,对红寺堡扬水灌区4种工况进行模拟。结果表明：在高效节水面积占比为60%时,随着灌溉面积从6.02×10⁴ hm²增加到6.77×10⁴ hm²,红三泵站控制灌域内调蓄水量从1.47×10⁶ m³增加到8.49×10⁶ m³,其他3座泵站调蓄规模保持不变;在高效节水面积占比为80%时,红一泵站和红三泵站不调蓄,红四泵站和红五泵站的调蓄规模分别为3.08×10⁶ m³和0.47×10⁶ m³。此模型构建与应...     

鄱阳湖冲淤演变及水文生态效应

根据1956—2020年出入湖输沙过程等实测资料,定量研究了湖区水沙运动特征和湖盆由淤积向冲刷转变的演变过程及水文生态效应。利用1998年、2010年和2020年进行的三次典型断面测量成果、遥感影像和现场调查勘测资料分析计算后发现：（1）2000年以前鄱阳湖以淤积为主。（2）2001—2010年有淤有冲,中部主湖区12个典型断面滩槽平均淤高0.51 m;入江水道滩槽平均下切0.35 m、泥沙冲刷量达19 121×10⁴ m³。（3）2011—2020年湖盆全面冲刷,中部主湖区滩槽平均下切0.35 m;入江水道滩槽平均下切1.39 m、泥沙量为9 608×10⁴ m³。（4）湖区采砂加剧了河床侵蚀,2000—2010年通江水道采砂量为9 348×10⁴ m³,相当于自然冲刷量的45%;2011—2020年采砂量为8 157×10⁴ m³,相当于自然冲刷量的85%。（5）入江水道侵蚀,使1—3月湖水位全面降低,直接改...     

郑州市土地利用/覆被变化模拟预测及其水源涵养量计算评估

【目的】为研究郑州市未来土地利用/覆被变化及其水源涵养量，综合自然地理、社会经济、降水和蒸散发等数据，【方法】采用Dyna-CLUE模型模拟了郑州市2020年土地利用/覆被变化，通过与实际土地利用图进行比较验证，证明该模型可用。设置不同情景，同时考虑了多种土地利用/覆被类型的未来变化趋势和经济效益最大化，进而模拟了2025年、2030年土地利用/覆被变化。运用水量平衡法，结合土地利用变化计算评估水源涵养量。【结果】结果表明：2020年总水源涵养量为3.31×10⁸ m³,空间分布特征为西南高，东北低，林草区高，非林草区低。在未来土地利用变化情况下，不同土地类型对应的水源涵量随着该土地面积的增加而增加，减少而减少。“现状发展”情景下总水源涵养量逐年下降，到2030年总体下降0.21×10⁸ m³,主要集中在中部和中西部地区；“规划发展”情景下总水源涵养量到2025年下降0.03×10⁸ m³,到2030年增加0.01×10⁸ m     

城市雨水管网集蓄雨水径流资源潜能分析

城市雨水管网具有可观的集蓄空间，在不影响城市雨洪排水的前提下，利用管网进行雨水的动态蓄存，可作为一般雨水集蓄设施的替代方案。以西安市某高校校内雨水排水系统为研究案例，基于SWMM构建区域雨水排水模型，按照不同原则设置3种阻水方案，计算不同降雨条件下各方案存蓄的雨水水量。结果表明，3种方案不发生漫溢的临界降雨量均为8 mm,此时雨水蓄存量分别为2 367、2 325、1 989 m³,分别占管网总容积的88.61%、87.04%、74.46%。进一步分析2011至2020年西安市雨水管网集蓄雨水资源的潜能，最大年平均蓄存雨水量可达4.11×10⁷ m³,占年平均降水量的12.13%,蓄存能力可观。     

基于改进模型的辽东湾东岸营口海域海底地下水排泄量计算

海底地下水排泄(SGD)是全球水循环的重要组成部分,也是向海洋输送营养盐等各类化学物质的必要途径之一。以辽东湾东部营口海域为研究对象,以天然镭同位素(²²⁴Ra、²²⁸Ra)作为示踪剂,建立镭质量平衡模型并加以改进,进而探讨再循环海水(RSGD)对研究区内水体刷新时间、SGD及携带氮磷营养盐通量的影响程度。结果表明:利用镭质量平衡模型计算水体刷新时间为9 d,改进后的镭质量平衡模型计算出的水体刷新时间为14.35~18.11 d;传统模型下SGD通量为(3.01~3.51)×10⁸ m³/d。改进模型评估的SGD通量为(3.55~4.39)×10⁸ m³/d,改进模型评估的水体刷新时间与SGD均明显高于初始模型,其中水体刷新时间增加了59.44%~101.22%;SGD通量增加了17.94%~25.07%。在此基础上,地下水向海输入的氮、磷营养盐通量在考虑RSGD的情况下分别为1.73×10⁸、1.52×10⁹ mol/d。研究结果证明了RSGD对SGD和营养盐通量存在较大影响,为营口海域生态环境评估提供了基础数据。     

基于用水总量控制的湖泊水量分配方法研究

水量分配是实现水资源集约节约利用和湖泊生态保护的关键一环，现有江河流域水量分配技术方法注重在宏观层面上对区域取用水权益进行分配，对分配的取用水权益尚未明确到具体的供水水源，针对具体湖泊水量分配的适用性较差。以水源—用户供需结构和湖泊调蓄特性为对象，提出基于生态保护的湖泊水资源可利用量和区域用水总量双控的湖泊水量分配方法，将分配水量分为基础可分配水量和增量可分配水量，分别按照公平原则和用水总量控制要求分解到各行政区。根据供水系统的复杂程度，探讨了单一湖泊和多湖泊供水系统两种模式下的分配方法。方法应用于南四湖双湖供水系统，结果表明：上级湖多年平均可分配水量5.64亿m³,其中增量可分配水量0.42亿m³;下级湖多年平均可分配水量6.28亿m³,其中增量可分配水量0.34亿m³。研究成果可为具体河湖开展水量分配提供参考借鉴。     

引水改善星海湖的水动力-水质特性数值模拟

针对星海湖存在的湖泊水动力不足与水质恶化等水生态问题,通过建立二维水动力-水质模型,选取化学需氧量(COD)为水质指标,计算了12种不同水文特征与引水量工况,分析引用不同黄河水量下湖区水动力和水质指标的变化及空间分布情况。结果表明：引入黄河水能够有效改善星海湖的水动力与水质状况,减小滞水面积,降低COD浓度;在相同水文特征工况中,水质指标COD浓度随着引水量的增加而逐渐降低,且其削减率逐渐提高;在相同引水量工况中,丰水年水质指标COD削减率普遍高于枯水年和平水年;枯水年和平水年引水量分别为1 400×10⁴和700×10⁴ m³时能够达到地表水Ⅲ类水质标准。     

湄公河与洞里萨湖水量交换特征

洞里萨湖是湄公河最大的连通湖泊,湄公河与洞里萨湖水量交换特征一直是国际社会关注的热点问题,但相关研究成果较少。利用4个河湖控制站的长系列水文资料,分析了湄公河与洞里萨湖水量交换特征,结果表明:湄公河与洞里萨湖的水量交换强度大,洞里萨湖对湄公河径流调峰补枯作用明显,每年汛期5—9月份均会发生倒灌,1995—2011年年均倒灌历时122 d,倒灌水量377亿m³,占湄公河干流同期来水的14.4%,倒灌洪峰流量8 402 m³/s,占干流同期来水的20%,其中7—9月份倒灌水量占全年的88.6%;汛后10月份—次年4月份洞里萨湖向湄公河补水,年均补水历时244 d,补水水量711亿m³,是湄公河倒灌入湖水量的1.96倍,占湄公河下游同期来水的29.9%,其中10月份—次年1月份补水量占全年的83.1%。年倒灌历时、水量与洪峰流量,年补水历时、水量与峰值的年际变化较小,变幅分别为76 d、283亿m³、6 095 m³/s和76 d、474 亿m³、4 677 m³/s,变差系数为0.07～0.24。倒灌、补水水量不仅与湄公河和洞里萨湖的来水大小有关,还受到河湖水位差及洞里萨河水位等因素影响。研究成果可为湄公河三角洲和洞里萨湖区治理提供科学依据。     

基于用水总量控制的南四湖水量分配研究

水量分配是实现南四湖水资源集约节约利用的关键一环,现有江河流域水量分配技术方法针对湖泊的适用性较差。研究提出以湖泊水资源可利用量为可分配水量上限,基于区域用水总量控制的湖泊水量分配方法,将湖泊可分配水量分为基础可分配水量和增量可分配水量,按照公平原则和用水总量控制要求分解到各行政区。应用结果表明,南四湖多年平均可分配水量11.92亿m³,其中基础可分配水量11.16亿m³,增量可分配水量0.76亿m³,成果可为湖泊开展水量分配提供参考借鉴。     

基于改进调度图的跨流域水库群供水调度研究

为利用径流信息挖掘跨流域水库群的调度潜力,并保留简单直观性,提出一种改进型水库调度图。以重庆市巴南区下涧口、丰岩和南彭水库群为例,采用POA算法以模拟-优化的方式构建跨流域水库群的引水和供水联合调度模型。设置现状调度、常规调度图优化调度、改进调度图优化调度3种情景,评估水库群引、供水性能,并分析径流信息不确定性对调度性能的影响。结果表明：(1)在长系列调度中改进调度图表现最优,相比现状可使水库群年均供水量增加6.87%,弃水量减少87.58%;(2)在枯水年,该方法可在现状基础上减少486.3×10⁴ m³缺水,增加477.6×10⁴ m³发电用水;(3)考虑径流信息不确定性时,改进调度图的供水量较理想情况降低3.37%,但仍比常规优化多5.96%。研究结果有助于科学决策提升供水效果。     

径流引水式小水电生态-发电协同优化模型及应用

以湟水河流域的湟乐水电站为例,基于自然水流范式计算河道内适宜生态流量和生态基流,以生态流量为主要约束建立径流引水式小水电生态-发电协同优化模型,利用NSGA-Ⅱ算法得到引水发电流量的Pareto解,研究成果对指导径流引水式小水电的生态调度和运行管理具有重要指导价值。结果表明：滑动t检验法诊断西宁水文站年径流量时间序列的突变点是2000年,经还原后得到1956—2000年多年平均天然径流量为41.3 m³/s;适宜生态流量在年内枯水期、平水期和丰水期展布的同期比分别是0.60、0.41和0.42,达到了“极好”标准;以传统Tennant法“一般”标准确定的非汛期生态基流为4.13 m³/s、汛期生态基流为12.4 m³/s;采用生态-发电协同优化模型计算多年平均来水条件下湟乐水电站的年发电量为634.29×10⁴ kW·h,枢纽下泄流量均满足减水河段生态流量需求;多年来水条件下湟乐水电站等效减排6 323.9 t CO₂,电站的减排生态效益为188.45×10⁴     

基于入湖TP负荷的杭州西湖引配水过程优化研究

入湖环境通量大小及时程分布特点研究，是诊断湖泊水环境问题并采取针对性治理措施的关键。总磷(Total Phosphorus，以下简称TP)是西湖富营养化的主要控制指标。通过文献调研和相关研究，分析评估入湖TP的大气沉降负荷、流域面源负荷、底泥释放负荷和引水入湖负荷，分别为0.41 t/a,3.84 t/a,2.57 t/a和4.41 t/a，合计总负荷10.96 t/a。基于入湖负荷的年内分配特征，采用零维TP模型，进行西湖外湖配水过程的优化模拟。结果表明：在年配水总量不增加的情况下，增加7—10月配水量至100×10⁴ t/d，减少其余月份配水量至20×10⁴ t/d以下，可以满足西湖外湖全年TP浓度达到Ⅲ类水标准。为持续改善西湖水环境，提出进一步提升流域水文水质监测水平、继续推进流域面源污染控制、提高引水预处理出水标准、探索湖区内源污染负荷控制等治理措施。     

基于外来水入侵的污水处理厂进水量评估

针对长江流域某片区污水系统地下水、雨水入流入渗造成污水处理厂进水量上升、进水COD浓度下降的现象，在实施排水系统提质增效过程中，基于现场实地调查和其他地区的评估经验，采用经验值法、现场试验法和水质特征因子法评估该片区旱天的地下水理论入渗量，通过典型旱、雨天水量对比分析雨天入流入渗量，最后计算得到污水处理厂在旱、雨天情景下的日均进水量。结果表明：该片区污水管道每千米管长地下水入渗量为67.0 m³/d，雨水入流量为71.6 m³/d；污水处理厂旱天进水均值为4.07万m³/d，雨天为5.15万m³/d。该结果可为后续提质增效项目的开展和整治效果评估提供理论依据，并为片区排水系统的日常运维提供参考。     

基于改进水文比拟法的新丰江生态流量计算

为减小水电站开发对下游河道生态环境的影响,以广东韶关新丰江为例,用改进水文比拟法计算流量,同时用水文学法进行生态流量计算。结果表明：运用改进水文比拟算法能较准确获得新丰江干流丰城、狮石滩、涧下和银潭4座水电站的月平均流量(分别为20.57 m³/s、21.80 m³/s、22.54 m³/s和22.97 m³/s);4座电站生态流量最终取值分别为3.62 m³/s、3.63 m³/s、3.73m³/s和3.93 m³/s;其生态流量的月满足程度均在99%以上,能满足设计保证率。研究成果可为新丰江等中小河流水资源开发利用与生态系统保护及中小河流水电站生态流量计算提供参考。     

榆林西南新区供水水资源供需平衡分析

榆林市为资源性缺水城市,基于新区规划情况,在分析新区供水现状和面临问题的基础上,采用水资源供需平衡法,对新区起步区的需水量进行了预测,对可供水量进行了探讨,提出新区新建水厂供水量可达4万m³/d,远大于新区最高日用水量1.92万m³/d,完全满足新区建设需求,为城市发展用水研究提供了借鉴。     

考虑调水和供水规则的水库优化调度

针对用于调节当地地表水资源的水库受多水源影响需要制订新调度规则的问题，考虑非常规水调蓄能力低的特点，在优先配置非常规水的基础上对受水区水库设置调水和供水规则，建立了考虑调水和供水效率的水库优化调度模型，并采用理想点法和遗传算法对调度规则寻优。将模型应用于威海市区米山水库，结果表明：与标准调度策略相比，优化后的水库调度规则使多年平均调水量减少2 692.4万m³,多年平均弃水量减少417.5万m³,提高了天然来水和外调水的利用率；枯水年对外调水的依赖性高于丰水年和平水年，平均调水量仅减少398万m³;在该调度规则下，减少外调水量的同时增加非常规水的配置可将农业供水保证率从75%提高到88.4%。     

面向区域尺度径流调控的调蓄池设置分析

雨水调蓄池作为海绵城市建设中发挥关键性作用的灰色基础设施中的重要部分，其形式和容积影响着海绵城市建设的雨水控制效果。以位于广州市南沙区某新建工程区为研究对象，概化区域并构建SWMM模型，模拟评估了布置的LID设施对区域径、出流的控制情况，并设置不同容积及形式的调蓄池，模拟其在不同重现期设计降雨条件下对峰值流量的控制效果，发现不同形式的调蓄池对雨水控制的效果不同，且各容积分流式调蓄池均存在一个使峰值流量削减率达到最大的“最优”偏移量。以控制系统出流量峰值为目标确定研究区在管网末端以380 m³/万m²硬化面积的设置标准布置截留式调蓄池，或以350 m³/万m²硬化面积、偏移量为0 m的设置标准布置分流式调蓄池为宜。     

直面挑战 紧抓机遇 助力新阶段南四湖水利事业高质量发展

<正>1南四湖流域基本情况1.1南四湖流域自然概况南四湖承接苏鲁豫皖4省8市34个县(区)53条河流来水，流域面积31180km²，总容积60.22亿m³，总兴利库容12.87亿m³，多年平均径流量29.6亿m³，多年平均地表水可利用量为12.73亿m³，具有调节洪水、蓄水灌溉、水产养殖、航运交通、改善生态环境等多重功能。     

基于水文水动力耦合模型的平原湖区土地利用变化对排涝模数的影响

为准确模拟平原湖区土地利用变化对排涝模数的影响,选取湖北省四湖流域螺山排区作为研究区,利用构建的SCS-MIKE11耦合模型计算不同时期土地利用类型下的排涝模数,分析土地利用变化对排涝模数的影响,并通过设置不同水旱比、水面率和地面硬化率的组合,对土地利用变化条件下的排涝措施进行模拟优化。结果表明:在10 a一遇的1 d暴雨3 d排除和3 d暴雨5 d排除的标准下, 2011年土地利用方式下求得的排涝模数比1994年求得的排涝模数大,分别增加了159.3%和33.6%;在保持水旱比和水面率不变的情况下,地面硬化率每增加1%,1 d和3 d暴雨下排涝模数分别增加0.005 m³/(s·km²)和0.003 m³/(s·km²);在保持水旱比和地面硬化率不变的情况下,水面率每增加1%,1 d和3 d暴雨下排涝模数分别减小0.016 m³/(s·km²)和0.012 m³/(s·km²);在保持水面率和地面硬化率不变的情况下,水旱比每增加0.1,1 d暴雨和3 d暴雨下排涝模数分别减小0.004 m³/(s·km²)和0.003 m³/(s·km²)。因此,除了增加排涝泵站的排涝流量外,减少地面硬化率(例如采用透水路面)、增加水面率和水旱比也是除涝减灾的有效措施。研究成果可为土地利用变化条件下平原湖区排涝模数的确定和排涝措施的制定提供参考。