平原河网区生态流量阈值研究——以江汉平原典型河流为例

生态流量是维系江河湖泊水生态系统的重要保障,而平原河网区水系错综复杂,传统生态流量计算方法适用性较差,开展平原河网区的河流生态流量阈值研究具有重要意义。以湖北省江汉平原典型河流为研究对象,从基本生态、特殊生境以及水环境保护等方面开展平原河网区的生态流量阈值研究,以多样化、动态化的需水过程定义生态流量阈值,结果与实际相符,研究成果可为平原河网区生态流量阈值的确定及应用提供借鉴。     

东荆河下游河道防洪治理研究

近年来东荆河下游出现洪水位持续偏高的问题,分析其原因在于:20世纪70年代东荆河治理中仅围挽了联合大垸而并未扩挖深水河槽,后经洲滩民垸持续围垦及淤积,造成杨林尾洪水位偏高。为解决该问题,在深入研究丹江口水库大坝加高后汉江防洪形势以及三峡水库蓄水后长江防洪形势变化情况的基础上,确定了新形势下东荆河下游河道治理标准采用东荆河来流4 250 m³/s,相应汉口水位28.28 m,杨林尾控制水位31.0 m为宜;通过河槽疏挖等工程,有效扩大东荆河下游河道泄洪能力。在拟定的3种治理方案中,采用了二维水流数学模型进行比较,计算成果表明,保持现有堤距,扩挖深水槽的方案1具有投资少、施工易、降低洪水位效果明显的优点,因此将方案1确定为治理推荐方案。     

基于四大家鱼栖息地模拟的汉江下游生态流量研究

梯级水库运行显著改变了河流自然水文情势,对河流水生态系统产生不利影响。选择四大家鱼作为汉江下游的指示物种,考虑四大家鱼对栖息地流速和水深的喜好性,构建了产卵期和生长期适宜度指数曲线,采用River 2D水动力模型,模拟了不同流量下四大家鱼适宜栖息地状况的变化,提出维持四大家鱼产卵期与生长期需求的生态流量及高流量脉冲。结果表明：汉江下游四大家鱼产卵期最小和适宜生态流量分别为1 310,3 520 m³/s,每年提供至少2次持续时间不低于3 d、流量不低于1 310 m³/s的高流量脉冲,以刺激四大家鱼自然产卵,增加产卵规模;生长期最小和适宜生态流量分别为441,1 520 m³/s。与Tennant法和实际生态监测对比,River 2D水动力模型计算结果较为合理可靠。但与历史实测流量过程比较,产卵期生态流量满足率不高,需择机实施汉江中下游梯级水利枢纽联合生态调度,提高生态流量满足程度。     

基于格子Boltzmann的植被对河道的流场和污染物输运的影响研究

为了研究植被分布对河道输水能力及对污染物输运能力的影响机制,基于格子Boltzmann数值模拟方法,将植被的阻碍作用概化为植被粗糙率,采用D2Q16多速度浅水模型模拟计算植被区间隔分布的河道中的流场,再将计算得到的流场信息与D2Q5对流扩散模型得到的污染物浓度场耦合,研究植被对流场以及污染物输运的影响。结果表明：河道纵断面植被区流速降幅、过渡区和中心区流速增幅均与植被密度呈线性正相关,横断面中心区流速远大于过渡区和植被区,植被区和中心区流速呈直线分布,且过渡区流速与植被密度呈二次幂相关,污染物浓度的衰减幅度与植被区间隔距离呈正相关性。植被能够改变污染物输运的轨迹,且能有效减少河道下游污染物的浓度。该研究可为城市人工生态景观建设中河道内人工布置植被的适宜密度和间隔提供参考。     

汉江流域植被变化及其对多时间尺度气象干旱的响应

干旱是影响植被生长的重要因素之一,因此研究植被对不同时间尺度干旱的响应具有重要意义。利用1982—2019年汉江流域逐月降水和归一化植被指数（NDVI）数据,计算得到不同时间尺度下的标准化降水指数（SPI）、植被状态指数（VCI）和植被覆盖度（FVC）,分析了植被时空变化及对多时间尺度气象干旱的响应特征。结果表明：汉江流域生长季NDVI在时间上呈现波动上升趋势,植被覆盖度在空间上表现为西高东低的分布特点;随着时间尺度的增加,干湿交替频率减小,表征干旱事件对降水的敏感性在降低;从干旱趋势来看,分别有37.62%和62.38%的地区呈现上升和下降趋势;从干旱频率来看,各季干旱高频事件集中在流域中部和东部;在年尺度下,NDVI与SPI-12在大部分地区呈负相关,有43.26%的地区表现为正相关,主要分布在流域中部和东南部;在季尺度下,春季NDVI对SPI-3的响应最明显,85.64%的地区表现为正相关;在月尺度下,汉江流域春季VCI受SPI-1和SPI-3的影响最为明显,而秋季VCI对SPI-12的响应更为显著;在不同土地利用类型中,草地和耕地与SPI的相关性较高,说明其对干旱的抵抗力较弱。     

混凝土面板堆石坝施工期面板温控措施优选

混凝土面板堆石坝主要靠上游面板挡水,施工期面板裂缝是影响面板堆石坝质量和安全的关键因素之一。面板混凝土属于准大体积混凝土,尽管其散热面较大、最高水化热温升不是很高,但如果不采取合理的温控防裂措施,仍然会导致面板产生温度裂缝。针对施工期面板混凝土温度裂缝问题,以某在建高混凝土面板堆石坝工程为例,建立了包含地基的三维有限元温度场和徐变温度应力场仿真模型,利用数值方法产生神经网络的学习样本,然后采用遗传算法优化的BP神经网络对所获得的样本进行网络训练,从而获得温控措施优选网络模型,进行已知混凝土热力学材料参数情况下的温控措施优选。由神经网络优选结果可知,本文所采用的面板混凝土温控措施优选方法是合理可行的。