基于改进遗传算法与动态规划的输水泵站日优化调度

针对我国泵站因不合理调度而导致经济效益不高的问题,基于存在多管道系统的输水泵站,考虑峰谷电价的影响,以日运行费用最小为目标,构建了泵站日经济优化模型,并以蒙开个河库连通工程二级泵站为例,基于组合变异的改进遗传算法、动态规划法,对定速节流调节、变频调节两种调节方式进行泵站日优化调度。结果表明,改进遗传算法适用于泵站优化调度问题;同时发现当机组实际工况点偏离设计工况点较远时,采用变频调节经济效益更高。     

1960-2012年澜沧江-湄公河流域气候变化趋势及不同区间的径流响应

气候变化是河川径流变化的主要驱动因素,分析流域气候变化及径流响应对有效适应气候变化具有重要意义。基于普林斯顿全球气象驱动数据集资料和澜沧江-湄公河(简称澜湄流域)干流8个水文站的实测径流资料,分析了澜湄流域不同区间气温、降水的演变趋势以及不同阶段降水-径流的响应关系。结果表明：1960-2012年期间,澜湄流域不同区间年气温呈现显著性升高趋势,其中,上游区间升温幅度较大,超过0.2℃/10a;同期,澜湄流域的8个区间只有“旧州-允景洪”区间年降水量呈现减少趋势,其余各区年降水量均为不同程度的增加趋势;此外,所有区间春季降水量均为增加趋势,冬季降水量大多为减少趋势;8个区间的年径流系数序列突变大多发生在20世纪60年代;澜湄流域不同区间降水-径流关系存在一定的差异,不同阶段降水-径流关系发生了不同程度的改变;相同降水条件下,“琅勃拉邦-穆达汉”区间在2000年以后的产流量大多高于前期,而“旧州-允景洪”区间和“清盛-琅勃拉邦”区间后期径流量大多低于第1阶段径流量。     

长江上游流域地表干燥度指数时空变化特征及其对气象因子的响应研究

长江上游流域作为我国重要的水资源区,在全球气候变暖背景下揭示其地表干燥度演变规律,对于流域水旱灾害防治、生态环境保护及水资源合理开发利用具有重要意义。采用长江上游流域67个气象站1961-2019年逐月气象数据,利用Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量,进一步计算地表干燥度指数(AI),采用气候倾向率、累积距平法、滑动t检验、Mann-Kendall检验法及Morlet小波方法分析AI时空变化特征,采用气候敏感系数法评估AI对主要气象因子的敏感性,进而量化各气象因子对AI变化的贡献率。结果表明:长江上游流域年平均降水量以0.809 mm/10a的速率显著下降(P 0.05),潜在蒸散量以0.946 mm/10a的速率显著上升(P 0.05),流域平均AI值以0.014/10a的速率减小,且存在23 a左右的主周期,在1998年发生突变; AI季节性变化显著,冬、春季干燥,夏、秋季相对湿润;长江上游流域多年平均AI分布大致呈东南向西北增加的趋势,半干旱和半湿润区域面积占比分别为47.8%和40.7%;日照时数与平均气温是研究区西北部AI变化的主控因子,风速和相对湿度是东南部AI变化的主控因子。     

华北地区生态保护与恢复的水资源效应研究

近年来,华北地区实施了一系列生态保护与恢复工程,植被生态状况发生了显著变化;探究区域植被恢复对水循环过程及水资源供需平衡的影响,对于完善生态恢复策略、实现区域水资源可持续利用十分重要。本文采用皮尔逊相关系数和莫兰指数,结合多源水参量数据进行综合性分析,阐释了植被和不同水参量的时空变化情况,甄别了植被保育与恢复下的水资源变化响应,进而探讨了华北地区水资源与植被恢复的权衡关系。研究结果表明,华北地区的生态保护与恢复工程成效显著,植被净初级生产力的增速约为恢复工程区外的2.3倍;植被的扩张与蒸散量表现出空间与时间上的强相关性;植被恢复引起的蒸散量提高是引起水储量赤字或显著降低的主要原因。为此建议,华北地区可完善生态恢复策略,在植被保育与恢复过程中考虑水资源的限制作用;以自然恢复方式为主,促进生态恢复的可持续性、水资源的可利用性。     

清流河流域场次暴雨洪水特征及其对降水的响应关系

暴雨洪水是主要的自然灾害,分析暴雨洪水特性及其与气候要素的响应关系对流域防洪减灾和水资源可持续利用等方面具有重要意义。根据清流河流域102场暴雨洪水资料,系统分析了场次暴雨洪水过程特征、径流组成以及洪水特征要素与降水指标之间的响应关系。结果表明:场次降雨特征在一定程度上决定了洪水过程变化,水利工程修建和下垫面变化等人类活动对暴雨洪水过程特征有一定影响;场次暴雨洪水的产流系数总体具有递减趋势,但地表径流占径流总量的比率有增大趋势;场次径流量及洪峰流量与场次降水量之间具有较好的相关性,雨强对清流河流域暴雨洪水特征影响相对较小,蓄满产流是清流河流域主要的产流机制。     

基于数值天气预报模式的流域中期径流预报

研究耦合天气预报模式的径流预报对提高预报预见期及流域防洪减灾具有重要意义。以金溪池潭水库流域为例,通过尺度转换和气象要素联结实现GEM和GFS两种数值天气模式与新安江模型的单向耦合,进行流域水文模拟以及中期径流预报。日径流过程和次洪过程模拟结果发现耦合数值天气预报模式的流域中期径流预报能够较好地预估一段时间内的径流总量,而对洪峰以及洪水过程预报能力稍有不足。预报误差来源有水文模型误差和降水预报误差两种,且降水预报的误差在水文模型中会有放大的效应,这增加了中期径流预报的不确定性。     

城西试验流域水文特性及水文过程模拟

水文试验是认识水文规律的重要基础工作。根据我国东部低山丘陵区城西试验流域的实测资料,分析不同尺度降雨径流之间的响应关系,再利用新安江流域水文模型进行径流模拟,进一步探讨该模型在我国东部低山丘陵区的适用性。结果表明:在试验流域空间尺度(几十平方公里)的暴雨洪水过程中,洪水峰现时间一般滞后雨峰3～4 h;场次和月尺度上的降雨径流具有较好的正相关关系;在日尺度上,降雨径流关系散乱,以10和70 mm降雨量为阈值呈U型分布; 3种时间尺度上,径流均受到前期退水过程的影响,其中,时间尺度越短,受前期退水过程的影响越显著;新安江流域水文模型在我国东部低山丘陵区具有较好的水文模拟能力,且月尺度水文过程的模拟效果优于日尺度,对天然流域的模拟效果优于人类活动扰动的流域。     

入海水道深淤段软土地基工程特性研究

入海水道二期工程拟在深淤地基上填筑堤防并建设穿堤建筑物。为深入研究入海水道深淤段软土地基的工程特性,在南堤深淤段布置3个典型断面,对控制堤防稳定和变形的关键土层,综合采用钻孔取土、原位测试和室内试验等手段测试了软土地基的工程特性。试验结果表明：深淤段地基是一种典型的河湖相淤泥质软土,其厚度大,含水率和粘粒含量高,普遍含有粉土和砂土薄层。一期工程堤防堆载后,堤身下方淤泥地基强度提升明显,这对二期工程灌溉总渠侧的稳定是有利因素。针对深淤段地基的工程特性,二期工程深淤段堤防扩建工程,应重点关注堤防、穿堤建筑物的工后沉降和差异沉降等。     

基于 PCA-HCA 模型的我国节水分区

为因地制宜地推进我国节水工作,以我国 31 个省（自治区、直辖市）为基础单元,按照领域协同、统筹兼顾、 区划完整、有效衔接的原则,从水资源状况、社会经济条件、农业用水特征、工业用水特征和生活用水特征 5 个方 面选取 14 项指标,构建节水分区指标体系。采用主成分分析（principal?component?analysis,PCA）和系统聚类分析 （hierarchical?clustering?analysis,HCA）相结合的方法,将 31 个省（自治区、直辖市）划分成为东北地区、华北地区、 西北地区、东南沿海地区、华中地区和西南地区 6 大节水分区。节水分区特征分析结果表明,各分区间水资源、 经济社会和分领域用水指标差异显著,水资源短缺和经济社会发展对节约用水具有显著促进作用。