疏勒河流域径流变化与预测研究

基于疏勒河流域昌马堡站1953—2014年观测资料,采用累积距平、距平百分率和叠加马尔科夫链预测模型研究了62年流域径流量变化特征,并对径流变化进行了预测。结果表明:昌马堡站年平均径流量整体呈现增加趋势。该预测模型能较好地预测干旱内陆河流域年径流量,但对于丰水年份径流量预测有一定误差,有待于进一步改进。     

黏性泥沙絮凝-沉降-再悬浮运动过程数学模型研究

黏性泥沙运动特性是河流海洋泥沙动力学研究热点之一。为研究紊动水体中黏性泥沙运动过程及其机理,以絮凝动力学方程为基础,通过设置不同粒径级别的泥沙絮团再悬浮量为下边界条件来反映黏性泥沙絮团的再悬浮,建立了黏性泥沙絮凝-沉降-再悬浮动态过程数学模型。模型验证结果表明,新建模型可用于描述黏性泥沙絮凝-沉降-再悬浮运动过程,且具有一定的精度。最后以泥沙絮团体积分布为指标,探讨了强紊动水体中絮凝、沉降和紊动扩散在这一动态过程中的作用。研究结果表明,强紊动水体中,上层区域泥沙絮团分布的决定因素是沉降和紊动扩散;中部区域是絮凝;下层区域是絮凝和紊动扩散。     

水生态红线框架体系和划定方法研究

水生态红线是水生态环境保护的重要途径,将从管理机制上为水生态安全提供更可实施的保障。本文通过对水生态系统表象特征和水生态系统演化过程的关联分析,提出了水生态保护的红线框架体系:水量红线、空间红线和水质红线,阐释了三条红线间的相互关系及其内涵。综合生态需水、淹没面积、生态健康评价方法,嵌入我国生态环境保护相关规范,提出了兼顾自然和社会属性的水生态红线分级方法,建立了水生态红线指标体系。以淮河水系淮滨、王家坝和蚌埠断面为例,进行了水生态红线划定的示例应用。本文提出的三位一体的水生态红线框架体系和红线划定方法,弥补了水生态保护红线机制研究的空缺,为水生态保护研究与实践提供了新的思路和方法。     

华北轮作农田灌溉制度多目标优化模型及应用

针对华北地区冬小麦-夏玉米轮作种植模式,构建了轮作农田灌溉制度多目标模拟-优化模型,该模型利用水量平衡模型模拟不同灌溉制度下的农田耗水过程,利用水分生产函数估算不同耗水条件下的作物产量,以2种作物每次灌溉的灌水时间及灌水定额为决策变量,以两种作物产量最大为目标函数。引入动态罚函数对灌溉定额进行约束,采用改进非支配排序遗传算法进行求解,最终用理想点法对所得Pareto非劣解进行决策。不同灌溉定额下北京地区冬小麦-夏玉米轮作农田灌溉制度多目标优化结果表明:轮作模式下冬小麦的灌水关键时期为抽穗与灌浆期,与水分敏感期基本一致;夏玉米的灌水关键时期为拔节与抽穗期,受前期墒情及降水影响比水分敏感期有所提前。在最优灌溉制度下,随着灌水量的增加,两种作物产量均增加;产值呈抛物线增加,但边际产值递减;单位灌水量产值呈幂函数减小;同时作物耗水量呈对数增加,而土壤水利用量呈抛物线减少。     

黄河下游治河工程空间分布的统计特征

基于实地考察和遥感影像解译,借助Arc GIS软件提取黄河下游两岸大堤之间的中心线作为坐标横轴,垂直于中心线的水平方向为坐标纵轴,并以小浪底水库出库闸为坐标原点,建立了黄河下游空间位置相对坐标系。以此为基础,对黄河下游堤防、险工和控导工程等典型水利工程的现状及空间分布进行了统计分析。结果表明:黄河下游大堤堤距变化以艾山为界分为上、下两段,上段(小浪底水库—艾山)平均堤距为7.46 km,堤距变化存在内包线;下段(艾山—入海口)平均堤距为2.70 km,存在次一级的窄堤距点(曹家圈0.55 km和利津0.67 km)。险工数量随着时间变化呈现双峰分布的特点,控导工程数量则为单峰分布;在整个黄河下游沿河方向上平均每千米分布0.27个控导(险工)工程,从形态上可以分为单弯型、双弯型、多弯型和直线型四类,弯曲度均分布在0.3~1.0之间;控导工程与河流的平均接触率为67%,险工与河流的平均接触率为56%。     

基于生态水文阈值调控的内陆干旱区水资源多维均衡配置研究

针对内陆干旱区城市发展和生态环境保护的强烈互斥性,在整体识别内陆干旱区水循环与生态演变耦合作用机理上,构建基于生态水文阈值调控的水资源多维均衡配置模型。模型分3个层次:以流域为单元的水资源系统耗水总量和地下水采补平衡;以行政分区为单元的经济社会系统水量平衡和水土平衡;以河道关键控制断面和灌区为单元的生态环境系统水生态平衡和水盐平衡,并给出相应的多重循环迭代算法。将该模型方法应用于我国内陆干旱区——塔里木河流域,结果显示:在平枯水平年通过累计新增节水灌溉面积85.1万hm~2,累计退减基本农田外灌溉面积41.5万hm~2,累计退减国民经济用水量为75亿m~3,可实现该地区水资源-经济社会-生态环境复合系统的有序良性演化和高效均衡发展,验证了该方法的可行性。     

南水北调来水条件下北京市多水源联合调度模型研究

2014年南水北调中线工程引水进京后,北京将形成外调水、当地地表水和地下水多水源联合供水的格局,其中外调水是由南水北调中线工程整体调度后确定的,其水量和水质对北京市供水调度有重要影响。本文以北京市多水源供水环路为研究区域,以充分保证供水和弃水量最小为调度目标,建立多水源联合调度模型,采用南水北调中线多年设计来水系列对供水系统进行调度,给出北京市以日为尺度水资源调度结果,环路各处流量、水压等动态变化情况及各个水厂的水资源配置情况。结果表明,通过优化方法确定的调度规则可以使模型达到不弃水不缺水的调度目标;在平水年即南水北调来水量为11.9亿m3时,2014年需水水平下反向调入密云水库约1.65亿m3。不同典型年下,供水环路南水北调来水和本地水源同时供水时间达1~100 d。供水环路中南干渠沿线水厂和九厂发生南北水源同时供水天数较多,需要防范水源混合可能带来的水质风险。     

Attribution analysis of runoff change in the Beidasha River BasinEI北大核心CSCD

基于ABCD模型,提出了分离气候变化和人类活动对径流影响的分析框架,结合弹性系数法,在不同时间尺度上对北大沙河流域径流变化进行了归因分析。结果表明:从基准期(1980—1990年)到扰动期(2006—2018年),年尺度上ABCD模型和弹性系数法得到的气候变化导致径流的增加量分别为43.0mm和32.0mm,人类活动导致径流的减少量同气候变化导致的增加量相当,弹性系数法未考虑气象要素年内分配的变化,可能低估气候变化的影响;月尺度上,气候变化使径流在汛期增加了4.4~18.1mm,非汛期增加了1.3~2.2mm,在夏、秋两季占主导地位,人类活动使径流9月增加了11.3mm,其他月份减少了1.9~10.1mm,在春、冬两季占主导地位。     

基于动理学理论的床沙冲刷函数

针对泥沙研究中床面泥沙冲刷函数以经验公式为主,难以深入分析紊流随机因素作用下床面泥沙运动与冲刷强度的力学联系的问题,本文基于泥沙运动的动理学理论建立了床面泥沙冲刷函数。论文中,在动理学理论框架下将床沙冲刷通量表示为单位面积和单位时间内在紊流升力、拖曳力、重力等作用下离开床面的泥沙质量(体积)的统计系综平均,并采用泥沙运动的动理学方程确定了冲刷函数中床面泥沙运动的速度分布函数这一关键统计力学变量。论文还将得到的冲刷函数与3家80组不同来源的实验数据以及3家冲刷函数进行了对比,并作为冲刷边界条件用于悬移质输沙的计算。结果表明,本文得到的冲刷函数不仅具有更好的理论基础,且冲刷通量计算值与实验值符合良好,相对误差在[-0.5~0.5]之间的数据占所有数据的87.2%,相比其他冲刷函数具有更好的计算精度;作为边界条件计算得到的冲刷过程中悬移质浓度分布也较好地复原了实验过程。本文的研究表明,基于动理学理论的冲刷函数既反映了微观状态下拖曳力、升力等随机性外力对床面颗粒运动的影响,又反映了颗粒运动的统计规律,从而能更准确地从力学本质上反映水流强度及颗粒大小等对冲刷通量的影响规律,体现了动理学理论在分析床面泥沙运动特征的优势。     

长江中游典型分汊河段河床演变

戴家洲河段来水来沙特点分析表明,本河段具有明显的平原河流特征,水流易受地形影响,河段年际间来水来沙存在较大的变化,来沙以流域产沙为主,河段内造床起主导作用的是悬移质泥沙运动.河段演变特点主要表现为:洪水河势基本稳定而中低水滩地则冲淤变化不定,池湖港心滩基本稳定,巴河边滩发育和冲蚀交替,戴家洲洲头不断变化,直港直水道和微弯水道特征不断转化交替,巴河边滩的消长、戴家洲洲头的进退和直港滩槽演变密切相关,戴家洲直港浅滩位置多变且呈洪淤枯冲规律.结合三峡水利枢纽的蓄水运用,对戴家洲河段河床演变趋势进行了预估.