基于水库调度的河流突发水污染应急处置

天然河流水污染事件频发,如何运用水库应急调度降低污染损失具有重要意义。以突发水污染事件应急处置为目标,分别构建了水污染溯源、浓度预测和水库应急调度模型,并通过数值模拟的方式对水库调度方案进行优选,最终建立了一套完善的水库应急调度技术体系。将技术运用于贺江2013年水污染事件应急处置分析,结果表明,模型重构的监测断面污染物浓度过程与实测过程较为接近,优选的水库调度方案及其处置效果也与实际情况基本吻合。结果说明本文建立的水库应急调度关键技术体系可运用于指导河流突发水污染事件应急处置。     

基于耦合概率密度方法的河渠突发水污染溯源

以水动力计算为基础,依据正向浓度概率密度与逆向位置概率密度的耦合关系,构建了以污染源位置和释放时间为参数的相关性优化模型,并利用微分进化算法实现了模型的求解。在此基础上,根据污染物正向浓度概率密度函数构建优化模型确定了污染物强度。耦合概率密度方法将突发水污染溯源问题转换为两个最小值优化问题,原理简单,求解方便,实现了污染源参数的解耦。在求解优化模型时,将梯度概念引入到微分进化算法中,提高了搜索效率。将所提出的溯源方法运用于仿真实验案例以及南水北调中线应急示范工程实例,结果表明,模型溯源效果好、模拟精度高,溯源结果对于河渠突发水污染事件应急处置具有一定指导意义。     

基于熵权法的万安水库汛期分期计算

为全面客观反映流域暴雨洪水季节变化规律,以便对万安水库原有分期进行科学合理论证,研究需对流域降雨、洪水等多项指标进行综合分析。针对各指标对流域分期影响程度具有较大差异的情况,研究采用能灵活度量指标影响效应的熵权法对万安水库各分期指标进行熵权计算,并由计算得到的信息熵值对流域进行汛期划分。将划分结果与原有分期和Fisher方法分期结果进行对比分析。结果表明,基于熵权法的分期与原有分期较为接近,但建议原分期应适当调整。本方法一方面保证了分期的客观与合理性,为决策者提供了更多决策空间,另一方面也有利于对流域各降雨洪水分期指标进行影响程度分析。     

关于低影响开发设施设计降雨量确定方法的讨论

我国《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》(简称《指南》)中以年降雨总量控制率作为径流总量控制目标,并由长系列多年全样本统一排序的方式确定标准控制率下对应的设计降雨量。由于降雨的年际变异性,采用这种多年平均的方法仅能体现降雨量的多年平均控制程度,其置信概率有待进一步确定,该方法也未明确"年控制"的概念。为此,以我国北京、武汉、广州为代表城市,比较分析了多年平均和年单样本两种方法下低影响开发设施的降雨量设计问题,并通过P-Ⅲ型频率曲线推求了年单样本方法下的设计降雨量。将两种方法得到的80%控制率下的设计值与《指南》中的同标准设计值进行对比,结果表明,《指南》中的设计值反映的是多年平均降雨水平,该设计值下仅有约60%的概率实现年降雨总量控制目标;而年单样本方法考虑了降雨的年际变异性,可通过频率分析的方式实现统计意义上的"年控制",此方法能给出不同频率下的设计降雨量,可避免决策者和公众对城市降雨控制水平的错误估计。     

基于EnKF的无实测资料区间支流反分析

区间入流误差是河道洪水演算不确定性来源之一。为此,一部分研究基于水动力模型和数据同化方法对区间总入流误差进行动态修正,但无法推算出某条支流的单独入流过程;另一部分研究通过从下游往上游反算水流的方式推算区间支流入流,但反算结果稳定性差,对边界条件误差敏感,推算的入流过程误差较大。针对上述问题,本文提出了基于集合卡尔曼滤波(EnKF)的区间支流反分析方法。方法由一维河道水动力模型正、反向水流演算初步估算支流入流,并构建监测断面滞时矩阵,计算水流扰动传播时间,从而确定用于支流入流校正的流量监测值。当EnKF校正的结果仍然存在较大误差时,可再次运用EnKF对首次校正结果进一步校正。将该方法应用于理想案例和西江实例,推算的支流入流过程与实测过程十分接近,入流结果 R2和NSE皆在0.99以上,相对RMSE也小于0.05。结果表明,本文提出方法可准确计算出无实测资料的区间支流入流过程,研究结果对于提高河道洪水演算精度具有重要意义。     

考虑人类修复作用的河流健康评价

河流修复是人类保护河流健康的重要措施,其可以改善河流水文、生态等各方面特征属性,消除或减轻人类干扰,从而维持和促进河流健康发展。为了量化人类修复作用及其对河流健康的影响,以期为河流健康评价和河流修复提供新的理论和技术支持,本文将人类对于河流的修复作用概化为一项新评价指标,采用模糊集对分析方法对赣江南昌段河流有无人类修复作用下的健康状况进行对比评价。计算表明,虽然在有无人类修复作用下其健康状态评价结果都为"良",但考虑修复作用时河流健康评价值有一定提高,其健康水平更接近于"优"。     

关于海绵城市两种降雨控制模式的讨论

我国《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建(试行)》采用降雨总量控制模式以实现径流总量控制目标,但降雨总量控制率并不等同于径流总量控制率,降雨控制需将降雨转换成径流后才能与径流控制对应。按美国EPA提出的降雨场次控制模式进行设计,其降雨场次控制率等于径流场次控制率,降雨控制与径流控制直接对应。为此,本文开展了关于海绵城市建设中两种降雨控制模式的讨论。论文首先对两种降雨控制模式内涵进行了解析。然后以北京、武汉、广州为代表比较了两种不同控制模式下的城市产流雨量设计结果。研究表明,两种降雨控制模式其设计降雨量具有一定对应关系,但概念上应有所区别;相同控制条件下,按降雨总量控制的设计降雨量要明显高于按降雨场次控制,但两种模式下的最优控制率差异并不大;总量控制模式能较好地反映城市年均产流水平,有利于雨水利用目标实现,而场次控制模式则更能代表城市对场次降雨的消纳能力,有利于径流污染控制目标的实现。     

马斯京根模型改进新思路

马斯京根模型基于水量平衡原理和线性槽蓄假定而建立,模型自提出以来不断得到改进。归纳起来,模型改进思路主要体现在水量平衡微分方程、槽蓄方程以及参数取值三方面。在已有模型改进思路基础上,通过引入组合流量系数,尝试构建新的马斯京根演进模型。模型以同一断面历史多时刻流量线性组合代替槽蓄方程中当前单时刻流量,并采用微分进化算法进行模型参数率定。以滦河大黑汀水库以下至滦县河段为例,分别选取不同量级的10次代表性水流过程进行模拟。结果表明,模型模拟精度较未改进得到了提高。