河套盆地晚更新世以来黄河改道对高砷地下水分布的控制机制

针对河套盆地开展了历时多年的水文地质环境地质调查,利用采集的298组浅层地下水样品以及收集并甄选的382个水文地质钻孔记录分析发现:河套盆地内95%的高砷地下水(As质量浓度10μg/L)集中在黄河决口、改道形成的古河道影响带及黄河决口扇裙带。其中,盆地南部首次发现了较为集中的高砷地下水,其分布范围与黄河北岸的晚更新世以来黄河决口、改道形成的4个大型决口扇,在空间上有着良好的对应关系。黄河古河道带及决口扇裙带表现为较强的还原环境及蒸发浓缩作用以及较弱的地表水补给强度。受pH值、含铁氧化物的还原性溶解等因素影响,决口扇裙带浅层地下水中砷的含量略低于平原中部黄河古河道带。结果表明:黄河古河道带及决口扇裙带特定的沉积环境控制着地下水的水文地球化学过程,进而对高砷地下水的分布具有决定性的作用。     

妫水河入官厅水库水污染成因及减排措施评估

为保障妫水河入官厅水库入流水质达标,分析水质成因,分步制订水质改善措施。采用MIKE21耦合植物作用的Ecolab生态水质模型,对妫水河下游入官厅水库断面至东大桥断面、支流三里河水域进行模拟。通过对丰水期和枯水期监测数据及模拟结果进行分析,流域上游来流水量及水质、区间污染源及河流湿地等自净作用是影响官厅水库入流水质的主要原因,其中:妫水河入流污染负荷对水库入流水质贡献率最大,丰枯水期氨氮、总磷和总氮的贡献率分别为18.32%～45.76%、9.31%～31.17%和29.34%～67.56%;区间入河污染源氨氮、总磷和总氮削减率分别为19.41%、31.31%和24.94%;丰枯水期河道自净对氨氮、总磷和总氮削减率分别为44.85%～61.29%、51.40%～77.92%和8.40%～23.06%。为改善官厅水库入流水质,在流经城市区的妫水河下游及三里河修建了河流湿地公园,对区域污染源进行截污,使得入库水质可达到Ⅲ类水。为长远确保官厅水库的水质,控制来流水质和加强流域治理是关键,同时营造岸带湿地,对水质改善有积极的作用。研究结果及方法可为水库污染防治及负荷量削减提供理论依据。     

谈2020年我国南北洪涝问题

2020年6月来,我国南方经历多轮强降雨,导致我国南方多地(特别是长江流域)暴雨型洪涝突发。2020年7月,南水北调与水利科技(中英文)编辑部就洪涝的诱因、未来长江中下游调度工作重点、黄河和长江流域防洪压力的区别、三峡大坝汛期泄洪、今年暴雨洪水的特点和防御难点以及未来汛情的发展趋势等问题对中国工程院院士王浩进行了专访,现摘登如下。     

基于水文条件的内陆核电厂放射性液态流出物动态排放模拟研究

以某内陆核电厂址为例,选取90%频率环境来流作为设计基准,建立放射性液态流出物排放量与环境流量等比分配的动态排放模式,采用EFDC数学模型作为模拟手段,分析基准年逐月来流过程放射性液态流出物排放分配方式与环境水体中核素浓度变化的关系,模拟常态化实际来流过程中放射性液态流出物动态排放控制条件和水域浓度规律。应用于典型案例,提出瞬时排放量控制上限与环境流量等比例动态分配相结合的动态排放控制方式,并提出瞬时排放量上限的合理取值为3倍年均排放速率。结果表明,该动态排放控制方式可有效降低受纳水域高浓度出现时间,并实现最大峰值浓度合理控制,削弱放射性液态流出物排放对环境水体的影响。这对内陆核电厂排水管理具有重要指导意义。     

宁夏引黄灌区末段区域农业水资源配置研究

为探索农业水资源配置的新模式,以"自然—人工"二元水循环理论为基础,以宁夏引黄灌区末段区域(石嘴山市)为研究区,分析农田水循环过程,提出"引沟济渠"农田灌溉水源调配新思路。以农田灌溉水质要求、灌溉水量需求以及水资源管理用水红线为约束,借助MATLAB优化工具进行模拟计算,结果表明:在满足农田灌溉水质的前提下,取用惠农渠水4.83亿m~3、第五排水沟水0.92亿m~3、唐徕渠水0.82亿m~3、第三排水沟水0.31亿m~3,可节约黄河水1.23亿m~3;在上游排水沟水质较差情况下水质是主要约束条件,在上游排水沟水质较好情况下排水量是主要约束条件;实施"引沟济渠"模式应本着"差水控量,好水用尽"的原则,充分利用上游排水沟的来水。该农业水资源利用模式可节约渠灌水,做到"一水多用、多水联用",为干旱区灌区水资源配置提供借鉴。     

环境流计算新方法:水文变化的生态限度法

水文变化的生态限度框架(ELOHA)是环境流理论最新成果。ELOHA要求对河流按照水文情势特征进行分类,相同类型河流的水文—生态关系具有相似性。ELOHA还要求对开发前后水文情势变化进行分析,计算现状水文条件与基准水文条件的偏离程度。ELOHA提出了水文情势变化预期生态响应的若干假定,总结了一套为建立水文—生态关系采用的生态指标。在建立大型水文和生物数据库的基础上,运用统计学方法拟合水文—生态函数关系。最后,各利益相关者对水文变化引起的生态风险进行评估,认定可以接受的生态风险水平,再依据水文—生态曲线,确定环境流标准。     

中国是世界拱坝大国也是世界拱坝强国——在《特高拱坝建设总结及安全运行管理研究》会议上的发言

中国拱坝数量占全世界的40%,数量最多;世界最高的三座拱坝都在中国,因此中国是世界拱坝大国。中国解决了岩溶地区拱坝防渗、狭窄河谷拱坝大流量泄洪等技术难题,发展了碾压混凝土拱坝筑坝技术。中国学者首创大坝混凝土标号分区技术,首创混凝土坝温度应力理论体系,解决了大坝裂缝这一世界性难题;建立了拱坝优化理论、混凝土坝仿真分析方法、混凝土坝有限元等效应力方法、混凝土坝数值监控方法等,在拱坝设计和科研上取得了全世界最多的重要成果,因此中国既是世界拱坝大国,又是世界拱坝强国。     

基于IPAT模型的河北省灰水足迹分析及预测

河北作为京津冀发展圈的重要组成部分,水质水量问题突出,因此迫切需要对其水量和水质进行研究。基于农业和工业生活两部分,选取N肥、P肥、COD为关键污染物,以水环境最大允许容量为依据,计算了河北省2004—2015年的灰水足迹,并以此为基础,对2030年单位产值造成的灰水足迹进行了预测。结果表明:(1)12年间河北省灰水足迹呈现先上升再下降的趋势,农业灰水足迹以N肥为最关键污染物,随着化肥总量和平均施肥水平的增加不断增长,年均增长率0.87%;(2)工业生活灰水足迹总体呈现增长趋势,阶段内呈现下降趋势。以2011年为界,河北省灰水足迹从由农业灰水足迹决定转变为由工业生活灰水足迹决定,且工业生活灰水足迹和第三产业产值的相关性较强;(3)通过IPAT模型分析发现,农业灰水足迹除2004,2013,2015年外,其他各年份可持续性均较差,2004—2010年工业生活灰水足迹的可持续性好于2011—2015年。未来若按照现有水平继续发展,到2030年河北省单位农业产值造成的灰水足迹将下降为0.05 m~3/元,单位工业生活产值造成的灰水足迹将下降为0.006 m~3/元。     

基于统计损伤理论的邓肯—张修正模型研究

由于邓肯—张EB模型没有考虑颗粒破碎损伤对材料变形及强度的影响,不能模拟堆石料应变软化的缺陷,故将统计损伤理论引入邓肯—张双曲线模型。通过探讨堆石料应力—应变曲线不同阶段损伤变量的规律,描述堆石料的损伤破碎过程,考虑其损伤阈值的影响,建立了邓肯—张修正模型表达式,该模型参数能通过试验数据拟合得出。经过验证,邓肯张修正模型在高围压下能较好的模拟堆石料破碎损伤的全过程,低围压下退化为常规邓肯—张模型。与传统邓肯—张模型、统计损伤模型、弹塑性模型及试验结果相比较,其形式简单、参数少。研究成果可应用于底部围压较大的高堆石坝分析,为堆石坝的设计计算提供参考。     

城市水文模型原理刘家宏

城市水文过程因强烈的人类活动影响而发生了深刻变化,科学精细地模拟城市区域的产汇流过程是解析城市水问题机理的科学基础。在系统剖析城市水文模型原理的基础上,将城市复杂下垫面根据其透水特性划分为不透水单元、透水单元、半透水单元、伪透水单元、强透水单元、水域单元等六类基本单元,并构建了不同类型城市水文响应单元的水文特性曲线,基于圣维南方程组和Navier-Stokes方程提出了城市管网与河湖水系水动力学模拟的技术方案。在耦合城市水文响应单元的降水—截留—蒸发—入渗—产流模块、地表汇流模块、管网汇流模块、水系一维水动力学模块等基础上,以水循环过程为主线,将水文模型的径流输出作为城区一维管网、河道水动力模型的输入边界,实现水文模型与一维管网、河道水力学模型的集成。将单元水文模型通过城市管网和河湖水系等连接方式集成到城市水文模型系统中,弥补了现有城市雨洪模拟在水文学机理上的不足,可为城市排水防涝和海绵城市建设提供科学基础。