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。     

深厚覆盖层上高土石坝防渗墙裂缝渗流分析模型及应用研究北大核心

深厚覆盖层上修建混凝土防渗墙在其施工和运行期由于多种原因而容易发生裂缝,可能影响覆盖层地基的渗透稳定性,对工程安全造成难以估量的影响。为有效地求解深厚覆盖层上高土石坝防渗墙裂缝渗流问题,在改进节点虚流量法的基础上引入无厚度的缝单元来模拟防渗墙裂缝渗流行为。以瀑布沟深厚覆盖层工程渗控为例,计算了混凝土防渗墙裂缝未充填和充填下的三维渗流场,得到不同裂缝条件下渗流场的水头分布、浸润线以及渗漏量,系统分析了深厚覆盖层地基中混凝土防渗墙垂直裂缝条件下的稳定渗流场规律和特点。结果表明,该方法能对渗流逸出点和浸润线能准确定位,并能很好地模拟混凝土防渗墙裂缝对坝区渗流场的影响,可以为该类问题的分析提供参考。     

流域产输沙模型中考虑泥沙来源的动态粒径计算方法

为准确反映泥沙粒径分布特征在不同时间尺度上的变化过程,提高流域产输沙模型的模拟精度,以黄河干流玛曲水文站以上区域为研究对象,根据不同季节的泥沙来源不同这一特点,采用坡面、谷沟、河道各来源的泥沙量作为权重,基于WEP-SED分布式流域产输沙模型对流域产输沙过程中的综合泥沙中值粒径进行加权平均计算,并对采用泥沙固定粒径计算方法和不同来源的泥沙动态粒径计算方法的模型模拟的玛曲水文站输沙率进行比较。结果表明：与采用泥沙固定粒径计算方法相比,采用泥沙动态粒径计算方法可有效提高模型模拟精度,其NSE值从0.601提升至0.706;采用泥沙动态粒径计算方法模拟的泥沙中值粒径呈现汛期小、非汛期大的动态变化规律,其年内分布规律与实测资料一致。     

中国经济社会消费水量、效率及其未来极值

为客观评估消费环节的真实水量消费和用水效率,在虚拟水分析的基础上研究经济社会消费水量。基于国 家和各省水资源投入产出表,构建虚拟水通量以及综合用水效率评价模型,评估 2007、2012、2017 年我国 31 个省 （自治区、直辖市）虚拟水通量、经济社会消费水量及其综合效率,并对未来经济社会消费水量极值进行预测。结 果表明：国内虚拟水输入区向高收入区域聚集,虚拟水输出区向水资源密集型产品生产地聚集,考虑虚拟水流通 后,各省（自治区、直辖市）综合用水效率具有趋同性特征,人均综合消费水量与经济发展水平呈较好的对数关系, 经济越发达、居民生活水平越高,人均综合消费水量越高;由于国际贸易商品结构变化,2012 年之前我国经济社 会用水量高于经济社会水消费量,之后后者超过前者,预期在 2035—2040 年我国经济社会消费水量将达到 6?907 亿 m 3极值,比经济社会用水量高 427 亿 m 3。经济社会用水量和经济社会消费水量分别反映生产端和消费端用水 规模,随着经济社会生活水平提升以及生产结构和贸易结构的转变,经济社会消费水量超过经济社会用水量规模 将日趋扩大,二者差额主要通过虚拟水解决,需要合理优化商品进出口结构,避免大宗进口引发经济和社会风险。     

南水北调中线工程桥墩壅水特性研究

南水北调中线总干渠沿线设有阻水的槽墩、桥墩1 145座,合理分析槽墩、桥墩的壅水大小,对于准确复核总干渠水面线、分析渠道输水能力具有十分重要的意义。本文利用Flow3D软件模拟了南水北调中线工程中常见的圆柱型桥墩的壅水特性,计算体型包括单排、双排和三排桥墩,桥墩的阻水比为5.0%~7.14%。分析表明,单排桥墩壅水的数值模拟结果与Yarnell修正公式计算结果相近;多排桥墩联合壅水值随桥墩排数的增加而增加。     

球型支座应用于大型渡槽的隔震研究

结合实际大型渡槽工程,设计球型隔震支座NKQZ15000GD,该支座具有较高的竖向承载能力、较低的水平剪切刚度,并具有一定阻尼和复位能力;对该支座进行材料性能测试,拟合支座的力学性能参数;分别采用反应谱法和动力时程法,计算隔震渡槽在设计地震与超设计地震作用下的动力反应;分析球型隔震支座应用于大型渡槽的减震效果,根据定量分析的结果得到一些规律性的结论。     

引黄入晋北干线倒虹吸输水工程的水击压力控制

山西省万家寨引黄工程分成南干线和北干线.北干线倒虹吸输水工程全长113 km左右,采用内径2～2.2 m的PCCP管有压输水.研究了北干线倒虹吸输水工程的水击压力控制、调流阀安装位置对管道压力等级设计的影响及调流阀、泄压阀、检修阀的联合工作方式,以及设计了新型的多喷孔套筒调流阀以适应水击压力的控制要求.同时,也研究了该线路设计调压井或者溢流井的必要性及其参数.通过研究,不仅找出现有设计存在的安全隐患,提出了控制水击压力的工程措施,而且大大减少了工程投资.     

基于水联网及智慧水利提高水资源效能

针对水资源供需系统的“动态性、关联性、预期性、不确定性”,以信息技术当前快速发展和应用的物联网理论与技术为基础,提出了水联网及智慧水利概念：其总体架构是集物理水网、虚拟水网和市场水网一体的现代化水资源系统;其核心特征是实时感知、水信互联、过程跟踪、智能处理;其关键技术是基于云技术的监测、计算和服务,基于多水源高效能的智慧调度,基于多通道优拓扑的精准投递;其核心目标准确预报、精准配送和高效管理,全面提高水资源效能,促进我国水资源高效利用水平的跨越式提升。     

黄河下游河道冲淤平衡临界水流能量损失研究

从河流能量损失的角度入手,采用理论研究和资料分析相结合的手段,研究了黄河下游河道(花园口-利津)河流能量损失与河道冲淤的相关关系,研究结果表明:河流一般能量损失(如机械能损失、动能损失、势能损失)和动量损失与黄河下游河道年冲淤量之间不存在相关关系;而河流有用功损失、推移功损失与河道年冲淤量之间相关性不明显,但河流悬浮功损失与黄河下游河道年冲淤量之间存在较为明显的相关关系;维持黄河下游河道(花园口-利津)冲淤平衡的能量损失临界条件是水文年内河流悬浮功损失0.75亿J.当悬浮功损失大于此临界值,下游河道将发生淤积;小于此临界值,下游河道将发生冲刷.     

土壤—植物系统净化地表径流非点源 污染物实验研究

利用自行设计的6 m土槽构建土壤—植物系统,以无植被土槽为空白对照,设置不同的污染物进水浓度,采用模拟径流方式进行非点源污染净化实验。结果表明：（1）植被的存在能有效滞缓径流和提高污染物去除率,其中土壤—高羊茅系统的净化效果略优于土壤—紫花苜蓿系统,其SS、NO-3-N、NH3-N、TDP、PP去除率分别达到86.61%、25.83%、52.03%、26.53%及76.59%;（2）在本研究的进水浓度范围内,浓度变化对处理系统净化效果的影响与污染物存在状态有关,进水浓度增加后颗粒态污染物去除率无显著变化而溶解态氮去除率均出现明显下降;（3）以污染物出水浓度随径流长度的变化表征污染物截留特征,SS和PP出水浓度均随径流长度增加而呈指数降低,NO-3-N、NH3-N和TDP出水浓度随径流长度增加而呈线性降低,植被及进水浓度条件对污染物截留特征无明显影响。