永定河流域水文演变与多水源联合优化调度

水资源是保护修复永定河生态环境功能、维护河流生命健康的控制性因素。永定河流域水资源极为紧缺,且地表水资源量呈显著衰减态势。为实现紧缺严苛的水资源条件下永定河生态水量的有效保障,系统解析了流域水文演变特征,核算了分河段基本生态水量和多水源生态补水潜力,建立了耦合水资源供用耗排过程和水工程群联合运用的多水源优化调度模型,提出了常规和极端情况下的多水源生态水量调度方案和基于降水年型研判的调度方案运用方式。研究成果为有效保障永定河生态水量、提升应对变化环境的韧性提供了关键方法和模型,为华北地区其他河流生态保护修复和综合治理提供技术参考。     

三参数月水量平衡模型在丹江口水库控制流域的应用

基于水热平衡方程和流域蓄泄关系,建立了流域三参数月水量平衡模型,该模型概化了径流、降雨、蒸发和流域蓄水量之间的关系,并根据分区域汇流特点计算月径流量。利用该模型对丹江口上游7个子流域及全流域1977—1987年的月径流过程进行模拟和检验,率定期和检验期的确定性系数分别为0.85和0.80,径流总量相对误差分别为0.7%和0.2%。模拟和检验结果表明,所建模型具有较强的适用性,能较好地模拟丹江口水库控制流域及其各子流域的月径流过程,为建立丹江口水库月径流预报模型提供了可靠的技术途径。     

供水水库群蓄供水次序与调度图双层优化研究

水库群供水规则中蓄供水次序与调度图彼此影响,如何实现二者联合优化是供水调度的难点。为此,提出了供水水库群蓄供水次序与调度图双层优化方法。首先合理拟定不同蓄供水次序,其次求解各次序对应最优调度图,最后通过模拟调度比选最佳蓄供水次序与调度图组合。应用该方法对宝鸡峡灌区六库混联供水系统开展了实例研究。结果表明,若上游水库先蓄水且先供水或下游水库先蓄水且先供水均会增大灌区缺水率、降低供水空间公平性,最优蓄供水次序为上游水库先蓄水、下游水库先供水。较现状调度方案,采用最优蓄供水次序及对应调度图组合可有效缓解灌区缺水状况,缩小分区供水效益的差异。本方法为水库群蓄供水次序与调度图联合优化提供了可行途径。     

流域洪水资源利用的理论框架探讨I:定量解析

自21世纪初以来,中国北方地区干旱缺水的严峻形势,催生了旨在挖掘洪水利用潜力、缓解水资源短缺矛盾的"洪水资源利用"的概念出现,并迅速成为防洪和水资源高效利用领域的研究热点。论文在梳理总结多年研究积累的基础上,从洪水资源利用概念形成与流域水量平衡方程出发,建立了流域洪水资源利用的定义和概念性模型,指出洪水资源利用的本质是风险与效益的博弈;采用极限分析理论,推理辨析与洪水资源利用潜力评价密切相关的若干概念及其定量关系;论述常见洪水资源利用方式基本原理和技术关键,进而建立涵盖洪水资源利用潜力评价、利用方式选择和风险效益评估于一体的流域洪水资源利用模式。     

面向金泽水库取水安全的太浦河多目标联合调度研究

为强化上海市黄浦江供水系统的重要组成部分金泽水源地取水安全,又兼顾太湖流域及太浦河沿线区域防洪、供水需求,开展了太浦河太浦闸与沿线88个闸控口门的多目标联合调度研究。在分析太浦闸及两岸河道现有调度方式的基础上,拟定了两类共10个联合调度方案。采用细化后的太湖流域水量水质模型,对各调度方案进行了模拟。然后,构建了反映防洪、供水、水环境需求的多目标函数,采用蚁群优选算法对所有调度方案进行了优选。结果表明:与现状调度方案相比,太浦闸同时根据太湖水位和金泽断面水质情况加大下泄流量,同时太浦河沿线河道闸门有序控制,可显著提高金泽水源地关键水质指标达标率、抬升金泽水源地最低水位,又基本不影响流域及区域其他调度需求。     

基于模糊时序有效聚类的太湖流域汛期分期研究

依据流域暴雨洪水的长期规律对汛期进行合理划分,是确定分期设计洪水与分期汛限水位,进而制定洪水资源利用方案,挖掘洪水资源利用潜力的前提。本文通过引入时间维聚类算子对模糊C-均值聚类方法,以及有效聚类判别函数进行改进,并为消除模糊C-均值聚类方法对初值敏感的问题,用实码加速遗传算法替代迭代方法进行求解,在此基础上建立了基于模糊时序有效聚类的汛期分期方法。将该方法应用于太湖流域汛期分期中,为消除汛期起始点对分期结果敏感性和人为干扰,应用时以防洪规划规定的汛期起始点5月1日为中点,前后推移不同时段构成11个方案分别进行研究。结果表明：本方法有效,提出太湖流域汛期划分为5期的计算结果,经分析是合理的。     

区域洪水资源利用竞争性评价方法

从区域洪水的表现规律以及洪水资源利用方式特征,阐述了区域洪水资源利用的竞争性概念;提出了区域洪水资源利用竞争性评价的可持续性准则、系统性准则、安全性准则、有效性准则和公平性准则,及其相应的竞争性评价指标体系.建立了用于区域洪水资源利益竞争性评价的功效系数法评价模型,并针对单一线段功效函数难以客观反映功效系数与指标间的变化关系,提出以指标属性与功效系数实际关系分析为基础的多段折线型改进功效系数计算方法.以海河流域北三河水系中各计算单元及其洪水资源利用方式具体情况为例,运用所建立的功效系数法模型以及相关的计算手段,对该流域各计算单元的洪水资源利用竞争性状况进行了具体评价分析;评价结果显示,平原区计算单元在洪水资源利用方面具有较大的竞争性,而山区计算单元的竞争性则相对较弱.     

水生态文明城市与海绵城市的初步比较

结合文献资料及各地规划建设工作,初步梳理了水生态文明城市和海绵城市的区别与联系。结果表明,水生态文明城市和海绵城市虽然具有一定交叉性,但在技术源流、基本内涵、建设内容及构建途径上均有明显差异:水生态文明城市注重城市人水关系的整体和谐与协调,其服务目标的多元性和建设内容的综合性明显超过海绵城市;而海绵城市则专注于城市雨洪综合管理,其核心是将雨洪管理及低影响开发贯穿于城市规划建设,构建综合性城市雨污水系统;海绵城市是对城市雨洪管理的细化和深化,可视为水生态文明城市的一个重要组成部分;水生态文明城市建设应充分吸收融合海绵城市建设的经验与成果,更加有效地推动我国城市水问题的系统解决。     

北方缺水地区水库汛限水位调整下的极限风险研究

为了挖掘水库调蓄能力,缓解北方地区出现的水资源危机,探讨水库提高汛限水位的可能性.以海河流域岳城水库为例,采用随机模拟法计算汛限水位调整下水库的极限风险.分别建立了线性白回归模型和典型解集模型模拟入库洪水过程,通过统计特性分析检验其模拟效果.研究表明,岳城水库的汛限水位至少可以从目前的132 m提高到135 m,此时超校核洪水位的极限风险远小于原设计标准,从而可以大大增加水库蓄水,提高水库的经济和社会效益.     

基于随机森林与支持向量机的水库长期径流预报

水库长期径流预报对于研判水文情势变化和指导水库调度管理具有重要意义。针对云南龙江水库年、汛期和枯水期平均入库径流,利用随机森林从环流指数、海温、气压和前期月径流中选取关键预报因子,基于粒子群与交叉验证相结合的算法优选参数,建立随机森林与支持向量机模型,开展龙江水库入库径流预报研究。结果表明:太平洋中北部与西部气候因子对径流预报的影响较大,前期月径流对年、汛期径流的重要性偏低,但对枯水期的影响程度与部分气候因子相当。随机森林与支持向量机模型总体精度较高,模拟与预报的合格率均达到85%以上,平均绝对百分比误差均低于15%,支持向量机的泛化能力强于随机森林,但二者在局部极值流量处的预报精度尚有待提升。