数字孪生丹江口工程水质安全“四预”平台研发及应用

丹江口水库的水质安全关系到南水北调中线供水的保障，数字孪生丹江口是国内首个以水利工程水质安全为业务需求之一的数字孪生工程。针对丹江口水库水体水深大、范围大、污染来源分散和类型多，以及丹库与汉库水动力交换复杂、水质呈现分区分层等特点，研发高效高精度水动力水质机理模型、水质在线动态推演技术、水质浓度场三维仿真技术，首次实现水库全域水质浓度场时空演变全过程的在线推演和三维立体仿真展示，通过海量多源异构数据的科学解析、模型集成与多业务有机融合，实现水质在线推演、预警分析、安全态势预演、预案比选决策的水质安全“四预”功能。水质安全“四预”功能已成功应用于丹江口水质安全管理，为中线水源工程供水水质保障管理提供有力支撑。     

洪湖水质时空变化规律及污染物汇入阈值研究

为掌握洪湖水质时空变化规律、定量提出污染物汇入阈值,在构建洪湖水动力水质数学模型的基础上,模拟了丰、平、枯水期典型出入湖流量、污染物汇入情况下洪湖水质时空分布情况,采用试错法试算了各水期主要入湖口污染物汇入阈值.结果表明,蓝田、湖心A、桐梓湖、下新河等4个距离污染物汇入口较近的水质控制点,NH3-N、TP浓度呈枯水期＞...     

关于水域纳污能力计算理论的总结与思考

科学认识、合理计算水域纳污能力对促进污染减排、实现水功能区限制纳污红线管理至关重要。在系统调研大量水域纳污能力计算理论相关文件、报告、书籍、规范、文献的基础上,总结归纳现有水域纳污能力内涵、计算方法和原则选用、设计条件和参数确定等,并对其优缺点、适用性等进行讨论,最后提出新形势下细化、强化水域纳污能力计算的合理性分析与检验、推进水文-水动力-水质-纳污能力耦合研究等发展方向。研究成果可为水域纳污能力科学、合理、准确计算提供参考依据。     

基于主成分-聚类分析的南水北调中线干渠水质时空分异规律

作为京、津、冀、豫4省市重要水源,南水北调中线工程水质安全对于工程的稳定运行和优化管理十分重要。为掌握总干渠的水质状况和时空分异规律,对南水北调中线干渠25个断面的9个水质指标变化情况进行分析,运用主成分分析和聚类分析相结合的方法,识别主干渠主要水质指标成分,甄别各断面水质变化相似性特征,并开展水质评价与分区,为中线水质保护和管理提供决策参考和优化建议。研究结果表明,主成分分析将9项水质指标降维到4项,前4个主成分能够解释80.23%的原始环境信息,重点关注中线工程耗氧程度和酸化趋势。聚类分析将中线总干渠划分为4类水质管理区段,通过比较各段水质指标差异,识别出各分类渠段关键性水质指标,针对渠段特性进行水质时空分异规律分析。研究成果可为中线水质保护和管理提供理论依据。     

湖泊三维水动力——水温耦合模型及其应用研究

水温是湖库科学研究中的重要环境因子之一,是认识水体各种理化生现象和动力过程的基础。水温很大程度由太阳辐射决定,最新研究成果表明水体与床体的热交换收支对浅水湖泊垂向水温分布也有很大影响。研究湖泊热循环规律,选择合适的水气热交换计算方法,通过联立CE-QUAL-W2底部热交换模型方程和一种改进的床体热平衡方程求得水体-床体热通量。基于σ坐标变换和相关定解条件建立三维水动力学-水温耦合模型,采用有限差分法对模型方程进行求解。以武汉市东湖为研究对象,根据东湖1978年7月的定点观测资料进行水温模拟,探究东湖水温月变化、日变化过程。     

人工智能视频识别在水利数字孪生中的典型应用

视频监控与人工智能技术越来越广泛应用在水利智慧化建设方面，数字孪生建设是构建智慧水利的关键和核心。针对水利数字孪生建设实际需求，利用视频监控、图像处理、人工智能等技术手段，研发视频智能识别模型系统，通过智能模拟，实现与物理要素仿真运行、虚实交互。主要针对视频智能识别在水利数字孪生中主要应用场景进行系统化设计，实现如水尺识别、漂浮物识别、地表水体检测等应用。从实际运行情况来看，视频智能识别系统能够实现对物理对象进行不间断监控、分析、识别及预测预警，在水利智慧化建设方面具有较大的应用价值。     

数字孪生丹江口水质安全建设挑战与举措

丹江口水库是南水北调中线工程水源地，担负着“一泓清水永续北送”的重任。结合丹江口水库特点和现状，剖析数字孪生丹江口水质安全建设面临的短板、机遇与挑战，提出了水质安全建设总体框架，阐述了数据底板建设、模型与知识库扩展、业务应用支撑等主体建设内容与核心技术，总结了水质安全建设特色与亮点。研究可为高质量开展南水北调中线水源工程数字孪生建设提供支撑，为其他水源水库水质安全数字孪生建设提供经验借鉴。     

水库水温研究进展及趋势

水库水温时空分布的变化对库区及下游河道环境及水生生态系统等产生重大影响，水库水温研究对库区及下游河道生态环境保护具有重要意义。回顾了国内外水库水温研究历程，介绍了主要的水库水温结构判别方法和水库水温研究方法，重点论述了水库水温机理性模型与智能算法模型的最新动态及前沿进展，总结归纳了水库水温分层特性、生态环境影响及其改善措施的最新研究成果，提出了未来重点研究方向：梯级水库影响下流域河-库系统水热传递规律、基于非静压的水库水流水温耦合计算、面向下游水温改善的水库分层取水生态调度。