洞庭湖水质演变特征及驱动因子识别研究

为了全面掌握洞庭湖水生态变化状态，为改善其生态环境提供理论支撑，收集整理了1989～2018年洞庭湖11个监测断面的水质监测数据，采用单因子评价法和综合营养状态指数分别对洞庭湖水质演变特征、营养化状态进行研究，利用主成分分析法和多元回归分析法筛选识别社会经济和水文驱动因子，分阶段对驱动因子进行分析，并提出湖区水环境保护建议策略。结果表明：(1) 1989～2018年，洞庭湖水质下降明显，已处于轻度富营养化状态；从空间演变状况看，富营养状况分布为东洞庭湖>南洞庭湖>西洞庭湖；TN和TP是关键影响因素；经识别筛选，社会经济发展和水文变化是两大驱动因子。(2) 1989～2002年，洞庭湖水质总体呈明显下降趋势，社会经济驱动因子是关键原因；2003～2007年，洞庭湖水质变化相对平稳；2008～2018年，前期受社会经济发展和水文变化两个驱动因子共同作用，水质下降明显，后期由于水污染防治力度加大，水质呈现逐渐好转态势。(3)对照洞庭湖水质演变分析结果，为改善洞庭湖生态环境，建议重点要加强生活污染治理、防治工业点源污染、严控农业面源污染和加强洞庭湖水资源调控。     

基于主成分分析法的洞庭湖水质评价

主成分分析法具有简化计算和定量评价水质状态的优势,为此采用该方法对洞庭湖湖区2016年的水质进行了评价。结果表明:洞庭湖水质污染的因子主要有铜、砷、六价铬、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮和总磷,与实际情况相符,说明主成分分析结果能真实地反映水质状况。洞庭湖湖区入湖水系水质最差,出湖水系水质次之,湖体水质相对较好。其中,湘潭断面重金属含量高,受工业废水影响明显;藕池口断面高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮污染严重,鹿角沱和城陵矶断面则总磷污染明显,主要由湖区农业面源污染、畜禽养殖和生活污水造成。总体来看,洞庭湖支流来水和湖区农业面源污染是导致洞庭湖水质变差的主要原因。     

基于MODIS影像的洞庭湖枯水期总磷营养状况监测研究

为了解洞庭湖区枯水期的水体总磷的污染情况,利用MODIS反射率与同步的总磷(TP)浓度实测数据进行相关性分析,得出最优波段组合b1-b5。建立了三次多项式反演模型,并运用模型反演得到2005、2009及2013年枯水期3期洞庭湖区总磷的分布图,湖区水体主要以Ⅳ类水质和Ⅴ类水质为主,进一步采用以TP为基准的修正营养指数(TSIM)公式得出洞庭湖区的营养状态分布情况。结果表明:2005-2013年洞庭湖水体营养指数呈现略下降又上升的趋势。洞庭湖区湖水趋于富营养化状态,且东洞庭湖最严重,南洞庭湖次之,西洞庭湖最轻,洞庭湖湖体水质劣于入湖口水质。     

长江流域南京片省界水体水污染成因分析及对策

〗为了有效掌握省界水体的污染情况,为妥善处理水事纠纷提供资料,运用单因子标准指数法及综合营养状态指数法对南京境内长江流域省界水体水质状况、污染因子和富营养化程度进行了综合评价,并对各省界水体污染原因进行了分析。结果表明：南京市境内长江流域省界水体污染严重,尤其是石臼湖南京高淳和溧水渔业、工业用水区和固城湖高淳饮用水源区,水质低于水功能区的要求,水体主要受总磷、总氮污染;4个省界水体全年营养状况以中度富营养化和轻度富营养化为主。针对省界水体的污染现状和污染源,提出了相应的污染防治对策和建议。     

长江河口区南支水域营养状况及其理化驱动研究

为了解长江河口区南支水域营养状况时空变化及其理化驱动因子,于2019年对该水域水温、溶解氧、总氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、无机氮、可溶性活性磷酸盐、总氮、总磷、化学需氧量及叶绿素a等水质因子进行采样调查,运用富营养化指数法、营养状态质量指数法和潜在性富营养化评价法对该水域富营养化水平进行分析,采用主成分分析法(PCA)初步确定影响该水域富营养化状况的主要理化驱动因子。结果表明,调查水域水质因子时空分布季节变化显著;营养状态质量指数法与富营养化指数法评价的结果基本一致:调查水域处于重度富营养化水平;潜在性富营养化评价法分析结果是水域富营养化程度高,表现为磷限制,在夏季磷的限制程度进一步加剧;主成分分析结果初步明确影响调查水域富营养化状况的主要理化驱动因子是硝酸盐氮。     

洞庭湖区水环境现状调查与分析

为摸清洞庭湖区水体污染现状,揭示各区域水体营养化水平及营养盐的空间分布特征,利用长江水利委员会水文局在湖区的水文-水质综合站网,于2017年8月在全湖24个代表性断面开展了水文-水质同步监测,分析了洞庭湖各区域营养水平和水环境质量状况,计算了出入湖的污染物通量。结果表明,全湖除汨罗江和六门闸为中度富营养化外,其他区域为轻度富营养化,洞庭湖总体营养水平呈恶化趋势;藕池河北支(东洞庭湖入口之一)总氮含量显著高于其他区域,其次是东洞庭湖出口处;沅水总磷含量显著高于其他区域,其次是大通湖、东洞庭湖出口处和藕池河;六门闸(东洞庭入口之一)高锰酸盐指数含量显著高于其他区域,其次是大通湖、沅水;汨罗江叶绿素a含量显著高于其他区域,其次是东洞庭湖出口处和六门闸。根据地表水环境质量标准进行单因子数据分析及评价,总氮总磷两项营养指标的污染比较严重,使得全湖水质类别为Ⅳ类或者Ⅴ类,甚至为劣Ⅴ类。空间分布上,入湖污染负荷主要来源是沅水,其次是长江三口之一的松滋河;长江干流监利至螺山段污染负荷的主要来源为洞庭湖。经综合考虑,对洞庭湖实施水资源保护和综合治理已刻不容缓。     

辽阳市太子河水体富营养化与社会经济发展对水质的影响

文中根据2015—2020年辽阳市太子河水质监测数据，利用综合营养状态指数法对8个断面的水体富营养化进行分析并做出评价，再进一步运用相关性分析探究社会经济发展对水质的影响。研究结果表明：辽阳市太子河水质指标在空间分布上存在较大差异，上游水质较好，中下游水质较差，氮磷类污染物超标较严重，主要为面源污染。太子河整体综合营养状态指数在53.04～63.69之间，富营养化状态随时间逐渐好转，2020年可以达到轻富营养状态。水质指标与社会经济指标呈显著负相关，说明2015—2020年社会经济与水环境协调发展，辽阳市对水环境的治理比较有成效。因此，本次研究旨在使辽阳市社会经济可持续发展，并降低水质污染程度，同时也为社会经济与水质的良性发展提供新思路。     

尼尔基水库富营养化状态评价比较研究

通过对尼尔基水库"十二五期间"(2011-2015年)富营养化指标的分析,确定了各指标的相关权重系数。应用综合营养状态指数法(TLI)对尼尔基水库进行水质评价,并与模糊综合评价法、BP神经网络评价法进行对比。结果表明,三种评价方法均可以用于尼尔基水库的富营养化评价;TLI指数变化范围在40-58之间,对于尼尔基水库的评价基本处于中营养状态;模糊综合评价结果在3-4之间,水质总体处于轻度富营养化状态;BP神经网络评价法结果整体在2-3之间,水质总体处于轻度富营养化状态;结合实际情况,模糊综合评价法与BP神经网络评价法更为科学合理。     

于桥水库富营养化评价及空间分布特征研究

基于天津市于桥水库2000-2010年水质数据,结合卡尔森富营养化指数与3种GIS空间插值方法(反距离权重、径向基函数、普通克里金),评价水库富营养化状态并对其空间分布特征及成因进行分析。结果表明:①普通克里金插值方法下的指数半方差模型插值精度较高。②水库富营养化主要表现为氮污染超标,有机污染较轻,磷为限制因子,在降雨集中的汛期(7-9月)水质营养状态空间差异显著。③水库整体水质呈中营养-轻富营养状态,范围为45.87~54.58,水库北岸由于沿岸畜禽养殖污染已处于轻富营养状态,南岸由于农业产生的面源污染呈现向富营养化转变的趋势,反映了水库富营养化空间分布状况,为建立有效的水库环境保护措施提供了新思路。     

改进的模糊综合评价法在洱海水质评价中的应用

针对单因子评价法评价结果未能较好地反映近年来洱海水环境治理效果这一问题,本文系统收集了洱海1992—2015年的水质监测数据,采用层次分析和熵权法组合赋权的模糊综合评价法,选用多个水质指标,从水质和湖泊富营养化两个方面出发,对洱海水环境变化趋势进行评价,并与单因子评价结果进行对比。结果表明:从年际变化来看, 1992—2003年期间洱海水质逐渐变差,2003年之后逐渐好转,并趋于稳定;从年内变化来看,洱海水质非汛期好于汛期(6—10月),湖中心区水质好于南部和北部。整体而言,洱海富营养化水平由贫营养逐渐向中营养转变。与单因子评价结果相比,采用改进的模糊综合评价法能更好地反映洱海近20年水质的动态变化特征。     

考虑材料参数空间变异性的堆石坝非侵入式随机有限元研究

为提高面板堆石坝(CFRD)沉降值的计算准确度,引入随机有限元方法(SFEM),以考虑E-B本构模型参数的空间变异性,建立基于Cholesky分解的面板堆石坝非侵入式随机有限元方法(NSFEM)。首先,基于Cholesky分解进行堆石料材料参数的随机场模拟;其次,基于现有商业有限元软件MSC.Marc进行子程序的二次开发,通过UltraEdit在DOS环境下直接调用Marc,对每个单元赋予不同的材料参数,实现“非侵入式”随机有限元计算;随后,结合公伯峡坝体沉降计算,分析了筑坝材料参数的变异系数对沉降的影响规律。计算表明:考虑材料参数空间变异性对堆石坝变形计算结果影响明显,最大沉降值明显大于常规有限元计算值,更接近实测值,更符合工程实际情况。结论:坝体沉降值对材料参数按照敏感性从大到小排序为φ0、K、K b,对3BII区材料参数的变异性敏感性较3C区更大;采用NSFEM,考虑筑坝材料参数的空间变异性对准确把握CFRD沉降,确保工程安全具有重要意义。     

粤东海门岬角动力及取排水工程比选研究

基于流动结构特征进行火/核电厂优化取排水口工程布置,对于提高工程运行效率、降低工程投资有重要意义。本文建立了粤东海门岬角附近海域水域温排水数学模型,对四种类型14个分列式取排水口布置方案进行了比较分析,并提出类似地形、流动结构条件下取排水口的布置原则。结果表明南取北排方案符合粤东沿岸流及海门岬角西侧广澳湾近岸潮流运动规律,是合理的布置方案。防波堤阻隔作用不足以使南取北排方案成立。其他方案不成立原因是取排水口之间的距离稍短,存在一次“短路”现象。     

丁坝群对弯道水力特性影响的数值模拟研究

弯道螺旋流是弯道水流的特点之一,弯道环流会造成凸岸发生淤积,凹岸遭受冲刷,对护岸工程非常不利。在弯道中布设丁坝可有效减弱弯道螺旋流强度,改善水流流态,保护岸坡稳定。采用RNGk-ε湍流模型,应用VOF法捕捉自由水面,采用半隐式SIMPLE算法求解速度与压力耦合方程组,模拟在60°弯道内布设丁坝群后弯道水流特性。研究表明:数值模拟的水位、流速和试验数值据吻合良好。弯道内设置丁坝群后,可有效改善凹岸区域的冲刷及凸岸的淤积,主河槽的水深增加,水面横比降减小,说明丁坝群的布置在稳定弯道水流,防止岸坡冲於方面有较好的效果。     

辐射流立方定理的推导及试验研究

为了推导辐射流光滑平行板立方定理并研究其适用性,通过理论分析,根据惯性力和黏性力的数量级关系,将水流的分布状态分成黏性区和势流区,在完全处于黏性区的“弱惯性带”中,由N-S方程和Laplace方程推导辐射流立方定理。在水力压强分别为0.1、0.2和0.3MPa时,对平行板和规则齿进行水力试验,验证平行板实际流量与立方定理吻合程度以及粗糙裂隙面对于立方定理的适用性。结果表明:水力压强为0.1MPa时,平行板的流量与立方定理吻合良好;高水头差易产生非线性流,导致流量偏离立方定理;粗糙度的存在会破坏水流的连续性,削弱过流能力,规则齿的试验值比预测值低7.9%~14.6%。     

北方典型城市地区水质评价及污染源分析

近年来伴随着城市化的快速发展,城市地区水质污染情况愈加严重。为有效诊断北方典型城市地区的水质问题并提出适用于北方城市地区的水质污染治理对策,采用单指标评价法、综合污染指数法及模糊数学法研究分析了北京市丰台区河流地表水及地下水水质类别、超标情况及空间分布特征,结果表明:整体地表水水质属于重度污染,主要污染河流集中在中东部已建区,水质类别均为劣V类,超标水质指标主要为NH3—N、COD、CODMn、BOD5及TP等有机污染因子;地下水超标水质指标主要有总硬度、细菌总数、硝酸盐氮、总大肠杆菌群、溶解性固体及硫酸盐,研究区东部建成区主要为总硬度、硝酸盐氮及溶解性总固体,西部山区和农村地区主要为细菌总数及总大肠杆菌群。由现状评价结果可得,地表水与地下水水质污染指标化学成分具有一定相关性,研究区污染源主要为工业、生活废水点源污染及降雨径流面源污染,对此提出了将海绵设施对污染物的削减、净化作用应用到地表水及地下水水质污染治理方面的新思路。     

Flow structures and hydrodynamics of unsteady cavitating flows around hydrofoil at various angles of attack

This paper investigates the unsteady structures and the hydrodynamics of cavitating flows. Experimental results are presented for a Clark-Y hydrofoil fixed at ?= 0?, 5? and 8?, for various cavitation numbers, from subcavitating flow to supercavitation. The high-speed video camera and the particle image velocimetry(PIV) are applied to observe the transient flow structures. Statistics of the cavity lengths, the velocity and vorticity distributions, as well as the turbulent intensities are presented to quantify the unsteady process. Meanwhile, the dynamic measurement system is used to record the dynamic characteristics. The experimental results show that the flow structures and the hydrodynamics of the cavitation vary considerably with various combinations of angles of attack and cavitation numbers. Under various conditions, the cavitation can be generally grouped as the inception cavitation, the sheet cavitation, the cloud cavitation and the supercavitation. The cloud cavitation exhibits noticeable unsteady characteristics. Experimental evidence indicates that the hydrodynamics are clearly affected by the cavitating flow structures, the amplitude of the load fluctuation is much higher in the cloud cavitating cases.     

水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金综述

 概述了水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金14个资助项目的主要研究成果与进展,对14个资助项目进行了验收综合评价;给出了重点实验室发展规划的4个研究方向和20个重点研究领域。14个资助项目的主要研究成果包括：撰写成果报告14份,发表论文25篇,申请2项国家自然科学基金,完成1篇博士论文,出版专著1部,申请实用新型专利1项等;项目验收综合评价是6A和8B。重点实验室发展规划的4个研究方向是：江湖治理,防洪减灾,大型水利水电工程关键问题研究,以及流域水土资源保护与利用。     

Modeling of thermodynamics of ice and water in seasonal ice-covered reservoir

A width-averaged 2-D numerical model for simulating vertical distributions of flow and water temperature in reservoirs with an ice cover is developed. In this model, the 2-D flow and water temperature distributions are solved by the finite volume method with the k-? turbulent model. The heat conduction in the ice cover is modeled by the vertical heat transfer and the heat exchanges through the air-ice and ice-water interfaces. The model is applied to a 153 km long reservoir in Songhua River and the simulated results are in a good agreement with the field data of both the vertical water temperature and the ice thickness. The simulated results show that the ice cover thickness in the reservoir is not uniform, the maximum thickness appears in the middle reach, the outflow temperature has an obvious variation as compared with the natural temperature, and a buoyant flow occurs in the reservoir surface at the freeze-up and break-up periods. The model can effectively simulate the water temperature and the ice conditions of large reservoirs in cold regions.     

西南亚高山区流域植被演替与地表水量平衡对气候变化的敏感性模拟

为了研究西南亚高山区流域植被与地表水量平衡对气候变化的响应,用生物物理/动态植被模型SSiB4/TRIFFID与流域水文模式TOPMODEL的耦合模式SSiB4T/TRIFFID模拟了不同气候情景下西南亚高山区的梭磨河流域植被演替和水量平衡过程,分析了流域尺度植被与水量平衡对气候变化的敏感性。结果表明:降水不变温度增加1℃,流域年径流深减小14.8%~20.1%;温度不变降水增加10%,流域年径流深增加19.8%~28.7%,而蒸散仅略有增加;降水不变温度增加2℃,流域蒸散增加28.9%~39.0%,径流深减小39.9%~53.5%;在C3草、苔原灌木和森林3种植被类型中,生长季森林叶面积指数对温度变化最敏感。西南亚高山区流域蒸散对温度变化敏感但对降水变化不敏感,径流对降水和温度变化均很敏感,温度增加通过增加蒸散而减小径流,蒸散与径流对气候变化的敏感程度与流域植被覆盖类型有关。随着温度增加,由于森林冠层截留蒸发和蒸腾随温度增加而显著增加,在3种植被类型中森林蒸散增加幅度最大,森林覆盖的流域蒸散和径流对温度变化最敏感。     

土壤墒情自动测报系统设计与实现

为实现对农业干旱的自动监测与评价,水能资源利用关键技术湖南省重点实验室和中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司结合自动化控制理论,设计了一套以土壤墒情传感器作为土壤含水量测量传感器、以遥测终端机作为监测数据自动采集的核心、以GPRS通信作为数据传输方式、以太阳能供电作为电源系统的土壤墒情自动测报系统,实现了土壤墒情数据的自动采集、传输等功能。该系统为全自动控制系统,通过布设合理的监测站网,可实现区域土壤墒情连续、实时监测,为区域抗旱防旱决策提供强有力的数据支撑。