基于图论的城市河网水系连通方案优选——以清潩河许昌段为例

对于复杂河网水系来说,水系连通方案的选择决定了河道是否有效连通以及各种功能能否得以保障。为了优选最佳水系连通方案,本文以清潩河许昌段为研究对象,借助图论法构建了城市水系河网图模型;考虑多闸联合调度以及各节点水量平衡关系,并利用图模型的邻接矩阵和加权邻接矩阵来描述河网水系对水量的分配作用,进而计算整个河网水系各河段和节点的流量值;以水生态景观面积最大为优选目标,结合河网水量分配关系和水力约束建立了多闸联合调度下的水系连通方案优选模型,优选得到在不同工况下的清潩河许昌段最佳水系连通方案。结果显示,在多数连通方案下河网流量可能会超出流量限值,而优选方案下的河网流量不仅可以满足流量约束、保障河网功能需求,还可有效提高水生态景观面积。     

浅水湖泊群连通与调水的二维水动力-水质藕合模型研究

将湖泊群连通并进行引清调水的水环境污染治理模式在浅水湖泊分布比较集中的地区逐渐受到人们的关注.为了探究独立湖泊群相互连通引水后各湖区的水动力水质变化情况,以武汉大东湖生态水网工程的建设为背景,建立了湖泊群二维水动力-水质耦合模型.采用适合复杂边界的非结构化网格,考虑湖底地形和气候条件,考虑污染物的输入、迁移和转化,以及蓝藻等浮游生物的生长条件,分别利用东湖2006年6月和2007年6月的野外数据对所建模型进行参数的率定和校核,并利用2012年6月实测数据对3种引水方案与3种连通模式组合情况下湖泊群的BOD5,TP,TN以及Chl-a等生化指标的变化情况进行模拟,对稳定运行30 d后的模拟结果进行比较分析.结果表明:引水工程中,对于水域面积较大的湖泊,风力作用依旧是影响流场的主要因素;同样的引水流量下,不同的调水方案对水质改善结果有较大差别;湖泊群中隔堤的存在会给湖泊污染治理带来困难,而在湖泊群中适当区域设置生态小岛对水质变化过程影响微弱.     

珠江三角洲典型复杂河网区水系连通及调度研究

【目的】河流水系是城市重要的资源和环境载体,水系连通是保证河流系统健康完整和功能正常发挥的重要条件,而活水调度是提高水体流动性和改善水生态环境的重要手段。水系连通指标是分析和评价连通性的关键,【方法】针对珠江三角洲地区的复杂河网,首次提出将往复流河段和断头涌河段长度占比纳入水系连通评价指标体系,分析研究典型区域水系现存问题,提出水系连通与调度方案,采用数学模型评估方案效果,研究珠江三角洲复杂河网水系连通与活水调度工程问题。【结果】结果显示：现状良安水系水动力条件较差,存在往复流和水体交换周期长等问题,水质污染严重,通过清淤疏浚、水系连通和引水工程调度活水,使往复流变为单向流,将现状15.3 d的河道平均换水周期最小缩短至7.3 d,河道现状流速0.021 m/s最大增加至0.124 m/s,区域的水动力条件和区域水质得到明显改善。【结论】结果表明：珠江三角洲城市化程度较高地区的河涌常存在有复流河段和断头涌河段影响河道的水质,有针对性地提出水系连通评价指标体系,并采取合适的清疏引水工程调度等措施,加强水系内部循环,可以改善水系的水质,提升水系综合治理的效果。研究结果可为珠江三角洲复杂河网...     

大通湖区水系连通工程改善水环境的效果评估

大通湖是洞庭湖区的重要组成部分,近年其水质状况呈现恶化态势,正通过实施水系连通工程,以期改善其水环境。基于MIKE21构建大通湖区水系连通工程的二维水动力-水质数学模型,选取总氮和总磷作为水质指标,模拟不同连通调度方案下大通湖的氮磷浓度变化,采用滞水区面积比例、浓度变化指数、换水率和水质浓度改善率,评估6个连通方案下大通湖水环境的改善效果。结果表明:通过实施引水调度方案能够有效改善大通湖水环境,当引水前期流量取30 m~3/s,出口水位控制在25.48 m时和引水后期流量保持为30 m~3/s不变,出口水位调整至25.88 m时,大通湖水环境改善效果最佳。本研究可为实施水系连通工程,改善类似湖泊水环境和提高引水调度效率提供参考。     

清潩河流域河流环境流量计算与应用

针对北方地区河流环境流量短缺和污染并存的现状,在综合考虑水质保护与水量维持的情况下界定了河流环境流量的概念和内涵,并探讨不同功能目标下河流环境流量的组成。通过分析河流水系特征及河段的空间结构特征,建立了改善河流水质所需环境流量计算模型,同时建立了Tennant和湿周模型计算河流生态系统所需环境流量。利用临颍高村桥的水文水质数据,对清潩河为改善河流水质和生态系统所需环境流量进行了初步评价,为河流应急补水提供了调控建议,并提出了河道应常年保持的流量水平。     

基于MIKE21的水系连通设计方案优化

随着城市生态文明建设要求的不断提高,合理的城市水系形态及引换水设计成为水生态文明建设的重要环节。以郑州市蝶湖水系为例,应用MIKE21软件,建立了二维水动力模型,对不同水系连通、流量调控方案进行模拟分析。文章确定了最优的连通渠道布置方案为在中心渠北侧开挖城东渠,蝶湖大坝与城东渠闸门过流量均为0.20 m3/s,换水用时短,水体交换均匀无死水区。通过模拟优化方案,对改善水质、减少换水时长、调控水量均有积极意义,为进一步模拟水质演变过程提供了基础支撑。     

基于图论的强人工干扰流域综合连通性量化的改进方法

将交通运输学中的图论模型和景观生态学中的网络分析方法引入流域连通性优化中,提出两种适用于强人工干扰流域格网状水系综合连通性量化的改进方法:网状水系连通性指数(reticulate connectivity index,RCI)法和河网综合连通性指数(comprehensive connectivity index,CCI)法,应用于清潩河流域连通性优化。结果表明:两种方法对单一闸坝重要性的量化在趋势上具有一致性,优化后清潩河流域CCI值从现状的26.13提高至38.34,连通性改善效果显著;改进后的RCI和CCI均可用于网状水系连通性的量化及恢复。     

基于MIKE模型的蔷薇河流域水系连通方案研究

本文以蔷薇河流域为例,根据流域地形、工程现状及水系分布特征拟定了三个水系连通方案,利用MIKE11构建降雨径流-水动力-水质耦合模型,从水环境、水生态方面进行分析,确定改善水质的最优连通方案。结果表明：构建的一维耦合模型在蔷薇河流域有较好的适应性;最优连通方案能使河段主要污染物平均浓度减少接近50%。     

北方平原区城市水动力与水环境综合调控研究

针对北方平原区城市由于地势平坦、水源不足造成的水生态环境问题,提出以提升河流水动力条件和入河污染负荷削减为基础的水环境治理思路,实现水系水质的整体提升。以滨州市滨城区为例,在水系连通的基础上,通过合理设置泵站加强河道水体流动,提升水系水动力条件,以MIKE11水动力水质模型为技术支撑,模拟不同情景下水系的水动力水质条件,从水动力、水质和经济可行性3方面对模拟结果进行评价,得到最优水动力情景,并据此情景的水质模拟结果倒推水质全面达标的污染负荷削减方案。结果表明:水位7.0 m、流速0.10 m/s为最优水动力情景,在该情景下,将污水处理厂出水标准全部提升至Ⅴ类水时,河道水质能全面达到Ⅳ类水标准。     

基于水质改善的枝江金湖水系连通方案研究

针对湖北省枝江市金湖水体存在的水量不足、水质恶化问题,结合金湖现有水系设施条件,设计可行的长江-金湖水系连通方案及适宜的引水流量,并利用MIKE21模型及MATLAB零维模型模拟确定的引水方案对金湖水动力、水质条件的改善效果,论证所制定的金湖换水方案的科学合理性。结果显示,选定生态引水流量为5 m~3/s时,能在保证工程安全的前提下较好地改善金湖的水质状况,且湖中水体掺混效果较明显。     

Hydrodynamic effects of reconnecting lake group with Yangtze River in China

The hydrodynamic effects of reconnecting a lake group with the Yangtze River were simulated using a three-dimensional hydrodynamic model. The model was calibrated and validated using the measured water temperature and total phosphorous. The circulation patterns, water temperature, and water exchange conditions between sub-lakes were simulated under two conditions: (1) the present condition, in which the lake group is isolated from the Yangtze River; and (2) the future condition, with a proposed improvement ...     

可可西里湖泊群立体监测技术方法及应用

高原地区的湖泊自然、地理、气候条件恶劣,常位于人烟稀少的无人区,实地获取湖泊的基础数据十分困难。为了解决高原地区湖泊的水资源、水环境、水灾害的监测、评价、研究等方面比较滞后的问题,以青海省可可西里地区盐湖流域为研究区域,建立空-天-地-水一体化立体监测集成系统,获取盐湖湖泊全方位的基础数据,并对可可西里盐湖的面积、水位、容积及湖泊潜在溢出路径等进行分析与预测。结果表明：盐湖湖泊面积从2015年1月的147.41 km2增长至2018年12月的196.27 km2,4 a期间增长面积达48.86 km2,增长率达24.9%;湖泊容积由19.116亿m3增长至33.878亿m3,4 a期间增长容积达14.762亿m3,增长率达43.6%。通过建立基于高原湖泊的空-天-地-水一体化立体监测系统,获取高精度的高原地区湖泊的基础数据,能为可可西里盐湖流域的水资源管理与生态环境保护提供数据基础和决策支撑。     

大型浅水湖泊水动力特性数值分析

准确模拟太湖水流动态变化特性及水动力特征对模拟、预测污染物迁移转化规律以及理解水流运动与污染物相互作用机制具有重要的实用价值。以环境流体力学(EFDC)模型为基础,收集2009年-2010年水文、气象数据及湖区地形数据,并考虑引江济太工程对湖区的影响,建立符合太湖湖区水流特性的水动力模型。模型模拟结果表明最大风向、最大风速的组合方式模拟出来的流场情况最接近真实湖体流场,引江济太工程对湖流的影响微小,模型的水动力模拟效果良好。     

三峡水库蓄水期洞庭湖区水文情势变化研究

洞庭湖湖区的水文情势变化直接影响到区域洪水灾害防治、水资源利用、水环境保护和水生态安全维护,意义重大。基于实测资料分析了三峡水库运行前后洞庭湖区水文情势变化,受三口分流量减少和来水偏枯等综合因素影响,2003～2016年8～11月洞庭湖入、出湖水量较1981～2002年分别减少26%和23. 7%,湖区水位下降0. 76～1. 27 m。建立了长江与洞庭湖一、二维耦合水动力模型,模拟计算了三峡水库蓄水期初设调度方案、优化调度方案和规程调度方案下长江干流及洞庭湖区的水文过程,3种方案对应的城陵矶站蓄水期多年旬平均流量分别减少1 220,928,900 m~3/s,湖区鹿角站蓄水期多年旬平均水位分别降低1. 47,1. 23,1. 20 m。实际调度流量减小812 m~3/s,水位降低1. 14 m,表明实际调度最优。从不同调度方案比较来看,实际调度提前了起蓄时间,减缓了对洞庭湖区水文情势的不利影响。     

疏勒河流域生态需水量研究

采用Tennant法、近10 a最枯月实测径流量法、90%保证率法、月年保证率法分别计算了疏勒河流域的生态基流;对敏感生态需水(包括河流湿地生态需水、湖泊生态需水、重要水生生物生态需水),采用流域典型区进行计算。疏勒河流域生态需水即为其生态基流与敏感生态需水之和。在对上述方法进行比较、分析的基础上,得出的90%的保证率法即为疏勒河流域生态基流比较合适的计算方法。计算结果表明:该河流域生态基流的所需水量为河流90%保证率下的最枯月平均流量的23%,河流的湿地生态需水量为6.40亿m~3,湖泊生态需水量为0.14亿m~3,重要水生生物的生态需水量为0.23亿m~3。在此基础上,通过计算得出疏勒河流域的生态需水量为6.77亿m~3。据此确定了疏勒河流域水生态红线和生态特征流量值,可为最严格水资源管理及水生态红线管理提供参考依据。     

多重人类干扰下长江流域的水生态系统健康修复

首先概述了水生态系统健康的定义,即水体的物理、化学和生物组分的完整性。然后介绍了长江流域的主要人类活动干扰和水生态系统健康现状,主要包括水生生物生境的破碎和丧失、污染物的排放和水质问题,以及水生生物资源的衰减现状。最后在水电开发、航运、化工、采矿、农业、城镇化及渔业过度捕捞等多重人类活动干扰下,提出从以下几个方面修复长江流域的水生态系统健康:①腾让并修复水生态空间;②恢复鱼类等水生生物资源;③调整各项人类活动并开展生态修复;④加强长江生态保护法的立法以确保长效的生态修复机制的形成和维护。     

基于水动力河网模型的引江泵站规模论证研究

以江苏省南通市引江供水区为例,建立了水动力河网模型,论证了新建泵站的必要性和泵站规模。研究结果表明:仅靠目前五大引水闸自流引江不能满足规划用水的要求;泵站规模越大,抽水量越大,但泵站规模大于180 m~3/s时,内河最低水位的抬高会导致水闸自流引江时间、引水量相应减小,而自引、抽引总水量增加并不明显。从增加供水量、抬高河网水位和影响水闸自流引江量多个方面进行综合考虑和分析,认为新建规模为150 m~3/s的九圩港泵站经济、合理且可行,满足规划用水要求。计算结果较好地反映了滨海感潮河网地区长江潮位、水闸自引、泵站抽引以及河网输水能力与内河水位之间的复杂关系,可为类似区域供水工程的设计提供技术参考。     

人工通江湖泊非汛期生态调度方案研究

除鄱阳湖和洞庭湖外,长江中下游通江湖泊基本以涵闸形式连通江湖。由于缺乏水体的自然交换,此类湖泊经常出现水质超标的情况,特别是枯水期。以华阳河湖群为例,通过实测资料分析、现场调研、数值模拟研究了其进行生态调度的可行性及具体方案。研究结果表明:华阳河湖群TN、TP浓度随水位的升高呈下降趋势,但当湖群水位超过某值(13.5 m)后,浓度下降趋势变缓,且湖群9月下旬多年平均水位高于现行非汛期控制水位,因此,利用华阳和杨湾闸进行湖群非汛期生态调度是可行的。在考虑现行闸门调度方式、江湖关系、确保防洪安全和水环境改善4个原则的基础上,结合数值模拟结果,确定了华阳河湖群非汛期生态调度方案,即利用杨湾闸和华阳闸控制湖区10—12月份水位控制在13 m,1—2月份控制在12.5 m,3—4月份控制在11.8 m。     

水泥搅拌桩加固堤防数值模拟分析

碟形湖是鄱阳湖重要的生态组成部分,对鄱阳湖水资源、水环境、水生态和水安全具有重要作用。撮箕湖是鄱阳湖最大的碟形湖之一,是重要的鲤鱼鲫鱼产卵场及候鸟栖息地,近年来,其藻类生长对鄱阳湖藻类的聚集起到较大贡献,对鄱阳湖的水生态环境造成一定影响。本研究通过现场调查、资料查询等方式摸清了近年来影响撮箕湖生态环境的主要污染物及其来源。研究表明：撮箕湖周边污染物主要来自于畜禽养殖,占总污染物的38.6%;撮箕湖周边污染物呈下降趋势,其中下降幅度最大的为TN,下降幅度达64.7%。从污染物来源看,畜禽养殖排放污染物下降幅度最大,COD、TN、TP下降幅度分别达到69.0%,69.3%,68.4%。从污染物排放量来看,人类活动对撮箕湖水环境影响整体下降,但仍然需要进一步加强管控。本研究可为相关部门开展鄱阳湖水生态环境保护提供借鉴和支撑。     

武汉大东湖水网构建工程对生物多样性影响研究

由于江湖通道隔截,武汉大东湖各湖泊变得相对“孤立”,水质污染严重,生物多样性明显下降,为此,武汉市实施了大东湖水网构建工程,将长江与大东湖各湖泊连通起来。根据大东湖目前的污染现状、工程引水规划以及长江和东湖的水质和水生生物情况,分析了工程实施对湖泊生境、水生生物、鱼类及鸟类的影响。工程的实施,将增强水体的流动性、提高湖泊的水体置换能力、减少死水区、扩大湖泊环境容量,为水生生物多样性的恢复创造适宜的生境。