供需双侧调控下水稻灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化研究

对于水资源主要消耗用户和粮食重要生产基地的大型灌区,进行供需双侧调控是缓解灌区水资源供需矛盾、提高区域高质量可持续发展的重要途径之一。为了揭示灌区水-能源-粮食复杂的协调关系,针对性地开展系统优化调控。首先基于系统评价理论构建大型灌区水-能源-粮食系统耦合协调度评价模型,再基于灌区水资源系统模拟模型,以灌区水-能源-粮食耦合协调度最大为目标,以灌区主要作物水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限制供水比例作为优化调控变量,结合加速遗传算法,开展基于水资源供需双侧优化调控的灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化调控研究。杭埠河灌区应用结果显示:优化调控确定的灌区水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限供比例,相较于灌区运行现状能提高水-能源-粮食系统耦合协调水平,双季稻种植面积一定程度恢复使粮食产量明显提高,优化的水库旱限水位及水稻需水关键期水库限供比例,可在提升灌区干旱年份水资源利用效率的同时,较好地降低粮食作物因旱减产损失。可见,开展灌区供需双侧优化调控能显著提高灌区水-能源-粮食系统耦合协调性和适配性,可为提高水资源利用效率、布局主要粮食作物生产以及落实灌区水利高质量发展实施途径提供参考。     

中国主要粮食作物的生产水足迹量化及评价

明确作物消耗单位水量所提供的营养物质差异对于引导节水型膳食结构和农业种植规划具有重要意义,水足迹为进行上述分析提供了有效的指标。本文基于水足迹理论,在量化中国大陆主要粮食作物重量、能量和蛋白质水足迹的基础上,评价了各作物间及区域间三种水足迹的差异性,探讨了粮食作物消费结构调整对生产端水资源消耗产生的影响。结果显示:各作物生产水足迹差异显著并且具有明显的区域分布特征,东北地区、黄淮海地区作物重量水足迹均较低,表明上述地区的水分利用效率较高;5种粮食作物中,玉米和小麦具有较低的能量水足迹,而大豆具有较低的蛋白质水足迹,表明在耗水量相同的情况下,玉米和小麦较其他作物能提供更多的能量,大豆能提供更多的蛋白质;不同粮食作物消费结构下的农业用水差异显著,通过调整作物消费结构,可以达到显著的节水效果。本研究结果可为解决未来粮食生产水危机提供一个潜在途径。     

淮河流域主要农作物水足迹时空演变及影响因素分析

探讨淮河流域主要农作物水足迹,可以为地区农业用水结构及改善水资源短缺问题提供理论依据。以淮河流域5个省份主要农作物为研究对象,计算分析了2000-2017年小麦、稻谷、玉米、大豆、油料的蓝、绿、灰水足迹时空变化特征,并采用通径分析方法探究影响农作物生产水足迹的因素。结果表明：大豆的水足迹最大,水足迹大小与作物单位面积产量呈负相关;年际变化方面,小麦、稻谷、玉米、油料总水足迹整体呈减小趋势,大豆总水足迹表现出波动增加的趋势;空间分布方面,安徽、河南省的总水足迹居于前位,且水足迹的空间分布存在一定的聚集性,总体上中间高四周低;此外,对淮河流域农作物水足迹影响最大的因素是氮肥施用量、平均气温和年降雨量。     

基于农作物水足迹的济南市农业用水评价

水足迹是评价一个地区水资源利用模式以及消费模式的新方法。基于水足迹理论,计算了1997-2013年济南市农作物用水量、进出口虚拟水量、水足迹值,分析了济南市农业水资源状况与农业水资源安全状况。结果表明:济南市水足迹组成中绿水、蓝水、灰水足迹均呈现逐年增加趋势;农产品水足迹中小麦、玉米、蔬菜3类作物对济南市农业具有支撑作用;农业水安全方面,济南市多年平均水资源匮乏度为536%,水资源压力指数高达789%,农业人均水足迹为717.9 m~3。总而言之,济南市农业水资源压力巨大,水资源匮乏严重,需要提高当地水资源的可调蓄性,优化种植结构与虚拟水进口种类,强化节水工作。     

2000-2019年新疆水-能源-粮食系统耦合协调发展研究

水、能源和粮食是区域可持续发展的关键要素。以新疆维吾尔自治区为研究区,构建水-能源-粮食(W-E-F)系统综合评价指标体系,利用耦合协调度模型和灰色GM(1,1)模型,分析新疆2000-2019年W-E-F系统耦合协调发展水平,并对2020-2031年的耦合协调度进行预测。结果表明：2000-2019年新疆W-E-F系统的综合评价指数由0.39增大至0.61,整体上呈现上升趋势;耦合协调度从0.59增大至0.77,3个子系统之间存在着密切的联系,目前整体表现为中级协调发展水平,并预测在2025年将过渡为高级协调发展阶段。水资源子系统仍是制约W-E-F系统协调发展的关键,农业用水占比过大,导致新疆总体上结构型缺水严重。未来应积极调整用水结构,提高水资源利用效率,优化粮食消费结构,以提升系统内部的协调性。     

黑龙江省水-能源-粮食系统动力学模拟

基于系统动力学理论,建立黑龙江省水-能源-粮食纽带关系仿真模型,对2010—2017年黑龙江省水资源的供需情况和能源、粮食的生产与消费进行模拟。通过设置和对比4种不同的发展方案,探究黑龙江省水-能源-粮食合理的配置方案。结果表明:黑龙江省的水资源安全形势较为严峻,在4种发展方案中,采取严格规划方案的正面效果最显著;强化发展方案下的能源消耗最明显,无论采取哪种发展方案,如果不对能源消费量加以控制,全省的能源安全可能无法保证;黑龙江省的粮食安全比较稳定,不易受外部条件的影响,保守节约方案下的粮食库存和粮食供需平衡比最大;仅采取一种发展方案可能无法实现水-能源-粮食系统的整体安全。     

水-能源-粮食纽带关系定量研究方法综述

在总结水-能源-粮食纽带关系研究中, 使用频率较高或潜力较大的 8 种水-能源-粮食纽带关系定量研究方法为: 水-能源-粮食纽带关系工具 2.0( WEF Nexus Tool 2.0) ; 生命周期评价( LCA) ; 可计算的一般均衡模型( CGE) ; 系统动力学模型( SD) ; 气候、土地、能源与水资源策略( CLEWS) ; 基于社会生态系统代谢的多尺度综合评价( MuSIASEM ) ; 市场配置/ 市场配置系统集成模型( MARKAL/ TIMES) 和水资源评价规划模型-长期能源替代规划系统 ( WEAP2LEAP) 。通过总结各研究方法的产生、发展及特性, 并引用案例讨论其适用范围, 分析其优缺点和在使用 时需要注意的问题。在此基础上, 对未来水2能源2粮食纽带关系定量研究方法的发展趋势进行讨论, 认为伴随可持 续发展问题关注度的上升与水-能源-粮食纽带关系内在机理的挖掘, 未来的水-能源-粮食纽带关系定量研究方法将 更加注重量化的精确性和数据的互通以及跨学科研究和多方法的耦合。本文可为水-能源-粮食纽带关系定量研究方法的选择和更新优化提供参考。     

基于虚拟水平衡的塔里木河区间水资源优化配置

针对塔里木河流域各子流域虚拟水输入输出的不平衡状态，以提高虚拟水输出格局相对水资源分布的均衡程度为目标，在分析虚拟水理论和评价其流动区域均衡性的基础上，选取2016年塔里木河流域不同地区的农业数据，建立融合了粮食流通的农业用水综合调控模型，对控制灌溉水使用总量前提下的粮食生产耗水和产量形成的流通格局进行了探讨，提出塔里木河流域各子流域农作物结构和农业用水调整的建议，拟定了优化虚拟水流动状态下的实体水和虚拟水统一配置方案，为干旱区粮食生产与水资源优化配置研究提供借鉴。     

山东省水-能源-粮食系统耦合协调关系变化研究

山东省地处黄河下游,是粮食生产和能源消耗大省,水资源供需矛盾突出,为实现区域资源可持续发展,采用耦合协调评价模型,分析山东省2000—2020年水-能源-粮食系统耦合协调发展变化特征。结果表明：山东省水-能源-粮食系统整体发展趋势较为稳定,处于初级协调阶段;各子系统间离散程度相对较低、相互影响程度高,大多数年份水-能源-粮食系统处于初级协调阶段;干旱导致水资源短缺、能源供需矛盾等问题,对系统耦合协调程度影响较大,提升抗旱减灾和能源保障能力可促进山东省水-能源-粮食系统协调可持续发展。     

作物生产水足迹量化方法与评价研究

农业用水效率评价是农业水资源管理的基础。作物生产水足迹有效的统一了旱作、灌溉农业以及不同尺度的水分利用效率评价指标,为农业水资源管理提供了新的评价指标与工具。本文在现有作物生产水足迹量化方法的基础上,提出了基于区域耗水量和区域用水量的作物生产水足迹量化方法,形成了三种适用于不同评价目标和尺度的量化方法。以中国大陆为研究对象,利用不同方法对小麦水足迹进行量化,探讨了三种方法的特点和适用性。研究表明三种量化方法具有各自的适用范围和科学内涵,基于田间作物蒸发蒸腾量所得到的作物生产水足迹能够反映田间尺度水分利用效率、农业资源禀赋;基于区域耗水量的计算方法能够反映区域尺度水分利用效率、农业资源禀赋和区域耗水特性;基于区域用水量的水足迹量化方法能够反映区域尺度水分利用效率、灌溉系统运行水平与农业生产用水量。鉴于三种作物生产水足迹量化方法的差异性,在进行水足迹量化评价时,需根据具体的研究尺度和评价目标确定作物生产水足迹量化方法,使量化和评价结果更为科学合理。     

地下厂房施工过程的三维非线性数值模拟分析

根据冗各电站地下厂房开挖支护的施工顺序,以隐式杆单元模拟锚杆,以壳单元模拟混凝土喷层,采用三维非线性有限元技术,对洞室群的开挖支护动态过程进行了模拟计算。通过三维非线性有限元计算分析得到:洞室群动态开挖过程中围岩应力变形的分布规律,围岩塑性区的发展规律,锚杆受力变化情况。计算结果表明:整个开挖过程中,洞周围岩位移变化规律正常,量值较小,塑性区主要分布在洞室周边,围岩稳定性较好;但在洞室交叉口处围岩的变形较大,出现较大范围的塑性区,在此基础上提出了支护措施优化方案,并对优化方案的效果进行了评价。     

Evaluation of freshwater mussel relocation as a conservation and management strategy

The relocation of unionacean mussels is commonly used as a conservation and management tool in large rivers and streams. Relocation has been used to recolonize areas where mussel populations have been eliminated by prior pollution events, to remove mussels from construction zones and to re-establish populations of endangered species. More recently, relocation has been used to protect native freshwater mussels from colonization by the exotic zebra mussel Dreissena polymorpha. We conducted a literature review of mussel relocations and evaluated their relative success as a conservation and management strategy. We found that 43% of all relocations were conducted because of construction projects that were forced to comply with the Endangered Species Act 1973 and that only 16% were monitored for five or more consecutive years. Most (43%) relocation projects were conducted from July to September, presumably a period when reproductive stress is relatively low for most species and the metabolic rate is sufficient for reburrowing in the substrate. The mortality of relocated mussels was unreported in 27% of projects; reported mortality varied widely among projects and species and was difficult to assess. The mean mortality of relocated mussels was 49% based on an average recovery rate of 43%. There is little guidance on the methods for relocation or for monitoring the subsequent long-term status of relocated mussels. Based on this evaluation, research is needed to develop criteria for selecting a suitable relocation site and to establish appropriate methods and guidelines for conducting relocation projects.     

基于模型试验的河床砂砾石层基本特性研究

为了经济可靠地确定深厚覆盖层的基本特性参数,以大渡河双江口水电站坝基河床砂砾石层基本特性研究为工程背景,进行大尺寸模型试验,研究河床砂砾石层的旁压模量和动探击数随密度、级配以及上覆压力的变化规律。根据室内模型试验结果,结合现场旁压试验及钻孔试验成果,推断出坝址区河床砂砾石相关层位的密度,并依此进行砂砾石室内力学试验,获得设计所需力学参数。研究成果可为深厚覆盖层基本特性测试提供新的方法。     

基于BP神经网络-马尔科夫链模型的隧道围岩位移预测

在隧道工程施工中,围岩位移预测起着很重要的作用。将BP神经网络-马尔科夫链模型引入到隧道围岩位移预测中来,通过对训练样本的学习,利用BP神经网络实现了对位移时间序列的滚动预测,同时得到了实测值与预测值的相对误差;在此基础上利用马尔科夫链对相对误差进行修正,有效地提高了预测结果的精度。并将该模型应用于某公路隧道拱顶下沉位移时序预测中,结果表明该模型具有精度高、科学可靠的特点,为隧道围岩变形的预测提供了新的途径。     

Short communication. Pipelines as a refuge for freshwater snails

In the lower River Murray, Australia, populations of gastropods have declined markedly over the past 40 years. Of the native fauna of about 18 species, only the ancylid Ferrissia petterdi remains common (but in patches), and another five species feature in sporadic local resurgences. Until recently the viviparid Notopala was thought to be extinct. The introduced physid Physa acuta is widespread, but in low numbers. The decline probably is associated with flow regulation, high turbidity and the introduction of common carp. Snail populations have persisted, however, in irrigation pipelines fed from the river, where they periodically cause blockages. This paper reports the discovery of the only known populaion of Notopala hanleyi in a pipeline where the inner wall accumulates microbial and other organic matter, providing high quality food for snails. In the Murray before regulation most of the periphytic biomass was probably microbial, as fluctuating water levels would have maintained littoral communities in a highly productive, early state of succession his postulated that, by stabilizing seasonal water levels, regulation has promoted the production of filamentous green algae, an inferior food source, and so displaced snail populations from the open aquatic environment.     

浙江省水域调查录入系统的设计和应用

浙江省水域调查录入系统将调查数据与电子地图相整合,对分类水域数据进行统计计算,并对输入数据进行合理性和完整性检查,得到调查范围内现有水域的详细数据,实现了水域调查数据输入、计算、统计和查询的数字化管理,提高了工作效率和工作质量,为各地下阶段水域保护规划编制和水域管理工作提供了数据支持。对该系统的设计原则、功能和技术设计等作了介绍。     

基于CT-连续加荷水泥乳化沥青混凝土细观损伤规律研究

利用CT技术对水泥乳化沥青混凝土的细观损伤过程进行实时扫描观测,获得了混凝土试件在连续加荷下的CT图像。通过采用直观分析法、CT数分析法、CT数与损伤变量关系3种方法分析表明,水泥乳化沥青混凝土的破坏过程可分为压密、扩容、裂纹扩展、破坏4个阶段,同时混凝土在受压过程中具有韧性,在极限荷载之前各断面处于压密和微扩容的强化阶段,极限荷载之后混凝土从损伤到破坏发展比较平稳。     

Automated system for removal and pneumatic transport of fly ash from electric precipitator hoppers

A system for removal and pneumatic transport of fly ash is examined, in which air pulses act on batches (pistons) of ash formed in a duct. Studies are made of the effect of several physical parameters on the force required to displace a piston of ash and these serve as a basis for choosing a system for removal and pneumatic transport of ash simultaneously from several hoppers of an electric precipitator. This makes it possible to separate the ash particles according to size without introducing additional components. Formulas are given for calculating the structural and dynamic parameters of this system and measurements of indirect dynamic parameters are used to calculate the input-output characteristics of the system. In order to optimize the system, configurations for summing several ducts into a single transport duct for pneumatic ash transport are proposed. Some variants of dry ash utilization and the advantages of producing of size-separated particles are considered. __________ Translated from élektricheskie Stantsii, No. 2, pp. 26–30 (2008).     

The flood pulse advantage and the restoration of river-floodplain systems

The ‘flood pulse advantage’ is the amount by which fish yield per unit mean water area is increased by a natural, predictable flood pulse. Evidence for this increase is presented from tropical and temperate fisheries. It is argued that increasing multispecies fish yield by restoring the natural hydrological regime is consistent with increasing production of other trophic levels and with restoration from ecological and aesthetic viewpoints. When applied to a river-floodplain system, this restoration would provide a large, self-sustaining potential for recreation, commercial exploitation, and flood control. An interim ‘natural flood pulse’ restoration approach is proposed for systems modified for navigation. This approach approximates the natural hydrological regime in a river reach and is intended as a first step in the long process of restoring the watershed.     

浅谈天湖水电站水轮机运行故障及处理措施

简述天湖水电站投运以来各种故障的表现形式，分析其原因，提出了相应的处理方法及措施，并对合理利用国内外设备提出建议。