大型城市内湖水动力水质数值模拟及环境治理方案效果评估

以大型城市内湖汤逊湖为例,通过建立二维水动力水质模型,对近远期、不同控源截污、不同生态补水等多情景下汤逊湖的流场及COD、NH₃-N、TP、TN等污染物浓度空间分布进行模拟,探究控源截污和生态补水等措施对水动力条件及水质改善效果的影响。结果表明：污染源削减措施配合工程调水引流,能最大限度改善水质状况,补水流量可随污染源削减率提高而减小。近期各污染物指标削减率达到50.96%～77.62%,生态补水40 m³/s,远期各污染物指标削减率提高至67.77%～78.61%,生态补水10 m³/s,可以实现汤逊湖水质长期稳定达标。     

汉江王甫洲库区伊乐藻综合治理措施效用分析

为评估生境逆改造和生态调度相结合的方式对治理汉江王甫洲库区伊乐藻灾害的有效性，建立了研究区间的二维水动力模型，提出了水动力提升率这一概念，从典型断面、流场等方面对生境逆改造效果进行了定量分析，并对生境逆改造后的生态调度流量和方案进行了讨论。结果表明：(1)生境逆改造后断面特征点的总体水深增加达1.31 m,流速分布更加均匀，静水点个数显著减少。(2)改造后研究区间在枯水流量时水动力提升率最大，为44.55%,洪水流量时提升最小，为26.77%,周期提升率为35.59%。(3)生境逆改造之后的生态调度峰值流量调整为613.72 m³/s时，即可达到现有调度方案短时增至1 100 m³/s时的水动力提升效果，一次生态调度相较于现有调度方案可节约丹江口水库水量4.2亿m³,且相同最小流量下水动力提升率达17.2%。     

基于改进水文比拟法的新丰江生态流量计算

为减小水电站开发对下游河道生态环境的影响,以广东韶关新丰江为例,用改进水文比拟法计算流量,同时用水文学法进行生态流量计算。结果表明：运用改进水文比拟算法能较准确获得新丰江干流丰城、狮石滩、涧下和银潭4座水电站的月平均流量(分别为20.57 m³/s、21.80 m³/s、22.54 m³/s和22.97 m³/s);4座电站生态流量最终取值分别为3.62 m³/s、3.63 m³/s、3.73m³/s和3.93 m³/s;其生态流量的月满足程度均在99%以上,能满足设计保证率。研究成果可为新丰江等中小河流水资源开发利用与生态系统保护及中小河流水电站生态流量计算提供参考。     

基于四大家鱼栖息地模拟的汉江下游生态流量研究

梯级水库运行显著改变了河流自然水文情势,对河流水生态系统产生不利影响。选择四大家鱼作为汉江下游的指示物种,考虑四大家鱼对栖息地流速和水深的喜好性,构建了产卵期和生长期适宜度指数曲线,采用River 2D水动力模型,模拟了不同流量下四大家鱼适宜栖息地状况的变化,提出维持四大家鱼产卵期与生长期需求的生态流量及高流量脉冲。结果表明：汉江下游四大家鱼产卵期最小和适宜生态流量分别为1 310,3 520 m³/s,每年提供至少2次持续时间不低于3 d、流量不低于1 310 m³/s的高流量脉冲,以刺激四大家鱼自然产卵,增加产卵规模;生长期最小和适宜生态流量分别为441,1 520 m³/s。与Tennant法和实际生态监测对比,River 2D水动力模型计算结果较为合理可靠。但与历史实测流量过程比较,产卵期生态流量满足率不高,需择机实施汉江中下游梯级水利枢纽联合生态调度,提高生态流量满足程度。     

黄河流域甘肃段河道生态需水阈值的探讨

研究河道生态需水阈值对于提升河流生态系统多样性、稳定性、持续性及河道生态需水管理具有重要意义。针对黄河流域甘肃段河流断流、水污染严重及泥沙含量高等水与生态环境问题,依据30个水文站1956—2016年的河流月径流资料,采用年内展布计算法确定生态基流量,并与自净需水量、输沙需水量按照“取大”原则整合为基本生态流量;采用逐月频率计算法确定目标生态流量。综合基本生态流量与目标生态流量分布特征,获得年内河道生态需水阈值,对其进行等级评价并分析满足程度。结果表明：年内水量较枯、较丰时段黄河干流河道生态需水阈值分别为74.78～393.29 m³/s、595.35～1 108.84 m³/s;玛曲至上诠段支流分别为8.97～26.81 m³/s、30.16～156.20 m³/s;上诠至安宁渡段支流分别为0.64～11.93 m³/s、3.50～124.61m³/s;安宁渡以下段支流分别为5.67～7.76 m³/s、14.77～30.53 m<...     

基于敏感保护目标的那棱格勒河生态需水研究

基于那棱格勒河生态特点,统筹考虑生态基流、鱼类繁殖生长关键期所需河道水量和植被需水高峰期所需短期洪水过程,综合确定河道内生态需水量,并采用流域水量平衡法确定绿洲生态耗水量,同时计算尾闾湖泊需水量。结果表明：河道生态基流10月至次年4月为5.48 m³/s、6—9月为11.82 m³/s,5月河道内生态流量考虑鱼类繁殖需保证11.82 m³/s,6月、9月各需一场不少于5 d、平均流量分别不低于80.0、82.5 m³/s的洪水过程;绿洲区平均生态耗水量为4.54亿m³/a。     

碗米坡水电站生态流量的计算与分析

为做好已建水利水电工程生态流量核定工作,本研究采用Tennant法、Qp法和7Q10法三种水文学方法计算碗米坡水电站坝址断面的生态流量,计算成果分别为29.40m³/s、25.80m³/s(25.06m³/s)和25.20m³/s。研究表明酉水属于丰枯变化剧烈的山溪性河流,河道径流季节变异相对较大,Tennant法计算生态流量成果较Qp法及7Q10法偏大。上游水利工程运行调节进一步加大了枯水期河道内径流变异程度,宜采用Qp法核定碗米坡水电站生态流量。同时强化流域水资源统一调度管理,提高水利工程生态流量保障程度。     

基于水文学方法的黑河中游最小生态流量研究

本文基于黑河莺落峡水文站、正义峡水文站长系列水文资料,采用Q_P法、最枯月平均流量法计算了两处水文站断面的最小生态流量,并用Tennant法对计算结果进行评价。研究结果表明,莺落峡站断面用Q_P法和最枯月平均流量法得到的最小生态流量值分别为11.06m³/s和13.26m³/s,一年内最小生态流量可以满足生物栖息地需水要求;正义峡站断面用Q_P法和最枯月平均流量法得到的最小生态流量值分别为0.37m³/s和1.63m³/s,一年中5月的最小生态流量能够支撑大部分水生生物的生存栖息地。     

河曲水文站2018年水沙特性分析

文中以河曲水文站2018年实测水流沙资料为基础,对该站本年度水沙特性进行了分析。结果表明:①2018年河曲水文站径流量、输沙量等水文特征值均为近年来的极大值,年内水量分配较为均匀,输沙量分配极不均匀,输沙时间短,总量大;②基本断面冲淤变化剧烈,淤快冲慢,且主槽淤积较滩地快,快速淤积结束时出现最大断面平均流速和测点流速,断面淤平后出现一段稳定期;③当流量在1 500 m³/s至2 000 m³/s之间时,水流携带的泥沙最多;当含沙量小于10 kg/m³、流量大于900 m³/s,或含沙量小于20 kg/m³、流量在3 000 m³/s左右时,断面冲淤平衡或冲刷;④主槽淤积厚度与含沙量、流速正相关,与平均水深负相关。     

基于生态水力半径法的瑞丽江河道内生态需水量估算

从保护瑞丽江流域特有珍稀、濒危鱼类的角度出发,根据瑞丽江流域的水资源特性,采用生态水力半径法对瑞丽江进行河流生态需水量研究：利用戛中水文站的实测流量资料,建立Q～R关系,计算了瑞丽江河道内生态需水量,枯期最小生态需水量20.1m³/s;汛期最小生态需水量63.2m³/s。从而推求出龙江水电枢纽工程汛期下泄流量不应小于47m³/s;枯期下泄流量不应小于15m³/s,以满足水生生物生存繁衍所需的基本生态需水量。     

基于黄河鲤栖息地水文-生态响应关系的黄河下游生态流量研究

本研究采用野外生物监测、栖息地同步观测和实验室控制实验等技术手段,应用生物学、鱼类生态学、生态水力学、水文学等多学科理论,基于河流栖息地模拟法,研究了黄河下游指示物种黄河鲤生态学特性及其栖息生境与流速、水深、水温等水文水环境因子之间的关系,将径流条件与目标物种不同生长阶段生物学信息相结合,建立了代表物种繁殖期、越冬期栖息地适宜度指数,构建了黄河下游重点河段河流栖息地模型,建立了指示物种栖息地状况与河川径流条件定量响应关系,提出黄河下游花园口和利津断面繁殖期最小生态流量为300 m³/s和100 m³/s、适宜生态流量为600～700 m³/s和190～250 m³/s。该研究在水生生物习性及其与河川径流响应关系方面实现突破,解决了黄河生态需水研究中关键技术问题。     

赣江下游河道适宜生态需水量计算

受气候变化及人类活动的影响,赣江下游河道生产生活与生态用水的矛盾日益增加。本研究采用Tennant法和生态流量阈值法分别计算外洲断面生态需水量,并采用基于四大家鱼为生态保护目标的湿周法进行筛选比对,确定赣江下游适宜和较适宜的生态需水过程。结果表明：Tennant法和生态流量阈值法计算得到的年均适宜生态需水量分别为845.44m³/s、1 041.30m³/s,占外洲断面多年平均径流的40%左右;年均较适宜生态需水量为626.60m³/s、561.16m³/s,占外洲断面多年平均径流的27%左右,为赣江下游适宜生态需水量的预留提供依据。     

水电站减水河段河道生态流量计算

为了合理确定水电站减水河段河道生态流量,提出了分时段分方法计算河道生态流量的思路。以西藏扎拉水电站为例,对减水河段的河道生态流量进行了计算。在鱼类生长繁殖期(4～9月)可采用生境模拟法;在非产卵繁殖期(10月至次年3月)可采用水文学法、水力学法及生态水力学法综合分析计算。结果表明：在鱼类生长繁殖旺盛期(5～8月)所需生态流量为33.0 m³/s,一般繁殖期(4月及9月)为22.0 m³/s,非产卵期(10月至次年3月)为15.9 m³/s。研究结果可为水电站减水河段生态流量的确定提供借鉴。     

基于开源和节流的乌伦古河流域水库群生态调度

针对乌伦古河流域水资源短缺、灌溉挤占生态用水等问题,以生活、工业、灌溉、河道生态基流、河谷林草及补湖生态用水为调度目标,设置开源、节流方案集,建立了以生态缺水量和社会经济缺水量最小为目标的水库群生态调度模型,采用人机对话模拟优化算法求解模型。结果表明：各节流方案的河谷林草和补湖供水保证率能够满足设计要求,缓解了灌溉用水与生态用水间的矛盾,但2017现状水平年和2025远景水平年需水方案的灌溉保证率未满足设计要求;当开源+节流方案调水量超过1.0亿m³时,满足农业灌溉、河谷林草和补湖的供水保证率要求,消除了灌溉用水与生态用水间的矛盾;随着调水量超过1.0亿m³且持续增加,对河谷林草、补湖缺水量、破坏深度等影响不大,推荐1.0亿m³为最佳调水量。     

黄河口双流路同时行河运用年限研究

刁口河已停河46 a,流路湿地生态系统萎缩、退化严重，刁口河、清水沟流路同时行河可以为刁口河提供水沙补给，扩大自然湿地面积、恢复岸线自然延伸趋势。针对河口河段不淤临界流量开展研究，并设置不同分流比方案，利用河口多流路行河水沙演进数学模型，计算分析了以清水沟流路为主、刁口河流路为辅的行河年限。结果显示：河口河段冲淤临界流量为1 600～2 200 m³/s;当大河(利津断面)来流大于3 800 m³/s时，在清水沟流路达到平滩流量4 000 m³/s前按照1 600 m³/s向刁口河分流，之后逐渐增加分流流量到4 000 m³/s,对清水沟流路行河年限、水位影响较小；若进一步减小大河起分流量，增加刁口河分水分沙量，会对清水沟流路行河年限造成较大影响。流路行河年限受水沙条件、地形边界、海洋动力等多因素影响，设计水沙条件下双流路同时行河，可在尽量发挥清水沟流路运用潜力的基础上，最大限度为刁口河补水补沙，利于湿地生态系统的保护和修复。     

潮白河春季生态补水及地下水响应

以2021年春季潮白河生态补水为研究基础,利用GMS-Ugrid模块构建非结构地下水流模型,评价生态补水效果和地下水响应。潮白河生态补水总量(至2021年5月27日)为2.06亿m³,补水入渗量为1.57亿m³(约占76%)。补水后1个月内,研究区第一含水层系统储存量增加了1.49亿m³;以水位0为影响范围分界线,补水影响面积达到842.8 km²。距河道不同位置观测井滞后响应时间也不同,离河道3 km观测井水位抬升明显,滞后响应时间较短(3～6 d);远离河道地下水响应的滞后性明显,离河道6 km观测井滞后响应时间较长(18～30 d)。     

下荆江急弯段河床形态调整对水流特性的影响

三峡水库运用后下荆江急弯段出现“凸冲凹淤”现象,研究急弯段河床形态调整对水流特性的影响十分必要。基于2002年、2011年和2016年实测地形,采用Delft 3D水动力学模型计算上游来流为5 000 m³/s、10 000 m³/s和20 000 m³/s流量的七弓岭急弯段水流特性,探讨河床形态调整对弯道段流速分布与二次流结构和强度的影响。结果显示：七弓岭急弯段2002年至2016年的水流动力轴线大幅左摆,三种流量级条件下分别左摆1 160 m、1 130 m和900 m;水流冲刷动力在凸岸增强,凹岸减弱。这三年的凸岸侧垂线平均流速最大值依次为1.24 m/s、1.91 m/s和1.66 m/s。凹岸侧最大流速依次为2.55 m/s、0.97 m/s和0.80 m/s。七弓岭弯顶上游的断面平均环流强度递减,凹岸沙洲的二次流已非常微弱,导致泥沙淤积。     

湄公河与洞里萨湖水量交换特征

洞里萨湖是湄公河最大的连通湖泊,湄公河与洞里萨湖水量交换特征一直是国际社会关注的热点问题,但相关研究成果较少。利用4个河湖控制站的长系列水文资料,分析了湄公河与洞里萨湖水量交换特征,结果表明:湄公河与洞里萨湖的水量交换强度大,洞里萨湖对湄公河径流调峰补枯作用明显,每年汛期5—9月份均会发生倒灌,1995—2011年年均倒灌历时122 d,倒灌水量377亿m³,占湄公河干流同期来水的14.4%,倒灌洪峰流量8 402 m³/s,占干流同期来水的20%,其中7—9月份倒灌水量占全年的88.6%;汛后10月份—次年4月份洞里萨湖向湄公河补水,年均补水历时244 d,补水水量711亿m³,是湄公河倒灌入湖水量的1.96倍,占湄公河下游同期来水的29.9%,其中10月份—次年1月份补水量占全年的83.1%。年倒灌历时、水量与洪峰流量,年补水历时、水量与峰值的年际变化较小,变幅分别为76 d、283亿m³、6 095 m³/s和76 d、474 亿m³、4 677 m³/s,变差系数为0.07～0.24。倒灌、补水水量不仅与湄公河和洞里萨湖的来水大小有关,还受到河湖水位差及洞里萨河水位等因素影响。研究成果可为湄公河三角洲和洞里萨湖区治理提供科学依据。     

赣江流域生态流量与地表水资源可利用量研究

为更好指导赣江流域水资源合理开发和可持续利用，采用水文学方法确定了赣江干流及重要支流控制断面生态流量，定量评估了流域各分区地表水资源可利用量。研究表明：(1)赣江干流各断面生态流量为44.8～281.0 m³/s,占年均流量的11.7%～13.6%。支流断面生态流量为6.03～19.80 m³/s,占年均流量的9.4%～10.0%。各断面近10 a日均流量满足程度均在92%以上，可作为生态流量管控依据。(2)外洲以上赣江流域年均地表水资源可利用量224.2亿m³,可利用率29.6%。各主要支流年均地表水资源可利用量7.1亿～22.1亿m³,可利用率19.7%～29.3%,流域下游水资源可利用率总体高于中上游。随着流域洪水资源高效利用能力提升，水资源可利用量可进一步增加。研究成果可为指导流域干支流水量分配与调度，加强水资源开发利用与保护提供参考依据。     

径流引水式小水电生态-发电协同优化模型及应用

以湟水河流域的湟乐水电站为例,基于自然水流范式计算河道内适宜生态流量和生态基流,以生态流量为主要约束建立径流引水式小水电生态-发电协同优化模型,利用NSGA-Ⅱ算法得到引水发电流量的Pareto解,研究成果对指导径流引水式小水电的生态调度和运行管理具有重要指导价值。结果表明：滑动t检验法诊断西宁水文站年径流量时间序列的突变点是2000年,经还原后得到1956—2000年多年平均天然径流量为41.3 m³/s;适宜生态流量在年内枯水期、平水期和丰水期展布的同期比分别是0.60、0.41和0.42,达到了“极好”标准;以传统Tennant法“一般”标准确定的非汛期生态基流为4.13 m³/s、汛期生态基流为12.4 m³/s;采用生态-发电协同优化模型计算多年平均来水条件下湟乐水电站的年发电量为634.29×10⁴ kW·h,枢纽下泄流量均满足减水河段生态流量需求;多年来水条件下湟乐水电站等效减排6 323.9 t CO₂,电站的减排生态效益为188.45×10⁴