赣江流域蓝水绿水资源时空变化分析

在当今的水资源管理中,分析评估气候变化下流域内蓝水、绿水资源的时空变化情形,能为维持生态系统稳定、保障社会经济的发展提供依据.本文利用SWAT模型模拟了赣江流域1960～2013年的水文循环过程,基于趋势分析、Mann-Kendall检验等方法,分析了流域内蓝水及绿水资源的时空变化情况.在空间上看,赣江流域内蓝水及绿水资源多呈上升趋势,只有流域西部、中部少数地区绿水流和蓝水流有下降的倾向,绿水储量在整个流域内都呈现出了显著的上升趋势(P<0.05).在整个流域尺度上,蓝水与绿水资源在过去50年间都呈现出上升趋势,蓝水流、绿水流、绿水储量的变化倾向率分别为11.3mm/10a、4.87mm/10a、16.4mm/10a,其中绿水流、绿水储量自20个世纪90年代后的上升趋势非常显著(P<0.05),而蓝水流则在最近20年间呈现出略微的下降趋势,在未来规划管理中应考虑人类活动取用水对水资源量的影响.     

安徽省青弋江下游水网圩区水情分析

安徽省青弋江分洪道工程是2011年7月国家发展和改革委员会批准的项目,于2012年5月开工建设,2016年6月主汛期投入使用,2017年12月底主体工程基本完成,下游水网圩区防洪条件得到很大提高与改善。本文对水网圩区分洪道工程建设前后水情变化进行了分析,提出建议,为防汛决策提供参考。     

考虑圩区分布的平原河网区暴雨洪涝分析模型建立

针对圩区众多的平原河网区域,基于已有的一、二维非恒定流水动力学理论建立的城市洪涝仿真模型,引入"小蓄水面"的概念,将圩区内外在水动力学模型中未被概化但对降雨的调蓄作用不可忽略的小河、塘坝、小湖泊等根据其实际空间分布统一概化为所在网格的小蓄水面,并考虑圩区堤防标准、抽排能力和调度运行规则对河网区域洪涝时空分布的影响,对模型中网格淹没水深、圩区排涝和闸泵调度的计算方法进行了改进。选择嘉兴市为案例区域建立了暴雨洪涝分析模型,利用模型对嘉兴市近年来典型场次暴雨进行模拟计算,与河道实测水位及洪涝分布调查结果对比表明,模型对区域的概化合理,能反映嘉兴市在受本地降雨和上游洪水影响、下游潮位顶托及复杂的工程调度规则综合作用下水流的运动特点和洪涝的分布特征,模拟结果可靠,模型可以为区域洪水风险图编制和防汛风险管理提供支持。     

基于试验遗传算法的平原圩区除涝排水系统最优规划

平原圩区除涝排水系统最优规划是一个多维、非线性复杂系统优化问题。本文提出基于试验优化设计思想的试验遗传算法,即在标准遗传操作中增加了均匀设计、正态随机和摄动调优等试验操作技术。某圩区排水系统最优规划实例表明,与可分规划法及简单遗传算法相比,试验遗传算法能严格满足系统约束条件,且操作简单,计算效率更高。由于该算法兼顾了整体空间的种群多样性和局部空间极小值的搜索效率,同时能根据需要自动调整计算精度,因此较易获得复杂问题的全局最优解。     

赣江流域气候和土地利用变化对蓝绿水的影响

采用标准化降水指数(SPI)确定赣江流域的典型年,基于SWAT模型,对典型年份赣江流域蓝绿水的时空分布进行了分析;设置多种气候与土地利用情景,定量分析了气候和土地利用变化对流域内蓝绿水的影响。结果表明:1972年、1998年和2014年分别为赣江流域的干旱年、湿润年和正常年;湿润年的蓝水量最为丰富,是干旱年的2.01倍,绿水量的变化相对稳定,干旱年绿水系数最高,是湿润年的1.44倍;土地利用变化对蓝绿水的时空分布影响较小;气候变化情景下蓝水量、绿水量分别增加了75.52mm和30.65mm,绿水系数减小了2.33%,共同变化情景下蓝绿水变化趋势与气候变化情景大致相同,表明气候变化对流域蓝绿水的影响较大。     

改进的SWAT模型在平原灌区的应用

针对平原型灌区人工-自然复合的水文循环特点,基于SWAT模型构建了山前平原灌区分布式水文模型。考虑平原灌区灌溉渠道、排水沟和河道等人工干扰,在沟渠河网的提取方法、子流域与水文响应单元的划分以及作物耗水量计算模块等方面对SWAT模型进行了改进。以汾河灌区为例,利用灌区1996-2001年的水文、气象及用水资料对水量平衡进行了模拟分析;以模拟效率系数、相对误差和线性相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行了率定, 并对2002-2006年的径流量进行验证模拟。研究结果表明,两处监测点的模拟结果基本满足模型     

不同控源截污水平下平原圩区活水效果研究

平原圩区河网普遍存在水动力不足、自净能力弱的特点,水环境问题突出。控源截污和畅流活水是平原圩区河网常用的水环境治理措施,但大规模控源截污技术条件困难,实施周期较长;畅流活水虽见效快,但持续时间短,因此需两者配合进行。以无锡市锡山区云林街道为研究区,建立水量水质耦合模型,探究不同截污水平下活水调度对区域水环境的影响。结果表明：不同活水调度方式对区域河道水环境影响不同,部分调度方式甚至会使河道水质恶化;控源截污能有效提升全断面水质;当控源截污和畅流活水两种措施结合时,改善效果超过单一手段,且能改善因调度而导致的水质恶化现象。研究成果可为研究区及其他平原圩区河网有效全面地治理水环境问题提供科学依据。     

郑州市贾鲁河流域水循环模拟

以郑州市贾鲁河流域为研究区,在地理信息系统技术支持下,使用DEM、土地利用、土壤、气象、人工取用水数据、农业管理措施等资料构建了基于分布式水文模型SWAT的流域水循环模拟模型,应用改进的SWAT模型进行了流域水循环模拟,并利用实测数据对模型进行了参数率定和模型验证,采用相对误差、NASH效率系数、相关系数作为模型适应性评价指标,结果表明模型在研究区有较好的适应性。可以为流域水循环演变规律的系统揭示和区域水资源的综合调控提供了技术支撑。     

基于需水调控的赣江流域中下游水量优化调度

赣江流域位于我国南方地区,水资源总量丰沛,但由于其时空分布不均,从而致使在枯水季节各部门需水量持续偏高的情况下,流域内的水资源供需矛盾、上下游用水竞争关系就突显出来。为了应对在降水量减少、来水偏枯条件下赣江中下游地区可能面临的水资源短缺问题,对赣江中下游枯水期的水量调度进行了模拟并对流域的缺水状况及其成因进行了分析;基于上下游的用水竞争关系,建立了基于需水调控策略的水量优化调度模型,并对该模型在提高赣江流域枯水年水资源利用量以及协调上下游用水公平性两方面的显著效果进行了探讨研究。     

太湖流域大尺度洪水分析中对圩区影响洪涝分布的模拟

本文以流域DEM、土地利用、圩区空间分布和堤顶高程及河网外多边形分布为数据基础,按照未受保护区低洼地和保护标准较低的圩区先受淹、保护标准较高的圩区后受淹的原则,建立了各河网外多边形的水位与蓄水量关系,通过与河网模型及水文产汇流模型耦合,可以更合理地反映主干河网洪水出槽、圩区内涝或两者皆存在的情形下洪涝水量的空间分布。该方法可用于建立大尺度水力学模型的淹没分析模块,为太湖流域未来洪水预见提供重要的数据支持。     

赣江下游东西河分流比变化分析

根据分流比计算原理,选取影响分流比的主要因子,并利用实测资料,对赣江下游东、西河分流比变化进行分析。结果表明:可选择断面过水面积和水力比降作为影响分流比的主要因素。2000~2006年,西河过水断面面积增幅大于东河;东、西河水力比降均有所下降,东河下降的幅度大于西河,西河的水力比降大于东河。上述两个方面的因子变化造成西河分流比不断增大,东河分流比减小。此外,对分流比变化的原因进行了初步分析。     

分布式水文模型EasyDHM在北江流域的应用

为了解决珠江流域咸潮上溯问题,需要在枯水期对流域水库群进行压咸调度。合理调度的前提是准确掌握流域的来水情况,以便在满足发电需要的基础上兼顾生态需要,特别是在枯水期。飞来峡水库是北江流域的重要水库,位于珠江流域下游,在流域抑咸调度中起到关键的作用。为了对飞来峡水库来水过程进行水文模拟分析,以分布式水文模型EasyDHM为基础,利用DEM、实测河网、土壤、土地利用及水文气象数据,构建了北江流域分布式水文模型。通过模型的参数率定以及验证发现,模型精度较高,可以很好的应用于流域水情形势分析;对飞来峡水库旬入库过程统计发现,枯水期来水量最小值出现在12月上中旬,这对于确定流域抑咸统一调度的最佳时期也有着重要的意义。     

赣江中下游枯水期水量调度研究

针对近年来赣江中下游枯水年枯水期因河道径流量较少而引起的赣江沿岸地区生产生活用水安全问题,进行了赣江中下游枯水期水量调度研究。在分析河道合理流量和水库可调水量基础上,考虑赣江中下游地区水资源、自然生态环境的实际情况和社会经济发展水平,提出赣江中下游枯水期水量调度原则与方法,制定了赣江中下游枯水调度方案,为赣江流域的水资源管理和调配提供技术支撑,对于缓解流域用水紧张局面,保障赣江中下游地区用水安全,维持赣江健康生命及区域经济社会可持续发展具有重大意义。     

赣江尾闾河段水沙特性及河床演变

为了解赣江尾闾河段的水沙特性与河床演变规律,通过对该河段水文、泥沙和地形演变资料的整理与分析,探讨了该河段的径流、输沙、水沙关系、分流比、冲淤变化、河床稳定性、演变影响因素及演变趋势。结果表明:近年来,赣江尾闾河段输沙量明显减小;河段分流比呈西河增大、东河减小的趋势;全河段演变以冲刷为主,且河道上段的冲刷量远大于中下游河段;东、西河纵横向稳定系数呈上游往下游递减趋势;万安水库的运用、河道采砂、鄱阳湖水位的降低是赣江尾闾河段冲刷的主要因素;万安水库运用时间的增长及河道采砂管理的规范化,将有利于赣江尾闾河段的稳定发展。     

赣江上游章水流域极端降水时空变化特征

以赣江上游章水流域内15个雨量站1957-2016年逐日降水资料为基础,获取了12个极端降水指数。分别采用线性趋势、Modified Mann-Kendall非参数检验法、累积距平法、Pettitt突变检验法、小波分析、Hurst指数分析和克里金插值等方法对12个极端降水指数的时空变化特征进行探讨。结果表明:1957-2016年间,暴雨量及日数、强降水量及贡献率和最大湿润日数均呈现上升趋势,极强降水量及贡献率、最大干旱日数、年最大雨量、连续5日最大雨量呈现下降趋势,且其未来趋势均将得到加强;大雨量及日数呈现上升趋势,但未来趋势将可能减弱;所有极端降水指数的过去趋势均不具有显著性,同时未发生显著的突变,并且普遍存在以1988年为中间轴的33～34a主周期;大雨量及日数、暴雨量及日数、强降水量、最大湿润日数、年最大雨量、连续5日最大雨量的高值中心均在流域西南区域的内良站附近,并呈上升趋势,低值区域主要分布在流域的东部区域,并呈现下降趋势,且其整体空间分布大致相同,均为西南向东北递减;而强降水贡献率及极强降水贡献率为东南向西北递减,最大干旱日数是从东向西的递减趋势。未来章水流域极端降水的变化趋势可能还会增强,加强流域极端降水事情的预防对流域水旱灾害防治意义重大。     

赣江入鄱阳湖尾闾东西河分流比变化规律分析

赣江尾闾在南昌段的裘家洲、扬子洲首次分为东、西河,其分流比变化特性直接影响到下游河道的稳定、防洪、航运、水生态水环境等方面的安全问题。影响分流比的因素众多,主要选取了过流条件和入湖水位两个因素,采用资料分析和模型试验的方法,分析了赣江东、西河分流比变化规律及其影响特征。对1998年以来裘家洲分流口东、西汊的断面演变状况进行了对比分析,结果表明:西汊在不同水位条件下的过水面积增大是西河分流比增大的主要因素;西河入湖水力比降降低幅度较东河要小,东河甚至出现了倒比降,这些均是影响分流比的重要因素。为此,进行了试验研究,试验结果表明:东河入湖水位对分流比的影响相较于西河而言更为显著,水位的变化幅度与分流比的变化呈线性相关关系,而且随着流量的减少,对分流比的影响更为敏感;西河分流比的变化与流量呈线性关系,东河分流比与流量则呈幂函数关系。     

多因子综合分析模型在赣江水量分配中的应用

借鉴国外水量分配模型-多因子综合分析模型,对水资源在赣江流域各用水区域之间进行了分配,旨在对这种水量分配模型进行探讨和实践,以期为我国的水量分配研究提供有实用价值的参考方法。运用该模型计算得到流域8个用水区如赣州、吉安、新余、萍乡、宜春、南昌、抚州、袁惠渠灌区的分水量分别占赣江水资源可分配总量的比例。针对模型应用的特点,指出了在今后的应用中需要进一步研究的内容。     

妫水河流域水文模拟及参数不确定性分析

以北京市延庆区妫水河为例,使用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型对妫水河流域进行月尺度水文模拟,使用SUFI-2(Sequential Uncertainty Fitting)算法分析参数的敏感性,依据SWAT-CUP自动率定得到P因子和R因子分析模型的不确定性,从而完成本流域分布式水文模型的构建。率定结果显示,率定期确定系数R 2为0.65,效率系数NSE为0.61;验证期确定系数R 2为0.89,效率系数NSE为0.88;不确定性分析结果中P-factor均大于0.5,R-factor均小于0.3。通过以上分析可得该模型对妫水河流域的水文模拟有良好的效果。     

应用输出系数模型估算赣江下游非点源污染负荷

为了对赣江流域非点源污染排放负荷进行宏观评估,在已有研究的基础上,建立了改进的输出系数模型。通过分析赣江下游地区土地利用、农业人口和畜禽养殖等基础资料,确定了赣江下游各污染源产生的污染负荷量,并通过峡江和外洲两个水文控制站的实测数据,确定了赣江下游流域污染物迁移过程中的降雨影响系数和流域损失系数。用建立的模型计算了赣江下游非点源N、P污染负荷模拟值,并与实测污染负荷量进行了比较。结果表明,模型模拟精度较好,适合用于区域非点源污染负荷估算。