滇池流域水环境承载力及其提升方案研究

在外流域引水为流域饮用水安全、湖泊健康水循环和污水处理厂尾水外排提供水源安全保障的情况下,滇池流域内的经济社会活动与湖泊水质演变失去了联系,但以水环境容量为核心的流域水环境承载力,仍可以对入湖河流单元的点源、面源污染物总量的控制起指导作用,并通过水质浓度限值来实现对入湖河流水质目标的精细化管理。以滇池流域现有的水循环过程和水资源条件为背景,采用典型水文年过程重新核算了滇池的水环境容量,研究了入湖河流的水质目标浓度管控方案,确定了入湖河流的生态环境流量需求,并提出了流域水环境承载力的提升方案。研究结果表明:保障入湖河流的生态环境流量可以使滇池水环境容量增加4.4%～8.6%,提高滇池流域水环境的承载力,并为流域产业结构调整、空间管控规划等提供一定的安全余量。     

滇池入湖河流水质目标精细化管理需求研究

容量总量控制和水质目标管理是有效落实“水十条”和河湖长制的重要抓手,也是加强滇池水污染综合治理与湖泊水质保护的最佳管理办法。以变化条件下滇池流域水资源条件和独特的水循环过程为背景,采用精细化的数值模拟手段,重新核算了滇池水环境容量;同时分析了滇池水环境容量的时空动态变化特征,提出入湖河流水质浓度的分区和分时段控制限值,并制定滇池主要入湖河流水质目标控制与精细化管理方案。研究成果可为滇池流域全面推进河湖长制提供科学的技术支持。     

调水工程管理适应水资源区域配置实践与探索——以牛栏江—滇池补水工程为例

"十二五"以来,大型河湖水系连通项目及跨区域引调水工程成为统筹区域水资源配置的重要措施。我国处于跨区域调水管理初期,研究制定统一法令,建立有效管理机制,统一区域调度,充分发挥调水工程在区域水资源配置和区域经济可持续发展中的保障作用,起步较晚且迫在眉睫。以牛栏江—滇池补水工程联合调度管理成效为依托,分析了在建立科学的联合调度机制、确保工程安全稳定运行基础上,合理调配有限水资源,适应滇池流域水资源总体配置要求,可实现外调水"一水多用,有效利用"的综合效益。针对目前机制保障下调出区水环境保护及受水区多目标效益优化所面临的问题,提出流域协同地方政府统一监管,深入研究区域水资源总体配置,能积极促进水资源可持续利用,并支撑区域经济可持续健康发展。     

滇池-德泽水库引提调水工程联合调度研究

云南省为保证滇池-德泽水库引提调水工程顺利运行,依据相关保护条例、管理办法,确定了联合调度基本原则。通过编制滇池-德泽水库引提调水近期及年度联合调度方案,建立了运行调度管理体制机制。联合调度方案的实施对保证德泽水库提水补充滇池,解决滇池水资源短缺、水环境恶化问题起到了重要作用。工程自建成运行至今已累计向滇池补水15.78亿m3,使滇池外海水质好转趋势明显,主要污染因子呈下降趋势,达到了预期效果。所制订的联合调度方案对国内跨流域调水工程的调度管理具有一定的参考价值和指导意义。     

南水北调来水条件下北京市多水源联合配置和调度关键技术研究

南水北调来水条件下北京市多水源的合理配置和科学调度关系北京市水资源管理全局,涉及一系列复杂问题。为解决这一难题,北京市科委启动了"南水北调来水与当地水资源实时联合调度关键技术研究"课题,在分析计划、调度、政策层面所面临问题的基础上,研究得出了密云水库流域水资源演变规律、北京市用水需求分析、北京市水资源合理配置、环路供水工程布置优化方案、地下调度空间和地下水回灌模式、多水源实时联合调度分析和制度政策保障措施研究等主要成果,并进一步提出了相关建议,为北京市和类似南水北调受水区的水资源合理配置和科学调度提供借鉴。     

河流水资源调度关键技术及通用软件平台探讨

近几十年来人类活动与全球气候变化的加剧,流域水循环发生了强烈的变异,世界面临着深刻的水危机,我国水问题尤为严峻,水灾害事件频发,水问题成为实现可持续发展的重大障碍因素,严重威胁国民经济和生态安全。从流域水循环演变与水资源综合调控这一科学背景出发,提出了基于二元水循环开展水资源调控来解决水问题的基本思路。探讨了水资源调度研究的发展现状和我国水资源调度研究存在的问题。在此基础上,提出了包含"监测-模拟-评价-预测-调度-控制"六大环节的水资源调度技术框架和关键流程。结合国家水资源监控能力建设二期项目,介绍了一套全国通用的水资源调度软件平台,实现了水资源调度执行成果在水利部本级、流域、省三级平台之间的业务协同和信息共享,从而提升河流水资源调度决策能力。     

南水北调与引滦供水联合调度初探

分析京、津、唐区域需水状况和南水北调中线供水(引江水)及滦河流域来水、供水(引滦水)情况,根据南水北调中线工程、引滦工程和相关河系相连互通现状,采取区域水资源联合调度,实现引江水与引滦水的优化配置和对冲平衡,最大限度地节约和高效利用水资源,减少对自然的干扰,使其达到顺其自然、顺应自然的目的。其联合调度的思路和方案可用于南水北调中线受水区北京市、天津市及沿线各有关城市和供水水源,实现跨流域、大空间的水资源优化配置。     

基于水质控制模型的东江干流梯级电站调度研究

根据《广东省东江流域水资源分配方案》水量调度要求,针对东江干流梯级较多的特点,利用一维水动力学演进模型和一维对流扩散水质模型构建东江流域水质控制模型,模拟计算现状三大水库调度下有无梯级电站组合情况下的电站附近断面污染物浓度分布,提出在现状三大水库按照防洪供水兼顾发电原则进行调度情况下,各梯级电站"来多少放多少"的水量调度原则和水量水质监控系统中应重点监控梯级电站的坝前水位。     

流域水资源供需双侧调控模型及应用

针对水资源常规配置中供需分离、配置与调度结合不紧密,难以支撑流域水资源严格管理的问题,提出流域水资源供需双侧调控模型。在需水侧,通过建立供水量和效益函数关系,并考虑水土资源等约束条件,构建农业种植结构与灌溉制度优化模型;在供水侧,采用模拟与优化、配置与调度相结合的两阶段建模路径,构建多水源配置与水库群优化调度模型;通过来源于需水侧模型的"需水过程"与来源于供水侧模型的"可供水过程"的分解与耦合,实现供需双侧的联合调控,综合集成构建流域水资源供需双侧调控模型。将该模型应用于南四湖流域,提出了南四湖上级湖、下级湖等大型湖库工程的优化调度图与不同年型下农业种植结构和水资源配置方案,验证了模型的有效性。通过供需双侧协调优化,南四湖流域供需缺口缩小,农业种植效益增加,枯水年水分生产效益提高了0.70元/m~3、平水年水分生产效益提高了0.63元/m~3;生活和工业供水保证率稳定在95%,生态和农业供水保证率明显提升,分别由53%提高到71%、由67%提高到75%。     

水库群与闸坝联合调度对水质的影响评价

选取浑河、太子河流域为研究对象,制定水库群与闸坝联合调度方案。基于MIKE11构建了包含可控制水工建筑物的水动力水质模型,并将其应用于调度方案水质响应分析。研究结果表明,在流域尺度内制定水库群与闸坝水量联合调度方案,不仅能够在一定程度上对河流水质改善起到促进作用,还能在流域水资源量较匮乏条件下实现对水资源的合理调配与利用。     

缺水型大城市多水源调配管理技术体系与方法研究

针对缺水型大城市多水源供水系统日益庞杂带来的规范化和精细化调配管理问题,通过强化最严格水资源管理制度对城市多水源统一调配和管理的指导作用,从前期调配评估、调配系统构建、调度规程制定、调配方案编制四方面,探讨了缺水型大城市多水源调配管理技术体系,提出了城市水源-工程-单位-用户四层供水系统网络拓扑结构、城市供用耗排水量流转关系、水资源调配工程与管理体系、水资源日常调度规程、多水源联合调度模型等关键技术问题的解决思路与方法。将该技术体系应用于北京市水资源统一调配管理,结果表明:北京市供水系统可划分为4类水源-11类供水工程-4大水管系统-5大用户的网络拓扑结构。在此基础上,可构建由36家机关单位组成的水资源三级调度管理体系,按照调度会商-决策-实施-调整为核心的调度流程,依据统筹用水管控、水源配置、水量调度原则编制的水量调配方案开展日常水量调度工作。研究成果可为水行政主管部门推进水资源精细化调配管理工作提供技术支撑。     

昆明城市发展进程中的水资源演变分析

根据近年昆明市水资源量监测及其开发利用的有关资料,分析了昆明市发展过程中水资源及其开发利用变化的特征量。结果表明:昆明市水资源总量呈减少趋势,用水结构发生变化,生活用水缓慢增加,生产用水小幅减少,城市绿化等其他用水大幅度增长,供用水矛盾日益突出;GDP总量用水量增大,用水效率提高,但与发达地区相比,具有一定的节水潜力;同时,饮用水水源地水质也呈下降趋势,滇池及其入湖河流水质长期处于Ⅴ类或劣Ⅴ类;随着经济社会快速发展,滇池流域水资源将不能满足昆明市发展的需要。昆明仍是全国14个最缺水城市之一,城市用水将依赖于外流域远距离调水,但应充分考虑城市雨水资源利用,同时也应做好突发性水安全事故的应急预案。     

CAS理论在滇池流域水资源配置中的应用

基于复杂适应系统（CAS—Complex Adaptive System）理论,研究滇池流域水资源配置系统的演化机制,描述滇池复杂适应水资源配置系统“学习”的特点和本质、各用水及供水主体的影响因素和反应规则。随后,建立了滇池流域水资源配置的CAS模型。基于此模型,利用Matlab优化平台,预测了不同规划年滇池流域各部门的需水量,给出了流域仅在滇池水域与掌鸠河云龙水库供水条件下的水资源配置结果。最后,分析了利用CAS理论研究流域水资源配置的优越性,并给出了相应的结论。     

滇池草海水污染治理工程措施及其防治效果评估

在滇池流域"六大工程"治理体系的共同作用下,近年来滇池外海和草海水质整体改善明显,草海作为滇池蓄清排污的载体功能已逐步转变为居民休闲娱乐场所和城市名片。为适应草海功能定位的转变并加快敏感湖区的水质改善,近期实施了牛栏江—草海应急补水工程、新老运粮河水体净化生态工程和海埂大堤水体置换通道工程,其中新老运粮河水体净化生态工程实现了草海湖区清污水的物理隔离和清污分流,牛栏江—草海应急补水工程为环湖截污和草海的清污分流提供了必要的水资源条件,海埂大堤水体置换通道工程进一步缩短了清流区的水体置换周期并为环境敏感区的水景观质量提供了动力学保障;从水质改善效果来看,清污分流可使清流区TN、TP指标水质改善15%～28%,水体置换通道工程将改善草海的内源累积状况并有利于草海水质持续向好的方向演变,并通过工程联合调度可促使草海水质持续向好发展。     

再生水为水源的城市湖池生态环境需水量计算

以再生水为湖池水源可缓解城市水资源紧缺现状,但存在因再生水水质标准低、易发生水体富 营养化的问题。计算湖池生态环境需水量,定期对湖池进行补水和换水,以保证湖池生态环境的健康。 基于污染物质平衡原理,采用换水周期法,建立兼顾水量和水质生态环境需水计算模型。以西安市沣庆 湖为例,估算生态环境需水量,计算结果为:沣庆湖换水周期冬季为125ｄ、夏季为53ｄ。沣庆湖年平均生 态环境需水量为24．37万ｍ3。     

基于规则的水资源配置模型应用研究

为了将多层次、多工程、多用户、多水源的复杂水资源配置系统转换成计算机模型,合理有效地模拟水资源系统,进而完成区域或流域水资源从多水源向多用户的水量分配过程,着重介绍了水资源系统的系统概化规则和模型配置规则,在此基础上提出了基于规则的水资源配置模型,并将该模型应用在滹沱河流域.应用结果表明,模型的构建合理可行,规则的确定切合实际,模拟计算的结果合理可靠,该模型具有良好的实用性.     

基于调配管理的北京市多水源水量联合调度研究

针对北京市复杂供水系统多水源联合调配与管理,依据最严格水资源管理制度,在规划用水总量控制红线和用水效率控制红线管控下,充分考虑水行政主管部门调配管理目标与约束,绘制了基于水源-工程-单位(水管系统)-用户的多维嵌套北京市供水网络拓扑结构,建立了北京市多水源联合调度模拟模型,实现了用水管控、水源配置、水量调度统筹的多水源联合调度。计算结果表明:2019年全市用水管控39.6亿m~3,考虑输水损失和干流补水后,由本地新水供水20.3亿m~3,利用再生水11.5亿m~3,调用南水北调水9.7亿m~3;在现状工程条件下,为满足城市生活与工业用水和城区重点区域河湖基本生态需求,可充分调配南水北调水约9～10亿m~3;通过加大调水可进一步恢复本地水源储备和改善河湖生态环境。研究成果可为水行政主管部门开展日常水量调配工作提供技术支撑。     

太湖流域河道内用水控制指标分析计算

河道内用水控制指标是反映水资源供需平衡状况、协调河道内外用水、统筹上下游用水关系及流域和区域水资源配置优化程度的重要指标。文中根据太湖流域特点,选取了太湖及平原河网区13个代表站的水位资料,通过频率分析法和Tennant法,提出在满足生活、生产和生态用水条件下,太湖和流域平原河网区代表站允许的最低旬平均水位控制指标,及黄浦江松浦大桥断面允许的最小月净泄量控制指标。     

跨区域调水多水源水库群系统供水联合优化调度多情景优化模型研究与应用

含跨区域调水的多水源水库群系统调度决策中需协调保障供水效益与降低供水成本的多目标矛盾,在综合考虑本地水资源与外调水资源供水相对成本差异的基础上,根据引调水成本的相对高低提出供水成本递增的多情景分层优化模型,以降低系统总缺水率为优化目标、限定外调水量为约束条件,分情景求解多水源联合供水方案并分析目标间矛盾关系。以南水北调东线受水区江苏段及洪泽湖、骆马湖为研究对象的水资源系统调度为应用实例,计算结果表明:(1)两湖的本地水资源能满足平水及以上年型的用户用水需求;(2)当洪泽湖遭遇偏平及以上量级来水,且相对骆马湖来水丰沛时,启用洪泽湖向骆马湖调水可降低公共用户及骆马湖周边用户缺水量;(3)在现行协议供水量条件下,引调江水可解决洪泽湖、骆马湖枯水年型组合下的缺水问题;(4)多年平均条件下,引调0.6倍协议引江水量是均衡考虑降低系统缺水及引江水成本的折中方案。模型可为跨区域调水系统中多种水资源工程水量联合调度决策提供决策参考。