基于EFDC模型的感潮河网地区闸门调度研究

水动力调控是治理黑臭水体、建立良好水环境和水生态的重要措施。对于感潮河网地区,做好闸门泵站调控的水动力调控达到活水循环是水环境问题治理的关键。研究了福州感潮河网地区水系水质维持的水动力调度模拟。基于EFDC构建福州复杂河网水系水动力水质模型,模拟研究区内不同水质目标及引水条件下的闸泵调度对河道水质变化影响。根据模型模拟结果得出结论：采用潮差引水可以降低运维成本,但是无法使水质恢复维持在优秀水平;采用泵站引水可以快速恢复河道水质,使用不同位置泵站对河道内水质产生影响不同,应根据实际的运维目标进行调整;同时开启水系南侧闸门及泵站易导致河网中心区域水体流向反复,引发水体震荡,不利于河道水质恢复维系,在运维调度中应避免同时开启。研究结论可以为感潮河网地区水质维系和水动力调控实施提供方法借鉴。关键字:     

珠海横琴新区水系引水调控效果模拟研究

珠江三角洲感潮河网区，利用外江潮位和内河水位涨落潮差引清调水是改善感潮河网水环境的一种有效途径。珠海横琴新区中心沟位于珠江三角洲感潮河网区，为改善横琴新区中心沟水环境，建立一维水动力水质数学模型，开展改善区域水动力水环境的调控方案研究，计算分析原调控方案及优化调控方案换水效果。模拟结果表明：优化调控方案区域流速增加了0.20 m/s、半交换周期减少了101.5 h、换水率提高了1.1倍，区域水环境改善效果明显。研究成果对于感潮河网区引水调控方案的实施有一定的借鉴价值。     

Mike11在平原感潮河网区闸泵群联合调度的排涝计算应用

为了合理确定平原感潮河网区闸泵群联合调度下的泵站规模,采用Mike11构建一维河网水动力模型进行排涝计算。结果表明模型计算可合理确定各泵站的设计排水流量,设计洪水位满足区域排涝要求,研究方法可为平原感潮河网区的排涝计算提供借鉴。     

感潮河段城市湿地水动力模拟及改善方案研究

湿地具有固碳释氧、涵养水源等作用,改善水体交换能力是湿地研究热点之一,但关于潮汐变动水位条件下湿地水体调控措施的探究相对较少。以长江南京段绿水湾湿地为例,建立平面二维水动力模型,开展感潮河段城市湿地水动力模拟及改善方案研究。计算不同水文条件及闸泵调度方案下湿地流场,分析潮位变动对绿水湾湿地水动力的影响,分析不同闸泵调度措施对水体流动性的改善效果。研究表明,闸泵联合调度可使枯季大部分区域水动力明显增强,但仍存在主槽外坑塘等局部滞水区,需通过湿地植被重构的方式提高水体自净能力。对易暴发藻类的4—5月,闸泵联合调度可较好改善绿水湾内上游区域的水动力条件,对于改善效果并不明显的下游区域建议增设补水点,降低水体富营养化风险。本研究可为绿水湾湿地的设计、建设与管理提供科学依据。     

网河区河涌群闸联控调水补水的研究

分析群闸联控调水补水研究的现状,针对网河区河涌截污后缺水、水质黑臭等现象,该文根据外江潮汐特征及河涌实际情况提出了群闸联控调水补水的方案,通过实测水质资料分析,可以达到实现河涌水质不黑不臭的目标,可为珠江三角洲类似网河区河涌的治理提供参考。     

横琴岛中心沟规划水系水体交换效果模拟研究

横琴岛中心沟规划水系为珠江三角洲感潮河网水系,水系内存在多个相互连通的环路,水动力条件差异较大。部分区域水体交换能力较差,容易导致局部的污染蓄积。为了掌握水系在外江潮汐影响条件下水动力水质变化规律,采用DELFT SOBEK软件对水闸联合调度条件下的中心沟规划水系进行了水动力水质数值模拟,获得了非稳态浓度推移过程和水体半交换周期等指标,为水系规划提供了技术支撑。     

基于水系联通的珠三角典型联围闸泵群调度方案研究

为实现三角洲河网闸泵群优化调度,保障河网区水系连通、改善河网水环境,以中顺大围为例,基于闸泵影响下的河网水系1D-3D水量-水质耦合模型,研究对比了水闸全开、独立引排水、单向流3种闸泵群调度模式。结果表明,单向流调度模式下水环境改善效果明显优于另外2种调度模式。在单向流调度模式的基础上,进行兼顾外江压咸与区域水环境改善的闸泵调度研究,得出在满足外江压咸期生态流量的条件下中顺大围的水环境改善调度方案。研究方法和成果用于制定闸泵群联合调度方案,并为区域水系规划和建设提供依据。     

时间尺度对平原感潮河网水动力水质模拟精度的影响

为探究不同时间尺度边界入流条件对平原感潮河网水动力水质模型模拟精度的影响,以典型平原感潮河网地区的张家港市中部为研究区域,结合野外同步监测数据、自动高频监测数据、常规监测资料等构建了水动力水质模型进行模拟分析。结果表明:时间尺度、开始取值时刻以及调度情况均会影响模拟精度;研究区域边界入流条件、水动力模拟结果和水质模拟结果可信的最大时间尺度为1 h,水质模拟精度优于水动力模拟精度。     

基于AHP-熵权法的望虞河西岸圩区活水调度方案多目标优选

以望虞河西岸的甘露圩和荡北圩为研究区,构建水动力-水质模型,选取恰当的水动力、水质和经济成本指标构建活水调度多目标评价指标体系,采用层次分析法和熵权法主客观相结合确定指标权重,决策单圩活水调度最优方案,并与圩区联合调度方案比较活水调度效果。结果表明:利用多目标评价指标体系可有效确定活水调度最优方案;甘露圩最优调度方案为陈家角闸和甘露港闸共同引水,徐家浜闸站以6 m³/s流量抽排;荡北圩最优调度方案为黄塘河闸和五星河北闸引水,珠桥河闸站和五星河闸站共以9 m³/s流量抽排;与单圩活水调度相比,两圩联合调度后畅流活水效果更优。     

扬州市中心城区河网闸泵联合调度优化研究与应用

建立扬州市中心城区河网水动力-水环境模型,模拟换水条件下河网水流运动,根据实测资料并结合模型演算,得出在生态流速控制阈值范围内的适宜年引水量阈值、逐月月引水流量阈值和区域水网的换水周期;针对水功能区水质改善和生态需水满足度提升,优化研究现有闸泵联合调度方式,提出闸泵运行精准调度方案和调控效益分析成果,为区域生态需水保障和水资源配置调度提供可靠的依据。     

面向金泽水库取水安全的太浦河多目标联合调度研究

为强化上海市黄浦江供水系统的重要组成部分金泽水源地取水安全,又兼顾太湖流域及太浦河沿线区域防洪、供水需求,开展了太浦河太浦闸与沿线88个闸控口门的多目标联合调度研究。在分析太浦闸及两岸河道现有调度方式的基础上,拟定了两类共10个联合调度方案。采用细化后的太湖流域水量水质模型,对各调度方案进行了模拟。然后,构建了反映防洪、供水、水环境需求的多目标函数,采用蚁群优选算法对所有调度方案进行了优选。结果表明:与现状调度方案相比,太浦闸同时根据太湖水位和金泽断面水质情况加大下泄流量,同时太浦河沿线河道闸门有序控制,可显著提高金泽水源地关键水质指标达标率、抬升金泽水源地最低水位,又基本不影响流域及区域其他调度需求。     

考虑生态流量的小流域水库群联合调度研究

在小流域开展考虑生态流量需求的水库群联合调度,成为改善小流域河道生态环境的重要途径。采用水库群模拟优化方法建立了考虑下游河道生态需水的水库群多目标联合调度模型。模型依据流域内水库群的调节能力和调度目标,将水库群划分为3类;以供水目标为优先原则,确立水库群的调度方式和调度图。在此基础上,采用多目标遗传算法（NSGA-II）求解水库群联合调度的调度图。最后以重庆市龙溪河流域为研究实例,对不同生态需水流量下的水库群多目标调度效益进行对比分析。结果表明,生态流量的增加对流域内的农业用水影响最为明显,水库群多目标调度成为平衡各目标之间竞争性的重要方式。     

水利枢纽群安全调控技术体系

鉴于我国在主要流域已建成的特大水利枢纽群的运行过程受自然环境、工程结构、调度措施等诸多不确定因素的影响,以水利枢纽安全运行约束下的效益发挥为切入点,强调了梯级水利枢纽形成特大规模水利枢纽群后联合调度产生的风险与机遇。通过对比国内外水利水电工程相关研究成果,提出开展特大水利枢纽群联合调控与安全运行科学研究的必要性,综述了枢纽群安全风险辨识机理、枢纽群联合运行机理及多目标效益协调机理等研究进展,并提出水利枢纽安全调控技术体系框架,提出考虑防洪、发电、供水、通航、生态、航运等多维安全的水利枢纽群一体化调控技术发展方向。     

含支线调蓄的调水系统水库群联合调度

针对调水工程与其支线调蓄工程所面临的复杂水库群联合调度问题,以陕西省引汉济渭调水工程及其支线调蓄工程焦岩水库、玉带河水库构成的联合调度系统为工程实例,运用拓扑概化方式揭示了各水源之间的水利－水量联系,并由此构建了联合调度模型,采用协同粒子群算法求解了10 a长系列调度,提出了单一水库多目标供水方案,解析了耦合系统补给调水效果。结果表明：支线调蓄工程能够在均衡多目标供水效益的基础上,通过耦合系统有效增加补给调水量,显著改善调水过程。     

大沽河河道整治方案的准三维数值模拟优化

大沽河口在河流长期水沙动力作用下,形成当前特有的河道形态。然而近年来大沽河口下游河道逐渐从河流主导型演变为潮汐主导型,河道形态已不再适应当前水沙动力条件。提出适用于当前水沙动力条件的新方案,并基于所建立的准三维河流动力模型,进一步对河道整治所涉及的不同闸坝位置、堤防形态、橡胶坝宽度、码头断面形态进行模拟,得出最优的河道整治方案。研究结果表明,当河口水沙动力条件变化较大时,可以通过设计适应于新水沙动力条件的全新河道形态,利用准三维模型进行优化,解决河道长期淤积和防洪问题。     

Non-Uniform Flow Effect on Optimal Waste Load Allocation in Rivers

In this study, the effects of non-uniform flow due to: (i) inflow from tributaries and (ii) the presence of a downstream control structure (such as a weir or a barrage), on the optimal waste load allocation decision and the resulting cost-equity trade-off relationships, have been investigated. These effects are illustrated with in the framework of a typical cost-equity multi-objective optimization model for optimal waste load allocation in rivers. This framework consists of an embedded river water quality simulator with gradually varied flow and transport (BOD-DO) modules and a cost-equity multi-objective optimization model. A multi-objective evolutionary algorithm known as Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II is used for solving the optimization problem. The optimal fraction removal levels, the treatment cost and the system inequity measure are under predicted in certain reaches of the river, if the uniform flow assumption is made, while actually non-uniform flow conditions exist. This effect is quite pronounced when the flow non-uniformity results from a downstream control structure such as a weir.     

鄱阳湖水利枢纽工程对水质环境影响初步研究

鄱阳湖水利枢纽工程的建设,将改变湖内水动力特性,进而影响鄱阳湖的水环境质量。采用水深平均的二维水动力-水质模型对鄱阳湖现状水动力和水质进行模拟验证,水陆边界模拟采用动边界技术,摸拟“高水湖相,低水河相”的湖泊水域变化特征,水质特性为枯水期水质较差,丰水期水质较好,靠近入湖河口的湖区劣于湖心水质,北部出湖水质较好的现状。根据水利枢纽工程“控枯不控洪”的调度原则,模型模拟预测在现状外部入流边界和现状污染负荷条件下,三种不同运行方式下,鄱阳湖湖流的时空形态相应发生的变化和相应水质变化。计算结果表明,枯水期大部分区域的水质浓度下降,但尾闾等部分区域有所升高,开闸泄水期前后,水质较现状水质下降,敞泄期的大部分时间,较现状水质基本相似,蓄水期水质变化不大。水动力特性综合水质浓度的改变,增加了局部水体的富营养化风险。研究结果为枢纽的有效建设提供了科学依据。     

A Coupled Water Quantity–Quality Model for Water Allocation Analysis

As the demand for water continuously increases with population growth and economic development, the gap between water supply and demand in China has become increasingly wide. In recent years worsening water pollution has caused this gap to become much more serious. Conventional allocation pattern, which mainly considers water quantity as the key factor, is no longer satisfying the water allocation need. A coupled water quantity–quality model in a river basin is presented in this paper to provide a tool for water allocation schemes analysis. The pollutants transport and hydrological cycling processes in a river basin are involved in the model. A river network is divided into different reaches. According to the division of river network, the areas out of the river are divided into a series of tanks. In each tank, hydrologic processes, pollutant loading production, water demand of users and water supply are calculated. In river network, hydrodynamics processes and water quality are simulated. Water quantity and quality exchanges between each tank and river are also considered. The time step of water quality calculation is 24 h, the same with that of water quantity calculation. In each time step period, the connections of river reaches and tanks are realized through the exchange of water quantity and quality between rivers and tanks: pollutants discharge from tanks to rivers and water intake from rivers to satisfy water demand in tanks. The water use in each tank includes three types: domestic, industrial and agricultural water use. Water allocation schemes are one of the input conditions of the model. Using the proposed model, in each tank, water demand and deficit of different uses, in both water quantity and quality, can be obtained under different water allocation schemes. According to the water deficit, water allocation schemes are analyzed to make proper allocation schemes. In this aspect, the proposed model can also be thought as a water allocation model. The model is tested and applied to the Jiaojiang River basin, Zhejiang Province, China, to analyze the different water resource allocation schemes.     

基于遗传算法的灰色非线性水环境管理模型及应用

以郑州市贾鲁河水环境治理规划为基础,统筹考虑到治理区域内的工程建设、水环境改善策略、污水处理厂建设运行以及配套水库调度等,构建了灰色非线性水环境管理模型,并选择遗传算法作为计算手段,对该模型进行了求解。构建的模型同时考虑到了治理区域内的污水处理厂优化运行、南水北调补水、区域内3个生态湖泊与治理河段的净化能力等。通过优化运行协调,实现了运行费用经济合理、水生态环境改善、水质达标等多项治理目标。研究结果表明,基于遗传算法的灰色非线性规划在区域水环境治理中的应用潜力十分显著。     

引江济淮工程（河南段）多目标水量优化调度

引江济淮工程（河南段）涉及河道、闸泵、管道和调蓄水库,约束条件复杂,常规的优化调度算法难以搜索可行解,求解效率低。选用受水区缺水率平均值最小、泵站总抽水量最小和受水区缺水率标准差最小作为目标函数,从供水保障、供水成本和公平性角度构建多目标水量优化调度模型。基于可行搜索思路,结合逆序演算和顺序演算过程对约束条件进行处理,引入决策系数,通过映射关系使搜索空间保持在可行域中,结合多目标非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithms,NSGA-II）进行求解,得到Pareto最优解集,并采用熵权法进行方案优选。结果表明,基于可行搜索的NSGA-II算法能够有效求解复杂调度系统的多目标优化问题,综合考虑多个目标的最优方案相对单目标方案更加合理,结果可为引江济淮工程（河南段）运行管理提供决策支撑。