基于改进粒子群算法的多水库复杂联合供水优化调度研究

丹凤县县城不断增长的用水需求与工程供水能力之间的矛盾日益突出,为了充分挖掘工程供水的潜力,解决现有供水工程运行中弃水多、供水保证率低的问题,以弃水量最小为目标建立模型,采用改进粒子群算法对青峰水库和龙潭水库的联合供水进行优化求解。以月为计算时段,在优先考虑河道生态流量、蒸散发和渗漏损失的情况下,针对青峰水库200×10⁴ m³和220×10⁴ m³两种拟定兴利库容方案情景进行模拟。结果表明：迭代次数达36次时目标函数趋于稳定;与常规调度相比,两库的年平均弃水量明显减少,供水保证率有所提高;采用线性递减惯性权重改进的粒子群算法在青峰和龙潭两水库联合优化供水计算中具有优越性和可行性。     

湖南省水库洪水调蓄能力时空分异研究

建立湖南省水库空间数据库,运用核函数密度估计法来分析湖南省水库工程的时空演化规律;选取防洪库容作为水库洪水调蓄能力评估指标,来研究湖南省水库洪水调蓄能力的时空分异特征。结果表明:(1)湖南省水库数量众多,总库容为514.12亿m~3,其中小型水库数量占比高达97.0%,大部分建于20世纪50～70年代,21世纪以来则以大中型水库工程建设为主。(2)水库分布与地形地貌特征密切相关,主要分布于海拔50～1 000 m之间的丘陵、岗地和山间盆地。(3)全省水库防洪库容106.00亿m~3,洪水调蓄以大型水库为主,其防洪库容占比接近70.0%;从空间分布格局来看,沅江流域水库洪水调蓄能力最强,防洪库容占比接近40.0%,位于湘西北的怀化市、张家界市和常德市防洪库容占比超过50%。(4)不同时期的水库洪水调蓄能力各异,20世纪90年代和70年代是水库洪水调蓄能力提升最大的时期,期间防洪库容增加占比分别为28.1%和18.3%;20世纪80年代处于水库工程建设低潮期,防洪库容增加占比仅为3.4%。     

临沂市水资源可持续开发利用探讨

1水资源开发利用现状及存在的主要问题1.1水资源开发利用现状1.1.1水资源临沂市位于鲁东南,属低山丘陵区,总面积17185km2。多年平均降水量为818.8mm,年内降雨夏多冬少,时空分布不均,市内河川径流都由降水形成,其分布趋势与降水相似,多年平均径流深100～400mm,平均272.5mm,折合水量140.7亿m3,多年平均地表水资源量46.8亿m3。1.1.2水资源开发利用现状截至2000年,全市建有大型水库7座,总库容23.2亿m3,兴利库容12.8亿m3;中型水库29座,总库容6.4亿m3,兴利库容3.2亿m3;小型水库737座,总库容4.7亿m3,兴利库容3.0亿m3;塘坝6485座,总库容2.3亿m3,兴利…     

新型防洪减灾措施在洞庭湖中的模拟应用研究

为提高洞庭湖的防洪能力及增强其枯水期供水能力,提出了适用于洞庭湖区的新型防洪减灾措施——“河湖分离”方案。通过采用数值模拟方法,以洞庭湖1996年型洪水为例,探讨了“河湖分离”方案对洞庭湖区防洪效果的影响,并统计分析了在应用该方案后洞庭湖1996-2014年的蓄水能力。结果表明：洞庭湖实施“河湖分离方案”后,若遇1996年型洪水,湖内有效防洪库容可由1996年的20.91×10⁸ m³增加至119.01×10⁸ m³,从而增强了洞庭湖的削峰能力。通过统计分析发现,洞庭湖具有很大的蓄水潜力,即使在年极端干旱年份（比如2006及2011年）,“河湖分离”方案仍能使得洞庭湖的可用蓄水量超过18.0×10⁸ m³,这说明“河湖分离”方案能有效地缓解洞庭湖区季节性缺水的状况。     

面向供水对象转型的引大入秦工程水资源优化配置研究

引大入秦工程（以下简称引大工程）建成初期主要以秦王川农业供水为主,但随着兰州新区的建设发展,其供水对象开始向城市生活用水和工业用水转型,如何实现有限水资源的合理配置是目前研究的重点问题。基于此,依据引大工程供水区（以下简称引大供水区）可持续发展要求,构建以实现经济、社会、生态效益最大化为目标函数,可供水量、输水能力、用户需水量、排水系统排水量与变量非负为约束条件的多目标水资源优化配置模型,使用遗传算法进行求解。结果表明：2025年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水8 323.85×10⁴、8 322.49×10⁴ m³,农业用水15 001.95×10⁴、15 631.53×10⁴ m³,工业用水11 111.00×10⁴、11 100.00×10⁴ m³,生态用水946.88×10⁴、947.02×10⁴ m³,各部门总配水量与优化前供水量4.23×10⁸ m³相比,达到供需平衡;2030年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水12 650.51×10⁴、12 666.53×10⁴ m³,农业用水16 397.77×10⁴、17 019.70×10⁴ m³,工业用水20 498.00×10⁴、20 508.00×10⁴ m³,生态用水948.00×10⁴、948.88×10⁴ m³,不同保证率下各部门总体缺水率分别为12.27%、13.38%。2025—2030年引大供水区的非农业用水结构将大幅提升,农业灌溉用水量降低。研究结果可为引大供水区优化水资源配置决策提供参考依据。     

基于实际耗水的固原地区马铃薯生产水足迹研究

通过水足迹理论准确评估固原地区马铃薯生产的水资源利用效率情况,为当地马铃薯产业发展提供理论依据。采用基于实际耗水的水足迹计算原理、Mann-Kendall检验、Sen斜率法、LMDI模型,研究了固原地区马铃薯生产水足迹的变化趋势和主要影响因素。研究结果表明：1981-2017年固原市马铃薯生产水足迹均值为1.48 m³/kg,下辖县(区)均值在1.17~2.04 m³/kg之间,全市和各县(区)马铃薯生产水足迹均呈显著减小趋势,全市年均变幅为-0.04 m³/(kg·a);固原市单位面积绿水消耗量和单产量均值分别为2 778.4 m³/ hm²和2.18 t/hm²,下辖县(区)分别在2 622.2~3 401.3 m³/hm²和1.65~3.19 t/hm²之间,各县(区)单产量均呈显著增加趋势,从西北到东南单产量和单位面积绿水消耗量增大,水足迹减少;固原市单产量全时段贡献率为80.8%,贡献量在0~-2.30 m³/kg之间,单位面积绿水消耗量贡献率为19.2%,各县(区)单产量贡献率为76.3%~84.0%,单位面积绿水消耗量贡献率为16.0%~23.7%。水足迹计算方法中考虑了实际耗水条件,比充分灌溉条件更能反映实际情况。固原地区马铃薯水足迹显著下降主要是由于单产量增加,单产量作为主要驱动因子仍有提升潜力,今后应该加强农业现代化发展,提高水资源利用效率。     

不同水肥耦合对宁夏枸杞生长、产量及品质的影响研究

为了探讨不同树龄枸杞的生长量、产量及品质对水肥供给差异的响应特征并提出合理的水肥制度,2017—2020年连续开展大田试验,以宁夏中部干旱区宁杞七号枸杞为研究对象,设置灌水量和施肥量2因素3水平试验处理,定位监测各处理枸杞的基径、株高、新梢茎粗与条长等生长指标,以及干果产量、百粒重、粒度等产量指标和营养成分含量的品质指标,分析不同水肥供给对枸杞长势、产量及品质的影响,并提出合理的水肥耦合制度,为干旱区枸杞的田间水肥管理提供科学依据。结果表明：2017—2020年,各处理枸杞基径年均增长量为3.5~5.8 mm/a,BF2处理（中水中肥）基径的4 a累计增量最大,为19.9 mm,较对照组（CK）大31%;株高年均增长量为13.4~26.2 cm/a,CF2处理（高水中肥）的株高年均增幅最大,为30.9 cm/a;新发枝条茎粗增长量平均为2.3 mm/a,BF2处理的新梢条长4 a累积增长量最大,为148.8 cm;枸杞鲜干比为3.89~4.55,平均百粒重为20.77 g,2017—2019年粒度为305~330粒,果品均达到特级;BF2处理枸杞甜菜碱含量最高,为9.0%,CF3处理（高水高肥）枸杞多糖含量最大,为7.4%;蛋白质平均含量为11.09%~12.08%,氨基酸含量平均为7.35%。通过综合分析提出宁夏中部干旱带4~7年龄宁杞七号枸杞最优水肥制度：灌溉定额为3 750 m³/hm²（其中春灌为450 m³/hm²,生育期灌水为2 700 m³/hm²,冬灌为600 m³/hm²）,施肥量为720 kg/hm²（施肥8次,单次施肥量为90 kg/hm²）。     

水足迹视角下辽宁省春玉米生育期水土资源匹配特征研究

随着气候变化及种植结构调整,农业水土资源配置状况发生改变,研究农业水土资源匹配特征对农业可持续发展具有重要意义。基于作物生产水足迹视角,采用广义农业水土资源匹配系数的计算方法,对 1985—2018年辽宁省春玉米生育期的水土资源匹配特征进行分析。结果表明：1985—2018 年间辽宁省春玉米农业水土资源匹配系数变化波动明显,总体以 14 m³/（hm²·a）增长,多年平均农业水土资源匹配系数值为 5733 m³/hm²。同时,1985—2018 年间辽宁省春玉米农业水土资源匹配状况呈现向好趋势,东部农业水土资源匹配良好的地区增多,西北部农业水土资源匹配较差的范围缩小。未来辽宁省玉米种植结构调整,应立足各地区农业水土资源匹配特征,构建水土资源空间均衡的农业生产体系。     

大流量调度过程对水库缺氧区抑制阈值条件研究

大型水库在热分层期间出现的底部缺氧问题将严重影响湖库底层水体水质,威胁水库供水安全。水库大流量调度引起的强水动力条件可有效削弱甚至完全消除库区缺氧现象。本文以引滦入津源头工程——大黑汀水库为例,采用三维水动力-水质模型复演了水库缺氧区的演化过程,发现大黑汀全库在缺氧区稳定发展时段的8月份有2/3区域出现缺氧现象。为应对缺氧引起的供水安全风险,本文基于多情景分析方法给出了大流量调度过程抑制大黑汀水库缺氧现象的分级调度阈值条件。当大流量调度过程日均流量达到96.5 m³/s且持续时长15～30 d时,大黑汀水库约70%～90%的缺氧区可得到抑制;当流量达到115.7 m³/s且持续时长15~30 d时,90%~100%的缺氧区可得到抑制,库区缺氧现象将基本消除。     

基于数字遥感影像的呼伦湖水量平衡分析

利用多源、多时相的数字遥感影像和呼伦湖周边地区水文气象资料,采用基于卷积神经网络的高分辨率图像重构方法研究了1999—2019年呼伦湖面积、库容变化情况。结果表明:2003—2012年呼伦湖的面积逐年减小,湖泊水量逐年下降,2003—2012年补给呼伦湖的乌尔逊河与克鲁伦河的多年平均径流量分别为1.30亿m³与1.41亿m³,分别只有1991年以前多年平均径流量的21%与24%;而2003—2012年呼伦湖平均水面年蒸发量为17.5亿m³,平均年湖面降水量为3.25亿m³;地下水补给呼伦湖的年平均水量为5.3亿m³,主要来自新生代玄武岩地下水,哈拉哈河源头火山玄武岩地下水通过熔岩管道集中外泄,据此推断补给呼伦湖的地下水来自跨流域的外源水。     

于桥水库流域水源供给服务的空间分布格局

空间定量评估流域生态系统水源供给服务功能对水源区可持续发展及生态补偿机制的建立具有重要意义。基于研究区土地利用数据、气象数据和土壤数据,应用In VEST模型评估了于桥水库流域生态系统的水源供给量,并定量分析了流域水源供给能力的空间分布格局特征。结果表明:当Zhang系数为3.2时,流域的年径流深为161 mm,流域内年总产水量为3.14亿m~3。从空间分布格局来看,流域水源供给量存在显著的空间异质性;南部和中东部平原区单位面积水源供给量较高,水库南岸水源供给能力高于北岸;遵化市和蓟县对水源供给总量的贡献率达到85%;流域内不同景观类型的水源供给能力由大到小的排序为:耕地林地人工表面裸地灌草地,耕地、林地和人造表面对水源供给总量的贡献率达到82%。流域南部和中东部平原区是水源供给功能保护的重点区域,但同时也是防控城镇面源污染的关键地区。     

Estimation of Small Reservoir Storage Capacities with Remote Sensing in the Brazilian Savannah Region

Small reservoirs play an important role in supporting the local economy in the savannah areas of Brazil and are primarily used for the provision of water for irrigation and watering livestock. Hundreds of small reservoirs have been built in the last few decades in the Preto River Basin, but efficient water management and sound planning are hindered by inadequate knowledge of the number, storage capacity and spatial distribution of reservoirs in the basin. The main reason for the lack of this information is that current methodologies for quantifying the physical parameters of reservoirs are laborious, time consuming and costly. To address this lack of data, a simple method to estimate reservoir storage volumes based on remotely sensed reservoir surface area measured with LANDSAT was developed. The method was validated with a subset of reservoirs in the Preto River Basin for which surface areas, shapes and depths were determined with ground-based survey measurements. The agreement between measured and the remotely sensed reservoir volumes was satisfactory, indicating that remotely-sensed images can be used for improved management of water in the Brazilian Savannah region. With the newly developed methods we found that the Preto River Basin’s 147 small reservoirs can store 19 × 10⁶ m³ of water at full capacity.     

旱涝交替下驮英灌区年内水资源优化调控研究

针对旱涝频发下区域水资源分配不均问题,基于某时段可供水量是否满足用户层理想需水量,提出旱涝交替下年内水资源优化调控方法。以驮英灌区为研究对象,建立水资源优化调控模型,通过2030规划水平年驮英灌区供水侧供水能力分析及需水侧水资源需求预测,分析远期水资源供需平衡情况,研究年内尺度的水资源优化调控方案。结果表明,规划水平年总缺水1 692万m³,年缺水率较调控前降低37.7%,生活用水得到充分保证,有效缓解了水资源短缺和分配不均局面。研究成果可为驮英灌区旱涝交替水资源优化调控提供决策方案,且该方法可供旱涝频发区域水资源优化调控参考。     

重庆市山洪灾害空间分布规律及影响因素研究

揭示重庆市山洪灾害发育规律可进一步指导山洪灾害防治工作。根据2013~2015年度重庆市山洪灾害调查成果,结合影响山洪灾害发生的地貌、高程、坡度、降雨及河网密度因素,探讨了山洪灾害空间分布规律。结果表明,200 m高程、15°坡度以下的低海拔小起伏山区与丘陵区和1 000~1 300 mm降雨区是山洪灾害高发区,随河网密度增加,山洪灾害频率增多。另外,长江干流沿线和主要支流区是山洪灾害高发区,境内华蓥山系、方斗山、铁峰山及七曜山斜坡-河谷带是山洪灾害的次高发区,渝东北等高海拔区山洪灾害低发。由此得出,重庆市山洪灾害发育受地形、降雨及河网密度等多因素叠加影响,境内长江干、支流沿线是山洪灾害重点防治区。研究成果可为重庆市灾害防治工作提供一定数据与技术支撑。     

广东省水库工程分布特点分析

根据广东省第一次全国水利普查水利工程基本情况普查成果,分析了广东省水库工程总体分布、工程规模、建成年代、坝型等特点,由此得出：广东省水库工程主要分布在粤东西北地区;河源市水库总数量和总库容均位居全省之首;以小型水库为主,但大中型水库起决定性作用;水库多建成于20世纪50-70年代;主要为均质土坝。     

NeStRes – Model for Operation of Non-Strategic Reservoirs for Irrigation in Drylands: Model Description and Application to a Semiarid Basin

Water availability in dry inhabited environments has usually been promoted by large strategic reservoirs, but small non-strategic ones, built by farmers and communities, are unable to cope with long term droughts and inappropriate for human supply. Nevertheless, small reservoirs promote water spatial distribution and play a major role for livelihood in rural areas. To fill the gap of operation methods for non-strategic reservoirs used for irrigation where water is a limiting factor, the NeStRes model was developed. The model is composed of three modules: i) hydrological: to define the reliability of water withdrawals from the reservoir; ii) agricultural: to simulate crop production based on water availability; iii) economic: to compute the possible income from irrigated agricultural crops. NeStRes was applied to 91 reservoirs of the semiarid Banabuiú River Basin – BRB, Brazil. The simulations indicated that the maximum income from the cultivation of maize is obtained when the reservoirs are intensely used, drying completely in one to two thirds of the time. Adoption of a fixed reliability level of daily water supply (54%, in the BRB) generates at least 85% of the maximum possible income for all simulated reservoirs. This model application suggests a paradigm change in the operation of small non-strategic reservoirs in drylands: to use water for crop production and save the revenue, instead of saving water, which is susceptible to evaporation. Although high reliability level is desired for human supply by strategic reservoirs, non-strategic ones can be more intensely explored to generate income from irrigated agriculture in drylands.

     

面向双保证率的水库供水能力优化计算方法研究

随着城市化进程的推进和生态文明理念的深入,水库供水任务日趋复杂,涵盖城镇供水、农业灌溉、生态保障多类目标,分析水库多目标供水能力对于工程的功能调整等决策十分必要。本文综合考虑水库供水目标的竞争性与保证率差异性,提出面向双保证率的水库供水能力双层优化计算方法,通过调度线控制和城镇供水能力区间迭代实现满足不同保证率的多目标供水能力计算。外层基于粒子群算法以城镇供水能力最大为目标对水库调度线进行优化,协调不同用户的供水关系;内层在给定规则下通过迭代计算满足双保证率要求的城镇供水能力。通过内外层嵌套计算实现对水库调度规则和供水能力的同步优化。以三亚市赤田水库为实例进行研究,在城镇供水保证率为95%、农业灌溉保证率为90%时,通过优化调度规则得出水库总供水能力为9400万m~3。设置不同农业保证率和农业需水情景作分析对比,二者均对城镇供水能力有影响,总供水能力随农业保证率降低而提高。分析表明,双层优化计算方法可以实现对调度线的优化,得出满足城镇、农业双保证率要求的供水能力,且计算方法收敛稳定性较高,优化生成的调度线年内分布合理,可为水库多目标供水能力的计算和相关决策提供参考。     

Spatial effects of reservoirs on fish assemblages in Great Plains streams in Kansas,USA

Reservoirs are important components of modern aquatic ecosystems that have negative impacts on native aquatic biota both up‐ and downstream. We used a landscape‐scale geographic information system (GIS) approach to quantify the spatial effects of 19 large reservoirs on upstream prairie fish assemblages at 219 sites in Kansas, USA. We hypothesized that fish assemblage structure would vary with increasing distance from a reservoir and that the abundance of reservoir fishes in upstream reaches would decline with distance from a reservoir. Ordination of sample sites showed variation in fish assemblage structure occurred primarily across river basins and with stream size. Variance partitioning of a canonical ordination revealed that the pure effect of reservoir distance explained a small but significant (6%; F = 4.90, P = 0.002) amount of variability in fish assemblage structure in upstream reaches. Moreover, reservoir species catch per unit of effort (CPUE) significantly declined with distance from a reservoir, but only in fourth‐ and fifth‐ order streams (r² = 0.32, P < 0.001 and r² = 0.49, P < 0.001, respectively). Finally, a multivariate regression model including measures of stream size, catchment area, river basin, and reservoir distance successfully predicted CPUE of reservoir species at sites upstream of Kansas reservoirs (R² = 0.45, P < 0.001). Overall, we found significant upstream effects of reservoirs on Kansas stream fish assemblages, which over time has led to a general homogenization of fish assemblages because of species introductions and extirpations. However, characteristic reservoir species are present throughout these systems and the importance of spatial proximity to reservoirs is probably dependent on the availability of suitable habitat (e.g. deep pools) in these tributary streams. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.