基于一维水动力学的水位流量关系研究

针对传统方法研究水位—流量关系时忽略了河道洪水涨落、水流不稳定性等因素的影响,基于天然河道一维水动力学方程—圣维南方程及曼宁公式,提出稳定流比降与附加比降的计算方法,建立洪水涨落情况下的水位流量关系理论计算公式;针对该方法最大流量与最高水位重合的问题,采用相应校正方法提高了洪峰流量的计算精度,最后以西江流域梧州站为例,验证了该方法的合理性。结论表明,该方法能够准确推求洪水涨落下的水位—流量关系,为水位与流量相互转换提供一条新途径。     

马斯京根模型变参数洪水演算

针对在已有的河道洪水演算中通常不考虑场次洪水过程中不同时段流量下的马斯京根模型参数差异性的问题,通过分析马斯京根模型参数的物理意义,发现时段流量不同时参数为变化的,进而基于富拉尔基-江桥段的洪水资料,率定了不同时段流量下的马斯京根模型参数,对洪水进行了变参数动态演算,并与以洪峰流量分级进行分类演算的方法做了对比分析。结果表明,该方法明显提高了洪水演算的精度,具有可行性。     

基于不同生态需水计算方法的水量水质联合调度研究

为研究不同生态需水计算方法对水质评价的影响,采用4种计算方法确定河道生态流量,分别通过优化得到水量水质调度方案,并分析各方案中水质指标改善效果优劣。以浊漳河流域为例,采用大系统分解协调技术,通过数据传递实现模拟模型与优化模型的耦合,构建生态流量保障的水库水量水质联合调度模型。模型模拟结果表明,模型在时间上处理了年际间水量分配不均的情况,在空间上各河段水质改善效果较好,且基本满足了下游干流共同承担的水质需水和生态需水要求;经过综合评价,以频率曲线法计算河道生态保障流量更有利于浊漳河水质的改善。研究成果对于保障水生态,改善水环境有实际意义。     

基于断面水质目标的水库生态流量泄放研究

河道上游水库闸坝在设计运行过程中,大部分未考虑河道下游的最小生态流量和环境流量需求,会影响河道的环境功能稳定。为此,以灌河鲇鱼山水库为例,利用MIKE21模型对三种不同方案进行模拟,模拟出能满足控制断面水质目标所需的环境流量,并结合基于Tennant法确定的河道最小生态流量,确定鲇鱼山水库的生态流量泄放方案。结果表明,通过方案3治理后,鲇鱼山水库月平均下泄流量为0.9～5.26 m~3/s。研究结果可为类似的水库闸坝生态流量泄放调度提供参考。     

汾河中游液压坝群对洪水演进的影响

在中小河流核心区修建液压坝群是实现生态修复的重要措施,由此带来的河道行洪及液压坝群的经济、合理运行问题值得深入研究。基于Delft3d开源软件,建立了汾河核心区(二坝-义堂)水流运动二维数值模型,分别模拟了2(选取了两场洪水)、5、10年三种不同频率洪水,分析了不同运行工况下15座液压坝对洪水演进的影响,重点分析了对流场特性、水位变化的影响。结果表明,该模型可精确模拟液压坝群对洪水演进的影响;边滩坝对水位影响较小;对10、5年一遇洪水,应将15座坝的主槽坝全部塌坝行洪;对于2年一遇洪水,奇数断面的坝应竖起,偶数断面的主槽坝塌坝为比较经济、安全的运行方案。     

河道生态基流量的年内同频率展布计算法

为更准确计算季节性强的河流的生态基流量,提出年内同频率展布法。该方法根据天然年径流资料,将一年划分为丰水期、枯水期、平水期,分别求取不同时期的同期均值比,并结合多月最小月均径流量,计算生态需水过程。将该方法应用于汾河干流,取其1965~2013年的天然径流资料,分别采用Tennant法、年内展布法和年内同频率展布法三种方法,计算汾河干流兰村、二坝、义棠三个测站的生态基流量。计算结果表明,年内同频率法相较其他方法更贴近天然状态下流量的年内丰枯变化,对河流生态治理有一定指导意义。     

煤矿采空区特殊下垫面水文模型研究

煤矿采空区的形成改变了传统的水文过程,对洪峰和洪量具有明显的削减作用。以汾河水库控制流域为例,引入裂隙渗漏系数G和渗漏系数k分别表示采空区裂隙位于坡面与河道对产汇流过程的影响,构建了采空区特殊下垫面条件下的水文模型,选取1970～2015年间汾河水库控制流域内采空区先后出现的16场次洪水,对比分析了两种方案的水文模拟精度。结果表明,传统的水文模型在采空区出现前模拟效果较好,7场次洪水模拟合格率为71.43%,而在采空区出现后9场次洪水合格率仅为22.22%,流域中部煤矿采空区对暴雨中心位于中心区域的降雨引起的洪水过程产生较大的影响;对采空区出现后的暴雨中心在采空区附近的7场次洪水采用采空区特殊下垫面条件下的水文模型进行模拟,7场次洪水合格率为71.43%,精度得到了显著提升。     

中小河流洪水风险分析中的洪水演进计算研究

鉴于我国中小河流常因测站不足,缺乏实测水文资料,导致精细的设计洪水推求和洪水演进计算难以进行,进而影响河流洪水风险分析准确性的问题,采用推理公式分区组合的方法推求各断面设计洪水,并将其作为MIKE 11模型的输入洪水过程,进行河道内洪水演进模拟计算。以大连市复州河下游段为例,模拟计算了主河道设计洪水演进过程。结果表明,该方法可动态演示洪水演进过程,并能给出洪水风险分析的主要指标,与现场实测流量和洪痕水位相比,模拟精度良好,对中小河流洪水风险分析及防洪管理具有一定的参考和指导意义。     

基于熵权法的生态适宜流量研究

以宜昌水文站为例,针对不同时期河流生态系统对水文条件的需求,基于熵权、生态适宜性理论,构建了长江干流宜昌站近50年逐日适时划分水文指标模型,分析了流量、时间、频率、变化率等主要水文指数对河流生态流量的影响。结果表明,该方法可行。     

基于生态需水的永定河水资源调配研究

永定河作为京津冀区域重要的水源涵养区、生态屏障和生态廊道,目前存在水资源过度开发、环境承载力差、污染严重、河道断流等突出问题,严重制约了京津冀地区经济社会的健康发展。为改善永定河的生态,打造绿色生态河流廊道,对永定河的生态需水量进行分析,建立了水资源供用耗排模拟模型,模拟了永定河上下游和不同用户之间的供用水关系;分析了现状生态需水的亏缺情况,提出了控制河道外经济社会用水和增加外流域调水的水量调配构想,为永定河绿色生态廊道建设提供了理论依据。     

基于鱼类产卵场水力学与生态水文特征的生态流量过程研究

针对山区河流珍稀特有鱼类的水力生境参数定量化困难,以及单一流量的生态需水研究难以反映天然河流生态水文过程的问题,以澜沧江上游某水电站下游分布的澜沧裂腹鱼和光唇裂腹鱼为目标物种,采用非恒定流数学模型,根据目标物种产卵场天然逐日流量过程资料,分析其产卵场在产卵期的水力学特征并构建生态水文指标体系,建立流速、水深适宜度曲线,提出流速、水深需求的适宜范围。并采用河道内流量增量法,结合生态水文指标体系,获得该水电站下泄的生态流量过程,为恢复类似流域生态系统多样性提供了参考。     

基于鱼类栖息地生态水文特征的生态流量过程研究

针对我国目前生态需水研究难以反映河流自然生态水文信息和保护对象需水过程的问题,以岷江上游干流典型电站——姜射坝水电站为例,以齐口裂腹鱼为主要保护对象,结合河道内流量增量法、目标河段天然径流过程和目标物种栖息地生态水文特征,获得了姜射坝水电站闸址下游河道生态流量过程,尽量保留了涨落水变化和流量脉冲过程对齐口裂腹鱼产卵活动的水文信号刺激,有助于恢复河流生态系统的多样性。     

基于混合神经网络-上下限估计法的河流流量区间预测

为对混合模糊识别和连续性方程的神经网络模型(HNN)进行不确定性分析,采用上下限估计法(LUBE)直接得到神经网络输出层的两个节点值作为区间上下限,将综合评价指标Ccwc作为目标函数,寻找最优的预测区间(PI),并以美国乔治亚州Yellow River上测站的日流量和小时流量为例,预测下游河道的区间流量.结果 表明,H...     

河道洪水演算的MC-RCM模型及其比较研究

MC-RCM模型是一种在马斯京根法的基础上引入水位流量曲线的洪水演算方法,为进一步验证MC-RCM模型在实际河段中及不同演算条件下的精确性,分别采用试错法、最小二乘法、马斯京根—康吉法及MC-RCM模型四种演算方法对长江李庄至泸县段的10例天然洪水进行流量演算分析,并引入五种评价指标,比较了MC-RCM模型与其他演算方法在不同演算时段下流量演算精度、演算可靠性、演算洪峰流量精度等方面的优劣。结果表明,MC-RCM模型在流量演算精度、演算可靠性、演算洪峰流量精度上相比其他方法均具有一定优势,且在较长演算时段中优势更为明显。因此,MC-RCM模型作为河道洪水演算的可靠方法,可在水文资料充分的情况下修正或校验马斯京根法的演算成果。     

水文-水力耦合法河流生态需水量计算方法研究

结合汉江中下游这类南方河流面临的水资源紧缺与水环境恶化问题,建立了分别基于水文学与水力学的河流生态需水量计算模型,提出了水文-水力学耦合生态需水量计算方法。经汉江中下游河道多个不同河段、不同典型年、河流生态需水量计算研究,得出了该河流分段生态控制流量。本研究为河流生态需水量计算理论的发展,和南水北调中线工程实施后丹江口水库的合理调控以及汉江中下游地区水资源科学管理提供了依据。     

污水尾水回补河道案例分析

为保障河道国考断面水质,需新建一市政污水深度处理应急工程,为河道提供生态补水,确保河道水质主要指标达到《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准。该工程设计规模20000m³/d,采用“BFBR立体生态技术+高效沉淀”组合工艺,出水水质主要指标要求达《地表水环境质量标准》Ⅳ类标准,污水处理厂尾水回补河道,改善河道水环境容量,提升河道水质。     

蒲河流域水库生态调度研究

针对蒲河流域近年河道枯季缺水甚至断流的问题,提出了蒲河流域棋盘山水库和团结水库联合生态调度,以经济、生态、社会三方面综合效益最大化为目标,建立了水库生态调度多目标数学模型.运用遗传算法通过Matlab软件优化求解,从而提出了维持蒲河流域景观连续水面的建议.     

单洪峰作用过程河道岸坡冲刷量估算方法

山区洪水爆发后通常会造成河流大量塌岸和岸坡失稳,单次洪峰形成过程对冲刷起重要作用。为了估算单次洪水作用过程中的冲刷量,利用山区洪水过程概化模型推导了洪峰形成过程冲刷量方程,采用粒子群算法对洪水过程概化模型参数进行拟合,取得较好的一致性,并研究了洪峰流量为600m~3/s、单洪峰作用12h过程冲刷量主要影响因素。结果发现,三角形与梯形河道断面随土体抗剪强度变化,边坡坡脚冲刷量在0.55～0.70m~3之间,随河道比降变化,边坡坡脚冲刷量在0.5～1.5m~3之间,相同条件下梯形河道断面坡脚的冲刷量低于三角形河道,河道比降参数对冲刷量的影响大于土体的抗剪强度。     

洪水资源利用量研究

提出了洪水资源开发利用原则和评价指标,根据河道水量平衡方程提出计算洪水资源量的洪水资源利用评价方法并对海河流域洪水资源量、已利用洪水资源量和洪水资源利用率进行了计算.结果表明,海河流域洪水资源利用率有逐步提高的趋势.     

渤海湾滨海平原河网地区降雨径流模拟

渤海湾滨海平原河网地区河道纵横交错,流态多样,降雨径流过程复杂。为准确模拟其降雨径流过程,在水文特征数据矢量化的基础上,将以二维非恒定浅水运动方程为控制方程的二维水动力模型与以河道汇流关系及水文方法为基础的一维河道拟序汇流模型相耦合,建立了适用于平原河网地区的降雨径流模型。经实测数据验证,模型可靠。研究表明,该模型可模拟计算渤海湾滨海平原2015年各时刻各处产流量、水位、流速及其变化过程;计算得出各河道的入水、出水水量及主要河流的入海水量,实现了对平原河网地区的降雨径流模拟。