南水北调中线干渠藻类增殖潜势的数学分析方法与建议

针对南水北调中线干渠存在的藻类增殖风险问题,基于氮磷等营养物质及藻类孢子的大气沉降为汇入源的前提假设,采用沃伦韦德尔模型以及河南、山东、京津冀地区氮沉降平均值及全国磷沉降平均值,对中线干渠全线的营养物质累积趋势进行了估算。结果表明,渠水到达监测点三里屯后,渠水中的营养物质累积浓度会超过富营养化阈值;综合考虑大气中藻类孢子沉降的影响,结合藻类增殖的Monod模型,对文献报道的中线藻类数量空间分布数值进行了拟合,估算出中线干渠藻类生长速率在0.21～0.46个/d范围内波动,取得了相对中值误差为23.71%的估测结果;并在此基础上,提出了可提高预测结果精确度的监测方案。     

跨流域水库群最优调供水过程耦合研究

为了有效描述和求解跨流域水库群最优调供水过程,本文建立了基于0-1规划方法的水库群最优化调度模型,统一考虑并最终确定了最优调供水过程。为减少模型单次求解的变量数目,同时增加算法全局搜索的能力,本文借用逐步优化算法的思想,对传统粒子群进行改进,提出了逐步优化粒子群算法（PRA-PSO）对模型进行求解。最后,通过中国北方某大型跨流域调水工程的实例研究分析了模型的合理性和有效性。最优调供水过程的确定不仅可为采用隐随机优化方法确定跨流域水库群调水规则和供水规则提供最优化样本过程,而且对跨流域调水工程调度运行评价具有重要意义。     

水库溃坝洪水数值模拟及下游风险评价

以锦屏二级水库为例,利用DAMBRK和一维水动力模型模拟多种组合工况下水库溃坝和洪水演进过程,并对计算得到的溃口流量及下游洪水演进结果进行分析。根据溃坝洪水模型计算获得的水库下游地区洪水淹没情况,综合考虑洪水的危险性、暴露性和易损性,利用模糊综合评价法对水库下游8个重要乡镇进行了洪水风险评价,评价结果可以为该流域进行安全应急预案制定、洪水灾害风险管理等提供技术参考。     

丹江口水库三维水动力模拟研究

丹江口水库是南水北调中线工程的核心水源区,具有重要的战略意义及独特的生态结构。为了模拟丹江口水库三维水动力过程,掌握水位、水温等水力要素的变化规律,服务于丹江口水库管理和水质模拟,采用环境流体动力学模型(EFDC)建立丹江口水库三维水动力模型,对丹江口水库2012年水位及流场、水温进行模拟,并将水位和水温模拟值与实测值进行对比,发现两者较为接近,表明丹江口水库三维水动力模型精度较高,适用性强。由模型模拟结果可知,丹江口水库2012年坝前水位变化较大,而水库水温分层现象在夏季最为明显,春秋季减弱,冬季基本丧失。     

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。     

子流域划分对EasyDHM径流模拟的影响分析

子流域划分是分布式水文模型构建的重要过程之一。对分布式水文模型子流域划分技术进行了综述,简要介绍了EasyDHM（Easy Distributed Hydrological Model）模型及其子流域划分方法。选取第二松花江丰满水库以上流域作为研究区域,使用1 km×1 km分辨率的数字高程（DEM）及50 km2集水面积阈值提取数字河网,并按3种子流域划分配置对该区域进行划分。结果表明,子流域划分数越多,纳什效率系数越大,模拟效果越好。     

基于水动力耦合的明渠调水工程节制闸安全调控

针对明渠调水工程中流量切换时，由于调控不当导致闸前水位突破水位上下限的问题，提出安全调控可行 域的概念及其划分原则，通过一维水动力模型耦合二分法建立明渠调水工程节制闸的安全调控模型，实现流量切 换时节制闸调控开度、安全水位和调控时间区间的计算，进而得到节制闸的安全调控可行域和调控方案，并以南 水北调中线工程陶岔渠首至淇河节制闸 4 个节制闸开展实例研究。研究过程中根据各节制闸流量变化情况，分 别设置 12 种工况进行计算，结果表明：经模型计算的调控方案调控后，闸前水位控制在安全水位区间内，划分的 安全水位区间-Ⅱ较水位区间-Ⅰ起到了降低水位变幅的作用，模型运算速度快，最长时间为 8.99?s。给出了柔性调 度方案，使得调度更为灵活，面向实际工程更实用、操作性强，为调水工程的调度决策提供了支撑。     

基于长短时记忆神经网络（LSTM）的降雨径流模拟及预报

长短时记忆神经网络(LSTM)具有很强的时间序列关系拟合能力,非常适用于模拟及预报流域产汇流这一复杂的时间序列过程。基于LSTM针对不同预见期的径流预报分别建立了流域降雨径流模型,以探讨LSTM在水文预报当中的应用。模型采用流域降雨、气象及水文数据作为输入,不同预见期后的径流过程作为输出,率定期为14a,验证期为2a。结果显示,在预见期为0～2d时LSTM预报精度很高,在预见期为3d时预报精度较差,但仍优于新安江模型。隐藏层神经元数量作为神经网络复杂程度的代表既会影响模型预报精度,也会影响模型训练速度。而输入数据长度则仅会在预见期为0的条件下影响模型预报效果。     

分布式洪水预报模型在汾河流域的应用

为提高汾河流域的洪水预报水平,选取了该流域DEM、土壤、土地利用及水文气象资料,基于EasyDHM建立了汾河流域分布式洪水预报模型,并进行参数率定。通过场次洪水对模型验证表明,该模型可以很好地应用于流域水情形势分析,从而为流域防洪调度工作的数字化提供技术支持。     

自适应距离反比法及其在滦河流域的应用

在深入研究了现有水文气象信息空间插值算法计算效率低的基础上,在传统距离反比法的基础上提出了快速插值的算法理论——自适应距离反比法。该算法在滦河流域的应用研究表明,与其它方法相比,自适应算法能在保证计算精度有效性的情况下,将计算效率提高20-150倍。同时,比较分析了影响插值算法计算效率的因素,研究表明,站点个数、栅格个数是影响计算效率的主要因素,子流域个数则是次要因素。