近60年长江流域河流纵向连通性演变特征

以长江流域为研究区,基于流域内水库、水电站、水闸和橡胶坝等4类拦河建筑物建设情况,采用阻隔系数法、最长连续河段占比法和区域整体法3种评价方法,探究近60年长江流域河流纵向连通性的演变特征。结果表明：基于阻隔系数法和最长连续河段占比法,2018年长江流域45条主要河流中评价等级为差、劣的河流数量皆为30条;在时间维度上,近60年长江流域主要河流的纵向连通性呈逐渐恶化的趋势,其中2000—2018年纵向连通性恶化最为显著;在空间分布上,评价等级为劣的主要河流集中分布在岷沱江、嘉陵江和洞庭湖水系水资源二级区;基于区域整体法,2000—2018年是长江流域二级区河流纵向连通性整体恶化的时期,2018年长江流域12个水资源二级区中有5个二级区的河流纵向连通性评价等级为优、良,其余7个二级区评价等级为中、差和劣。研究结果可为长江流域河流生态系统的保护修复提供参考。     

基于Elman神经网络的锦屏一级水电站年平均径流量集合预报研究

为预报锦屏一级水电站年平均径流量,根据其1960~1999年逐年年平均径流量与上年(1959~1998年)逐月74项大气环流指数的相关关系,选出相关性高且与年平均径流有物理联系的大气环流指数作为预报因子;利用多个Elman神经网络建立年平均径流量的集合预报模型,并采用锦屏一级水电站1960~1999年的逐年年平均径流量和筛选的预报因子数据对模型参数进行率定,2000~2011年的逐年年平均径流量对模型预报效果进行检验。结果表明,基于Elman神经网络的单一模型的范化能力较好,多模型的集合预报精度比单一模型的预报精度有进一步提高,可为锦屏一级水电站水资源调度提供参考。     

抚河流域气象干旱向水文干旱传播的影响机制研究

气象干旱是水文干旱发生的前兆,探究影响气象干旱向水文干旱传播的主要因素对建立有效的基于气象干旱的水文干旱监测预警具有重要意义。以抚河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数分别评估气象干旱和水文干旱,并构建基于流域分布式二元水循环模型的干旱传播评估方法,采用多因素综合影响贡献量分解法量化气候变化和人类活动对干旱传播变化的贡献。结果表明：建立的抚河流域分布式二元水循环模型模拟流域出口断面流量的纳什效率系数大于0.85,相对误差在5%之内;气象干旱向水文干旱传播关系变化的时间是1980s—1990s。相对于1956—1990年,1991—2019年气象干旱向水文干旱的传播率降低了8.3%;在气象干旱向水文干旱传播的影响中,气候变化的减缓作用占主导地位,贡献量为-9.9%;其次是人类活动的加剧作用,贡献量为1.6%;降水作为干旱的主要致灾因子,变化期增加了144.3 mm,这对于减弱气象干旱向水文干旱传播的敏感性起到主要作用。     

基于容器技术的水文水动力模型软硬件适配方法

随着国产化软硬件系统的发展和普及,将现行的计算程序适配到国产硬件和操作系统上是科学研究和业务化应用的关键,亟待探索提出专业计算模型的软硬件适配方法。现有关于专业计算模型的软硬件适配方法存在缺乏通用性、硬件依赖性强等问题。鉴于此,系统解析了国产化适配需要解决的关键问题,并对比了现行的软件适配技术,筛选出容器技术作为水文水动力模型的国产适配技术。容器技术可将应用程序打包成独立的运行环境,摆脱对底层架构和操作系统的依赖。以水文水动力模型TELEMAC为例,详细说明了Docker镜像构成原理,并通过Dockerfile文件构建了TELEMAC镜像环境,开展了计算案例的验证。结果表明TELEMAC镜像能够安全运行在以鲲鹏920处理器为核心的openEuler和麒麟V10等国产软硬件平台上,且案例计算结果与标准结果相一致,模型计算效率高,实现了专业科学计算模型的国产化软硬件适配,该研究可为其他软件国产化适配提供参考借鉴。     

基于GPU加速的分布式水文模型并行计算性能

针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题,引入基于GPU的并行计算技术,实现分布式水文模型WEP-L（water and energy transfer processes in large river basins）产流过程的并行化。选择鄱阳湖流域为实验区,采用计算能力为8.6的NVIDIA RTX A4000对算法性能进行测试。研究表明：提出的基于GPU的分布式水文模型并行算法具有良好的加速效果,当线程总数越接近划分的子流域个数（计算任务量）时,并行性能越好,在实验流域WEP-L模型子流域单元为8712个时,加速比最大达到2.5左右;随着计算任务量的增加,加速比逐渐增大,当实验流域WEP-L模型子流域单元增加到24897个时,加速比能达到3.5,表明GPU并行算法在大尺度流域分布式水文模型计算中具有良好的发展潜力。     

巴彦淖尔市水市场水权交易模型研究

本文引入复杂适应系统理论,对水权交易模型中的生产用水主体进行概化,建立了三层次的生产用水主体划分;将生产用水主体的行为简化为用水、买水、卖水、节水四个主要行为;采用经济学主体方程来决定生产用水主体各种行为的产生和选择;以区域经济效益最大为优化目标。将模型应用于水资源短缺的巴彦淖尔市,初步分析结果表明,构建的水权交易模型能够很好地分析区域总潜可交易水量,并为区域水市场可交易水量的确定和水权交易价格的制定提供科学依据。     

新型压缩摩擦组合分散型锚索锚固机制及效应研究

 预应力锚固技术广泛应用于水利水电、交通运输及地下采矿等工程领域。由于常规压力集中型锚索具有前端应力集中、剪应力分布不均匀等现象,研究、设计新型压缩摩擦组合分散型锚索。在介绍该技术要点的基础上,通过室内张拉试验以及数值仿真模拟试验,对该种锚固技术的锚固机制及效应进行系统地研究。结果表明,新型压缩摩擦组合分散型锚索内锚头应力集中量值较小,注浆体轴向压应力及剪应力叠加不明显,应力分布较为均匀,可有效克服现有压力集中型锚索所存在的缺陷,达到改善内锚头应力、提高锚固可靠性要求。在总张拉力确定的情况下,利用所设计的新型压缩摩擦组合分散型锚索技术可实现总张拉力要求,达到锚固岩体的目的。研究结果可为岩土体锚固系统设置提供一定的借鉴及参考。     

地下隧洞围岩抗震支护措施模拟及抗震支护效果分析

锚杆和衬砌是保证地震作用下隧洞围岩稳定的2种重要支护措施。将全长粘结式锚杆分段处理,建立复合加锚岩体单元模型,从物理参数加固和支护反力约束2个方面研究了锚杆对围岩的支护效应,据此提出了锚杆的抗震支护模拟方法。基于动接触力算法,通过模拟衬砌与围岩的动态接触过程,形成衬砌的抗震支护模拟方法。以某引水隧洞工程为例,研究了锚杆和衬砌2种支护措施支护参数的变化对围岩抗震效果的影响。结果表明：地震作用下锚杆和衬砌均具有良好的支护效果,但锚杆支护效果要优于衬砌,并且锚杆、衬砌均存在最优支护参数。计算成果可为地下隧洞的抗震支护优化设计提供科学依据。     

基于龙格库塔算法的梯级泵站优化运行

梯级泵站在调水、灌溉与生态修复等建设中发挥了巨大作用。为提高梯级泵站运行效率、节约运行费用,结合某梯级泵站明渠引水工程,以总效率最高为目标建立了梯级泵站优化调度模型,提出了一种基于龙格库塔算法(RUN)的优化调度方法。计算结果表明,与该泵站现状运行方案相比,采用RUN算法计算所得方案可提高运行效率0.73%,节省运行费用271 195元/年,优于利用PSO、GA算法所得优化结果,证实了所提方法可良好地服务于梯级泵站优化运行。     

干旱对流域地表水体水质影响初探

干旱缺水导致的水环境污染问题主要表现为污染物浓度升高、水体富营养化加剧、河流水域纳污能力降低。通过识别干旱对流域水环境的影响机制,系统介绍了干旱发生时和干旱发生后产生降水对流域地表水体水质的影响,着重研究了旱涝交替阶段污染物产生、入河及在河道中的迁移转化规律。结果表明:干旱导致流域水体污染不断恶化,区域生态平衡受到严重影响;干旱导致可用水资源量减少、水质污染加剧、严重影响社会经济的发展和人类健康,其中水质恶化表现最为突出。