农业水资源效用评价Ⅱ：方法与应用

本文在农业水资源效用评价理论框架体系下,进一步完善了农业水资源效用综合评价方法体系：提出了评价模型,确定评价方法并构建了评价指标体系.应用提出的评价理论和方法体系,对华北平原井灌区的代表——北京大兴进行了案例研究.评价结果显示,大兴地区农业水资源利用效用综合得分均保持在良好状态区间,其最大的原因在于经济效益持续较好,贡献了总效应得分的50％以上,而环境效益则相对较差,除了有两年处于正常状态外,其余年份均处于警戒状态.评价结果表明大兴地区农业水资源利用存在着比较突出的环境问题,具体表现为水污染严重,水质较差,地下水超采严重.案例研究的结果与专家的研判大致相符证明了该方法体系的科学性和合理性,下一步的重点是如何从区域差异上解决方法的普适性问题.     

SWMM原理解析与应用展望

暴雨径流管理模型(SWMM)已成为目前在城市排水管网设计、城市雨洪模拟、城市水污染模拟及城市低影响开发(low impact development,LID)模拟等方面研究与应用中使用最为广泛的一款模型。剖析SWMM的基本原理,分析其研究现状,展望其发展前景,深入分析SWMM的产流、汇流、管网水动力学模拟、水质模拟等模型机理。基于文献调研和系统分析指出,SWMM的优点是具有较完备的管网水流、LID和水质模拟功能,软件界面友好易于操作,模型开源易于实现二次开发;缺点是未实现立体化水流模拟,未实现与GIS紧密耦合,地表产流模拟过于简化,无法模拟地表二维淹没和城市社会水循环;未来应针对其不足改进和完善相关模块,拓展其应用领域。研究成果有助于不同学科与行业的研究者更加全面地认识和理解SWMM,为SWMM的研究及在海绵城市建设中的运用提供了科学参考。     

流域/区域水量水质联合配置研究Ⅱ：实例应用

为检验流域/区域水量水质联合配置理论方法的可行性,在湟水干流进行实例应用研究。进行了基准年的供需平衡、耗水平衡分析和水质模拟,对当地水质型缺水进行了识别。构建需水方案和工程方案集,以需水中方案和工程方案3为推荐方案。以改进的"三次平衡"思想为指导,模拟现有污染治理水平下,2030年水功能区纳污量;分析了耗水平衡和水功能区纳污能力的变化趋势,进行了污染物总量控制分配。结果表明,随着本研究方案的实施,各水资源分区生态用水比例均在60%以上;水质型缺水率仅为0.4%;2030年COD和氨氮纳污量分别为4 585.51 t和244.63 t,污染物总量得到控制;各水功能区水质均达标。证实流域/区域水量水质联合配置理论方法可行。     

基于有限元法的沥青混凝土心墙及坝基防渗墙应力分析

在沥青混凝土心墙堆石坝设计中,坝基防渗墙与沥青混凝土心墙的轴线重合,但因施工误差等原因,实际可能会出现坝基防渗墙与心墙轴线不完全重合的情况。基于有限元分析方法,研究坝基防渗墙相对于心墙轴线在不同偏移量情况下防渗墙的应力状态。结果表明,轴线重合时,坝基防渗墙在施工期和运行期局部拉应力处于没有或较小状态,对整体影响甚微;坝基防渗墙轴线向下游的偏移会对运行期防渗墙应力产生一定的不利影响,主要表现为坝基防渗墙下游面(非邻水面)局部拉应力增大,存在应力集中现象,局部拉应力较未发生偏移最大增长3.6倍;可将心墙的混凝土基座依据坝基防渗墙偏移情况向下游进行一定的扩展,能使运行期坝基防渗墙下游面的局部拉应力最高降低59.3%,减弱应力集中现象,从而改善坝基防渗墙的应力状态。有限元模拟结果可为坝基防渗墙偏心情况下的安全性评价和工程处理措施选择提供支持。     

天津市城市居民用水行为调查及影响因素识别

基于天津市中心城区108个典型生活小区的居民生活用水的截面调查数据,探讨了天津市城市居民生活用水现状,对影响居民生活用水的主要因素进行了识别,并计算了天津市居民生活的节水潜力。结果表明,天津市家庭人均日生活用水量约为80L/(人·d),这与天津市水资源公报公布结果相吻合;从用水习惯上来看,马桶是否节水、每周洗浴和拖地次数等都是影响家庭用水的主要因素,此外,家庭收入水平也会对家庭用水产生影响;现状年天津市居民生活用水节水潜力为13.13%。     

基于高程分段的黄河源区NDVI和水热条件空间分布格局

以黄河源区植被为研究对象,应用MODIS13Q1遥感数据、DEM数据、气象数据以及土地利用类型图,采用基于高程分段的研究方法对研究区NDVI(归一化植被指数)与水热条件空间分布特征进行深入探究。根据NDVI随高程分布特征,将研究区划分为高程段Ⅰ(3 400m),高程段Ⅱ(3 400～4 200m)和高程段Ⅲ(4 200m)。在各高程段内分析植被分布格局、NDVI与水热条件分布特征、NDVI与水热因子响应关系。结果表明:黄河源区内主要植被类型为草地,其面积占源区总面积75%,林地面积占比为7%,农田面积仅占1%。高程段Ⅰ内主要植被类型为农田和草地,高程段Ⅱ内主要植被类型为林地和草地,高程段Ⅲ内基本只有草地。3种不同类型植被NDVI平均值大小为林地草地农田。气温表现为梯度递减的空间分布格局,降水量呈现从东南向西北递减的趋势。高程段Ⅰ属干旱区域,高程段Ⅱ属湿热区域,高程段Ⅲ属干冷区域。3个高程段内水热组合条件最好的是高程段Ⅱ,高程段Ⅲ水热条件较差。植被NDVI在不同高程段内受水热因子的驱动作用不同。高程段Ⅰ和高程段Ⅲ内降水量较低,NDVI主要驱动因子是降水量,高程段Ⅱ的降水量丰沛,影响NDVI的主要因子是气温。     

乌梁素海流域气候模式适用性评价及旱涝预估

根据2001—2011年乌梁素海流域及周边气象站点的实测逐日降水数据,利用CMIP5中5个全球气候模式在3种不同代表性温室气体浓度路径情景下的降水模拟结果,计算了模拟变量和实测数据的相对误差、均方根误差和相关系数,选用在乌梁素海流域模拟降水效果较好的模式进行集合平均,检验了该模式对乌梁素海流域降水的适用性。结果表明:单个模式的模拟结果与实测值的相关性相对较差,采用集合平均方法修正后的结果与实测值拟合程度较好,相关性更高;2021—2050年降水量主要体现出夏季更集中、冬季更少的特征,降水量年际变化大,旱涝事件频发,特别是2025—2035年旱涝事件交替出现,发生旱涝事件的年份约占总年份的1/3。     

充水保压蜗壳与外围结构联合承载过程的力学仿真分析

水电站充水保压蜗壳兼备直埋式与垫层式蜗壳的优点,但受力分析复杂。为此,以一个HD值较高的蜗壳为例,应用三维有限元法研究了充水保压蜗壳与外围结构联合承载的过程,模型和计算过程精细,展示了联合承载过程中各结构的力学规律。结果表明:充水发电时,蜗壳与混凝土大部分区域闭合,脱开的面积约3%;外围混凝土大部分区域处在压应力状态,受拉部位少且拉应力较低,钢筋拉应力较小,此情况被现场观测所证实;采用常用公式或完全用有限法计算,蜗壳承载比的计算结果相差不超过3%;蜗壳充水保压值越低,充水运行期与混凝土的接触压力越大、蜗壳的承载比越小,因此蜗壳宜取较小的充水保压值,有利于减少振动;与常规打压顺序相比,非常规打压顺序不利于蜗壳与混凝土的贴合。此成果为该水电站的蜗壳设计提供了重要参考,电站已全面投产,蜗壳及外围结构工作表现良好。     

重力坝抗滑稳定可靠度分析：（二）强度指标和分项系数的合理取值研究

岩土材料抗剪强度参数的合理选用是开展可靠度分析的重要一环。本文认为,在确定岩土参数变异系数的过程中,需要在现行规范建议值的基础上,综合考虑项目本身的试验成果和以往工程的经验选用设计指标。本文通过对1000多组试验结果统计及工程实例敏感性分析等途径对岩体抗剪强度参数变异系数做了比较和分析,并提出了初步的建议值。通过典型重力坝算例分析及工程实例的反演分析,对岩体的抗剪强度参数的分项系数进行了敏感性分析,对重力坝设计规范的建议值的合理性进行了评价。     

低影响开发技术在半山区丘陵地带的应用效果评估

为评估低影响开发技术缓解半山区丘陵地带城市内涝的效用,以河北邢台临城县中心城区为例,结合地理信息系统构建了研究区暴雨洪水管理模型,利用实测节点积水深数据率定了模型参数,验证了模型的可靠性。以此模型为工具,因地制宜布设了各种低影响开发措施,分别对比分析了3a、5a、10a、20a一遇设计暴雨下措施实施前后出水口的流量过程。结果表明:在半山区,低影响开发措施可以改变区域径流过程,使出水口流量过程线较为坦化,起涨时间明显滞后,洪峰平缓。但上述变化均受坡度影响,且消峰减量效果不仅与布设面积有关,还与坡度有关,坡度越小消减效果越明显。洪水总量及洪峰流量消减率随重现期的增大逐渐减小,且控制洪水总量的敏感性优于洪峰;措施实施的滞峰效果和滞峰能力均不明显。研究结果可为区域内开展小尺度海绵措施改造提供决策支持,为其他半山区域的雨洪管理提供参考。