闸控河网水文-水动力-水质耦合数学模型——I.理论

针对流域级闸控大型河网水环境日常管理的应用需求与实际特点,将资料适应性强的水文学方法与数据要求相对严苛的水动力-水质数值模型相融合,构建了一维与二维嵌套、分块组合的闸控大型河网水文-水动力-水质耦合数学模型DHQM（Hydrology, Hydrodynamics, and Water Quality Model for Impounded Rivers）。模型由河道径流模拟、闸坝调度过程模拟、河道水质模拟、区间入流及入河污染负荷估算和水质预警实时校正等5个模块组成。模型可服务于水环境实时预警和调度,也可为闸坝水文环境效应的量化提供基础工具。     

淮河中游水量水质联合调度模型研究

针对淮河中游的特点,建立了一个能适应水系密布、河网交错、水库闸坝众多、相互制约等复杂水流条件和防污调度要求的一、二维水量水质耦合的非恒定流模型。采用1999年和2004年淮河中游的联防调度实测资料对模型进行率定和检验的结果表明,所建模型能够准确客观地描述淮河中游洪水、污染物的运动规律,预测和评价各种调度方案的改善水质效果。     

浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染模型研究

从三维对流-扩散方程出发,推导包含底泥污染的水质控制方程,并与浅水流动方程耦合,建立相应的浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染的数学模型。运用伽辽金加权余量法推导出数学模型方程组的有限元公式,开发了实时二维水动力、水质模型。利用模型计算玄武湖混合流、水质动态变化过程,结果与实测值较吻合,从而为浅水湖泊混合流、包含底泥污染的水质模拟提供了一种可操作的新途径。     

基于未确知信息的环状河网水质数学模型研究

以圣维南方程组、对流扩散方程以及未确知信息理论为基础,建立了环状河网一维水动力与未确知水质数学模型。采用Preissman四点隐格式法对圣维南方程组进行离散和采用显式差分对对流扩散方程进行离散,对河网水动力与水质分别进行了合理的编码,并考虑了泵闸等控制工程、降雨径流的影响,采用河网的三级解法编制河网非恒定流的计算程序求解各断面的水位Z和流量Q,实现了水动力和水质两模块之间的数据连接,且对微分形式的水质模型运用未确知数学理论进行了含有两个未确知参数的水质计算,从而不仅能获得污染物浓度区间值,还能得到相应的可信度。实例研究表明,建立的河网水动力模型和未确知信息的水质模型是可靠的,可以用于河网水质治理工程的数值模拟研究和水环境评估。     

黑河干流中游水资源可持续利用多目标规划模型研究

研究黑河干流水资源的可持续利用问题,有助于促进中游盆地的科学用水,保障下游区域的生态稳定。黑河干流中游灌区由于过度引水,导致其正义峡下泄量偏离了国家97分水方案的调控目标。以中游盆地张掖、临泽和高台农灌区为主要研究对象,基于多目标多约束方程构建了水资源可持续利用规划模型。模型模拟表明,正义峡下泄量主要受莺落峡径流量、灌区引水量以及黑河大桥-正义峡段地下水溢出量等的影响与控制。模型预测显示,通过灌区节水措施降低灌溉定额,黑河干流水资源可以在支撑中游灌区现状灌溉面积用水量的同时,确保正义峡下泄量达到国家分水方案确定目标。多目标规划模型的研究结论,确立了中游盆地水资源可持续利用的用水方案,该方案将有效解决中游和下游水事矛盾,既可以保障中游人工绿洲经济发展,也可以保护下游生态环境。     

汉江中下游突发性水污染事故污染物运移扩散模型

以汉江中下游为例,基于MIKE 11模型的降雨径流模块、水动力模块、对流扩散模块建立了汉江中下游的降雨-径流模型、水动力模型和对流-扩散模型,通过对模型进行率定和验证,表明该模型具有较理想的模拟效果;在此基础上运用构建的模型模拟了汉江中下游2003年冬季、夏季不同水文情况下,突发性水污染事故中污染物的运移扩散过程,定量模拟了突发性水污染事故发生后,汉江不同地点处污染物到达的时间和浓度值,并对突发风险事故的影响范围、程度、时间做出定量预报.     

金华江流域典型乡镇水质监测评价及污染控制

金华江为钱塘江上游最大的支流,水质污染较重,氨氮、总磷污染尤为突出。该文针对金华江水质污染的特点,对金华江流域沿河典型乡镇干流及主要支流进行了高密度监测,通过对监测数据的详细分析,对各沿江乡镇地表水水质污染现状进行了评价。结果表明,金华江流域的污染以氨氮为主,总磷为第二污染物,上游乡镇未受明显污染,中游乡镇氨氮污染最为突出,下游乡镇污染趋势于下降,针对各乡镇不同的水质污染特征分析了成因并提出控制对策。     

塔里木河流域适应气候变化和人类活动的应对措施

自2001年开始实施塔里木河流域近期综合治理工程,提出了以强化流域水资源统一管理和调度为核心,以源流区节水改造和干流河道治理为重点进行综合治理,积极稳妥地进行经济结构调整,实施退耕封育保护,有效保护好现有天然林草植被.通过向塔里木河下游生态输水,干涸近30a的台特玛湖于2001年11月16日开始有水,使塔里木河下游绿色走廊得到初步复苏等,流域生态环境得到极大的恢复.然而,自2007年以来,塔里木河向下游输水已大为减少,仅能输水到中游,特别是2009年水文干旱,塔里木河干流断流达1 100km多,使下游绿色走廊再度陷入生态危机.为此,需要重新审视塔里木河流域的综合治理,从加强源流治理开始,来巩固干流治理成果.认真总结10a来治理经验与教训,针对人类活动和气候变化对源流与干流造成的影响程度,积极采取应对措施.     

感潮河网二维水流-输运耦合数学模型

感潮河网水流不仅受径流、潮汐动力的双重影响,还常受水闸调度等人类活动的影响,水动力条件极为复杂。针对水闸调度影响下感潮河网复杂水动力及其伴随物质输移扩散模拟,提出了考虑水闸调度并集成输运对流项的水流-输运通量耦合求解器,建立了基于非结构网格Godunov格式的二维水流-输运耦合数学模型。采用具有时空二阶精度的MUSCL-Hancock预测-校正格式,结合变量重构限制器技术,在保证计算精度的同时避免了数值振荡。运用斜底三角单元网格表达水闸线状地形,并通过地形调整模拟了水闸启闭过程。算例研究表明,该模型计算精度高,可有效模拟水闸调度影响下感潮河网水流运动及污染物输运过程,具有较好的推广应用价值。     

塔里木河流域2006年“四源一干”河川径流及输水运行分析

2006年塔里木河四条源流出山口天然径流量268.9×108m3, 比正常年份偏多17.4%, 属偏丰水年. 其中, 阿拉尔站以上的三条源流(阿克苏河、叶尔羌河、和田河)出山口天然径流量为228.6×108m3, 比正常年份偏多18.0%;开都河-孔雀河为40.33×108m3, 比正常年份偏多20.4%, 属偏丰水年. 四条源流入塔里木河总水量为50.26×108m3, 占出山口天然径流总量的18.7%. 其中: 阿拉尔站以上三条源流入塔里木河水量为47.58×108m3, 占三条源流出山口天然径流总量的20.8%. 2006年塔里木河干流上游段耗水量33.55×108m3, 占阿拉尔站年径流量的58.8%, 是塔里木河干流最大的耗水区段;中游段耗水量16.56×108m3, 占阿拉尔站年径流量的29.0%, 比多年平均耗水量22.51×108m3减少5.95×108m3;下游段耗水量6.97.16×108m3. 上游耗水量在增加, 中游耗水量在减少, 下游耗水量接近多年平均值. 2006年第8次向干流下游输送生态水2.33×108m3, 其中由博斯腾湖下泄0.26×108m3, 由塔里木河自身来水下泄2.07×108m3. 此次输水由前7次的应急输水转变为功能性输水, 由以往输往塔里木河尾闾台特玛湖, 转变为以扩大下游生态灌溉面积为目的, 尝试以激活天然种子库, 高效利用水资源, 进一步恢复塔里木河下游生态植被范围. 2000-2006年连续共8次生态输水, 已累计由大西海子水库向塔里木河下游输送生态水22.75×108m3, 生态、经济、社会效益日益显著.     

一维水质模型结合改进的输出系数法在流域非点源污染负荷估算中的应用

非点源污染是导致流域水体水质恶化的关键污染来源之一,为了估算流域非点源污染负荷,本文提出将一维水质模型应用于分离监测断面点源污染负荷和非点源污染负荷的方法,并结合了改进的输出系数法,以COD_Mn和NH₃-N为代表性指标,将该模型应用于潮河下游流域,并与传统的水文分割法结合改进的输出系数法估算非点源污染负荷的结果进行对比。结果表明,一维水质模型结合改进的输出系数法估算流域非点源COD_Mn和NH₃-N污染负荷模拟值的纳什系数均在0.800以上,具有良好的模拟精度,同时避免了水文分割法无法较好地模拟枯水期非点源污染负荷的弊端。该方法在运用SWAT（soil and water assessment tool）模型预测得到水文数据的情况下,能够预测流域非点源污染负荷,作为SWAT模型对COD模拟的补充。     

淮河中下游洪涝综合治理的思考与初探

新中国70年治淮事业取得了巨大成就，淮河中下游干流与洪泽湖已成为淮河进一步治理的重点区域。从流域战略地位提升、经济社会发展、自然环境演变、水问题变化等多视角系统梳理了新时期治淮主要矛盾；从水沙基本规律辨析、靶向问题揭示、河湖格局重构、综合治理措施等多方面提出淮河中下游综合治理的战略思考和建议；从降雨和干支流洪水演变规律、淮河干流和洪泽湖泥沙特征及其变化规律、现状和规划工程防洪效果与协调性、工程措施组合方案建议等4个方面介绍了淮河干流河道与洪泽湖演变及治理需进一步开展研究的内容和技术方法以及初步研究成果，以期为新时期淮河治理规划设计提供参考。     

我国河流湖泊污染的防治技术及发展趋势

我国河流湖泊污染现状为V类和劣V类水质占七大水系(辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江、长江)主要断面的50%以上,高中营养化湖泊占被调查湖泊的85%以上,河流湖泊污染状况十分严峻.目前河流湖泊采取的污染防治技术措施主要有:削减截流污染源、完善城市排水系统和建设污水处理厂、河流低泥疏浚、河道曝气技术、生物修复技术、水生植被恢复工程、引清冲淡等等.生物生态技术将在河流湖泊污染防治及生态恢复中发挥重要的作用.     

Analysis of seasonal water pollution based on rainfall feature at Anyang river basin in Korea

To determine selected water pollution parameters of the Anyang River (one of the biggest contributory branches of the Han River in Korea) and its main tributaries, the geological and topographical and rainfall features in its basin were investigated, and the resulting data were tabulated. Samples were collected at the upper, mid and down parts of the Anyang River and its branches and were analyzed based on biochemical and chemical methods, Korean biotic index (KBI) and Saprobien systems. Selected parameters of concern include BOD, heavy metals, nonpoint pollution and sewage discharge. The Anyang River basin has a torrential heavy rainfall; however, the rate of rainfall significantly varies from season to season. Water pollution levels in the dry season increase dramatically. The mainstream of the Anyang River is classified as fifth grade polysaprobic water according to Saprobien system. In addition, the biotic index is over 2.5 in overall. General pollution at the junction of the Anyang River and each branch stream varies. Possible countermeasures to improve the water quality of the river include intercept the non-treated waste water and sewage at the Anyang River junction and each branch stream, enforcement of water management during the rainy season, and continuous investment on environmental restoration.     

淮河中下游洪涝综合治理的思考与初探

新中国70年治淮事业取得了巨大成就，淮河中下游干流与洪泽湖已成为淮河进一步治理的重点区域。从流域战略地位提升、经济社会发展、自然环境演变、水问题变化等多视角系统梳理了新时期治淮主要矛盾；从水沙基本规律辨析、靶向问题揭示、河湖格局重构、综合治理措施等多方面提出淮河中下游综合治理的战略思考和建议；从降雨和干支流洪水演变规律、淮河干流和洪泽湖泥沙特征及其变化规律、现状和规划工程防洪效果与协调性、工程措施组合方案建议等4个方面介绍了淮河干流河道与洪泽湖演变及治理需进一步开展研究的内容和技术方法以及初步研究成果，以期为新时期淮河治理规划设计提供参考。     

淮河流域水污染防治与可持续发展

淮河流域水污染防治与区域经济可持续发展是当今淮河流域所面临的最重要的问题之一，也是制约淮河流域经济发展的主要障碍。论述了建立水污染防治与区域经济协调发展机制，健全水环境污染控制机制，以实现淮河流域水污染防治与社会经济的可持续发展。     

Water quality changes in the Elbe River basin,Czech Republic,in the context of the post-socialist economic transition

This paper analyses the temporal dynamics and spatial trends in water quality changes in the Elbe River basin in the context of the post-socialist economic transition of the Czech Republic (Czechia). During the 1990s, the Czech portion of the Elbe River Basin underwent significant changes in the quality of surface waters. After a long period of massive discharges of pollution, which reached a peak at the end of the 1980s, a reduction in effluent from industrial and municipal sources led to a substantial decrease in the pollution of the Elbe River and its principal tributaries. The scope and speed of such water quality changes was unprecedented in Czechia as well as throughout Europe. The classification of the spatial distribution of water quality trends revealed that the majority of streams in the Czech Elbe River basin displayed improvement of surface water quality. However, the decrease in pollution levels was spatially concentrated mainly in the Elbe River and its main tributaries. Many of the peripheral streams are, on the contrary, experiencing deteriorating water quality, even in regions where water quality improved in the early 1990s because of a decline in local economic activity associated with political changes in the former Eastern Block countries. Further improvements in water quality are thus dependent on measures adopted across the entire river basin, including the numerous minor streams. The current economic revival in a number of regions where decreases in water pollution were not based on systematic pollution reduction measures, but only on the decline of industrial or agricultural production, may result in a return to deteriorating water quality, primarily in the outer regions of the catchment.     

1990-2016年湘江干流水质变化特征及影响因素分析

基于1990-2016年湘江干流主要断面的水质监测数据,采用综合污染指数法、Spearman秩相关检验和主成分分析法对流域水环境质量演变特征进行综合评价,并结合社会经济指标识别流域主要污染源。综合污染指数结果表明湘江水环境变化趋势明显分为两个阶段,1990-1996年间为水质变好阶段,除个别值外污染指数均小于0.2,1997-2016年间水质呈恶化趋势,水质维持在Ⅲ~IV类之间;Spearman秩相关检验结果表明污染物浓度总体呈增加趋势,其中TP、COD_Mn、Cd、Pb和石油类显著上升;主成分分析结果表明流域污染物主要为NH₄⁺-N、TP和Cd,污染源为生活点源和农业面源,从上游到下游污染程度明显增大,其中湘潭断面水质污染最严重,综合得分为0.9006,道县断面相对较轻,综合得分为-0.7014,城镇化因素是影响流域水环境的主要驱动因素。研究结果可为流域水环境保护和水生态修复提供科学依据。     

淮河流域水资源问题与建议

淮河流域社会经济进入快速发展期,水安全将面临更大的压力与挑战。调查总结了淮河流域水资源工程体系建设成就,分析了水资源现状和存在的问题;围绕全流域水资源配置和管理,提出增加洪水资源和再生水利用,新建和扩建水资源拦蓄工程及跨流域跨区域调水工程,建立水资源及水环境实时调度管理系统,实行区域用水总量控制制度,进一步加强水资源及水环境重大问题的关键技术研究等,为淮河流域经济社会又好又快发展提供支撑与保障。