闸控河网水文-水动力-水质耦合数学模型——Ⅱ.应用

针对中国多闸坝重污染河流的典型代表——淮河中游河网,为提高其流域水环境预警及应急响应能力,依据水文-水动力-水质耦合数学模型DHQM(Hydrology, Hydrodynamics, and Water Quality Model )的理论框架,构建了由淮河干流、沙颍河和涡河3个一维模块和鲁台子、蚌埠闸2个二维模块组成的淮河中游河网水文-水动力-水质耦合数学模型.采用经过验证的模型针对一个虚拟的水污染事故情景,分析了不同调度方案与淮河干流来水组合下污染团下泄对下游水质的影响;并以保障淮河干流蚌埠市饮用水源地的取水水质安全和减轻事故对下游水质的影响程度为目标,优选出分期小流量慢速下泄污染水体为最佳的水量水质联合应急调度方案.     

洞庭湖区水系格局及连通性优化

江湖关系演变及强烈人类活动改变了洞庭湖区的水系格局与连通性,加剧了湖区水环境与水生态的恶化形势,开展水系格局与连通性研究是洞庭湖区水系综合整治和河湖生态修复的重要内容。基于景观生态学中网络连通度分析方法,建立了水系格局与连通性评价指标体系,包括河频率、河网密度、水系环度（α）、节点连接率（β）和网络连接度（γ）等,分析评价了洞庭湖不同片区现状及规划水系格局与连通性的差异以及合理性,提出了水系连通规划的优化方案。结果表明:现状洞庭湖区水系格局和连通性总体较好,但各个片区存在较大差异,湘-资水尾闾地区的现状水系格局和连通性良好,北部地区和松澧地区的现状水系格局与连通性较差。松澧地区水系规划方案改善了该地区的水系格局与连通性,但北部地区的规划方案并不合理。经过比选与优化,北部地区的α、β、γ指标比现状提高了13.2%、6.9%和4.7%,比原规划方案提高26.0%、9.4%和9.4%。     

结构-功能耦合下的城市水系连通方案两阶段优化

传统水系连通方案编制主要以水系结构为主导,忽略了连通后对水系功能的影响,本文在进行城市水系布局时,将水系连通形状和连通功能两部分纳为一体来制定水系连通方案。基于中心性评价方法,提出河段重要性计算方法来定量刻画河段重要性;借助隶属度函数建立连通功能及其表征参数的函数关系,据此量化水系连通功能效果;以河网连通功能达标率和水系连通性满足度为优选目标,建立结构-功能耦合下的水系连通方案两阶段优化模型,优选最佳闸门联合调度方案。以清潩河许昌段为实例,优化原河网及不同水系连通情景的连通性。研究表明:经过优化后,原河网清潩河水系连通性总体较好,但护城河附近和饮马河的连通性较差;连通护城河和清泥河、连通饮马河和小洪河能极大地提升护城河附近和饮马河的水系连通性。     

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。     

陕西省泾河流域水资源开发利用及水质状况探析

通过对泾河流域水资源开发利用状况、水质状况分析,计算得出2016年水资源开发利用率为26.41%,2016年水功能区达标率为0%。剖析泾河流域在水资源、水质方面存在水资源短缺问题突出、减水严重、水污染依然严重、水功能区达标率低等问题。建议加快建设东庄水库,实施泾河生态水量调度,通过工程调度提高河道生态流量,从而改善河流环境。     

流域水库群与闸坝联合调度方案修正探析

流域水库群与闸坝联合调度方案的制定及实施,可有效促进河流水质改善。通过数值模拟软件验证,浑河、太子河研究河段水质均得以改善,枯水期水质改善效果尤为明显。随着专项研究治理工作的开展,浑太流域河流水体质量与特征发生变化,研究河流水体情况及流域现状调度方案对联合调度方案进行修正,以适应今后浑太流域水工程调度运行特征及流域水质改善需要,为流域水生态环境治理等相关工作提供参考。     

浅析人水和谐与水环境的可持续发展

我国水环境问题有:水资源短缺与浪费、污染现象并存;生态退化,洪涝灾害频发;水资源管理体制不够完善,水环境建设缺乏系统规划;产业结构布局与水资源条件不相适应.面对这些问题,大家开始重新认识人水关系,强调人水和谐相处,强调水环境的可持续发展.对此提出如下对策:增强公民水意识,创建节水型社会;优化产业结构布局,实现水资源优化...     

环状河网水质模型在水污染控制规划中的应用

结合一维圣维南方程及CSTR水质概念模型的机理,开发了平原环状河网非稳态水质模型,并用于温州市温瑞塘河水污染控制规划的编制中。模型由水文子模型和水质子模型两部分构成,描述了水体中COD、氨氮和DO浓度随时间、空间的动态变化。利用新开发的模型,采用试错法,估算了河网的水环境容量,并以此为基础确定了远、近期污染物排放控制目标;通过研究水质恢复的滞后性,提出可以采取引水冲污、人工曝气复氧等非常规措施来改善河网水质;并且利用情景分析方法,分别设定不同流量与不同开闸方式相组合的9种冲污情景,定量化探讨了引水冲污方案;根据曝气复氧对河网水质改善的作用特征,筛选出需要曝气复氧的重点河段和次重点河段。     

调水前后对河流生态水质的影响探讨

探讨了城市调水工程中调水建筑物对河流生态系统的影响,以及具体调水系统对城市主要河网水质的影响。得出:大坝等水利工程对河流的割开以及局部区域气候的改变,城市引水工程常常会破坏影响河流生态系统的生物多样性。并利用MIKE11建立某市水动力和水质模型,数值模拟和分析了城市调水系统对水质的影响,结果表明通过科学的调度运行,城市主要河网中水质能得到一定改善。     

黄河流域水量分配方案优化及综合调度的关键科学问题

变化环境下缺水流域水资源演变与科学调控是国际上关注和研究的热点问题,也是中国水资源安全保障面临的重大难题。针对剧烈环境变化下黄河流域水资源显著减少、供需矛盾日益尖锐的问题,以提升流域水资源安全的调控能力为目标,识别了流域水资源供需演变认知—适应性评价—高效输沙—分水方案优化—协同调度的5大关键科学问题,从水资源供需演变机制分析、流域水量分配方案适应性综合评价、河库联动高效输沙水动力条件塑造技术、流域水资源动态均衡配置理论、复杂梯级水库群水-沙-电-生态多维协同调度等方面,提出了"黄河流域水量分配方案优化及综合调度"研究的总体架构和理论方法,构建了黄河流域水资源优化配置与协同调度技术体系,为提升缺水流域水资源管理能力与调度水平提供方法借鉴。     

伶仃洋茅洲河口滩槽演变水沙模拟及治导线优化

为适应伶仃洋茅洲河口治理开发条件,以保证行洪顺畅为泄洪纳潮的首要原则,同时顺应水沙运动和河势发展规律,对河口进行治导线比选和优化。该河口治导线方案分单、双通道,两类通道不同扩宽率下设计有围填、围填加开挖2种方案,开展水动力泥沙数学模拟计算和物理模型试验。结果表明:河口治导线各方案对伶仃洋涨、落潮流速的影响范围主要集中在交椅湾及其附近海域;方案实施后,周边海区冲淤变化较小,未对河势造成不利影响;根据对水动力、河口泄洪、河势稳定影响的综合分析,单双通道相比较而言,对洪水位、纳潮量、高低潮位、流速、河床冲淤的影响规律具有较好的一致性,相同扩宽率下各方案的影响程度均在同量级。     

浙东沿海城镇化对河网水系的影响

我国东南沿海地区,近年来由于城镇化的快速发展,河网水系结构遭到了较大破坏,导致了洪涝、干旱和水质恶化等一系列生态环境问题。为此以浙东沿海鄞东南平原区为例,以GIS技术作支撑,利用航空遥感图像作为信息源,采用河网水系分级量算统计和图形叠加对比等方法,通过城镇化过程中河网形态结构的变化,分析了鄞东南地区河网水系的变化情况,揭示了城镇化的发展与河网演化之间的联系,并定量预测了研究区在目前城镇化速度下的河网结构变化趋势;在此基础上探讨了遏制这种发展趋势的措施,即在城镇化过程中应多保留现有的河道水系,尤其是村镇级中小河道,重视河网结构与功能的恢复,才能改善河网水质和水生态环境。     

珠江三角洲近年地形不均匀变化对洪季水动力特征的影响

为探明在新水沙条件和人类活动的影响下珠江三角洲河网地形变化与洪季水动力特征变化之间的关系,以1999-2008年为研究时段,基于1999年地形建立一维河网数学模型,复演珠江三角洲地区"08·6"洪水,并与"08·6"实测资料进行对比,分析河网地形变化对洪季水动力特征的影响。结果表明:①珠江三角洲河网地形整体下切加强了河道行洪能力,在遭遇洪峰30年一遇的"08·6"洪水时洪水位整体下降,三角洲顶部马口站洪水位最大降幅达到0.9 m;②河网内潮差和潮汐传播速度增大,潮区界上移至马口、三水以上;③西江河网地形下切幅度大于北江河网,地形不均匀下切导致河网节点分流比改变,西江河网洪水期分流增加2%,马口站和天河站洪峰流量增幅分别接近1 500 m^3/s和1 000 m^3/s;④西江马口站分流比随上游洪水流量增大而减小的趋势没有改变,但地形不均匀下切导致其变化梯度增大。珠江三角洲近年地形的不均匀下切,是近年珠江三角洲河网地区,特别是河网腹地洪水灾害有所减轻的主要原因之一。     

河道采沙对珠江三角洲水情及水环境影响分析

珠江三角洲水系属于典型的潮汐河网,水流同时受到地表径流及沿海潮位的双重影响。自20世纪80年代以来,该水系大规模的人工挖沙导致了水文条件、河床演变自然进程的较大变化。根据潮汐河网的水力特性,建立了用于模拟水位、流量时空变化的一维河网水动力数学模型,并根据由灰色模型预测的因挖沙引起的未来年份的河床演变情况,分别预测分析了不同水平年在丰水期、枯水期两种代表水情下的水系水位、流量变化情况。并对由此可能产生的对环境的影响进行了初步分析。     

城市江堤外移工程对防洪影响研究

以浙江省温州市瓯江江堤外移工程为例,应用二维潮流数学模型研究了堤线外移的不同工程方案对城市防洪的影响。该模型能够模拟瓯江与楠溪江交汇引起的复杂水流运动,以及多岛屿对水流流场的影响。验证计算表明,计算的潮位及18条垂线流速及断面流量过程与实测值吻合较好,误差均小于10%。因堤线外移的部分大多位于河道岸线的凹囊,适当外移可使河道岸线更趋平顺。100年一遇洪水时,瓯江大桥至鱼旗山堤线外移曲线方案1与直线方案2分别使屿头山-梅岙河段最高潮位壅高0.03～0.04m及0.04～0.08m。多年平均流量450m3/s时,方案2使塔山至鱼旗山断面垂线平均流速增加6%～22%,工程段以外河段流速变化较小;方案1缩窄的河宽和拦截过水面积明显小于方案2,相应引起流速变化也较小。     

MIKE11模型在合肥市十五里河水质改善研究中的应用

城市河流治理是改善城市生态环境的重要一环,为了建设健康的城市水环境,有必要对改善河流水环境质量的可行技术方案进行研究。以合肥市十五里河为例,基于MIKE11软件平台构建河流一维水动力水质耦合模型,根据流域污染特征设定三种水质改善方案进行数值模拟分析,评价分析各情景方案的水质改善效果。结果表明:单纯依靠截污不能使国控断面水质达标,同时还会引起断流;考虑截污及污水处理厂尾水提标排放可使国控断面水质显著改善,但由于降雨径流非点源污染影响,部分时段水质不能达标;采取中水回用、就近引巢湖原水补水、截污及初期雨水截留组合措施,不需外调水补水,国控断面水质即可满足规划目标。     

The fluviolagoonal palaeoenvironment in the Rhine/Meuse deltaic plain

Detailed lithostratigraphical, palynological and ¹⁴C analyses have served to reconstruct the palaeoenvironment during two main, mid-Holocene, regional phases of increased fluvial clay and sand deposition in the Rhine/Meuse deltaic plain. The investigated location lies in a broad area transitional to the upstream fluviatile and the downstream marine (lagoon/tidal flat) deposition zones. The palaeoenvironment appears to have been extensive, permanent open water intersected by the wooded natural levees of many small river channels. The term fluviolagoon is proposed for this typical environment, as illustrated here by three-dimensional oblique landscape drawings. A present-day example is found in the Magdalena river deltaic plain, Colombia.     

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。     

河控三角洲生长的动力和沉积模式

分析河口动力特征,进而揭示其控制下的三角洲前缘挟沙河流床沙载荷（推移质）搬运和沉积机制,是合理构建河控三角洲生长沉积模式的前提。运用流体力学的湍流理论从微观动力过程角度分析失去河床约束条件下依靠惯性作用流动的河水入湖过程中河、湖两类水体的相互作用机制及流动规律,结合水槽物理模拟及前人开展的数值模拟,并借鉴河流泥沙动力学理论成果,构建了受流体力学及河流泥沙动力学约束的河控三角洲生长的动力和沉积模式。结果表明:湍流的特点决定了两类水体界面处存在强烈的质量、动量、动能传递。河水入湖过程既不是圆形（轴对称）射流,也不是平面（二维）射流,而是矩形（三维）射流,流速沿程会以负指数快速衰减。河口是挟沙河流流速衰减的终点,其控制下的三角洲前缘是挟沙河流床沙载荷沉积的终点。三角洲平原砂体生长过程,是三角洲平原动力、沉积、地貌相互作用的过程,生长的动力和沉积模式可以概括为:河流末端水体流速沿程衰减→挟沙能力降低→泥沙沉积→河床抬高→堤岸决口→河流分叉→水体流速沿程衰减→挟沙能力降低→泥沙沉积。分流河道砂体构成三角洲平原的骨架砂体,地貌控制下河流的频繁摆动是三角洲平原砂体生长的重要机制。河控三角洲沉积的主体为平原环境,而非前缘环境。