长江中下游江湖蓄泄关系实时评估数值模拟

以长江中下游防洪系统为对象,将面向长江中下游防洪规划论证需求的水沙数学模型转化为面向长江防洪系统防汛方案评估需求的长江中下游蓄泄关系实时评估数学模型.为适应实时蓄泄评估快速、准确的要求,提出了基于水动力学的循环滚动计算模式、实时校正模式和实时防洪调度的试验机制.实现了水文学实时校正方法与水动力学数学模型的耦合,建立了基于水动力学的实时校正模式.为了满足长江中下游江湖蓄泄关系实时评价的需求,探讨了洪水模拟与分蓄洪调度模式的耦合.通过长江中下游防汛期间的试运行,较好地解决了防洪措施蓄泄关系评估和工程优化调控模式等关键难题,为防洪规划方案的制定和实时洪水调度方案优化提供了定量的依据,主要成果已应用于长江中下游防洪规划和防汛调度方案中.     

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。     

感潮河网区水沙运动的数值模拟

根据感潮河网区水沙运动特征,建立了一维感潮河网区非恒定水沙数学模型,对河网区水沙运动和河床变形进行了数值模拟,并在水沙模拟的范围内着重对河网区内动边界的处理、挟沙力公式的选用、内边界含沙量的确定等问题进行了讨论,提出了解决问题的途径和技术处理方法。采用东江下游感潮河网区的水文和河道地形资料对所建模型进行了检验,模拟结果较好地反映了感潮河网区水沙运动的往复输运特征和河道冲淤的宏观效应。     

长江中下游水沙数值模拟研究

根据长江中下游水沙运动特征,采用水动力学、河流动力学和数值模拟技术相结合的技术途径,建立了一、二维混合的非恒定流非均匀沙非平衡输沙的数学模拟模型,对长江中下游干流、河网区和洞庭湖水沙运动及其河床变形进行了数值模拟,并在水沙模拟的范围内着重对河网区内水沙动边界的处理、河网汊点分流分沙计算模式、动床阻力和河湖交换模式等问题进行了讨论,提出了解决问题的途径和技术处理方法.为了验证模型的适应性和有效性,采用1981年至1989年10年长江中下游水文资料对所建模型进行了检验,模拟结果较好地反映了长江中下游干流、河网区和洞庭湖水沙输运特征和河道冲淤的宏观效应.     

基于越冬水鸟生境模拟的拟建鄱阳湖水利枢纽生态控制水位探讨

长江及鄱阳湖水系上游水库群运用后鄱阳湖枯季水文节律出现新的变化,为应对新的枯水情势,鄱阳湖水利枢纽作为一个选项被提出,如何确定其适宜的调控水位才能维持鄱阳湖湿地生态系统健康是其中的重点与难点.本文选择鹤类、小天鹅、鸿雁等食植物块茎水鸟作为鄱阳湖湿地生态系统的指示物种,基于EFDC水动力学模型和生境适宜度曲线构建了鄱阳湖越冬水鸟生境数值模拟模型;从食物资源与取食可及性两个方面,分苦草(Vallisneria natans)生长期和水鸟越冬期两个时段,以水深作为关键生境因子,对近10年鄱阳湖苦草及水鸟取食潜在生境面积变化进行了连续模拟;揭示了鄱阳湖苦草及水鸟取食潜在生境面积随水位的变化规律并构建了定量响应函数:苦草潜在生境面积随水位呈单峰型变化,在星子站水位为14.8 m时达到最大,约为1703 km2;越冬水鸟取食潜在生境面积随水位呈三段式变化,最大和最小面积分别约为564和476 km2,相应星子站水位分别为11.73和9.56 m.在此基础上,针对拟建的鄱阳湖水利枢纽工程,基于不同调度分期内生境保护目标的差异确定了符合天然水位波动特征的生态水位动态调控方案:下闸蓄水期内水位宜控制在16 m以下,后续根据越冬水鸟迁入情况逐步下降以增加取食生境面积,在12月次年1月的越冬水鸟数量峰值期水位宜控制在12.5 m以下,后续根据来水情况逐步过渡至江湖连通期的自然状态.成果从保护越冬水鸟食物资源与取食可及性两个方面提出了鄱阳湖水利枢纽生态水位的动态调控阈值,为江湖新水沙条件下鄱阳湖湿地生态系统保育提供了量化依据.     

水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的影响

苦草是鄱阳湖越冬水鸟的重要食物资源,为量化水位变化对鄱阳湖苦草生境的影响,基于环境流体动力学模型(EFDC)和生境适宜度曲线,构建了鄱阳湖苦草生境数值模拟模型;对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖苦草潜在生境面积变化进行了连续模拟,建立了苦草潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积变化与星子站水位的定量响应函数;并据此分析了三峡水库运用及拟建鄱阳湖水利枢纽对苦草潜在生境面积的影响。星子站水位15 m左右时苦草潜在生境面积最大,潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积分别为1 703 km^2和2 336 km^2。三峡水库运用可有效保障鄱阳湖苦草潜在生境面积,但其扰动幅度也明显减小,潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积序列标准差在三峡运用后减幅分别达到27%和47%。拟建鄱阳湖水利枢纽调控水位在其下闸蓄水期和长江上游水库蓄水调节期内宜分别控制在16 m以下和13.5 m以上,可保障潜在适宜生境及水深≤4 m水域面积与最大值相比减幅分别控制在20%和10%以内。成果明晰了水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的定量影响规律,为江湖新水沙条件下鄱阳湖生态系统保育提供了量化依据。     

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。     

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.     

水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的影响

苦草是鄱阳湖越冬水鸟的重要食物资源，为量化水位变化对鄱阳湖苦草生境的影响，基于环境流体动力学模型（EFDC）和生境适宜度曲线，构建了鄱阳湖苦草生境数值模拟模型；对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖苦草潜在生境面积变化进行了连续模拟，建立了苦草潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积变化与星子站水位的定量响应函数；并据此分析了三峡水库运用及拟建鄱阳湖水利枢纽对苦草潜在生境面积的影响。星子站水位15 m左右时苦草潜在生境面积最大，潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积分别为1 703 km²和2 336 km²。三峡水库运用可有效保障鄱阳湖苦草潜在生境面积，但其扰动幅度也明显减小，潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积序列标准差在三峡运用后减幅分别达到27%和47%。拟建鄱阳湖水利枢纽调控水位在其下闸蓄水期和长江上游水库蓄水调节期内宜分别控制在16 m以下和13.5 m以上，可保障潜在适宜生境及水深≤4 m水域面积与最大值相比减幅分别控制在20%和10%以内。成果明晰了水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的定量影响规律，为江湖新水沙条件下鄱阳湖生态系统保育提供了量化依据。     

酸雨观测异常数据的试验分析和处理方法

本文就酸雨观测仪器在测量操作中出现的异常状态进行了试验和分析,且对校错电极常数、测温系统故障、“后测K值”3种异常状态,结合酸雨观测业务实践进行了试验、分析和讨论.推导出校错电极常数的电导率订正公式;制定了仪器测温系统故障的应急观测方案;指出“后测K值”会导致数据严重失真,测量中必须严格遵循“先测K值”规程;并建议在《酸雨观测业务规范》修订时,增加本文有关的分析和处理方法.