基于典型水文频率方法的新疆开都河生态需水量计算

开都河位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境内,是区域内第一大河流,近年来流域水生态环境出现不同程度的退化,亟需加大对区域水资源的生态保护。河流生态流量作为维持河流生态系统健康的关键因素,保证合理生态流量对河流水生态环境改善起着积极作用。结合新疆开都河大山口水文站1970-2019年实测水文资料,采用典型水文频率方法对开都河生态需水量进行计算。结果显示：开都河年距平率最低为1986年,为-30.68%,是开都河有记录以来最枯年份,以1986年的2月份来水量36.5 m³/s作为其生态最小水量,计算开都河全年生态最小水量值为11.59×10⁸ m³。计算成果对于新疆开都河生态保护具有重要的参考价值。     

北京延庆地区南湾道豁子沟泥石流发育特征

以北京市延庆地区南湾道豁子泥石流沟为研究对象,通过野外泥石流沟精细调查及历史资料统计,详细了解该泥石流发育特征和形成条件,针对流域内松散堆积物补给条件进行重点分析;综合研究该泥石流的动力学特征,进行泥石流危险区预测评价,提出相应的防治措施建议。研究结果表明:该泥石流沟内松散堆积物动储量为18.47×10⁴ m³,分为冲洪积、残坡积、人工堆积和崩滑塌等4种补给来源,其中冲洪积和残坡积所占比重最大;泥石流发展阶段处于衰退期;经动力学分析,洪峰流量值在10年一遇的降雨条件下为52.53 m³/s,20年一遇的降雨条件下为59.25 m³/s,50年一遇的降雨条件下为68.13 m³/s,100年一遇的降雨条件下为74.85 m³/s,对应的一次固体冲出总量分别为0.77×10⁴ m³、0.87×10⁴ m³、1.00×10⁴ m³和1.10×10⁴ m³;属于中型泥石流,最大危险区面积为0.238 3 km²。通过评价分析,该泥石流沟仍存在爆发中型泥石流的可能性,将对下游南湾村以及千沙公路行车和行人的生命财产安全造成威胁。研究成果可为延庆地区该类泥石流单沟预警模型研究和灾害防治提供科学依据。     

扩域搜索遗传算法优化马斯京根参数及其应用

马斯京根法作为河道洪水预报的重要方法,参数和系数的率定是关键和难点,直接影响其预报精度。在详细阐述扩域搜索遗传算法基本思想和性能分析的基础上,以模拟结果与实测值的误差最小作为进化目标,直接搜索马斯京根法预报方程系数,获得河道上下游流量关系方程。对黄河下游夹河滩至高村的洪水过程进行研究,传统方法的平均绝对误差为240 m³/s,平均相对误差为0.13;遗传算法的平均绝对误差为95 m³/s,平均相对误差为0.05。结果表明：遗传算法精度明显高于传统方法。在实际应用中,对于河道洪水波的传播规律性变化较大的河道,应根据不同量级洪水来模拟洪水的传播规律,并对相应量级的洪水进行预报。     

新疆绿洲格局变化与生态耗水结构分析

为准确评估新疆绿洲格局变化与生态耗水结构,综合应用遥感信息技术和统计学方法,从省域和水资源分区2个尺度系统研究20世纪90年代以来新疆绿洲的演变格局,分析绿洲生态耗水特性,揭示社会经济耗水与生态耗水之间的比例关系。结果表明,人工绿洲和天然绿洲的面积之比由0.625∶1演变为1.3∶1,其生态耗水总量分别由1990年的125.0亿m³和45.8亿m³增至2018年的182.2亿m³和71.9亿m³,呈波动增长的变化趋势;在空间上,绿洲耗水呈“北高-南低”的分布格局。新疆生态耗水总量为329.7亿m³,其中天然生态系统的耗水量为218.0亿m³,与总可利用水量之比分别为49.6%和32.8%。     

基于HEC-RAS及GIS的川西叠溪古滑坡堰塞湖溃决洪水重建

青藏高原东南缘岷江上游地区地质环境条件十分复杂,滑坡堵江灾害及堰塞湖溃决事件频发,重建其灾害演化过程对于地区性防灾减灾和风险控制具有重要指导意义。以川西岷江上游叠溪古滑坡堰塞湖为研究对象,首先利用高精度DEM和ArcGIS软件重建了叠溪古堰塞湖的原始规模,其原始最大湖水面积为1.1×10⁷ m²,相应的湖容量为2.9×10⁹ m³;然后采用经验公式法和HEC-RAS一维水力学模型重建叠溪古堰塞湖溃决洪水的水力学特征。计算结果表明,HEC-RAS模拟的最大溃决洪水洪峰流量为73 060 m³/s,与经验公式法计算结果(74 500~76 800 m³/s,平均值76 000 m³/s)非常接近,误差小于5%。对应的最大洪水深度和流速分别为70.1 m和16.78 m/s,模拟河段的洪水淹没范围约为6.08 km²。综合误差分析推测的溃决洪峰流量误差范围为69 000~81 000 m³/s。叠溪古滑坡堰塞湖溃决洪水在世界范围内是十分罕见的,其最直接的影响是在下游数公里范围的河谷内形成大量带状或台阶状的溃坝堆积体和巨砾石堆积“阶地”,且这种影响仍延续至今,这与前人关于高能洪水水文特征和沉积特征的研究认识高度一致,证明本研究成果是非常可靠的。此外,本研究还表明,HEC-RAS一维水力模型可用于高山峡谷地区古滑坡堰塞湖溃决洪水重建研究,可为青藏高原东南缘岷江上游古环境重建和地貌演化提供参考。     

城市河流基于鱼类栖息地需求的生态需水研究——以盘溪河为例

鱼类是水生生物群落食物链的顶层生物,适合作为河流生态需水计算的指示物种。以重庆主城北部的盘溪河为例,以平均流速、平均水深、水质参数等指标,2021年2-10月在盘溪河设置4个监测断面,进行水文、水质监测,并将鱼类产卵期和非产卵期适宜的水文条件(平均水深、平均流速)与生态需水量建立关系,根据鱼类栖息地需求对盘溪河生态需水进行评估。结果表明：盘溪河4个监测断面的最小生态需水量为1.70～10.68 m³/s,最大生态需水量为3.41～29.76 m³/s。雨季仅河流上游生态状况较好,最大生态需水能满足要求;枯季河流的生态状况较差,最小生态需水无法满足需求;同时,枯季和雨季监测断面的需氧量都能达标,但氨氮无法满足生态需水的水质要求。     

浅水湖泊洪水资源适度开发规模优选模型

在保障防洪与河湖生态安全的前提下,将汛期洪水尽可能多地蓄存起来以满足当前及未来一段时间的河道外用水需求,是浅水湖泊洪水资源利用所追求的目标。为综合考虑区域来水和需水不确定性、潜在储水空间和利用方式,合理确定洪水资源开发规模,采用模拟与优化相结合的方法,建立了浅水湖泊洪水资源适度开发规模优选模型,并将该模型应用于南四湖。研究结果表明：以滨湖反向调节利用方式为主的浅水湖泊洪水资源开发规模,受制于泵站启动水位、抽水能力和河道外蓄水空间的共同作用,但并不呈现线性关系,存在明显的阈值效应;南四湖洪水资源开发的适度规模为多年平均全年3.63亿m³、汛期1.56亿m³,开发条件是泵站启动水位为33.75 m、泵站抽水能力为48 m³/s、区域蓄水体容积为4.80亿m³。研究可为确定南四湖洪水资源利用规模提供依据,为类似流域提供借鉴和参考。     

维持黄河流域水沙平衡的调控指标阈值体系研究

推进黄河流域系统治理与黄河水沙协同调控是确保黄河长久安澜的关键。因受气候、生态、地形地貌和强人类活动等多系统耦合影响，约束黄河水沙整体行为的分系统协调以及各单系统水沙关系协调的表征指标筛选及其阈值确定，一直是治黄实践的难题。基于维持黄河全流域水沙平衡，构建了黄土高原-干流河道-河口水沙协同调控三级指标阈值体系，包括1个一级指标、8个二级指标和20个三级指标。结果表明：(1)流域侵蚀防控指标阈值体系中，60%的林草梯田覆盖率下可致产沙的次降水量阈值为57 mm;可基本遏制流域产沙的林草有效覆盖率和梯田比阈值分别为60%和40%;淤地坝拦沙减蚀阈值为三级沟道控制率40%～50%。(2)河道水沙调控指标阈值体系中，近期宁蒙河段平滩流量阈值约为2 000 m³/s,远期黑山峡水库建成后宁蒙河段平滩流量阈值约为2 500 m³/s;近期潼关高程调控阈值约为328 m,远期古贤水库建成后潼关高程可冲刷下降至326 m左右；下游河道平滩流量阈值约为4 000 m³/s。(3)考虑黄河三角洲淤蚀动态平衡，河口稳定沙量阈值约为2.6亿t/...     

基于地下水陆面过程耦合模型的黑河干流中游耗水分析

耗水分析能够直接揭示水资源利用的本质, 蒸散发是流域尺度耗水的主体. 将一个典型的陆面过程模型和一个地下水模型紧密耦合, 从而在地下水模型中增加具有物理机理的蒸散发描述, 同时改进陆面过程模型中地下水的动力过程, 由此在发挥这两类模型各自优势的基础上, 构建了一个地下水-陆面过程耦合模型. 利用该模型模拟了黑河干流中游2008年逐小时的蒸散发过程. 结果表明: 黑河干流中游2008年总耗水量约为35.7×10⁸ m³, 耗水最大的地表类型是农作物为19.3×10⁸ m³、 裸地和戈壁为7.2×10⁸ m³、 草地为6.0×10⁸ m³、 稀疏植被为3.1×10⁸ m³, 其中, 不同地表类型的年蒸腾量分别为8.8×10⁸ m³、 0.02×10⁸ m³、 2.2×10⁸ m³以及0.4×10⁸ m³, 对应它们的年蒸散发强度分别为: 580 mm、 117 mm、 331 mm以及202 mm. 通过耗水平衡分析也得到2008年黑河干流中游地下水呈负平衡状态, 全年地下水超采约0.9×10⁸ m³, 其中区内地下水储量在7—11月间呈增加趋势, 其他各月呈减少趋势.     

苏家屯区柳沟拦河闸过流能力计算与水位校核分析

为解决柳沟拦河闸存在的安全问题,使其满足设计要求正常运行,全面分析了苏家屯区柳沟拦河闸存在的问题,通过设计暴雨、排涝模数、排涝流量、洪水成果合理性分析等计算拦河闸过流能力,并结合设计水面线计算结果校核了拦河闸断面水位。结果表明：拦河闸段20 a一遇过流能力为122.88 m³/s, 10 a一遇过流能力为81.46 m³/s,计算成果合理可靠;20 a一遇、10 a一遇洪峰流量下过闸水位为41.08 m和38.16 m,研究成果可为柳沟拦河闸除险加固设计提供一定数据支撑。     

基于机器学习模型的淮河流域中长期径流预报研究

准确可靠的中长期径流预报是支撑水资源科学调配、提高水资源利用效率的关键。本研究采用AdaBoost模型(AdB)、随机森林模型(RF)和支持向量机模型(SVM)进行淮河流域王家坝和蚌埠站当年11月至次年10月共12个月的中长期径流预报研究。采用置换准确度重要性度量法从130项气象-气候因子及前期降雨/流量构建的1 562个因子变量中筛选出影响各月径流的关键因子,构建了基于AdB、RF和SVM模型的各月径流预报模型,模型参数采用随机搜索技术并结合交叉验证方式确定。采用变幅误差合格率和等级(五级)预报合格率指标对模型的预报精度进行了评估。变幅误差合格率指标表明,王家坝12个月的平均合格率分别为99.8%(AdB)、96.6%(RF)和95.9%(SVM),蚌埠站分别为100%(AdB)、94.8%(RF)和93.8%(SVM);等级预报合格率指标表明,王家坝12个月的平均合格率分别为79.0%(AdB)、76.4%(RF)和79.9%(SVM),蚌埠站分别为81.0%(AdB)、75.6%(RF)和76.6%(SVM)。模型均具有较好的预报效果,但RF和SVM模型对于高流量值的预报存在偏低现象,AdB模型整体上优于RF和SVM模型。     

青海省玉树当得隆沟泥石流发育特征及治理研究

在野外调查的基础上,通过分析地貌条件、地质构造等资料,结合室内泥石流特征值和动力学特征值的计算,对形成机理进行了探讨。结果表明:(1)当得隆沟泥石流类型属于稀性泥石流,容重15.8kN/m³,洪峰流量8.55 m3,洪峰流量8.55 m³/s,泥石流峰值流量29.75 m3/s,泥石流峰值流量29.75 m³/s,流速3.60 m/s;(2)通过泥石流动力学特征值计算,结合泥石流发展趋势及危险分区,确定"拦挡+排导"治理方案;(3)通过对当得隆泥石流沟问题研究,实现地质灾害防治与生态环境统筹;为该区同类泥石流防治工作提供参考借鉴。     

贺沟口流域护岸工程河道设计洪水计算分析

为建设延安宝塔区贺沟口流域水土流失综合治理与生态保护修复工程,对流域工程水文条件进行计算分析是前期基础。以贺沟口护岸工程建设为例,基于贺沟口流域控制面积较小,无实测水文资料的实际,将流域附近的西川河枣园水文站作为参证站,选用1971-2014年共44 a的连续实测洪水系列资料,采用水文比拟法、经验公式法、综合参数法和推理公式法,分别对流域河道设计洪水进行计算分析,并对成果进行比选。结果认为,推理公式法以暴雨为基础,综合考虑了前期影响雨量、流域产流和汇流特征,计算过程基本反映了流域的长度、面积、比降等因子对洪水的影响,本次河道设计洪水采用推理公式法的计算结果最为合理。即P=50%和P=100%时的洪峰流量分别为13.5 m³/s、83.5 m³/s。     

格尔木河222Rn同位素变化及其对地表水-地下水交互关系的指示意义

我国西北内陆干旱区水资源匮乏,生态环境脆弱,在全球气候变化和人类活动干扰背景下,采用同位素方法进行精细尺度地表水-地下水交互作用研究是探求当地水循环变化和水资源管理的基本要求。通过测量格尔木河流域河水、地下水样品2019年5月和8月的²²²Rn浓度和典型断面流量,结果发现：山区河段河水²²²Rn浓度最高,平均值为948.72 Bq·m^-3,指示基岩裂隙水是山区河段重要补给来源;山前冲洪积扇河水²²²Rn浓度最低,平均值为76.71 Bq·m^-3,地下水补给较少;溢出带地区河水²²²Rn浓度上升至平均676 Bq·m^-3,地下水溢出补给河水,向下至细土平原,河水²²²Rn浓度呈下降趋势。时间变化上,8月与5月相比,河水²²²Rn浓度下降,表明地下水补给减少。溢出带S1~S2河段河水与地下水交互关系以双向转化为主,基于质量守恒原理计算河水与地下水交互通量,5月和8月累积河水渗漏通量分别为3.87 m³?s^-1和0.9 m³?s^-1,地下水补给通量分别为0.51 m³?s^-1和0.47 m³?s^-1,河水渗漏强度大于地下水补给,二者交互通量存在时空差异。     

三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

大型水利枢纽的修建引起了下游河道的冲淤调整,对生态环境、防洪、航运等都有显著的影响。2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来,城陵矶以下河段冲刷加剧。为探究水库影响下游河道冲淤调整特征及其驱动机制,分析了城陵矶至九江段河道冲淤分布及断面形态变化特征:2008年以来河道冲淤变化主要集中在基本河槽,其变化占整个平滩河槽的90%以上,且基本河槽冲刷加剧;断面形态表现为河槽冲刷下切、断面趋于窄深化。在此基础上,通过建立2008—2016年河段尺度的基本河槽形态参数与水流输沙能力的经验关系,发现螺山、汉口两站流量分别为29 000~31 000 m³/s、31 000~33 000 m³/s时,河槽形态与水流输沙能力的相关性最强、造床作用和水流冲刷强度最大,因此,可以认为是2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量。2008年以后,该流量级以下的水流累积造床作用凸显,是冲淤变化部位调整到基本河槽的主要原因;同时,受各站d>0.125 mm粒径组泥沙输沙量大幅度减小、航道整治工程的影响,河槽冲刷加剧。     

大渡河上游鸡心堡滑坡形成的古堰塞湖及其环境效应

堰塞湖及其溃决洪水对山地地表过程具有强烈影响,严重危害山地区域的安全,对堰塞湖开展相关研究,可为区域现代堵江风险分析提供参考。以青藏高原东缘大渡河上游支流小金川鸡心堡古滑坡堰塞湖为研究对象,采用单片再生剂量法与标准生长曲线法相结合的方法对深度约12.5 m的湖相沉积剖面上的7个光释光样品测试年代,并进行了详细的地层学与年代学研究,恢复该堰塞湖的年代和范围,重建该古滑坡的规模,讨论了该古堰塞湖的成因及其环境效应。研究结果表明：1)研究区在距今约2～3 ka发生过一次滑坡堵江事件,形成鸡心堡古滑坡堰塞湖,持续一段时间后,形成最大流量约为2.70×10³ m³/s的洪水溃决过程;2)该古堰塞湖的堵江残留滑坡坝高约150 m,滑坡坝面积约1.41×10⁵ m²,体积约4.19×10⁶ m³,堰塞湖的面积约1.84×10⁶ m²,库容水量约6.10×10⁷ m³; 3)依据现有地...     

基于物理栖息地模拟的河道内生态流量研究

结合物理栖息地模拟模型的水力学与栖息地模型,以黄河干流兰州-石嘴山河段为研究样区及该河段的关键鱼种黄河鲤鱼为对象物种,以流速及水深二水力学因子进行研究,推求该研究样区兰州、安宁渡、下河沿、青铜峡和石嘴山五断面对象物种的流量与权重可使用面积的关系。通过对上述各断面1975-1985年汛前共11年生态、水文及断面资料的分析计算,归纳出研究断面汛前适合的生态流量分别为195、220、220、220、175 m3/s,计算结果在Tennant法界定的生态流量范围之内。     

厦门市地表水资源可利用量计算

地表水资源可利用量是合理开发利用区域水资源的重要参考依据,厦门市工农业发达、人口稠密,水资源供需矛盾突出,研究厦门市地表水资源可利用量十分必要。通过Tennant法、流量历时曲线法等5种方法计算不同水文站生态基流,根据计算结果分析确定各个水文站控制断面适宜生态需水量,并对汛期洪水弃水量计算方法进行分析,采用倒扣法计算水资源可利用量。结果表明,厦门市地表水可利用量为3.05亿m³,汛期洪水弃水量占地表水资源总量57%,在保护环境的基础上提高汛期水资源利用率,区域水资源可利用量将大幅度提高。     

基于生态需水的石羊河北部平原生态保障技术研究

针对石羊河流域日益严峻的生态环境问题,选择干旱区生态需水计算为切入点,以变异理论为基础,利用Mann-Kendall非参数检验的方法确定石羊河北部平原区地下水位恢复的目标年,用生态功能区划方法划分生态功能区,利用达西定律、阿维里扬诺夫公式计算了地下水恢复及生态目标条件下的生态需水量,并提出了相应的生态保障措施. 结果表明：石羊河北部平原区划分为5个生态功能亚区及16个三级区,地下水位恢复的目标年份为1977年,地下水恢复到1977年的生态需水量为 55.95×10⁸~74.10×10⁸ m³,2015年和2020年生态目标条件下的生态需水分别为1.66×10⁸ m³和1.80×10⁸ m³. 考虑到地下水恢复的缓慢性和现实性,建议优先考虑设定目标条件下的植被正常生长生态需水,其次通过继续压缩人均耕地面积和灌溉定额的方式保证地下水恢复.     

天津地热资源评价与综合研究

以4 000 m以浅的主要热储层为研究对象,通过总结天津地热资源特征及勘查现状,利用热储法结合水均衡法和数值耦合优化管理模型计算天津市主要热储层30 a热流体可采资源量及可采热量。结果表明: 到2045年底,热储法结合水均衡法计算的热流体可采资源量和可采热量分别为27.012×10¹⁸ m³和47.0×10¹⁶ J; 数值耦合优化管理模型计算的热流体可采资源量和可采热量分别为26.6×10¹⁸ m³和49.74×10¹⁶ J; 2种方法计算结果基本一致。该计算结果可为天津市地热资源合理开发及科学管理提供依据。