基于改进SPH模型的溃坝洪水演进模拟方法

溃坝洪水演进模拟的准确性是制约水库洪水预演有效性的关键。基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)方法提出了适用于溃坝洪水演进分析的数值模拟方法。通过设置溃口粒子与粒子库,基于黎曼不变量对SPH粒子状态进行修正,构建施加边界条件的改进SPH溃坝洪水演进模型,将SPH瞬时全溃整体模型转换为考虑溃口水流变化的入流边界模型,实现SPH方法与溃口计算模型的耦合。以Malpasset溃坝事件为例,检验了该模型计算溃坝洪水的精度,结果表明该模型精度相对较高,与实测值吻合较好;应用该模型模拟了某水库溃坝洪水演进预演过程,评估其对下游输水干渠及交叉建筑物排水倒虹吸的洪水冲击风险,结果表明在上游水库遭遇超标准洪水漫顶溃坝工况下,洪水演进至排水倒虹吸处的最大洪水位未超过校核洪水位。改进SPH模型精度高,可靠性强,与溃口计算模型耦合性好,可作为溃坝洪水演进模拟的通用手段之一。     

南水北调中线总干渠左岸区域洪水的数值模拟研究

研究开发了将坡面产汇流与沟、洪水演进有机结合的水文水力学模型。模型中采用区域洪水分析、水域全区自动跟踪识别和复杂开边界过流处理等技术。模型应用于南水北调中线总干渠工程左岸牛尾河串流区洪水的仿真计算,较好地模拟了洪水期计算区域内的降雨、坡面产汇流及河沟的洪水演进、串流状况、为总干渠工程规划设计和沿线区域防洪规划提供了重要参考依据。     

南水北调中线工程总干渠(黄河北-漳河南段) 地质灾害及防治建议

南水北调中线一期总干渠是特大型输水工程。黄河北-漳河南段为总干渠的Ⅳ渠段：沿途经过12个县市，穿越大小河流112处、铁路13处、公路145处和灌溉渠道22处。全长236．378km，其中渠道长219．29km，宽度94～150．4m，建筑物325座，累计长17．08km。     

基于Monte-Carlo方法的土石围堰挡水导流风险分析

运用Monte-Carlo方法模拟施工洪水入库过程和导流建筑物泄流的随机性,通过仿真分析确定上游围堰堰前水位变化过程及其分布函数.在此基础上,根据导流建筑物的设计规模确定导流系统的风险.通过实例验证分析说明,研究方法和计算模型是可靠的、适用的.     

丘陵山地农村公路水毁灾害成因分析与风险评价——以泉州市德化县农村公路为例

针对闽东南丘陵山地农村公路水毁灾害成因分析以及风险定量评价的问题,本文对风险评价体系进行了论述。以福建省泉州市德化县农村公路作为研究区,将农村公路水毁按照承灾体划分为5个类型,并对各类型的水毁成因进行关联系分析,得出农村公路水毁是一个综合的系统。通过对研究区内水毁灾害点的分析,将农村公路水毁风险划分为4个等级,选取降雨量、降雨强度、降雨历时、边坡土质等10个评价因子,利用层次分析法计算每个评价因子的权重,结合专家和工程技术人员对评价因子的打分值,计算得到德化农村公路典型水毁灾害点各风险等级的易发值,进而判断该点的水毁风险等级,评价结果与现场调查相符合。结果表明:层次分析法在农村公路水毁风险评价中的应用效果良好,该评价体系为闽东南丘陵山地类似的农村公路水毁风险定量评价提供了理论依据。     

防洪系统风险决策与管理的研究现状分析

从防洪系统风险的基本概念出发，分析了防洪风险的性质，在洪水风险管理、防洪堤、水库大坝以及其他建筑物工程风险、洪水预报调度风险等诸多方面分析了当前的研究情况，对防洪系统的风险管理提出了几点建议。     

山区性河流洪水风险图编制方法探讨

通过洪水风险图编制思路的分析,对山区性河流洪水风险图编制方法进行探讨,提出编制洪水风险图可采用的分析计算方法应根据洪水风险图编制对象特点和基本资料条件进行比选后合理确定,优先应用先进的计算方法和模型等不同类型河道选用不同的分析方法。     

城市化地面二维浅水模拟

城市地区存在密集的建筑,采用传统二维数值模拟方法模拟城市洪水,需要提取城市复杂的建筑物作为计算边界和加密计算网格,难以应用于大尺度城市洪水模拟。为此,引入容积率系数修改原始二维浅水方程,以反映建筑物对城市洪水演进的影响,并采用人工逆风通量向量分裂有限体积法构建数值计算模型,求解修改后的二维浅水方程。为了检验模型,采用两个算例进行验证,并对计算结果对比分析。研究表明,该模型不需要进行建筑边界提取和精细计算网格,精度上,完全能够满足大尺度城市洪水模拟精度要求。     

复杂边界条件多洪源防洪保护区洪水风险分析

为了定量获取防洪保护区在多洪源和复杂边界条件下的溃堤洪水风险信息,以非恒定流控制方程为理论基础,建立了多洪源一维河网水动力学模型和防洪保护区二维洪水演进模型,利用溃坝模型实现河道与保护区的耦联,并采用局部网格加密和相似建筑物模拟等方法处理保护区内道路等复杂边界的导阻水作用。利用所建模型模拟了长江、汉江和东荆河3种不同洪水来源, 在4种不同位置溃堤情况下汉南至白庙长江干堤防洪保护区的洪水淹没情景,采用基于淹没水深的损失率关系法对比分析了4种计算方案的淹没面积、经济损失和受灾人口。结果表明:模型构建合理、稳定性和适应性好,复杂边界对洪水演进过程影响明显,不同洪源溃堤情形的风险信息差异较大;在计算条件下,以长江发生1954年型300年一遇洪水向新溃口情形下的淹没损失最严重,其淹没面积达3 790 km2,受灾人口为196.8万人,经济损失约802亿元。研究成果可为洪水风险管理与避洪转移决策提供有力的技术支撑。     

梯级施工导流系统整体风险分析

进行流域梯级水电站开发,对相邻两座同期建设的水电工程组成的梯级施工导流系统进行整体风险分析意义重大。基于风险分析理论,考虑梯级施工导流系统水文和水力的不确定性,建立了系统整体风险数学模型。在此基础上构建了不同洪水组合情况下的风险计算模型,并利用Monte-Carlo方法耦合主要风险因素进行模型求解。同时,针对洪水过程遭遇情况下的风险模型,通过引入起始时间差随机因素来计算下游导流系统施工洪水过程。工程实例分析证明,风险分析模型和方法是可靠、有效的,为流域梯级开发条件下施工导流标准选取及导流方案优选提供重要依据。     

基于线性二次型的多级联输水渠道最优控制

灌溉输配水是水联网链路的重要环节,其自动控制水平直接影响着水联网效率和风险控制能力,对实现水资源高效管理与利用有重要意义。通过变化输水渠道线性积分时滞控制模型,建立了多级联渠道离散时间状态空间方程,基于线性二次型理论设计最优状态反馈控制器,利用MATLAB求解和SOBEK模拟进行了验证。在甘肃省昌马南灌区多级联渠道运行过程优化控制的模拟结果显示,线性二次型算法能够使控制点水位较快恢复并稳定在设定值,控制过程动作与水位波动次数少、幅度小,效果远优于常规分布式PI反馈控制。线性二次型算法能够应对多级联渠道时滞、耦合特性和一般未知取水扰动,实现可靠供水服务和有效运行控制。目前算法仅采用反馈控制,尚无法应对过大未知取水扰动,还有进一步改进空间。     

Recharging of contaminated aquifer with reclaimed sewage water

About 40% of the water supply of Cairo, Egypt, is drawn from a groundwater reservoir located southeast of the Nile Delta. Several thousand shallow wells supply drinking water to the farmers from the same groundwater reservoir, which is recharged by seepage from Ismailia canal, the irrigation canal network, and other wastewater lagoons in the same areas. Sewage water lagoons were located at the high ground of the area, recharging contaminated water into the aquifer. Since the groundwater in this area is used for drinking purposes, it was decided to treat the sewage water recharging the aquifer for health reasons. In this paper a solution to the problem is presented using an injection well recharging good quality water into the aquifer. A pumping well located at a distance downstream is used to pump the contaminated water out of the aquifer. A three-dimensional solute transport model was developed to study the concentration distribution with remediation time in the contaminated zone.     

Quantifying the failure probability of a canal levee

Polders in the Netherlands are protected from flooding by flood defence systems along main water bodies such as rivers, lakes or the sea. Inside polders, canal levees provide protection from smaller water bodies. Canal levees are mainly earthen levees along drainage canals that drain excess water from polders to the main water bodies. The water levels in these canals are regulated. During the last decades, probabilistic approaches have been developed to quantify the probability of failure of flood defences along the main water bodies. This paper proposes several extensions to this method to quantify the probability of failure of canal levees. These extensions include a method to account for (i) water-level regulation in canals, (ii) the effect of maintenance dredging on the geohydrological response of the canal levee and (iii) survival of loads in the past. The results of a case study demonstrate that the proposed approach is capable of quantifying the probability of failure of canal levees and is useful for exploring the relative benefit of risk mitigating measures for canal levees.     

有限供水条件下水库和田间配水整合优化调度

针对多水源多作物灌区,研究有限供水条件下灌区优化配水问题。模型中既考虑水库优化调度,又考虑田间优化配水。模型思路:根据灌区水土资源分布状况,将全灌区划分为多个子区,每个子区种植有若干种作物。如果把每个子区每种作物所在的田块看作一个土壤水库,则可采用水库群调度的方法研究这类灌区优化配水问题,文中采用的是优化控制方法。为了证明模型的正确性,同时建立了3个模型。模型1:既不考虑水库优化调度又不考虑田间优化配水;模型2:只考虑水库优化调度;模型3:只考虑田间优化配水。实例计算表明,整合调度模型能产生较多的效益(特别在干旱年份),优化控制方法计算性能良好。     

城市饮用水源地水环境健康风险评价及风险管理

环境健康风险评价是环境科学的一个新兴研究领域,在简要介绍水环境健康风险评价基本方法的基础上,建立了健康风险评价模式,并根据深圳市主要饮用水源地水质监测资料,进行分析与评价。研究结果表明:(1)深圳市7个主要水库由基因毒物质所产生的健康风险的数量级为1 0-5~1 0-4,而由躯体毒物质所产生的健康风险的数量级为1 0-11~1 0-10,因此,基因毒物质为优先控制污染物;(2)对于Cr、As、Cd这三种基因毒物质,这7个水库的优先控制污染物是Cr;(3)对于躯体毒物质,所有水库的优先控制污染物是氨;(4)饮用水源各类污染物所致健康危害的个人年总风险小于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受值,但超过瑞典环保局、荷兰建设和环境部推荐的最大可接受水平。目前环境健康风险评价还没有包括在常规环境评价工作中,建议在今后的评价工作中应该逐步开展这方面的工作,以提高供水安全。     

南水北调中线典型承压水地层渠段渗流场数值分析

南水北调中线工程中,渗流问题是影响渠道衬砌及渠坡稳定的关键因素之一,在具有承压水地层的深挖方渠段尤其如此。为更全面分析该类渠段渗流场分布特征及渗控措施合理性,采用渗流自由面、密集排水孔三维有限元精细模拟技术,针对典型深挖方渠段建立渗流模型,模拟渠道渗流场分布,分析渗控措施的效果。结果表明,在具有承压水地层渠段布置排水垫层,并结合逆止阀以及渠坡排水孔等综合措施,能有效降低渠底衬砌板下扬压力,为工程安全运行提供有力保障。     

Evaluation of the health risk from water contamination in the city of Tandil, Argentina

The paper focuses on the concentration of nitrates detected in superficial waters (lake and streams) and groundwater (wells) used as sources of water supply. It attempts to determine the level of risk due to the presence of urban industrial uses and correlate it with the quality of urban life, in order to determine social vulnerability to the risk of industrial contamination. A geographic information system (GIS) was constructed with layers for various census data, topographic and landuse features and the location of water samples. An index of quality of life was developed using selected variables. This was then compared to the essential services provision data and the results of the water sample analyses. The concentration of nitrates (mg/l or ppm) in the water samples was determined. These values were translated into maps of contaminants, which were then correlated with their possible sources and with the quality of life of the population affected. The concentration of nitrates in wells has been considered alarming, but more concern has been expressed about concentrations in the public water supply network. Spatial correlation between areas with high risk of contaminated water and areas with the worst quality of life, indicates the importance of controlling chemical contamination, and demands improvements in the public water supply network and revision of the theory of social vulnerability.     

南水北调渠坡膨胀土胀缩特性及变形模型研究

南水北调工程膨胀土渠坡变形受大气降雨、蒸发等干湿循环作用较为显著,揭示渠顶膨胀土在干湿循环作用下的胀缩变形和垂直位移变形特征,可为渠坡的稳定性评价与处治方案提供依据。利用膨胀土室内胀缩特性试验结果,结合垂直位移量、含水率、降雨量、蒸发量和气温监测等现场观测数据,分析渠顶位移量和影响因子间关联度,建立了干湿循环作用下渠顶膨胀土的竖向变形模型。研究结果表明,以含水率、降雨量、蒸发量等构成的胀缩因子与渠顶垂直位移呈负相关关系,胀缩因子引起垂直位移分量较小;温度因子与渠顶垂直位移呈正相关关系,对渠顶垂直变形有较大影响,是影响渠顶变形的主要因素;渠坡开挖（时效因子）在施工初期对渠顶垂直变形有一定的影响,开挖完成后对渠顶垂直变形影响甚微。     

城区雨洪利用策略及雨洪滞蓄系统容量分析

台湾有将近80%的人口居住于城市地区,使得供水系统负荷增加、脆弱度提升,而城市化也导致径流量增加使得洪灾风险提高。拟整合供水、灾备用水和雨洪消减,并对雨洪滞蓄系统进行雨洪利用策略及容量分析研究。以台湾新北市秀峰国小为基地,规划雨水储留供水系统、渗透侧沟系统、生态池系统串联的雨洪滞蓄系统,建立多目标替代方案进行分析评估。采用绿色建筑设计方法结合合理化公式进行降雨径流演算。结果表明,在各替代方案下,系统需设置容量55~185m³,径流量削减率为26.5%~100%、洪峰削减率为15%~100%、供水率为5%~7.5%、灾备用水天数则从3d提升至19d。所提出的规划方法可以较小的设置容量达到雨洪滞蓄多目标利用效果。     

基于PCA-PSO-SVM的凡口铅锌矿地区岩溶地表塌陷危险性预测

岩溶地表塌陷是由多个影响因素共同作用导致地面形成塌陷坑（洞）的一种动力地质现象,具有隐蔽性和突发性的特点,常规简单数学模型难以对地表塌陷危险性准确预测。文章先通过主成分分析法（PCA）对选取的地下水位、地下水位波动幅度、给水度等11个影响因素提取5个主成分,对导致地表塌陷危险性的主成分进行全新的解释,同时引入粒子群算法（PSO）优化的支持向量机（SVM）方法,建立PCA-PSO-SVM岩溶地表塌陷危险性预测模型,并结合凡口铅锌矿地区工程实例,将预测结果与单一的SVM模型预测结果进行对比,表明PCA-PSO-SVM危险性预测模型精度更高,可以更好地为岩溶地表塌陷防治工作提供依据。