钱塘江河口段盐水入侵的时空变化及预测模型

杭州城市供水85%取自钱塘江河口段,取水水质在枯水大潮期都不同程度地受到盐水入侵的威胁,分析钱塘江河口盐水入侵时空变化及研制二维数值预测模型对保障城市供水安全十分必要。根据钱塘江河口段实测水文氯度资料,分析了强潮作用下盐水入侵的时空变化特征;据此构建考虑斜压作用的二维水流、盐度输移的耦合数学模型,计算格式采用守恒性较好的有限体积法;在模型验证的基础上,数值分析了径流和潮汐对钱塘江河口段盐水入侵的影响,结果表明河口段的盐水入侵明显地受径流和潮汐的影响,据此可通过增大上游新安江水库的下泄流量抑制盐水入侵上溯以减小取水口氯度及超标时间,确保用水安全。     

年径流频率分析的一次二阶矩法及其应用

针对流量资料极短时传统年径流频率分析方法——适线法不再适用的问题,分析了基于水文过程,由影响径流形成的因子推求年径流频率的一次二阶矩法的可行性,并讨论其在无流量资料流域应用中所存在的问题与解决方法。以江西省20个流域为研究对象,采用无参数Schreiber方程与单参数Fu-Zhang方程的水量平衡式作为年降雨—径流模型,结果表明:①一次二阶矩法的分析结果与实测年径流的经验频率较为吻合;②无流量资料流域中,忽略土壤含水量年间变化的作用,Fu-Zhang模型的分析结果比Schreiber模型好;③无流量资料流域中,Fu-Zhang模型中的参数ω可采用反距离权重法估计。     

基于时序分解与机器学习的非平稳径流序列集成模型与应用

揭示变化环境下非平稳径流序列波动特征,可为提高径流预测精度和涉水工程规划提供支撑。针对径流序列具有非平稳性、周期性和异方差性的特征,收集长江流域攀枝花、城陵矶和大通站2008—2018年实测径流资料,基于周期趋势分解法(STL)将原始数据分解为周期项、趋势项和剩余项,结合各子序列特征采用多模型集成获取未来径流的综合预测值,并将预测结果与Prophet、LSTM和GARCH等单一模型进行对比。结果表明：联合机器学习和时序分解的集成模型在多个评价指标上均优于单一模型,且对异方差效应显著的站点模拟精度提升明显;验证期内3个站点的纳什效率系数分别为0.96、0.95和0.93,表明该模型能有效模拟长江流域径流波动过程。     

基于MIKE 11的北京市典型区域降雨径流特征研究

以北京城市化发展区凉水河大红门闸控制流域为典型区域,在分析区域20世纪80年代到2000年后下垫面变化特征的基础上,结合区域同时期的降水和径流资料,采用MIKE11软件中的UR-BAN模块构建流域降雨径流模型,以流域模拟流量和实测流量拟合效果最佳为原则,利于多场次的实测降水进行降雨径流的模拟分析,研究区域城市化发展对水文特性变化的影响。     

淤泥质海岸入海河口闸下港道河相关系

以江苏沿海北部的射阳河闸下港道为原型,建立二维水动力及泥沙输运概化数学模型,模拟了淤泥质海岸闸下港道淤积过程。分别在不考虑径流年内分配变化和考虑径流年内分配变化的情况下,研究了入海径流对港道内水沙动力和冲淤演变的影响。参考前人研究成果,结合量纲和谐准则,根据模型的计算结果,建立了淤泥质海岸闸下港道年均平衡流量与汛期排水比例、河床断面积、外海潮差、潮波变形、港道长度等因素间的河相关系式,对在实际情况中达到动态冲淤平衡的某条特定港道,可简化为港道年均流量与河床断面积间关系式的简化形式,并通过分析实测资料,对公式的简化形式加以佐证。     

冰川流域径流估算方法探索——以科其喀尔巴西冰川为例

利用科其喀尔巴西冰川2005年6月至2006年5月水文、气象资料,并结合15 m融合TM、1∶[KG-*2]50000地形图、FY 2C数值产品和NCEP/NCAR再分析资料等,构建了10个简单、具有一定自主创新意义的分布式冰川融水径流模型（空间分辨率60 m）,较好地模拟了研究冰川流域的日平均流量。结果表明,利用FY 2C总云量资料并结合辐射传输参数化方案能够较好地估算流域太阳入射短波辐射;单独利用总辐射有直接估算大型冰川流域某段时期融水径流的可能。气温与冰川末端流量呈指数关系,度日因子模型更适合于消融季节;提出的基于单元格气温和海拔的简单消融模型有望改进度日因子模型。在气温指数模型中加入太阳辐射调整系数,能够更好地估算冰川融水径流。简化分布式能量平衡模型能够反映大型冰川融水径流的变化;单层汇流方案在一定程度上能够概化托木尔型冰川的汇流过程。     

冰川流域径流估算方法探索——以科其喀尔巴西冰川为例

利用科其喀尔巴西冰川2005年6月至2006年5月水文、气象资料,并结合15 m融合TM、1∶50000地形图、FY-2C数值产品和NCEP/NCAR再分析资料等,构建了10个简单、具有一定自主创新意义的分布式冰川融水径流模型(空间分辨率60 m),较好地模拟了研究冰川流域的日平均流量.结果表明,利用FY-2C总云量资料并结合辐射传输参数化方案能够较好地估算流域太阳入射短波辐射;单独利用总辐射有直接估算大型冰川流域某段时期融水径流的可能.气温与冰川末端流量呈指数关系,度日因子模型更适合于消融季节;提出的基于单元格气温和海拔的简单消融模型有望改进度日因子模型.在气温指数模型中加入太阳辐射调整系数,能够更好地估算冰川融水径流.简化分布式能量平衡模型能够反映大型冰川融水径流的变化;单层汇流方案在一定程度上能够概化托木尔型冰川的汇流过程.     

流量测验误差分析及对推求设计洪水的影响

流量是综合开发利用水资源的一项重要基础资料,通过研究其误差来源与误差规律性,不但对水资源开发利用的相关设计具有重要意义,其对于水文测验科学技术水平的提高和发展也是非常重要的。由实测流量资料推求设计洪水,由于实测流量资料存在的误差,对推求的设计值将产生不同的影响。本文较全面地分析了流量测验的误差来源、性质和分类,根据《河流流量测验规范》的相关内容,对流量测验误差进行了较全面的分析,总结探讨了流量测验的总不确定度的计算、流量各单项误差试验资料的收集及分析、计算,还研究了流量测验误差对推求设计洪水的影响。结果表明：由原始数据采用适线法推求参数,在用实测资料推求设计洪水时,由于资料的误差会使所推求的设计洪水值系统偏大于真值一般情况下,正常测验的流量高水资料的相对误差的均方差不到10%甚至小于5%,由于流量资料误差而使所推求的设计洪水偏大不到5%。正常情况下收集的流量资料的误差对推求设计洪水影响较小。但应尽量减少资料的测验误差,提高资料测验的精度以满足国家各部门的需要。     

河流集合预报方法(ESP)在水资源中长期预测中的应用研究

中长期径流预测是水文水资源研究领域中的一项重要内容,为水资源规划管理及可持续利用、防汛抗旱、水库调度与发电计划制作、工农业用水计划编制等提供科学依据,对国民经济发展具有十分重要的意义.但由于大气圈极其复杂,水文要素并非仅是气象强迫输入的函数.它还受流域基本特性,前期来水以及人类活动等诸多因素的影响,中长期径流预测在其计算中存在着多种不确定性.因此,中长期径流预测一直是水文预测研究中难度较大的课题之一.本文引入河流集合预报方法(ESP),以丹江口水库为应用实例,利用水文气象历史资料和新安江水文模型,预测分析水库2007年10月份每旬的平均入库流量及概率分布统计,并经与实测流量过程对比分析,满足水库运行调度需求,为水库发电计划制作提供了可靠依据.     

西线南水北调雅砻江调水坝址径流模拟

西线南水北调各调水坝址位于高寒地区，实测水文资料十分欠缺，给设计流量的确定带来了许多困难。应用笔者在河西走廊黑河山区流域建立的径流模型，对雅砻江上游雅江流域的甘孜水文站控制流域和温波调水坝址水文站控制流域的水量平衡和径流形成过程进行了模拟计算和研究，雅砻江上游山区流域总体上表现出随海坡的增加，降水量减少，径流系数减小的特征,而融雪径流在径流形成中起着重要的作用，以常规气象站的月气温和降水作为模型的初始输入，分别对丰水、平水和枯水年份的月径流量进行模拟计算，从而得出多年流量序列，由此，对实测水文资料欠缺的山区流域设计流量的确定和校核提供了方法和依据。     

Dynamic characteristics of saltwater intrusion in the Pearl River Estuary,China

River discharge, tide, wind, topography and other factors all have great impacts on the saltwater intrusion of Modaomen Waterway (MW), a major outlet of the Pearl River Estuary. A coupled 1D–3D numerical model was applied in this study to account for the dynamic characteristics of saltwater intrusion in the MW, and the impacts of tide and river discharge on the length of saltwater intrusion were uncovered. Results are as the followings: (1) River discharge from upstream induces an obvious dilution of salinity along the MW, whereas tide can exert a positive force that pushes salt water landward. The effects of river discharge and tide on the length of saltwater intrusion can be well described by a regression function; (2) the saltwater intrusion along the MW is generally aggravated by increases in tidal range from the South China Sea. The length of saltwater intrusion usually reaches a maximum 2 or 3 days before spring tide, and the hourly length of saltwater intrusion along the MW usually slows the tidal process for approximately 4 h, which can provide important information that the pumping operation along the MW to store freshwater in the backup storages needs to be at least 3 days ahead of the spring tide so as to avoid serious impact from saltwater intrusion; (3) the length of saltwater intrusion generally decreases with increasing river discharge. In 2005, 2009 and 2010, the average river discharge from upstream was 2680, 2630 and 3160 m³/s, respectively, with corresponding average lengths of saltwater intrusion of 32.7, 42.3 and 21.4 km. The inverse correlation between the water flow and the length of saltwater intrusion may provide some guidance for operations to maintain enough upstream flow to dilute the salinity and therefore satisfy the domestic water supply.     

长江口南支河段盐水入侵规律的研究

依据实测资料分析和数学模型计算分析了上游径流、外海潮流以及河势变化对长江口南支河段盐水入侵的，同时着重研究了长江口北支以及南支下游的南、北港三个盐水入侵源对南支河段盐水入侵的影响。研究表明：徐六泾水域基本不受盐水入侵的影响；浏河口以上主要为北支倒灌盐水所控制；钱泾、七丫口河段受北支倒灌的影响；宝钢水域受到三个人入侵源的共同影响，其含氯度峰值一般发生在中、小潮期，主要取决于北支倒灌南支的过境盐水。综     

径潮共同作用对径流型河口盐水上溯的影响

为进一步认识径流型河口枯季盐水上溯距离变化的影响因素及其作用机制,将实际河口简化并在不同径流量下分别用等潮差正弦潮和主要分潮驱动,进行盐水三维数值模拟试验。结果表明:随着径流和潮汐两大基本作用的相对强度不同,平衡态下盐水形态和位置自动调整并最终达到盐输运平衡,径流量小于3 000 m3/s且潮差小于2 m时,最大上溯距离随潮差的变化规律在不同径流量下存在明显差别;大小潮半月周期内盐水呈现非平衡态,非强混合时潮周期盐水上溯最大距离围绕平衡态随潮差呈顺时针绳套关系变化。径流导致的密度环流作用和潮汐的混合作用交织,两者相互影响并协同发展,两种作用相对强度的不同是导致径流型河口盐水上溯距离变化显著的主导因素。     

磨刀门水道咸潮入侵及其变异分析

随着区域经济及人口的进一步增长,珠江三角洲磨刀门水道已成为江门、中山、珠海、澳门等城市重要的水源地,相应咸潮入侵对供水安全造成的危害也越来越严重。本文依据实测资料和现场调研,对磨刀门水道咸潮入侵的潮相变化、径流—咸潮的响应模式、风对咸潮入侵的影响及咸潮入侵的历史演变趋势及其变异、最小压咸流量及最佳压咸时机等进行了研究。研究结果表明,影响咸潮入侵的主要因素是径流,有利于咸潮入侵的风向为北风～东北风。以思贤滘流量(即马口水文站与三水水文站流量之和)为参照,为保障珠海、澳门供水安全,磨刀门水道最小压咸流量范围为2200-2700m3/s,平均流量为2450m3/s,最佳压咸补淡的时机为大潮转小潮期,也就是朔望(半月)周期的落潮期。     

人类活动对河口咸水入侵的影响

采用新安江水库建库前后及钱塘江河口治江缩窄前后的实测氯度资料分析了大型调节水库增加了枯水径流,治江缩窄改变了潮汐特性和进潮量这两类人类活动对咸水入侵的影响,又采用一维咸水入侵数学模型进行了上述影响的验证和计算分析,结论基本一致.     

长江口咸潮入侵扩散响应函数及初步应用

咸潮入侵是入海径流和潮汐共同作用的盐度扩散过程。以量能累积与阻抗交互作用过程为理论基础,采用逻辑推理和数学分析推导了入海流量、潮差和咸潮入侵面积三者扩散响应的函数关系和曲线型态,并利用长江口近50年枯季入海流量、潮差和咸潮入侵面积进行了实证分析。结果表明,在一定入海流量条件下潮差与咸潮入侵面积关系具有S型曲线特征,入海流量与咸潮入侵最大面积关系也具有S型曲线特征,共同构成一个三维咸潮入侵扩散响应函数;长江口近50年的实测数据实证了上述三维关系特征,据此构建了双曲正切的S型长江口咸潮入侵扩散响应函数,并阐述了参数定值与量化方法;以此函数为基础,分析确定了长江口入海流量大于10 000 m3/s时可抵御大规模咸潮入侵,同时计算了2001-2012年咸潮入侵损失。     

Lateral Saltwater Intrusion in the North Channel of the Changjiang Estuary

Saltwater intrusion typically develops in the along-channel direction but exceptions can be found in bifurcated estuaries. Based on the observational data, we found that the saltwater intrusion in the upper reaches of the North Channel (NC) of Changjiang Estuary is dominated by the lateral saltwater intrusion from a small northern outlet (denoted as NONC) of this channel. This phenomenon has severe effects on the freshwater usage in this region. To investigate the underlying mechanisms of this pattern of intrusion, numerical experiments were conducted using a well-validated model. A flux decomposing method was used to decompose the process of saltwater intrusion into several mechanisms. During the neap tide, the saltwater begins to intrude landward into the NONC through shear transport induced by estuarine circulation. During the transition period between the neap tide and the following spring tide, the saltwater that previously reached the NONC further intrudes into the NC via Lagrangian and tidal pumping transports, causing a significant salinity increase in the middle and upper reaches of the NC. During the spring tide and the subsequent middle tide, saltwater intrusion in the NONC retreats. The impacts of the topography of the NONC and the wind stress on this lateral saltwater intrusion were also evaluated in this study.     

山东烟台夹河中、下游地区海水入侵三维水质数值模拟研究

建立了三维变密度对流弥散水质数学模型来研究山东省烟台夹河中、下游地区咸淡水界面的运移规律。以四面体为基本离散单元 ,推导出三维海水入侵变密度水质模型求解的数值方法 ,其中水流方程求解时运用了迦辽金有限单元法。溶质运移方程求解时运用了欧拉拉格朗日混合方法 ,将对流项与弥散项分离 ,用传统迦辽金有限元方法求解弥散项 ;采用自适应MOC MMOC法求解对流项 ,以消除人工过量和数值弥散。根据地下水的潮汐效应观测信息 ,确定了含水系统的海底延伸边界 ;利用该地区地下水水头及水质长观资料识别了模型的水文地质参数 ,探讨了夹河地区海水入侵的原因 :认为夹河下游地区滨海地带地下水过量开采是造成烟台地区海水入侵的主要原因。此外 ,海水随潮定期地倒灌进入夹河 ,通过局部岩性天窗侵入淡水含水层加剧了沿夹河河床两侧地下水的咸化。同时还预测了几种情况下地下水的水质演化趋势 ,为防止和减轻夹河地区海水入侵提供合理、科学的依据。     

长江口北支水道萎缩淤浅分析

根据1958～2009年长江口北支水下地形实测数据,基于GIS技术进行计算分析,结果表明：长江口北支水道趋于萎缩淤浅,其发展特征表现在河道宽度缩窄、水深变浅、水域面积减少以及河槽容积缩小;其驱动原因为1955年左右的自然河势调整以及几十年来沿岸人工围垦工程;北支萎缩淤浅造成了水道消亡加速、水沙倒灌风险加大。拟应采取修闸建坝等水利设施,充分利用北支水道的价值,减小其负面风险。     

珠江口咸潮入侵分析与经验模型——以磨刀门水道为例

收集了2004-2006年珠江口磨刀门水道咸潮发生时测站(1~7)逐日定时观测的的含氯度、水位与流量数据,分析了各监测站含氯度与水位的日变化与年变化,导出了咸潮演变各过程中,含氯度与径流、潮流、河口地形等的关系式,建立了珠江口地区磨刀门水道咸潮入侵的经验模型。据此,模拟了2006年1月12日的磨刀门地区的咸潮入侵态势,经过和沿途各观测点验证发现与实测数据非常吻合。以含氯度等于250mg/L(饮用水的含氯度最大值)的点作为咸潮入侵的最远点,用简化修改后的盐度模拟模型计算了磨刀门咸潮入侵最大距离,并根据2006年1月12~20日的河口含氯度与最近的上游天河站的径流量实测数据计算出相应的咸潮入侵最大距离。研究表明,在河流枯水期(珠江河口通常是12月至翌年3月),只要获得当天河口的含氯度和上游测站的径流量数据,就能利用此经验模型估算出河流各点的含氯度,作出盐度模拟图,并估算出相应的咸潮入侵最大距离。