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。     

面向生态的额尔齐斯河水库群中长期调度

为解决水库群中长期生态调度问题,以新疆额尔齐斯河流域为研究对象,构建了水库调度的网络节点图,建立了面向生态的水库群中长期调度模拟和优化两种模型,分别采用历时水量平衡的自迭代模拟优化算法和大系统协调的动态规划方法求解。结果表明,中长期模拟和优化调度结果均满足流域水资源综合利用、生态供水及相应保证率要求,且优化调度模型计算的河道内外生态供水、北疆供水、农业供水等均优于模拟模型。同时,揭示了来水与生态供水的关系,制定了关键水库的生态调度图,建立了调度函数并通过合理性检验。研究成果对额尔齐斯河水资源综合利用、保障河道鱼类栖息地、河谷林草的生态安全提供了中长期战略支持,具有重要的理论意义与应用价值。     

数字高程模型在流域水文模型应用中的若干问题

数字高程模型(DEM)在流域水文模型中得到了广泛应用,主要是因为DEM能够自动提取流域水文模型所需要的确定流域排水结构的水文信息。回顾并讨论了DEM在流域水文模型应用中的几个问题,主要包括河网自动提取的方法、DEM中排水方向的确定以及封闭洼地的处理,同时还包括在流域水文模型中应用时DEM的结构类型及尺度问题。由于由DEM生成的模拟河网与流域实际河网间存在一定的差别,最后还讨论了如何对模拟河网进行矫正的问题。     

流域水资源供需系统演化特征识别

水资源的有限性和稀缺性必然导致水资源供需系统中资源、社会经济和生态环境目标相互制约、相互冲突。在系统识别水资源供需系统协同特征基础上,根据协同学支配原理,分别在水资源供需系统资源、社会经济和生态环境子系统中设置了序参量,并运用有序度、协调度等概念,构建了一种基于协同学原理的流域水资源供需系统演化特征识别模型,并将此模型运用于东江流域,揭示了该流域不同发展时期水资源供需系统的协同异化特征演化规律。结果表明,剧烈人类活动影响下,2000年左右东江流域水资源供、需关系发生明显转变,水资源供需系统逐渐向无序、混乱状态演进。     

处理DEM中闭合洼地和平坦区域的一种新方法

数字高程模型(DEM)中的闭合洼地和平坦区域影响着流域排水网络的自动提取.目前已提出很多方法来处理这两种地形,但均针对已经形成的DEM单元网格进行处理,结果往往生成伪河道及平行河道.在回顾分析了这些方法存在的问题后,提出了一种新的处理方法,该法认为DEM中的闭合洼地和平坦区域是由于低质量的资料输入、生成DEM时的内插误差等引起的.通过增加输入地形高程信息,避免了DEM中平坦区域和闭合洼地的生成,从而使由DEM生成的河网与实际河网能够精确拟合.实例分析表明,该方法效果明显.     

数字化流域及流域信息提取方法研究

介绍了基于数字高程模型(DEM)的流域信息提取方法,包括:DEM预处理,流向及集水面积的确定,水系的生成及子流域的划分方法以及流域面积、长度、坡度、坡向等信息的提取.并将这些方法应用于安徽境内的呈村流域,进行了实例验证,构建了数字化流域.     

基于地图代数的数字地表流线模拟研究

降雨在地表上随地形流动自然形成沟谷线、汇流区、分水岭等流域形态,研究地表流水线的数字模拟对数字流域水文分析具有重要意义.提出数字地表流线模型的概念,只考虑地形因素,利用等高线图建立一个能获得区域内每滴雨水沿地表流动的轨迹模型.并运用地图代数的距离变换对等高线及所在空间进行全方位的距离度量,研究了数字地表流线模型的建立方法.实验表明,该模型利用距离变换信息而不是高程计算流向,可避免DEM高程误差对流向、流线的影响,且不需要在DEM上进行复杂的洼地、平地的识别与处理.该模型对原始数据要求不高,能有效应用于沟谷线的自动提取、汇流区自动分割和分水线网络的自动提取.     

双牌水库洪水预报及调度自动化系统研究

根据双牌水库水情自动测报系统要求,结合该水库的流域和工程特性,应用新安江模型、ＡＰＩ模型及动态规划等,对该水库洪水预报及调度进行了系统研究。     

永定河流域多水源配置与水库群优化调度

针对流域水资源系统中以“面”为主的多水源配置和以“线-点”为主的水库群调度耦合问题,提出多水源配置与水库群优化调度相耦合的二层结构方法。以永定河流域为研究实例,提出包括供水规则、引水规则、多水源供水策略以及共同供水任务分配策略的多水源配置与调度规则,以此建立多水源配置与水库群优化调度模型,分析多水源供水和不同需水情景下的调度方案,以及最优方案下的供水效益。结果表明：永定河流域考虑本地水、引黄水、南水北调水和再生水的多水源供水与节水相结合的情景方案为最优方案,生活用水保证率均大于99%,工业用水保证率均大于97%,灌溉分区供水保证率为76.7%～90.2%(除桑干河上游外),三家店断面生态供水保证率为96.3%;通过多水源供水和节水策略,可以极大地改善用水户的供水效益和保障三家店断面生态水量需求。本文方法可为流域多水源配置与水库群优化调度研究提供借鉴。     

基于库容分区运用的水库群生态调度模型

在不影响防洪、供水等现有利益格局的前提下,通过改善水库调度方式、发挥库群联合调控作用,提高生态供水保证率,是当前中国北方缺水地区流域水资源管理中的重大科学问题。把河流生态系统作为一个独立用水户,制订多用户分区运用水库群调度模拟规则,同时考虑调度方案对生态与发电的影响,建立水资源系统仿真模型,结合保证各用户供水保证率最大且尽可能均衡的目标函数,构建基于库容分区运用的水库群生态调度模型。将模型应用于海河流域滦河水系,提出了现状供水条件下潘家口、大黑汀和桃林口三大水库联合调度方案,绘制了水库群分区运用调度图,评价了调度方案对水力发电和下游生态系统的影响。结果表明,所提出的模型有效,水库群生态调度方案较之现行调度,可在不降低兴利和防洪效益的前提下,将河流生态系统供水保证率由46.9%提高到93.8%,生态水文改变度指标改善明显。     

基于DEM与实测河网的流域编码方法

借助于GIS技术对大流域进行划分与编码.修正实测河道上部分栅格单元的高程,以避免大面积“伪洼地”的出现,从修正后的栅格型数字高程模型(DEM)提取出与实测河网比较一致的模拟河网.提取出模拟河网后,再进行河网的编码,以及流域的划分与编码.提出了一种对Pfafstetter规则的改进方法,并且按照改进后的Pfafstetter规则来对河网与流域进行编码.所有编码工作是由本次研究中专门编制的程序来自动完成.将提出的方法应用于黄河流域,将整个黄河流域划分为8 255个子流域并赋予了Pfafstetter编码.     

基于“数字水调”规划的黄河水量调度方案编制

在“数字水调”规划下,将自适应控制思想引入黄河水调方案编制工作中,研究开发了黄河水量调度方案的自适应编制法。该法能够跟踪适时数据,计算分析系统状态,及时调整调度期内水库泄流计划以及用户引水计划,以达到“防凌、防断流、公平分水”的调度目标。运用该法编制了2001至2002调度年的水调方案并与当年实际调度方案进行了对比,结果显示自适应方案编制法能够快速高效的编制年、月、旬方案,编制的方案完全满足调度要求。     

对全国省界断面水资源监测站网规划主要成果的认识与建议

为配合实施最严格的水资源管理制度,水利部水文局组织开展了《全国省界断面水资源监测站网规划》编制。本文依据规划报告主要成果,明确了省际河流、省界站概念,总结了目前水文站网为水资源管理服务存在的主要问题;对省界站的特点进行了分析,结合应用需求,着重对规划原则、布设原则、选取原则及主要成果进行了介绍,规划全国省界站共841处,其中利用现有测站359处,规划新建测站482处。对规划站网成果进行了初步分析评价,全国省级行政区界的平均入境水量监测控制率约为86%,出境水量监测控制率约为88%,基本满足水资源用水总量量化考核需要,其成果填补了我国水文水资源站网规划的空白。     

黄河流域水资源调控方案评价与优选模型

在明确黄河流域水资源调控目标的基础上,结合黄河流域的水资源利用特点,从水资源利用效果和可持续发展两个方面,提出了体现水资源调控目标的指标体系;将效用理论、人工神经网络理论和理想点技术结合,建立了调控方案水资源利用效果评价模型;从可持续发展的内涵和流域水资源利用的角度,提出了流域水资源调控方案可持续发展评价的准则和量化评价方法。用黄河流域水资源调控方案验证了模型和方法是合理可行的。     

用灰色关联度法判断滕南矿区地下水系统水力联系

判断各地水下系统的水力联系是供水水文地质勘察中十分翻天覆地的工作，它是正确建立水文地质概念模型，评价地下水资源的前提，本文引进灰色系统理论，借助于水化学资料，应用灰色联联度法，对滕南矿区侏罗系地下水各系统水力联系进行判断，取得了理论效果。     

基于ART理论的自组织神经网络模型在水资源分类中的应用

BP和RBF神经网络技术以其强大的学习功能应用于水资源分类 ,取得了很好的效果。但当不具备已知样本时 ,以上技术很难应用。提出了可塑性较强、无监督的A -K网络模型 ,阐述了其基本原理和算法 ,并将其用于水文水资源研究领域中。实例表明 ,该方法能较理想地解决已知样本的分类问题 ,具有良好的应用前景     

基于AutoCAD15的等值线圈的自动绘制方法

在AutoCAD15的环境下利用VBA（Visual Basic Application)宏语言编程实现等值线图自动绘制是一个崭新的课题。分析了该课题的意义。介绍了等值线绘制的原理以及方法和过程，并给出了由程序自动绘制的等值线实例。实例表明，该方法能够获得高质量的等值线圈。     

Modeling the 3D crack network and anisotropic permeability of saturated cracked soil

Cracks on a natural soil surface provide preferential pathways for water infiltration and contaminant solute transport. Before the mechanical property and permeability of cracked soil can be studied, a crack network model must first be established. Based on statistical analysis of crack geometry from field observations, a new method of representing a 3D crack network was developed. A horizontal plane of a crack network was derived using the Voronoi diagram. Each vertical crack was idealized as an inverted triangular prism. The 3D permeability tensor was determined by modeling the water flow through the crack network. A computer program was developed to generate a 3D crack network automatically and compute the permeability tensor of cracked soil at different depths. The model was verified by comparing the measured permeability and computed permeability of cracked soil. The results showed that the computed permeability was consistent with the measured permeability.     

DEM空间分辨率的初步分析

分布式模型的输入及其参数具有时空变异性,模型的校正也依赖于网格单元的大小,因此需要确定适当的空间分辨率来描述和控制空间变化。随着分辨率的不同, DEM的精度以及由此提取的流域特征值（如高程、坡度、地形指数、河网长度）在统计特性上也会随之变化。对50 m分辨率的DEM平均取样获得150~950 m的9组DEM,对不同分辨率下提取的流域特征值进行了统计分析,并采用信息熵度量不同分辨率的信息量。