富春江入库控制断面水位计算方法研究及误差分析

近年来受人类活动影响,富春江流域下垫面因子发生重大改变,传统水位流量关系无法应用。为应用水位比降法推求入库控制站有效入库流量,首先要对水位资料进行分析计算。以圣维南方程组为理论基础建立水动力学模型,考虑河道糙率的空间变异性,根据已有资料对富春江水库上游河道进行概化,模拟计算2013年女埠站洪水水位过程。同时采用经验相关法建立水位关系函数求解女埠站水位。2种方法模拟计算精度皆较高,水动力学方法在验证期洪峰模拟上优于经验相关法,而后者在洪水过程模拟上的确定性系数更高。由计算结果误差分析可知考虑水力要素时间变异性的水动力学模型能更好拟合退水过程,值得深入研究。     

丹江干流(河南段)生态流量研究

由于对生态流量缺乏重视,丹江干流的水电开发已对下游河道生态造成了严重影响,因此亟需提出生态流量的泄放标准和措施。本文根据荆紫关水文站实测径流资料,主要采用水文学方法对河道进行了生态流量计算。经分析比较,提出了丹江干流电站逐月生态流量的建议值,推荐的生态流量占河道多年平均流量的12.3%～44.0%,并提出了下泄生态流量的保障措施和建议。本文为丹江河南段的水生态保护提供了参考,对保护丹江湿地国家级自然保护区的生态具有一定意义。     

河道流量测量与计算方法研究

获得河道流量常用的方法是实测流速乘以面积法和实测水位转换法。测流速精度高但成本高,而直接由水位估算流量经济但精度不够高。采用飞来峡水文站实测的流速与流量,对中泓一点法、水位流量法和水位-流速-流量拟合法3种方法进行了对比研究。发现在传统的水位流量关系中加入了一个点的流速后能够显著的提高流量的计算精度。基于现在流速仪技术的发展,可以在河道断面长期布置一单点流速仪,实时观测一点流速,所以采用水位-流速-流量法是未来获得高精度河道流量的可行方案。     

杭州三堡排涝泵站上游河道冲刷计算与分析

杭州三堡排涝泵站是国内规模最大排涝泵站之一,工程充分利用京杭运河作为排水通道,实现已有资源的有效利用,但必须处理好排涝与航道安全两者的关系。通过建立泵站上游河道水流数学模型,计算上游代表水位站点拱宸桥水位在1.6~3.6 m,泵站排涝流量为50~200 m3/s间的各种工况条件下的流速情况,建立了拱宸桥水位、排涝流量与河道沿程典型断面近底层流速关系,并对主要河段河床质取样进行颗分试验,分析河道典型断面河床冲刷情况。通过计算分析认为在已有河道条件下,水深是影响河床冲刷与否的关键性因素,因此需要按不同水深控制泵站排涝流量,以保证河床稳定和河岸安全。     

长江宜昌——九江站间水流传播时间分析

根据河道水流传播时间国内的研究现状,分析了影响水流传播时间的因素.研究区间是长江干流宜昌站至九江站:宜昌站作为上游研究站,三峡水库的出流控制站;九江站作为下游研究站,鄱阳湖区长江干流来水的控制站.应用相应水位法计算宜昌站-九江站水流传播时间,根据天然河道水流波的传播原理,结合三峡水库调度对水流传播时间的调控,用实测水位流量资料分析水流传播时间的变化规律.以上、下游站的洪峰水位建立相应关系,并用水力学方法计算了水流传播时间,为长江水库防汛抗旱调度提供一定的依据.     

基于Tennant改进法的讨赖河生态流量分析与评价

基于冰沟水文站、鸳鸯池水库站的长序列水文资料,通过Tennant法、中位数改进法和众数改进法对比分析,最终确定了讨赖河干流在一般用水期和用水高峰期的生态流量,同时对现状水平年的生态下泄流量进行对比评价。结果表明:①冰沟水文站用水高峰期生态流量为2.332 m~3/s,一般用水期为1.258 m~3/s;而鸳鸯池水库站用水高峰期生态流量为0.989 m~3/s,一般用水期则为0.778 m~3/s;②现状水平年(2016年)冰沟水文站、鸳鸯池水库站的用水高峰期和一般用水期月平均流量均可达到相应生态流量的最佳范围;③2016年,冰沟水文站在一般用水期生态流量达到最佳生态流量的天数为181 d,鸳鸯池水库站的一般用水期生态流量达到最佳生态流量的天数为137 d,达到极好生态流量的天数为19 d,达到好的生态流量的天数为22 d。因此,冰沟水文站、鸳鸯池水库站均可基本满足河道一般用水期的生态流量。     

河道生态需水量计算方法及应用研究

首先对河道内生态需水计算方法进行了研究,采用Tennant生态环境状况评价等级标准对常用的五种生态需水量计算方法进行了评价。其次,分析了河流受降雨、污染物、水生生物三大因素的影响条件下的状态变化。将所研究的计算方法应用与丰乐河生态需水量计算。结果表明,丰水期(5-9月)河道生态需水量可采用多年同期平均流量的65%~75%计算;枯水期(10月-翌年4月)生态需水量可采用多年同期平均流量的40%~60%。实践证明,研究结果对于河道生态需水量计算具有重要参考价值。     

鄱阳湖水位变化及其归因量化研究

近年来鄱阳湖枯水期水位屡创新低，导致流域经济社会发展和生态环境保护问题日益突出。为探明鄱阳湖水位变化规律，量化不同影响因素对鄱阳湖水位变化的贡献程度，研究采用Mann-Kendall检验方法和多项式回归分析方法对鄱阳湖水位变化趋势及成因进行量化分析。以星子站和湖口站分别作为鄱阳湖的水位和流量代表站，以九江站作为长江中下游干流代表站，首先选取1981-2021年长江流域和鄱阳湖同期长系列实测数据，通过相关性分析辨识了鄱阳湖代表站星子站水位变化的主要影响因素；进一步采用Mann-Kendall检验方法分析了鄱阳湖水位变化的趋势特征，最后基于水量关系量化了不同影响因素对枯水期鄱阳湖水位变化的贡献度。结果表明：从水量上看鄱阳湖水位变化受九江站和湖口站总水量变化影响较大；三峡建库前1981年开始，鄱阳湖最低水位呈显著下降趋势，建库后正常蓄水期鄱阳湖最低水位较初期蓄水期抬升了0.44 m，表明三峡水库枯水期消落补水调度在一定程度上缓解了鄱阳湖枯期水位下降趋势；蓄水期三峡工程蓄水并非影响鄱阳湖枯水期水位降低的关键因素（贡献度为35.4%），而主要受长江上游、三峡-九江区间来水减少、鄱阳湖流域天然来水...     

鄱阳湖口水位流量关系研究

水文站的水位流量关系变化反映了江湖之间的相互作用，为探究长三峡工程投运后长江与鄱阳湖的相互影响，分析了九江与湖口站的水位流量关系，基于考虑回水顶托作用的水位流量关系，建立了九江、湖口水位流量计算方法。研究表明：三峡工程投运后，九江站水位流量曲线下移，多年平均水位较三峡建库前降低0.8 m，综合线低水位区域也逐年下移，受九江水位降低影响湖口站平均水位降低0.7 m，三峡工程对长江干流的影响范围在大通以上，长江对鄱阳湖的顶托作用减少1.1%；基于前人成果，研究了湖口流量计算方法，2003-2021年资料拟合的计算公式精度达到86%，建立了湖口水位流量关系曲线，提出了湖口倒灌判别关系，当九江与五河流量之差超过30 000 m3/s时可能发生长江水倒灌鄱阳湖，研究成果为长江与鄱阳湖顶托关系分析提供了一定借鉴。     

基于改进River2D模型的呼兰河干流生态流量研究

为探究呼兰河干流生态流量并作为流域生态调度的依据。采用改进的River2D模型，将河道水动力模型和鱼类栖息地模型相耦合，模拟呼兰河干流七星鱼最适宜栖息地面积时所对应的河道流量范围。为了获得更好的栖息地模拟效果，将原有River2D模型中的河道基质偏好性替换为指示性物种对水质的偏好性，这样在进行河道基质变化范围较小和鱼类对水质偏好性较为明显的河流生态流量研究时，模拟的效果更好。基于改进的物理栖息地模块，运用Riv‐er2D中的二维水动力模型模拟呼兰河干流不同流量工况下的流速、水深和适宜性栖息地分布情况，作流量-适宜性栖息地面积关系曲线，得到七星鱼枯水期、平水期和丰水期的适宜生态流量值分别为2.75、8.25和27.5 m³/s，适宜生态流量范围是2.75～27.5 m³/s。基于改进River2D模型得到的呼兰河干流七星鱼生态流量范围和Tennant法的评价范围相吻合，认为研究结果是合理的，能够为呼兰河干流七星鱼的保护和生态调度提供参考。     

河道流量视频测验技术应用研究及误差分析

新时期背景下的智慧水利建设对流量测验的简便性、准确度和连续性提出了更高要求，传统的接触式测流方法逐渐难以满足需要，为了充分利用现代化视频图像识别和人工智能技术优势，从而为河道流量测验工作提供全新的解决方案，以视频非接触式流量测验方法为研究对象，研究建立基于时空影像法（Space-Time Image Velocimetry,STIV）的视频测流计算方法，选取福建省闽江建溪流域七里街水文站作为示范应用站进行流量比测试验，并对试验结果进行精度评估及误差分析。结果表明：以水位分段的一元线性定线方式建立七里街水文站的流速流量相关关系效果较好，实际有效比测水位范围为89.41～100.43 m，流量范围为69.31～9 122.57 m3/s，关系线系统误差最大为0.11%，随机不确定度最大为7.80%，相对误差均在±8%以内，与比测结果对照良好，各项指标精度符合规范要求，据此得到的水位～流量关系曲线可作为七里街水文站的推流方案；视频测流方法作为非接触式的新仪器方法具备测量快速、安全高效、全量程监测、受极端情况影响小、成本低等优势，测流结果精度较高，安全性好，测流范围广，具备应用于实际测验工作的...     

小清河济南段生态基流估算研究

河道生态基流计算是河流生态学的热点、难点问题之一。基于北方河流汛期与非汛期流量变化明显、年际变化大等特点,应用SPSS 19软件将Texas法、Tennant法等多种水文学方法的计算结果与2005-2014年(近10年)逐月月平均流量进行相关性分析,认为Texas法更适合于小清河黄台桥段生态基流计算,其次是Tennant法。为使计算结果更加合理,运用Texas法对丰、平、枯不同水平年的生态基流分别进行计算,得到了不同水平年下逐月的生态基流量,并结合小清河实际径流量对生态基流保证程度进行了分析。结果表明:小清河济南段生态基流保证程度为100%,其主要原因是小清河作为济南市的排污河道,接纳了上游大部来水和部分城市污水,水量本身较为丰富。     

济南趵突泉泉域泉群生态基流量研究

济南趵突泉泉域分布着趵突泉、黑虎泉、珍珠泉和五龙潭四大泉群,自20世纪50年代以来四大泉群泉流量总体呈衰减趋势,泉流量由50年代的36.6万m3/d衰减到近年的8~12万m3/d。泉水基流是一种较为稳定的径流流量,是下游河道的重要补水来源,是维持河道与湖泊生态系统健康的重要保障。利用基流分割法,对趵突泉泉群泉流量数据不同频率年进行分析计算,确定稳定的基流指数,计算不同水平年的泉水基流量;利用拐点法计算了济南泉群下游河道的生态需水量;分析了泉水生态基流量和河道需水量之间的关系,揭示了济南市的岩溶泉水对河流、湖泊等生态系统健康状况的影响,为济南市泉水保护提供了重要的技术支撑。     

建闸后河道行洪对上游铁路桥安全运行影响研究

利用HEC-RAS模型,计算分析了下游拦河闸建设后,河道行洪时,闸门在全开、无法开启及溃决3种不同运行工况下,上游铁路桥桥址处河道水位、流量、流速的变化情况,进而计算出各工况下桥址处冲刷深度。结果表明,与建闸前相比,建闸后上游桥址处水位均有一定程度升高,其中闸门无法开启时水位升高最大,较建闸前升高10.7%;闸门溃决时,桥址处最大流量增加11.34%,最大平均流速增加11.11%,河槽和河滩部位最大冲刷深度均有增加,但都在允许冲刷深度范围内,拦河闸不会对上游铁路桥安全运行产生不利影响。研究成果可对河道类似工程安全运行提供借鉴和参考。     

考虑不同生态流量约束的黔中水库群优化调度

水库大坝等水利工程的修建一定程度上改变了河道内天然径流过程,维持一定的河道内生态流量对于维护河流生态健康十分重要。对于具体的水库群系统而言,维持不同的生态流量会否对发电和供水等兴利目标产生影响以及如何影响值得关注。建立了黔中水库群长期优化调度模型,设置了3套河道内基本生态需水量方案,分别为河道内基本生态需水量为多年平均径流量的10%、15%及汛期(6、7、8月)30%非汛期10%,运行调度模型得到3套方案下的黔中水库群2020水平年调度结果。结果表明,对于黔中水库群而言,整体将河道内基本生态需水量从多年平均径流量的10%提高到15%或者仅将汛期提高到30%对系统的社会经济效益影响均较小,差别在0.1%以内,河道内生态需水与发电及供水是不完全竞争关系,存在一水多用现象。在综合比较上述3套方案调度结果及分析其规律的基础上,设置了方案4(汛期20%,非汛期12%)作为最终推荐的生态调度方案,调度结果表明,该基本生态需水量方案对黔中水库群长期优化调度是适用的。     

基于最小二乘法的绳套型水位流量关系最优定线研究

汛期河道的水位流量关系通常呈绳套型,对其进行高精度的定线是洪水资源实施高效管理的基础。传统的定线方法效率低,误差大,因而本文使用最小二乘法为优化方法,对绳套型水位流量方程进行优化定线。首先,Saint-Venant方程中的迁移惯性项和局地惯性项被去掉以简化方程,附加比降被引入以使方程能够拟合绳套型曲线;然后,简化后的方程通过取对数、多项式展开和幂级数展开被线性化;最后应用最小二乘法估计线性化方程中的参数。对3个案例的应用结果表明,所获得的定线方程能有效拟合观测的水位流量曲线,对拟合结果的偏离符号检验、适线检验和偏离数值检验均符合水文资料整编规范中的定线精度要求,说明将最小二乘法应用于绳套型水位流量曲线的优化定线是有效的。     

输水渡槽对河道行洪风险的影响分析

涉水工程可能导致原有的河道水动力条件改变，进而影响河道行洪能力。研究有无涉水建筑物下河道的行洪风险，对工程维护、河道治理及保障地区防洪安全具有重要意义。基于对河道洪峰流量、初值水位、糙率以及堤防高程4种不确定性因子的随机模拟，分析修建在河流上的输水渡槽在洪水作用下的受力情况，结合河道水面线计算结果，采用常规蒙特卡罗法和基于拉丁超立方抽样的蒙特卡罗法分别计算在有无渡槽情况下的河道行洪风险。结果表明：(1)在渡槽内水位分别为0.5,1.0,1.5,2.0 m的4种工况下，清丰山溪行洪能力相较设计流量1 200 m³/s分别下降了36.68%、27.87%、19.00%、10.05%；(2)在无渡槽的情况下，河道行洪风险为0.007；在有渡槽情况的下，上述4种工况对应河道行洪风险依次为0.34、0.045、0.016、0.012；(3)令渡槽内水位处于安全范围内最高值，当清丰山溪流量超过1 600 m³/s时，河道行洪风险仍随洪水流量增大显著增加，应考虑报废渡槽以保证河道行洪；(4)常规蒙特卡罗法和基于拉丁超立方抽样的蒙特卡罗方法均适用于评估渡槽对...     

U形渠道三角剖面堰水力特性的数值模拟

因三角剖面堰多被应用于矩形和梯形渠道,将其用于U形渠道并利用数值模拟方法分析尚未深入。为了探究U形渠道三角剖面堰的适用性以及数值模拟的准确性,利用AUTO CAD和GAMBIT建立U形渠道三角剖面堰物理模型,利用FLUENT6.3软件对其进行模拟计算,用Tecplot软件进行后处理,从而获得不同工况下水位和流速分布情况以及水位流量关系曲线。结果表明,不同工况下流量和水位的模拟值与实际值比较接近,流量的平均相对误差为0.21%,水位的平均相对误差为6.02%,水位流量曲线均符合指数函数关系。因此,U形渠道中三角剖面堰测流准确度较高,具有一定的可靠性和实用性,可以为灌区用水配水提供科学依据,提高水资源科学管理水平。     

目标生态需求下的梯级水库生态衔接水位指标构建及运用方式初探

以金沙江中游梯级水库为研究对象，利用许多水生生物对流量和水位均有较高要求这一特征，提出一种在水库坝下生态控制断面处设置生态衔接水位，利用相邻水库的部分衔接关系，形成生态衔接水位与生态流量联动响应机制，以满足目标生态需求的方法。该方法以生态控制断面的水位满足生态衔接水位为目标，通过上下游梯级水库联合调控，可实现生态流量的控制从固定值转变为动态调整。根据金沙江鱼类产卵特性及对水生生境的特定需求，选取金中河段分布于各梯级库尾的鱼类作为目标鱼类，以其生存繁殖所需的水深、流速、水温为目标生态需求。根据目标鱼类产卵期所需水深条件，构建尾水河段的适宜淹没水深和坝下生态衔接水位指标。以鱼类可产卵河段长度最大、适宜区间距坝下最近两种典型情形为例，分别计算了满足适宜淹没水深的河段长度、起点终点。此外，结合目标鱼类产卵的流速和水温需求，进行生态调度模拟，确定了最适宜开展生态调度的时机为6月下旬，在该时段开展生态调度可更好地发挥梯级水库群的生态效益，最后论证了在相邻梯级间不同位置处灵活运用该方法的可行性。     

三峡水库汛末蓄水对鄱阳湖水位的影响研究

三峡水库汛末蓄水改变了长江中下游的水文过程,对鄱阳湖水位存在潜在影响。采用多元线性回归模型建立鄱阳湖水位与汉口流量、5河(赣江、抚河、信江、饶河、修水)流量的函数关系,并假设该函数关系在三峡水库运行前后保持不变。通过三峡水库运行后引起的汉口流量改变值,得到鄱阳湖水位的变化量。拟定3种不同的蓄水方案,分析了鄱阳湖水位受三峡水库蓄水的影响大小及空间格局特征。结果表明:受蓄水影响,起蓄时间10月1日、9月15日和9月1日对应的星子站水位降低值分别为2.23、1.37和1.05 m,都昌站分别为2.10、1.29和0.99 m,康山站分别为1.38、0.91和0.68 m。水位影响随起蓄时间的提前而减弱,空间上呈北高南低的格局。从消除或减免三峡水库蓄水对鄱阳湖的影响角度,建议优化三峡水库汛末蓄水调度方式,并做好与鄱阳湖5河支流水库调度之间的协调。