双塔水库汛期分期分析研究

汛期分期是处理大型水利工程防洪与兴利矛盾的重要措施之一,对实现水库汛限水位控制、充分发挥综合效益具有重要意义。以甘肃省疏勒河中下游的双塔水库为例,根据多年的水文资料,应用成因分析法、数理统计法和模糊分析法三种方法,对其汛期分期进行了研究分析,认为目前水库汛期应为6月21日至9月10日,6月21日至7月10日为初汛期,7月11日至8月20日为主汛期,8月21日至9月10日为末汛期。与多年常规汛期比较,初汛期推迟了10 d,主汛期压缩了10 d,可为汛前合理春灌与防洪调度提供指导。     

扬程-水位逐次逼近策略优化梯级泵站群级间河道水位

级间输水河道水位优化对降低梯级调水系统运行能耗,提高系统整体优化运行效益意义重大。该文针对各级并联泵站群初始扬程及提水负荷已定条件下的梯级调水系统优化运行数学模型,考虑级间输水河道特点,采用大系统二级分解-动态规划聚合与河网非恒定流模拟相结合的逐次逼近选优策略,开展梯级泵站群整体优化运行下的级间输水河道水位优化研究,获得满足河道防洪除涝、通航、生态等水位要求的各泵站优化运行方案。该方法既可较快确定各级泵站群给定提水扬程及提水负荷下的优化运行费用,又能较好地降低系统输水过程中输水河道水位变化对泵站既定提水扬程的影响,对进一步开展复杂边界条件下梯级输水系统优化运行研究具有一定理论价值。以南水北调东线江苏境内淮安一、二、四站~淮阴一、三站梯级输水系统为典型实例,在淮安站群初始扬程4.13 m、100%负荷,淮阴站群初始扬程2.7 m、100%负荷条件下,4次数模和2次数模相比站上(下)最大水位差最小,平均为6.51 cm,即3次并联站群优化运行下扬程匹配度最高;确定了对应的各级泵站群机组各时段优化运行叶片安放角或机组转速,获得较泵机组定角恒速运行下7.56%的运行效益;且4次数模下各河道水位变幅最小,平均水位变幅14.9 cm;对应的各河道高低水位值及其出现间隔可满足通航及生态水位要求。     

退耕背景下北洛河上游水沙变化分析

为探明黄土丘陵沟壑区退耕还林（草）政策的水沙响应问题,以1980--2009年期间植被重建规模较大的北洛河上游为研究区域,采用双累积曲线法和Pettit突变检验法,探讨径流输沙的变化趋势和跃变时间,同时结合气候和水土保持措施的资料,对不同时段的水沙过程进行对比分析。结果表明：1）径流量和输沙量变化可以分为2段（1980--2002年和2003--2009年）,年时间尺度上,后段较前段径流量减少0．32亿m^3、输沙量减少0．29亿t,并且后段波动较前段小;2）在月时间尺度上,2个时段的月降水量与月均流量过程基本相同,月均流量和输沙率关系基本呈现8字形,但是变幅及变率不同;3）相对于1980--2002年,2003--2009年年均降雨量、降雨侵蚀力分别减少10．06％和10．28％,降水具有减少径流和输沙的潜在条件。剔除降雨的影响,林草措施的减水和减沙效应分别为41％和81％。     

考虑河道输水损失的大型泵站系统运行优化

大型泵站前池水位变化频繁且变化幅度较大时,机组经常偏离高效区运行,造成能源浪费。泵站系统中除了主机组、辅助设备和输变电设施消耗能量外,河道的输水水量损失和水力损失也综合成泵站所抽提水体的水能损失,进而影响泵站的运行性能。根据水源水位变化,在调水目的地水位一定的情况下,考虑河道输水水力损失与水量损失,首先分别确定调水目的地需要流量与泵站抽水扬程、抽水流量之间的关系,避免了优化计算过程中水位的重复迭代,极大减小了计算量与计算时间。以长江三江营最大潮差、平均潮差、最小潮差3个典型日为例,在南水北调东线淮安站站下水位及需要流量一定的情况下,以系统日运行费用最少为优化目标,建立优化模型,并采用模拟退火-粒子群算法(SA-PSO,simulated annealing-particle swarm optimization)求解,计算结果表明,与水泵设计角度运行方案相比,泵站系统实施变角优化运行,其运行费用可分别节约0.62%~2.26%、0.33%~3.26%和0.22%~0.83%。     

浑水泥沙含量对矩形槽水位流量关系影响的实验研究

浑水与清水的水流特性有差异。但实验分析研究结果表明,在本实验条件下（比降1/82,有机玻璃矩形槽,含沙量0~245.5kg/m³,流量（5.01/s,槽内水流属粗糙紊流急流流态,且距槽尾47～102cm的槽段为恒定均匀流）,含沙量未对实验槽的糙率及水位流关系产生影响,槽内也未产生泥沙淤积,从而精确地确定了清水和浑水的糙率及其相应的水位流量关系计算公式,可供土壤侵蚀,模拟模型测定水土流失量应用。本文就含沙量对糙率和水位流量关系影响的初步分析和探讨,可供有关研究参考。     

基于多种水文学方法的干旱区内陆河流健康流量重构

[目的]采用多种水文学方法重构叶尔羌河河流健康过程,以期为基于河流健康的生态调控提供科学依据。[方法]以新疆干旱内陆河流叶尔羌河为研究对象,选取卡群水文站1957—2015年逐月实测流量资料,基于叶尔羌河包括河流形态、水文条件、河流生态系统等河流修复目标,兼顾目标的功能需求性与可达性,将河流保护目标分为保守目标和最优目标,采用改进Tennant法、Texas法、月保证率法、河流输沙需水经验公式等水文学方法,重构叶尔羌河各时段健康流量过程。[结果](1)保守河流保护目标下枯水时段、平水时段和丰水时段的平均健康流量分别为4.93,13.35,80.49m~3/s,折算成水量依次为5.20×10~7,1.41×10~8,8.48×10~8 m~3。考虑输沙需水情况,年健康需水量为1.19×10~9 m~3。(2)最优河流保护目标下枯水时段、平水时段和丰水时段的健康流量分别为14.95,24.14,182.12m~3/s,折算成水量依次为1.56×10~8,2.54×10~8,1.92×10~9 m~3。考虑输沙需水情况,年健康需水量为2.33×10~9 m~3。[结论]通过对比相关文献、资料,认为基于多种水文学方法的干旱区内陆河流健康流量重构成果基本合理,可为后续河流健康的水资源调控界定和生态环境保护等方面提供科学指导。     

石羊河流域出山口河流流量的变化趋势及特性分析

根据相关水文气象台站的降水、蒸发、气温和流量观测资料,分析了石羊河流域年平均流量的变化特征及原因。研究表明:45a来,石羊河流域年平均流量总体呈略减少趋势,流域东、中部年平均流量呈减少趋势,流域东部减少幅度最大,流域西部年平均流量呈略增加趋势。石羊河流域年平均流量的年内分配因受补给条件的影响四季分明,四季流量大小依次为夏季、秋季、春季、冬季。流域四季年平均流量都呈减少趋势,变幅最大的是夏季,冬季最小。石羊河流域在不同时段不同区域年平均流量都存在6～7a和9～10a的长周期和2～3a的短周期。石羊河流域年平均流量各年代平水出现的几率最大。相关系数法分析表明,石羊河流域流量与区域气候变化存在很好的相关,流量变化与区域降水量之间存在显著正相关,与蒸发量之间为显著的负相关关系,区域降水量和蒸发量对径流变化起主控作用。最高气温也是流量变化的主要因子,区域平均气温和最低气温变化对径流量也有不同程度的影响,区域气候因子的综合作用是石羊河流域流量变化的根本原因。     

凉水河子水文站固化断面应用研究

流量是河流最重要的水文特征,流量测验是水文勘测中的关键工作。凉水河子水文站低水时测流的方法主要为涉水流速仪测量和小浮标测量,高中水测流方法主要为水文缆道测量、浮标测量以及比降法测量。凉水河子水文站为了精简测站低水流量测验测次的需要修建了固化断面,通过对固化断面实测水位流量的分析得出该断面在水位133.90m以下时能较好的控制水位-流量关系,可用水位推求流量达到精简测次的目的;在水位133.90m以上时恢复河道天然形态,水文站需要恢复正常的洪水测验。由于固化断面建设使得上游测流断面变得相对稳定,流量的测量精度也比未修建固化断面前有所提高。     

基于无量纲性能指标的渠系控制器参数优化

为研究性能指标对渠系控制器参数优化的效果,该文基于无量纲性能指标,利用MATLAB程序"渠系控制仿真系统"整定了PI控制器参数,同时进行了仿真对比分析。在梳理渠系控制指标领域现有研究成果的基础上,文章首先以渠池固有参数对现有渠系性能指标进行无量纲化处理及追加,并进一步衡量各水位、流量、时间指标的相关性和代表性建立了含权重的综合指标。在程序"渠系控制仿真系统"平台上,采用实例验证法结合2个设计流量约为170 m3/s、8 m3/s的不同规模渠系进行了分析验证。结果表明:无量纲性能指标能够比较不同渠系的控制优劣,并可确定其优化目标数量级;以综合指标在E-3数量级为控制器优化目标,可同时满足各单一无量纲性能指标的优化要求,较好地均衡系统逐项动态性能;流量指标和闸门开度指标存在高耦合关系,在2个实例中其相关度分别为0.995、0.993;控制器比例系数—流量指标变化曲线存在敏感与否的分区,时间积分常数对水位指标敏感,作用曲线呈"U"型。研究提出的无量纲性能指标及综合指标可比较不同规模渠系控制系统性能,也适用于渠系的控制器参数优化设计,对中国大量的调水工程渠道运行调度及灌区渠网调控具有一定的参考价值。     

MIKE11模型的北沙河河道防洪能力评估研究

为评估辽宁省北沙河河道的防洪能力,以北沙河全河段为研究对象,采用DHI开发MIKE11水动力模型计算河道水面线,根据警戒水位、成灾水位及保证水位确定原则,结合10 a、20 a和50 a一遇洪峰流量成果,计算得出8个代表断面的特征断面相应特征水位(流量)。经过河道现状防洪能力评估研究,得出过流能力较弱或者防洪能力有缺陷的河段,为防洪工程的规划建设以及地方防汛调度防汛应急安全提供科学依据。     

西北江三角洲低水位变化及其影响因素

河流三角洲低水位的变化受气候因素和人类活动共同控制,对河道的通航与取水具有重要意义。为探明西北江三角洲低水位的演变趋势和各影响因素对其的作用,基于马口、三水站1972—2017年最低水位序列,结合两站河床地形、流域降水、径流和下边界海平面高度等资料,识别出年最低水位的演变趋势,并探讨了各影响因素在其变化过程中起到的作用。结果表明:马口、三水站年最低水位演变过程可分为波动期(1972—1990年)、突变下降期(1991—2003年)和缓变回升期(2004—2017年)。1972—1990年最低水位受降水因素的控制在-0.11 m上下波动,而1991—2003年在河床地形剧烈下切的驱动下最低水位大幅下降至-0.50 m以下,进入2004—2017年最低水位在水土保持措施和水库对枯季径流的调节作用等多因素共同影响下又有所回升。近年来,人类活动对西北江三角洲低水位的影响已经逐步超过气候因素,成为低水位演变的主导因素。     

基于D-InSAR技术的龙口矿区地表沉降遥感监测研究

以山东省龙口市矿区为研究区,选取2007年7月至10月的3景L波段的ALOS PALSAR数据,采用"二轨法"D-InSAR技术提取了研究区的沉降空间分布、地面沉降量、沉降面积、动态下沉曲线以及下沉速率等值线,分析了两个监测时段龙口矿区的塌陷状况及地表形变规律。结果表明:(1)沉降区域主要集中在研究区的西部、北部矿区,坐落于北皂前村、北皂后村和兴隆庄村;(2)2007年7月10日至2007年8月25日时段内累积最大沉降量22 mm,沉降总面积约为0.21 km~2,平均沉降速率为0.32 mm d~(-1),北皂前村附近的矿区沉降剖面下切最深,该时段的沉陷形变不活跃;(3)相比上一监测期,2007年8月25日至2007年10月10日时段内,最大沉降量减少为11 mm,沉降总面积增大为1.2 km~2,平均沉降速率减少为0.11mm d~(-1),说明沉降深度减少,但沉降范围增大,沉陷形变趋缓。本研究可为矿区周边建筑物、道路等基础设施建设、耕地重建提供参考。     

滴灌施肥条件下土壤水分和速效钾的分布规律

以速效钾(K2O)含量为112mgL-1的营养液在塿土上进行大田滴灌施肥试验,研究不同滴头流量(2,4,6Lh-1)和灌水施肥量(8,16,24L)条件下水分和速效钾在塿土中的运移、分布情况。结果表明:灌水施肥量为8L时,随滴头流量增大,滴头周围地表积水区半径增大,水分径向运移距离增大、竖向入渗水量减小;随滴头流量增大,速效钾在土壤中的径向运移距离变化不明显,竖向运移距离有减小趋势,距滴头径向30cm范围0～10cm土层土壤速效钾含量增大。滴头流量为2Lh-1时,随灌水施肥量增大,水分和速效钾在土壤中径向和竖向的运移距离增大,径向增大幅度较竖向明显,距滴头径向30cm范围0～30cm土层土壤速效钾含量增大。     

前事不忘,后事之师——从442次客车失事看水土保持科学的重要性

一1981年四川洪灾殃及铁路部门出现了一些事故。7月8日由昆明开往成都的442次普通客车,在9日凌晨1时27分正点到达距成都236公里的甘洛站。35分车站指令发车,车未出站,站内突然断电,此事曾引起司机注意,但仍按常规运行,应在1时45分开上大渡河右岸,穿过全长125米的利子依达沟大桥。因值雨中深夜,又在弯道隧洞中行车,当大桥映入司机视野时即发现异常,立即紧急刹车。不幸大桥早被冲垮,东风型内燃机车两台及行李、     

宁夏清水河流域水库拦沙量分析

为了解宁夏清水河流域水库的拦沙作用,研究根据泥沙淤积总量来计算逐年拦沙量的方法。根据实测资料统计分析了清水河流域水库的基本情况,估算了水库的总拦沙量,并引入水库控制面积、土壤侵蚀强度、拦沙率3个因素建立了水库逐年拦沙量的分配计算模型。结果表明,至2012年,清水河流域共有具拦沙功能的水库100座,控制面积9 184.70 km~2,总库容12.23亿m~3,可淤积库容6.86亿m~3,拦沙总量5.71亿m~3,为同期泉眼山输沙量的78.25%。对模型计算结果的验证表明,在当水库数量比较多、分布比较均匀的条件下模型计算结果精度较好。根据计算结果,1979年以前时段水库拦沙量比较大,1980年以后由于水库建设速度减慢,水库的拦沙能力逐渐变小。自1960年以后水库的剩余可淤积库容一直处于下降的状态,2000年以后水库的淤积比处于83.00%左右,水库的拦沙能力已经十分有限。     

田间便携式平底短喉道量水槽水力特性试验

为了探索研究灌区田间进水口的水量计量,该文在巴歇尔量水槽的基础上设计制作了一种体型简单、成本低的田间便携式平底短喉道量水槽,喉口宽度51 mm、长度774 mm,便于携带和田间安装;通过试验研究了该量水槽的水力性能,观测了24种流量下量水槽内11个控制断面的水位,拟合得到自由出流和淹没出流条件下的水深与流量公式,与实测流量对比,平均相对误差和最大相对误差均在10%以内,满足灌区田间量水精度要求;分析了不同流量下佛汝德数、断面比能沿槽身各控制断面的变化规律,确定临界水深断面位于该量水槽喉口段的中部偏后段;分析了槽内水头损失情况,得知该量水槽最大水头损失占上游总水头的12.10%,相较于长喉道量水槽较小,自由出流条件下槽内水头损失小于淹没出流条件下0.02倍上游总水头。该研究为田间进水口量水设施在中国北方灌区末级渠系的进一步应用提供参考。     

水库拦蓄作用的数值模拟技术

有关水库拦蓄作用,不同学者有着不同的见解。或赞许或批评……2009年日本学者山崎祐介等人针对水库因山体滑坡导致库容大幅度丧失进行了水库拦蓄作用的数值模拟。用一维河床变动计算,推测水库堆积的泥沙量为2.38×107m3。假定泥沙全部下泄,在河道均匀堆积,会导致河床最大上升10m。用二维泛滥计算法评价水库发挥拦蓄泥沙防灾效果的结论是:年最大日平均流量为3.937×108m3,最大流量为6.870×108m3,将在两岸发生洪泛灾害。洪泛最大面积为68.7km2。模拟计算的结果表明,因水库的存在,阻止了大规模泥沙流出,限制了河床上升,控制了洪泛之灾。说明水库在防止泥沙灾害的作用功不可没。     

平原湖区外江水位变化对排涝流量的影响

为准确模拟排区涝水产汇流过程及水量,以湖北省四湖流域螺山排区为例,通过耦合SCS和MIKE11模型来建立排区尺度的涝水产汇流模型,分别采用1980年、1983年和1991年、1996年螺山泵站站前的实测水位数据对模型进行率定和验证,并通过设置不同设计暴雨和外江水位的组合,以评估外江水位变化对排涝流量的影响。结果表明:率定期1980年和1983年模拟水位和实测水位的相对误差分别为-0.20%和-0.40%,相关系数分别为0.980和0.952,效率系数分别为0.949和0.849;验证期1991年和1996年模拟水位和实测水位的相对误差分别为-0.10%和1.70%,相关系数分别为0.919和0.967,效率系数分别为0.782和0.906,表明耦合模型模拟效果较好,适用于螺山排区产汇流模拟。根据5年一遇、10年一遇3日暴雨与5年一遇、10年一遇汛期最高5日平均水位、泵站设计外江水位组合下排涝流量的模拟可知,在相同的设计暴雨下,外江水位越高,泵站的抽排流量越小,并且对内涝造成的不利影响越大。如按排涝泵站水泵的性能曲线进行模拟,精度将提高19.6%~53.8%。     

基于随机降雨模拟的灌区塘坝蓄水方案优化

结合南方丘陵灌区塘坝分布广、数量多、群体容量大的特点,建立库塘水资源系统优化调控模型。以漳河灌区的子灌区——杨树垱水库灌区为研究实例,应用蒙特卡洛法模拟出长序列的旬降雨,采用正交试验法选出每个模拟年份的最优塘坝控制运行方案,并对控制运行规律进行统计分析,得到不同典型年下塘坝的控制运行规则：在平水年时5月底、6月上旬末、6月下旬末、7月上旬末预留30%,6月中旬末预留10%,7月中旬末预留20%,其他各旬可全部用完;在偏枯水年时5月底预留10%,6月上旬末、6月下旬末预留20%,6月中旬末、7月上旬末、7月中旬末预留30%,其他各旬可全部用完;在特枯水年时5月底、7月中旬末预留10%,6月上旬末、6月中旬末预留30%,6月下旬末、7月上旬末、7月下旬末预留20%,其他各旬可全部用完。比较塘坝在不控制运行与优化控制运行下保证基本产量的概率,结果表明：在平水年时,相对产量在0.6以上的概率提高了2.38%;在偏枯水年时,相对产量在0.6以上的概率提高了8.80%;在特枯水年时,相对产量在0.6以上的概率提高了11.29%。研究从定量分析的角度,以单位面积产量最大为目标,提出塘坝的控制运行规则,对指导水库、塘坝的联合运行,提高灌区的灌溉效益具有重要意义。     

HBV模型在富春江水库流域临界致灾面雨量确定中的应用

[目的]研究分析HBV模型对于富春江流域径流序列模拟的适用性,并通过水位与径流量的关系,得到该流域各级水位的临界致灾面雨量,为暴雨灾害风险预警和评估业务提供服务产品,也为富春江水库的生产调度提供重要依据。[方法]以富春江水力发电站为研究区,应用研究区气象资料和HBV水文模型开展研究。[结果](1)应用HBV水文模型模拟富春江流域径流量,在序列的率定期和验证期,模拟与实测的径流过程分布一致,模拟径流峰值区与大降水的实况分布比较一致,模拟与实测洪峰的平均相对误差小于5%,经率定后的HBV模型在富春江流域的模拟效果较好。(2)通过建立降水、径流、水位三者的响应关系,可以确定水库在警戒水位、设计洪水位时不同前期水位的临界面雨量。[结论]HBV水文模型在研究区具有一定的适用性。当预报有临界面雨量时,水库可以根据雨量、径流的预报信息做出对水位的科学调控。