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《水科学进展》2018年第5期中文摘要
日期:2018年12月03日 11:34:24点击数:字号:【

水问题及其治理模式的发展与启示

孙金华1,王思如1,2,朱乾德1,李  3,陈  4

1.澳门真钱视讯手机水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 2100292.清华大学水利水电工程系,水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 1000843. 水利部规划计划司,北京 1000534.长江中游水文水资源勘测局,湖北 武汉 430012

摘要:当前中国面临水资源、水灾害、水环境和水生态等多重水问题,其实质是治理危机。解决中国水问题的核心是治水模式的转型,并以此促进治水目标的实现。要突破水问题经常反弹的治水困境,必须充分吸取国内外河湖治理的经验教训,以实现“河长制”为契机,改变经验治理、分散治理和末端治理的现状,坚持“政府主导、一龙牵头、多龙协同、多规合一、一功多能、科技引领、系统治理、精准施策”的思路。在水问题治理进程中,不仅要认识自然、认识社会,还要认识人和人类精神活动自身。水科学必须与自然科学、社会科学和人文科学有机融合。关键是树立正确的治水理念,确立科学的治水模式,强化科技引领与支撑,推行区域水问题综合治理,实现生态河湖建设根本目标。

关键词:水问题;水科学;河长制;治理模式;区域水问题;综合治理


黄河流域水量分配方案优化及综合调度的关键科学问题

 1,彭少明1,2,郑小康1

1.黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州 4500032.郑州大学水利与环境学院,河南 郑州 450000

摘要: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。

关键词:水量分配方案;优化;综合调度;环境变化;动态均衡;多维协同;黄河流域


考虑植被和人类活动影响的水文模型参数时变特征分析

熊立华,刘烁楠,熊  斌,许文涛

(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072

摘要:变化环境下流域水文物理特性常呈现“非稳态”特征,代表流域特性的模型参数也会随之发生变化,因此,开展水文模型参数时变研究有助于提高水文模拟精度。考虑植被条件和人类活动对水文过程的影响,基于植被归一化指数、人口、地区生产总值、粮食产量和有效灌溉面积5个指标建立两参数月水量平衡模型参数的时变函数表达式,并考虑4种参数时变情形。选取直门达、张家山、咸阳、横江、丹江口和峡江站6个水文站分析对比4种情形下模型的径流模拟结果及其不确定性。结果表明:所有站点在19822006年内水文物理特性呈现“非稳态”特征;且较常参数而言,时变参数模型模拟效果更好,并获得更优的确定性预报结果,其中直门达站径流模拟精度提高最为显著,率定期和检验期内的纳西效率系数(NS)分别提高了10.3%8.8%。该研究可以为变化环境下流域水库调度、水资源规划与管理等提供理论依据和技术支撑。

关键词:变化环境;两参数月水量平衡模型;时变参数;NDVI;人类活动


植草沟滞蓄城市道路雨水的试验及模拟

孟莹莹1,陈茂福1,张书函2

1. 北控水务(中国)投资有限公司,北京 1001022. 北京市水科学技术研究院,北京100048

摘要:为定量分析植草沟的水文性能,优化其设计参数取值,通过植草沟滞蓄城市道路雨水的试验设施开展模拟径流试验,验证了SWMMstorm water management model)模型模拟植草沟滞蓄效果的可行性,通过模型情景分析提出了设施的优化设计参数,评估了设施对提高道路排水标准和长期径流削减的影响。研究结果表明:SWMM模型对模拟植草沟水文性能具有较好的精度,对较小的降雨重现期和边坡比,较大的滞蓄深度、植被覆盖率和面积负荷比,植草沟的滞蓄能力更强,建议其设计降雨重现期不超过10年,滞蓄深度为250px以上,边坡比至少为3,植被覆盖率为0.5以上,面积负荷比为5%以上。模拟北京某城市道路采用植草沟设施后,可将3 年、5 年、10 年的排水标准分别提高到15 年、20 年、30 年,在长达64年的运行中,植草沟几乎可消纳自身及汇水区域内所有径流,可为道路植草沟的设计和应用提供参考。

关键词:植草沟;水文性能;模拟试验;SWMM模拟;设计参数优化


冰封河道综合糙率计算方法比较与分析

 1,2,张玉蓉2,浦承松2,张天力2,顾世祥2

1. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 2100982. 云南省水利水电勘测设计研究院,云南 昆明 650021

摘要:综合糙率是冰封河道水力计算的重要输入参数。根据水流连续性和力的平衡原理,分别推导得到冰封河道综合糙率的通用公式,并选取抛物线形、矩形和梯形作为典型断面,系统地总结PavlovskiyEinsteinLotterSabaneevLarsen、改进的Larsen等常见公式由通用公式基于何种假定(分区的湿周、流速或水力半径相等)简化得到。采用水槽实测数据和野外观测资料,对比上述公式的计算精度,结果表明改进的Larsen公式的计算结果与实测值吻合较好,推荐在工程设计中使用。前5种公式误差较大的原因在于分区的流速、水力半径相等对于冰封河道不具有普适性,尤其是Lotter公式和Pavlovskiy公式在冰盖和河床糙率差异较大时会明显低估冰封河道的综合糙率,在工程设计中应慎重采用。

关键词:综合糙率; 冰盖水流; 双层假定;阻力划分


若尔盖高原典型泥炭湿地水量平衡计算

李志威1,2,鲁瀚友1,胡旭跃1,2

1.长沙理工大学水利工程学院,湖南 长沙 4101142. 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南 长沙 410114

摘要:若尔盖泥炭湿地具有蓄水、固碳和生态的重要功能,其地下水水位变化决定泥炭湿地面积维持或萎缩,但是其泥炭湿地的地下水水文过程和水量动态变化缺少系统的野外监测和研究。结合红原站气象资料,并于20175月、7月和9月在若尔盖黑河上游泥炭湿地典型小流域开展野外原位监测,利用MODFLOW模型建立小流域三维动态地下水运动模型,模拟地下水运动过程并计算水量动态平衡变化以及沟道排水能力。结果表明:泥炭湿地的主要补水方式是降雨,占补水总量的60%,其主要出流方式是沟道排水,排水比例最高达到53%;其次是潜水蒸发,出流比例为26%。切穿泥炭层的沟道排水能力是未切穿泥炭层沟道的2.5倍。若尔盖泥炭地的地下水位受降雨影响呈现季节性波动,在雨季其涨幅约为0.5m

关键词:若尔盖高原;泥炭湿地;地下水运动;沟道;水量平衡;MODFLOW


高寒区抽水融冰渠道水温沿程衰减规律

——以红山嘴水电站为例

郑铁刚1,宗全利2,孙双科1,吴素杰2

1. 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟及调控国家重点实验室,北京 100038

2.石河子大学水利建筑工程学院,新疆 石河子 832000

摘要:抽水融冰技术是解决高寒区引水式电站冬季运行冰害问题的有效措施之一。为研究抽水融冰对电站引水渠道冬季引水的水温控制规律,以红山嘴水电站为例,基于RNGκ-ε模型数值模拟研究结果,从热流量比角度探讨了渠道水温沿程衰减规律,并采用20132月和20141月原型观测结果进行了验证。结果表明:渠道水温沿程衰减过程可分为骤降段、过渡段和缓降段3部分,各段范围受外界条件控制;衰减曲线呈幂函数分布,相关系数达到98%;对比气温对渠温沿程衰减的影响表明,随着大气温度的降低,渠道水温沿程衰减速度明显加快;-10℃为水温衰减过程变化转折点,当气温高于-10℃时,可以近似认为渠温衰减规律一致,渠温沿程变化主要受到热流量比值影响;低于-10℃时,气温对渠道水温沿程变化影响显著。

关键词:抽水融冰;水温;衰减规律;热流量;高寒区


基于贝叶斯网络的梯级水库连溃风险

 平,黄跃飞,李  

(清华大学土木水利学院,北京 100084

摘要:为研究梯级水库漫坝连溃的风险,并探索贝叶斯网络在水库连溃风险分析中的可行性,通过构建洪水作用下双库连溃的贝叶斯网络模型,并选取四川省大渡河上两相邻梯级水库进行分析,以推求水库漫(溃)坝概率及评估连溃风险。分析过程表明贝叶斯网络方法能直观、简便地分析多风险源共同作用下的水库群连溃风险问题。结果表明,两水库天然洪水漫坝条件概率的数量级均为10-6,洪水引发单库漫坝风险较小;正常蓄水位以上,上游水库溃坝洪水致下游水库漫坝条件概率超0.8,即上游水库溃坝导致水库连溃的风险很大。

关键词:洪水;漫坝概率;水库连溃;土石坝工程;贝叶期网络;蒙特卡罗模拟


一种基于DS理论的水库适应性调度规则

 1,2,王  2,雷晓辉2,刘  1,王  1,2

1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 4300722.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038

摘要:针对适应性管理研究领域中GCMs集合子情景的权重取值尚不统一问题,通过DS理论综合考虑了3种权重分配方式:等权重、考虑年径流统计特征参数值变化的权重和基于相对月径流变幅的权重。基于得到的综合权重,进一步提出了一种基于DS理论的水库适应性调度规则,以规避气候变化对水库调度造成的不利影响。该调度规则,以多情景多年的加权平均发电量最大化为水库优化调度的目标函数,采用模拟优化法提取规则参数。以锦西水库的研究案例可知:在不确定的气候变化环境下,与基于历史径流的调度规则和基于等权重分配的适应性调度规则相比,基于DS理论的水库适应性调度规则不仅能够获取更多的发电效益(多发电量:0.76亿kWh0.61亿kWh)与发电可靠性(多增发电保证率:0.5%~11.17%3.50%~9.34%),还具有更高的水库决策稳健性。因此,基于DS理论的水库适应性调度规则是有助于水库管理者应对气候变化。

关键词:气候变化;水库调度;Dempster-Shafer证据理论;适应性调度规则;情景权重


台风浪作用下长江口深水航道骤淤数值模拟

路川藤1,贾  2,韩玉芳1,白一冰1

1.澳门真钱视讯手机水文水资源与水利工程科学国家重点实验室 ,江苏 南京 2100242.上海河口海岸科学研究中心, 上海 201201

摘要:极端天气条件下,波浪引起的高含沙水体会引起航道骤淤,增大航道回淤量。以“马勒卡”台风期间现场水文资料为基础,建立了波流共同作用下的长江口三维潮流泥沙数学模型,研究北槽航道骤淤问题。数学模型验证了“马勒卡”台风期间的北槽水沙过程,相似性较好,通过分离波浪,探讨了潮流与波流共同作用下的含沙量及航道淤积分布差异,研究了台风浪对航道骤淤的影响。研究表明,台风浪对-15m等深线以浅水域含沙量影响较大,北槽含沙量自上游至口外逐渐增大,改变了常态天气北槽“中间高、两头低”的含沙量分布趋势。台风浪对北槽口内航道回淤分布影响较小,北槽口外航道淤积量剧增,即航道骤淤主要发生在北槽口外。

关键词:台风浪;深水航道;骤淤;长江口;CJK3D


长江澄通河段河床冲淤对流域减沙的响应

朱博渊1,2,李义天3,杨培炎2,邓金运3,杨云平4,李思璇3

1.长沙理工大学水利工程学院,湖南 长沙 4101142.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,湖南 长沙 4100143.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 4300724.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通运输行业重点实验室,天津 300456

摘要:为研究潮汐河道不同区段在流域来沙减少条件下的冲淤响应机制,以长江澄通河段为例,根据水动力特性将其划分为江阴—天生港和天生港—徐六泾两段,结合19502014年的水沙资料及20052014年的地形资料,比较两段冲淤对流域减沙的响应差异。结果表明:上游江阴—天生港段对流域减沙敏感,较快地由淤积转为冲刷;下游天生港—徐六泾段19982004年期间受洪季平均径流流量减小、潮汐顶托作用相对增大的影响,冲刷速率为减小趋势,2004年以后受洪季平均径流流量增大、潮汐顶托作用相对减小及流域来沙持续减少的共同影响,冲刷速率为增大趋势。使得潮汐动力对天生港—徐六泾段由促淤变为促冲的临界洪季平均径流流量为36 000 m3/s,该径流流量也是使得潮汐顶托作用在江阴—天生港段由不显著变为显著的临界流量。目前,流域减沙已加剧澄通河段整体的冲刷。

关键词:澄通河段;冲淤速率;沙量;洪季平均径流流量;潮汐


复合坡度珊瑚礁地形上波浪破碎的试验研究

诸裕良,宗刘俊,赵红军,严士常,虞  

(河海大学港口海岸与近海工程学院, 江苏 南京 210098

摘要:通过波浪水槽试验,研究了珊瑚礁地形上规则波的破碎特征,包括破碎类型、破碎波高、破碎位置以及破碎带宽度。试验在带礁缘的复合坡度断面下进行,测试了两种水位下系列波高和波周期相组合的工况。试验研究了波浪破碎类型的区分标准,评估了已有四类破碎指标在复合坡度珊瑚礁地形上的适用性,并给出了描述破碎位置和破碎带宽度的经验公式。结果表明:礁边水深深水波高比可较好地区分波浪的破碎类型;四类破碎指标关系式中以破碎波高深水波高比之于深水波陡的相关性为最优;深水波高和礁边水深是影响破碎位置和破碎带宽度的主要因素,随着深水波高礁边水深比的增大,量纲一破碎位置(破碎点与礁边的距离和礁边处浅水波长的比值)逐渐减小,量纲一破碎带宽度(破碎带宽度和礁边浅水波长的比值)逐渐增大。

关键词:珊瑚礁;波浪破碎;破碎指标;破碎位置;破碎带宽度


潮间带滩涂沉积物与水体热通量模拟

郭雅琼1,2,马进荣1,程梦妍1

1. 澳门真钱视讯手机水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 2100242.河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏 南京 210098

摘要:为了揭示滩涂对近岸水温影响,开展潮间带滩涂沉积物与海水之间热量交换研究。以韩国西南海岸的滩涂为例,建立滩涂沉积物温度模型,模拟不同潮汐状态下沉积物垂向剖面温度以及沉积物与水体间的热通量,并分析了季节、滩涂位置、潮位太阳辐射相位对热通量的影响。研究表明:模拟出的沉积物温度与实测值吻合较好。沉积物与水体存在大量热量交换,且集中在淹没后的前3h,最大热通量可达398.7W/m2。冬季月份海水向滩涂净传热。夏季月份滩涂向水体净传热,且当滩涂淹没时刻发生在当地正午或正午过后3h内,滩涂传递给水体的热量相对较大,达2.0MJ/m2·d);累积热通量随滩涂干滩率的减小而减小。研究成果为进一步深入研究滩涂影响下近岸水温变化提供了技术支撑。

关键词:潮间带滩涂;沉积物温度;温度模型;沉积物-水体热通量


湿地生态水文学研究综述

章光新1,武  1,吴燕锋1,2,刘雪梅1,2

1.中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林 长春 1301022.中国科学院大学,北京100049

摘要:基于湿地生态水文研究文献计量分析,透视国内外有关湿地水文、生态水文和水资源等领域的重大研究计划和重要学术会议,系统总结了湿地生态水文学发展历程,可分为萌芽起步阶段(20世纪50年代至80年代)、研究探索阶段(20世纪90年代)和快速发展阶段(21世纪以后)3个阶段,列举了重要代表性研究成果,并重点阐述了湿地生态水文学研究进展;基于对国际湿地生态水文学发展历程、研究进展及热点的综合分析,未来湿地生态水文学研究主要向基于“多要素、多过程、多尺度”的湿地生态水文相互作用机理及耦合机制、气候变化对湿地生态水文的影响机理及适应性调控、湿地“水文-生态-社会”耦合系统互作机理及互馈机制和基于湿地生态需水与水文服务的流域水资源综合管理等方向发展。最后,以国家重大需求为导向,提出了未来中国湿地生态水文学优先发展方向及建议。

关键词:湿地生态水文过程;湿地生态水文模型;湿地生态水文调控;气候变化;水资源综合管理


地下水支撑生态系统研究综述

李福林1,2,陈华伟1,2,王开然1,2,陈学群1,2

1.山东省水利科学研究院,山东 济南 2500132. 山东省水资源与水环境重点实验室,山东 济南 250013

摘要:地下水支撑生态系统(GDEs)是指部分或全部依赖于地下水的生态系统,开展GDEs研究,不仅对于了解GDEs的生态水文特征和过程具有重要学术价值,而且对于保护地下水生态环境、促进地下水可持续利用具有重要的现实意义。通过GDEs的自然和人类活动影响因素、GDEs的类型划分与识别方法、GDEs的生态水文过程模拟等方面的综述,探讨了当前存在的问题,并对未来研究趋势进行了展望。综述认为,GDEs主要受气候变化和地下水利用的影响;GDEs的类型划分要方便野外调查和管理;GDEs的识别,要综合利用水文地质调查、“3S”技术和地下水动物取样分析的方法。建议今后GDEs生态水文过程的模拟要侧重于地表水和地下水的相互作用以及地下水对植被、溶质输移和热交换等方面的贡献大小的研究。

关键词:地下水支撑生态系统;影响因素;类型划分与识别;生态水文过程


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