流域水环境数值模拟技术应用及研究展望

在气候变化与人类活动影响新形势下,流域水环境发生了很大变化。水环境数值模拟可以定量描述流域水环境演变过程,是水环境规划、管理与保护工作的重要研究手段。从地表水环境模型、地下水环境模型、流域非点源污染模型3方面,分类归纳了当前主要的水环境数值模拟技术;从流域水环境演变与调控、水利工程对流域水环境的影响研究、水污染防治工程设计、水资源保护规划与管理等方面,总结了流域水环境数值模拟技术的应用情况;最后分析了当前水环境模拟技术的不足,并对流域水环境数值模拟技术的发展趋势进行了探讨。     

流域水环境水生态智慧化管理云平台及应用

推动流域管理由信息化向智慧化发展是保障流域高质量发展的关键环节。本文立足流域智慧化管理的多重需求,引入云计算、边缘计算及雾计算技术,构建由大型复杂数值计算任务的云端、个性化简单计算功能的边缘端,以及基础数据处理能力的终端三个层次组成的"云边终"协同架构;部署具有相对独立功能的数据中心、模型中心、控制中心及客服中心,通过数据融合集成、多模型耦合高性能算法和"云边终"协同技术,实现流域水环境水生态智慧化管理高效互联多层级多中心的云平台系统。采用该技术开发的三峡库区流域水环境水生态智慧化管理云平台,可对三峡库区流域水环境水生态质量进行精准预报与调控。     

流域水生态承载力及其概念模型

通过对人类主导下的流域社会-经济-河湖复合生态系统基本特征的理论分析,在对水环境和水资源承载力等概念辨析的基础上,揭示了流域水生态承载力的"分区、分期、分级"属性以及"量、质、序"递进综合约束作用等基本内涵,并提出其广义和狭义的概念。在以二元水循环为驱动的"水资源-水环境-水生态-社会经济"互动机制基础上,建立了流域社会-经济-河湖复合生态系统概念模型和流域水生态承载力分区耦合概念模型,并以"人水和谐"思想为核心提出了水生态承载力承载度的综合评价基本思想,及其"分区、分期、强化耦合"的系统动力学模拟评价模型的实现思想。以太子河流域为例,进行了实例应用。     

太湖流域典型区域水生态环境系统模拟平台研究

针对流域水环境管理数字化和业务化的需求,基于地理信息系统、数字可视化和计算机仿真技术,在.Net框架下采用C#语言,开发出太湖流域典型区域数字水环境系统平台.该平台以水生态环境模拟模型为核心,面向数据和用户、界面友好、方便操作,解决了模型输人复杂易错、数据管理困难、模拟结果可视性低的问题,将水生态环境模型和GIS功能无缝连接.实现了对流域环境过程的长期连续模拟预测和仿真演示.可为流域水环境管理和水污染防治提供技术支撑.     

基于SWAT模型的流域水环境管理及预报系统

基于SWAT模型的流域水环境管理及预报系统是一个以地理信息系统(GIS)和数据库管理系统为开发平台,通过与SWAT分布式水文模型的集成,面向管理和决策层的可视化动态信息系统。本系统利用SWAT分布式水文模型对水资源水环境进行综合评价和预报,并结合GIS技术实现了流域管理的可视化和辅助决策功能,实现流域水环境的信息管理与查询,来为管理部门提供有效、直观的决策信息。     

流域水生态承载力与总量控制技术集成系统研究

本文根据流域水生态承载力研究中的需求,提出基于水生态功能分区、流域总量控制管理的集成系统总体架构,建立流域水环境系统综合数据库,研发适宜流域水环境综合管理的流域数字水环境系统多种可视化技术;将流域水生态承载力和总量控制的模型、数据、方案等成果与三维数字流域技术相结合,构建基于三维数字流域技术的流域水生态承载力与总量控制技术集成系统。该系统以流域水环境系统为核心,着眼全局用数字化的手段刻画整个流域,覆盖全流域的整体模型作为基础模拟流域的环境现象和过程,处理大量的流域信息,这些信息包括流域水文水环境信息、流域水工程信息、流域经济社会发展信息,以模拟流域水文循环过程、水化学过程、经济社会发展及污染排放过程等关键过程,揭示流域污染源迁移转化和水体水质响应变化的规律,服务于流域水环境管理实践。     

复州河流域下游水环境容量分析

通过对复州河流域水环境容量的研究,了解流域水环境容量现状,为环境管理和污染控制提供理论依据,实现区域水环境容量资源的优化配置,促进地区环境保护与经济关系的协调发展。本文在水环境功能区划的基础上,确定水环境容量控制单元,选择QUAL模型为计算模型,确定相应的设计条件和计算参数,对控制单元的水环境容量进行计算,并对结果进行合理性分析。     

流域水量、水质、泥沙综合管理关键技术EHMS

美国WEST工程咨询公司的EHMS（Environmental Hydraulics Modeling System）流域产汇流及水量、水质、泥沙综合数值模拟与分析系统．由两个目前在美国流域水文学和水动力学研究方面最具影响力的模型系统组成．适用于对流域系统内水量、泥沙、水环境的综合分析和决策，可系统研究各种尺度下不同物理环境和流域特性的水沙产输、调度及其与水环境、水生态的耦合，具有理论全面、模拟技术先进和实际应用可靠、灵活的特点。     

基于SWMM和MIKE11的城市河流水质动态模型构建及应用

为了对城市河流水污染治理提出精细化控制建议，科学合理地制定流域水环境综合治理措施，以茅洲河为研究对象，基于Visual Studio开发SWMM与MIKE11的耦合程序，采用映射配置文件将两个模型的空间拓扑关联，构建了城市河流水质动态模型，并在模型率定验证的基础上将其应用于流域水质情势预测。结果表明：城市河流水文-水动力-水质耦合模型具有较好的模拟能力和适应性，可用于类似流域水质动态模拟、预测及评估。     

GEF海河流域水资源与水环境综合管理知识管理系统

GEF海河流域水资源与水环境综合管理知识管理系统是GEF海河项目的核心内容之一,是海河流域水资源和水环境管理信息的存储、管理和共享交换中心;利用先进的3S（GIS/RS/GPS）和IT技术,建设流域水资源与水环境知识共享平台,实现海河流域水利与环保部门之间的信息交流与共享;以遥感监测ET为管理措施、水功能区为管理单元、水权为管理核心、模型为支撑工具、取水许可与排污许可为控制手段,构建海河流域水资源与水环境综合业务管理系统;该系统的建设为加强海河流域水资源与水环境综合管理,促进各级水行政管理部门间的协调合作,改善海河流域水资源与水环境状况提供了重要的技术手段和成功经验。     

流域水库群水资源调度系统开发及应用

构建了流域水库群水资源调度系统。该系统采用框架结构,与GIS无缝连接并利于添加模型;内嵌GIS控件面轻松实现图形导航、放大、缩小、漫游、标注、图层控制管理;采用分布式流域水文预报模型有效解决了山区降雨分布不均匀问题,提高了水情预报精度。通过2009年＂莫拉克＂台风降雨过程的霍童溪流域水库群预报调度计算表明：流域水库群水资源调度系统的应用可提高水资源利用率。     

QUAL2K模型在大凌河流域水资源保护管理中的应用

水质模型的应用,是水质评价及预测的重要手段.本文依据调查与监测的数据,建立了朝阳大凌河流域枯水期阎王鼻子水库至白石水库段的QUAL 2K水质模型,结合GIS系统完成模拟值与监测值的参数估计,并通过水质模型得到验证,为水资源综合管理提供依据.     

三峡水库香溪河库湾水环境容量研究

三峡水库蓄水后,水库回水区的水文情势发生了显著变化,香溪河库湾受回水顶托,营养物质大量富集,致使该库湾的许多污染指标超标,直接威胁流域生态、经济的可持续发展.欲有效地改善香溪河库湾水环境质量,必须研究库湾的水环境容量,并以此作为污染防治的依据,对主要污染物实行总量控制.通过对香溪河库湾水质野外监测和数据分析,表明主要污染物为PO4、NH4.应用WASP水质模型,对三峡水库香溪河库湾进行水质模拟.根据水质模拟结果,采用解析法、功能区段首控制法定量计算出了香溪河库湾各功能控制区段的水环境容量,各控制区污染物应削减量或可新增加量,并初步地提出了一些相应的污染治理措施.     

干旱区内陆河流域地貌单元特征及地下水储水构造

对于解决干旱区内陆河流水资源的调蓄问题，人们已习惯采用“高坝大库”的工程技术方案。本文通过分析国内外地下水库的建设经验，结合干旱区内陆河流地貌单元、储水构造特征以及水资源转化特点，提出了建设山间凹陷、山前凹陷和深覆盖河谷型等三种地下水库的具体设想，并以此为基础，提出了一种以地下水库调蓄为主，地下水与地表水统一调度的流域水资源开发利用的新模式，以期使水资源的开发利用更加合理、科学、经济。这种新模式是实现干旱区内陆河流域水资源高效利用、合理配置的有益尝试，充分体现了因地制宜、人与自然和谐的治水新理念。     

流域水文、水动力、水质模型联合应用研究进展

流域水文、水动力、水质模型联合应用可以实现水资源从源头运动到不同水体的全过程模拟,对水资源开发利用与综合管理决策具有重要的意义。为深入了解流域耦合模型的发展与演变过程,总结了水文、水动力与水质3类模型的结构与特点,探讨了各类模型在耦合应用中的作用,综合评价了单向传输耦合、双向传输耦合与接口传输耦合各自的优势与不足,并对耦合模型中的时空匹配问题进行了讨论。指出目前耦合模型中存在着结构松散和参数率定、应用标准不明确等问题,未来耦合模型将成为解决流域智能管理与决策问题的重要手段。     

流域有众多小水电站的锦江水库降雨径流预报

根据降雨径流相关原理,结合锦江水库流域地理环境、水文、气象、上游小型水电站众多特点,将该流域划分为8个单元区,并在各单元区建立一个虚拟水库,代替众多小水电站调节水量的水库降雨径流预报模型,应用于锦江水库水文预报系统。2008年至今共6年的入库流量短期预报实践证明,该模型预报精度高,在水库防洪发电、水库调度应用中效果优良。     

太子河流域不同生态分区的水生态承载力年内变化研究

为实现太子河流域水生态系统的分区、分期保护,并达到太子河流域的水生态环境与社会经济协调发展的目标,采用系统动力学和隶属度相结合的方法,从分析流域的人口、社会经济、水资源、水环境、水生态系统之间的相互关系入手,考虑到各分区之间的水流、水质交替关系,建立了基于水生态分区的太子河流域水生态承载力大系统动力学仿真模型和量化模型。对其8个水生态分区的水生态承载力指标的年内变化情况进行模拟,并量化各分区12个月的水生态承载力值,最终确定各水生态分区的水生态承载力最小值出现的月份,为更好的实施流域可持续发展战略提供科学依据。     

流域水环境管理信息系统及可视化技术应用研究

通过建立苏帕河流域水环境管理信息系统，针对苏帕河流域没有主要经济产业、水质较好的状况，侧重于介绍建立改进的BP神经网络模型对流域的水质进行综合评价．而且通过一维水质模型对流域的水质分布进行了模拟，并将其运用于苏帕河流域梯级电站水环境管理．一维水质模拟结果与实测值吻合良好．结合GIS的图形功能对一维水质模拟的结果进行了动态显示，为水利工程及环境管理部门提供了有效、经济的决策信息.     

三峡工程蓄水对库区水质的影响分析与建议

三峡工程对生态与环境的影响是受到国内外广泛关注的焦点和热点问题之一.三峡水库135 m蓄水后1年来的水质监测结果表明:三峡水库135 m蓄水对库区干流江段未造成明显影响,但对库区部分支流局部区域的水质造成了较为明显的影响.为更好地保护三峡水库的水资源,维护库区的水质安全,应有针对性地采取措施.