大型水利水电工程水沙生态环境调控研究进展

【目的】我国已建成三峡、溪洛渡、向家坝等大型水利水电工程,具有防洪、发电、航运、水资源配置等巨大综合效益,但同时也会使上下游水沙情势发生改变,造成水库富营养化及水华、通江湖泊与河口生态环境变化、鱼类洄游通道阻隔及鱼类生境胁迫等问题。为了明晰大型水利水电工程水沙生态环境调控的研究进展与发展趋势,【方法】系统阐述了水利水电工程影响下河流上下游典型水沙、水环境与水生态等问题的内在机理,重点分析了水利水电工程水沙生态环境调控的主要理论与关键技术。【结果】结果表明,水利水电工程水沙生态环境调控是保障流域水生态环境安全的重大需求,但以往较缺乏系统性的理论方法与核心技术支撑。【结论】需要通过多学科交叉和多技术手段,研究关键科学问题,突破卡脖子技术,为水利水电工程影响下的流域生态环境安全提供保障。     

长江口盐水入侵对径流变异和海平面变化的响应

基于1960—2019年长序列实测径流、潮位资料,采用Mann-Kendall检验和Theil-Sen估计分析了长江口径流变异和海平面变化趋势,结合MIKE21水动力模型和蒙特卡罗方法,提出了计算盐度超标率的方法,并对长江口盐水入侵风险进行了评估。结果表明：径流对数值的年方差和平均海平面高度分别呈显著下降和上升趋势;预计到2060年和2100径流对数值的年方差分别减小30%和60%,平均海平面高度分别上升0.2 m和0.4 m;海平面上升增大了长江口盐度超标率,河口中段的盐度超标率增幅相对明显;随着径流变异性的减小,长江口沿线盐度超标率呈交错增减变化;2060年和2100年长江口平均盐度超标率将从46.9%增大到52.2%和54.9%,其中海平面变化对长江口盐水入侵的影响显著大于径流变异。     

香溪河库湾春季营养盐空间差异性成因分析

三峡蓄水后,香溪河库湾春季水体中营养盐分布呈明显的空间差异性,具体表现为总氮含量大致呈从上游到河口逐步升高的趋势,而总磷含量呈从上游到河口逐步降低趋势.为明确库湾水动力条件对库湾营养盐空间分布的影响,本文采用三维数学模型模拟了三峡蓄水后香溪河水动力场的分布,利用示踪方法分析了三峡蓄水初期香溪河库湾水动力场对春季营养盐时空分布的影响.结果表明,春季库湾近河口区域水体表现出明显的分层分向流动特征,长江干流水体与库湾水体间的交换作用显著,相应磷营养盐也随水流带出库湾,干流水体对香溪河库湾磷营养盐有明显的稀释作用,特殊的水动力条件是库湾营养盐空间分布差异性主要成因.研究可为三峡水库正常调度运行后香溪河库湾富营养化的控制和治理提供方法,也可为相似库湾营养盐的分布特征研究提供参考.     

城市人水和谐度研究

城市的快速发展给城市水资源带来了巨大压力,城市水资源短缺、水淹和水污染等问题日益突出,实现人水和谐已成为城市发展的目标之一。本文运用系统理论、可持续发展理论与和谐理论,对城市人水和谐内涵、城市人水系统的结构及运行机制和城市人水和谐评价进行系统研究,分析城市人水和谐的主要影响因素,从城市人水客观和谐与主观和谐两个方面建立了城市人水和谐的评价指标,研究城市人水和谐评价模型与方法,建立了城市人水发展度计算模型、城市人水协调度计算模型、城市人水和谐主观感受度计算模型以及城市人水和谐度计算模型,最后,应用所建模型分析评价了南京市的人水和谐度。     

中华鲟产卵场适合度与大坝泄流相关性分析

本文基于三维水动力数学模型和中华鲟产卵场适合度评估方法,对葛洲坝坝下中华鲟产卵场的产卵适合度与大坝泄流关键指标(大坝出库流量和泄流方式)的定量关系进行评估.分析表明,适宜中华鲟自然繁殖的最佳出库流量范围约为15000～25000 m3/s;有利于中华鲟自然繁殖的最佳大坝泄流方式为先大江电厂发电泄流,后二江泄水闸弃水泄流,最后二江电厂发电泄流;小流量下最佳的机组泄流方式为大江电厂靠右岸机组发电泄流.研究结论给出了中华鲟产卵场保护的关键指标及其控制范围,为依托三峡-葛洲坝梯级水库开展中华鲟可持续性管理提供了基本理论依据.     

基于误差修正的BP神经网络模型在河道洪水预报中的应用

针对经典BP神经网络模型,增设误差修正系数,实现网络误差修正权重倾向于输出样本的较大值,据此提出了一种计算输入输出向量的归一化公式,并建立了具有洪峰识别的洪水预报BP网络预报模型。采用新模型对宜昌水文站典型年实测流量过程进行了预测检验,其结果与实测值较吻合,对流量过程及洪峰流量过程的预报精度较经典BP模型高。     

资料缺乏地区水系连通工程效益评价方法研究

在资料缺乏地区,常规的指标体系法难以用于水系连通工程的效益评价,是生态水利工程管理中的难题。本文借助易于获取的卫星遥感数据与常规水质监测数据,提取并融合水系连通度、景观脆弱度、水质污染度三个特征指标,建立了适用于资料缺乏地区水系连通工程的综合效益指数（CEI）,进而运用德尔菲法确定指标权重,采用模糊综合评价法定量评价了鄱阳湖典型滨湖城市共青城市2018、2019年河湖水系连通工程的综合效益。结果表明：2018和2019年共青城市水系连通工程CEI分别为2.014和1.906,水系连通度和景观脆弱度无显著改变,水质污染度为主要压力因子。CEI评价方法不仅能够在统计资料缺乏的情况下对水系连通工程效益进行定量评价,而且能阐明各指标结果的时空特性,为水系连通工程建设提供参考。     

工程水力学反问题研究及应用

给出了反问题的基本概念,将反问题的分类从过去的“综合、控制、识别与连接输入、系统参数识别”扩展为“参数控制反问题、源项控制反问题、边界条件控制反问题、初始条件控制反问题、形状控制反问题”。在反问题的求解方法方面,采用脉冲谱法、离散优化法、控制论方法等方法,求解了Poisson方程、Laplace方程反问题、热传导方程及对流扩散方程反问题,展示了工程水力学反问题在地下水工程、环境工程、水利水电工程等工程应用领域广泛的应用前景。     

香溪河库湾水温分布特性及其对悬浮颗粒物垂向输运的影响

针对三峡水库蓄水后香溪河库湾水温分布特性进行了数值研究。研究表明,香溪河库湾属于季节性水温分层型水体,在分层期会伴有温跃层的出现,在此基础上讨论水温分层对水体中悬浮颗粒物垂向输运的影响。通过推求沉速与水温分布的相关关系,发现水流在紊动条件极其微弱的情况下,水温分层可同时引起悬浮颗粒物的沉降速率呈现梯度分布状态,因此,易造成悬浮颗粒物在温变层的富集,最终将导致物质浓度在垂向上出现分层现象。