城市湖泊生态环境需水量计算方法研究——以东昌湖为例

数量与质量是水资源同时具有的不可分割的两个属性,城市湖泊生态环境需水量应是城市湖泊发挥其正常功能所需具备的一定水质的水量.以东昌湖为例,结合其功能要求,将其生态环境需水量划分为以下四个组分:水体生态环境改善需水量、水体本底需水量、湖滨带绿地景观需水量和湖滨带娱乐需水量.考虑到生态环境需水量的时空特性,探讨了结合水量水质耦合研究和阈值研究的生态环境需水量计算方法.东昌湖多年平均生态环境需水量的计算结果表明,最优生态环境需水量为2922.9万m3;中等生态环境需水量为2334.7万m3;最小生态环境需水量为1746.4万m3,而且水体生态环境改善需水量和水体本底需水量两部分占全部生态环境需水量的绝大部分.计算结果可为保护其生态环境,促进其可持续利用提供依据.     

城市湖泊暴雨过程中蓄洪能力研究

结合雨水管网箱涵溢流公式,建立二维浅水方程洪水演进模型,模拟城市浅水湖泊在暴雨条件下城市湖泊蓄洪排洪效果.通过深圳荔枝湖两场实测暴雨验证,计算结果和实测资料吻合较好.并计算设计暴雨强度50mm/h情况下,有56961.5m3水体,即45%的降雨径流通过箱涵进入湖内,这大大削减排水管网中洪峰负荷,使街道暴雨径流尽快排出,将暴雨灾害减小到最小.     

大型浅水湖泊水环境容量计算研究

针对大型浅水湖泊受风场影响显著的特点,提出考虑风向风速联合频率订正及污染带控制的水环境容量计算方法;以太湖为例,建立了二维非稳态水量水质数学模型。结合该区域的水文特征和实测的数据,对流场和浓度场进行了模拟和对比,并计算了太湖的水环境容量。结果表明：采用二维非稳态水量水质数学模型得到的太湖流场、浓度场计算值与实测值均相差不大,太湖水环境容量COD为132727 t.a-1,总磷为545t.a-1,总氮为7700t.a-1。该方法运用风向风速联合频率综合体现了风场对太湖湖流的形成及流态的作用以及对水环境容量的影响。     

西湖引水淡化总磷浓度效果研究

总磷是湖泊富营养化的重要指标,本文采用零维质量平衡模型对两湖治理前、后的20年总磷浓度年平均值及多年逐月变化进行验证,并预测新的引水方案对改善西湖水域总磷的总体影响,同时建立西湖平面二维水动力水质模型,研究引水方案对改善西湖总磷平面分布的效果.     

钱塘江引水入城工程水质分析及预测研究

复杂河网的水质分析与预测一直是广为关注的研究课题。本文采用一维非恒定流圣维南方程组、汉点连接方程组和边界条件,建立了运西河网水动力学模型和水质模型,采用四点加权Preissmann隐式差分格式离散并求解。对多种备选引水方案下的河网水质CODMn和水质分类进行预测,提出了相应的最优引水规模;分析了钱塘江沿岸引水对下游水厂含氯量的可能不利影响和相应对策;为运西河网的综合整治方案比选提供了技术支持。     

梯级水电站群优化调度控制研究及解决方案

研制了分层的乌江梯级水电站群优化调度控制系统,由3个子系统组成:水情测报系统、水库调度系统和梯级远程集中监控系统。将调度控制的优化分解为3个子系统的优化控制。运用了梯级最大发电量、梯级最大蓄能量和梯级各电站最小库水位越限程度3个优化准则,并针对各个优化准则建立了相应的数学模型。在对适用于梯级水电站群优化调度计算的各类优化算法进行分析并结合实际运用情况的基础上,提出应优先考虑采用改进动态规划算法求解梯级水电站群优化调度问题。实际运行情况表明,优化调度控制大幅提高了乌江梯级水电站群的经济效益和运行管理水平。     

重庆电网水电站群中长期发电调度决策系统

以重庆电网水电站群发电调度决策支持系统为背景,分析重庆电网水电站群中长期优化调度原则,提出水电站群中长期发电调度决策方法,探讨构建该决策系统的解决方案和关键技术。建立基于B/S(Brower/Server)模式,以.Net为平台和ASP.NET技术开发的分布式、可扩展的系统。     

基于SWAT模型的闸坝水量水质优化调度模式研究

水量水质联合调度是现代水利工程调度面临的一种新的调控模式.本文将闸坝水量水质联合调度模型、遗传算法耦合到流域综合管理模型SWAT中,从流域尺度上探讨了闸坝的合理调度模式,并在北京市温榆河流域进行了实例研究.研究表明:(1)基于SWAT模型,建立耦合闸坝系统的温榆河流域水量水质模型,较好地模拟闸坝影响下流域的水量水质演变过程,为温榆河流域闸坝调度研究提供支撑.(2)引温济潮二期工程的实施后,温榆河干流下游水量将有所减少,水环境状况将进一步恶化,尤其是在鲁疃闸上游地区水质浓度显著提高.闸坝的水量水质优化调度对改善全流域水环境状况,提高水资源利用率有积极的作用.研究将为温榆河流域及其他多闸坝流域水污染整治提供技术支撑和借鉴,同时也对北京市经济社会的可持续发展具有重要的意义.     

基于自适应粒子群算法的梯级小水电群优化调度研究

针对以发电为主的梯级小水电群,以各水库的发电引用流量为决策变量,建立了以发电量最大为目标的梯级小水电群优化调度数学模型;设计了PSO算法和APSO算法的工程实现方法,具体包括编码设计、迭代方法设计以及惯性权重设计等;通过一个具有两库串联的梯级小水电群实例,将PSO算法和APSO算法的仿真寻优过程进行了比较,结果显示两种算法是有效的,并且APSO算法具有更强、更快的全局搜索能力;将APSO算法的仿真结果与同一条件下的GA算法的仿真结果进行了比较,结果显示APSO算法的仿真结果更优,更能充分利用水能资源.     

水电站群优化调度分解协调—聚合分解复合模型研究

本文在讨论水电站群优化调度分解协调和聚合分解两个隐随机优化模型的基础上，提出了分解协调一聚合分解的构模思路，并建立了相应的复合模型，实例计算表明，构模思路是正确的，结果令人满意。     

三峡工程蓄水对鄱阳湖水情的影响格局及作用机制分析

鄱阳湖近年多次出现罕见的枯水水情,且恰逢三峡工程开始试验性蓄水,三峡工程对鄱阳湖的影响因此广受关注和议论。为明确三峡蓄水对鄱阳湖的影响及其作用机制,本文运用长江中游江湖耦合水动力学模型,以2006年三峡蓄水试验为例,计算了汛末蓄水对鄱阳湖水情的影响分量。结果表明：受蓄水影响,鄱阳湖湖口、星子、都昌和康山水位平均下降0.94m、0.74m、0.50m和0.03m。水位影响格局呈北高南低。湖泊内部的洲滩湿地受水位下降影响,提前出露,受影响最大的是中部的开敞水域。干流水位快速下降,加速湖水下泄是三峡工程蓄水对鄱阳湖水位的主要影响方式。     

深水湖泊水库水温数值计算模型研究

本文针对深水湖泊水库三维温度场计算量较大的特点提出了一种计算快捷的湖泊水库三维温度计算模型。该模型根据控制方程中各物理过程的变化特点采用算子分裂法求解,快过程采用隐式求解,慢过程采用显式求解,协调了不同物理过程模拟的时间步长;文中对σ坐标系下的斜压梯度力和水平扩散项的表达式采用z平面均值扣除法进行处理,提高了二者的计算精度,更加适合于湖泊水库的应用。文章最后采用两个算例对模型进行了验证,表明了模型的有效性和实用性。     

调水工程明渠非恒定流解析近似控制模型研究

本文用线性化圣维南方程研究调水工程明渠输水道多渠段非恒定流,以用于明渠水流运动过程的控制系统设计。文中给出明渠物理属性对渠段水流控制方式选择影响定量分析方法,并推导出以闸门开启面积为控制变量、渠段上下游水位为被控变量的多渠段解析近似传递函数模型。模型准确性通过假设的调水工程输水渠道(包括三段渠段和四个控制闸门)实例验证。     

引江调水改善太湖贡湖湾的水环境效应

本文以生态系统动力学模型CAEDYM为建模框架,紧密结合太湖生态系统结构与功能特点,以河道流量及其物质含量、风场、太阳辐射等为外部函数,以藻类生消及其相关营养盐变化过程为建模核心,建立考虑内源释放的各种形态氮、磷输移与转化的太湖整体三维藻类动力学模型。在选取关键性评估指标的基础上,构建非调水及实况调水两种情景方案,应用模型计算了两种情景方案下贡湖湾环境指标的时空变化,重点对比分析了蓝藻生物量的变化规律及其影响因素,较客观评估了引江调水对贡湖湾的水环境效应,阐明了引江调水对贡湖湾水环境的改善机制。     

基于FVM-HGA的河流水质模型多参数识别

针对解析法求解河流水质模型的不足和传统方法在求解河流水质模型多参数识别问题遇到的困难,提出了采用有限体积法结合混合遗传算法(FVM-HGA)的参数识别算法。由于水质模型中源项的广泛存在,对流项的离散采用了满足有界性条件的非线性高精度格式-MINMOD格式。由于优化算法对参数识别反问题具有的普遍适用性,因而反演算法采用了全局寻优能力很强的遗传算法;为了克服传统遗传算法局部搜索能力较弱的缺点,采用了遗传算法与最速下降法相结合的混合遗传算法。两个算例的计算结果表明,采用FVM-HGA算法对常系数河流水质模型和变系数水质模型都能给出较好的反演结果。     

云东海退田还湖工程调水改善水质的数值评估研究

退田还湖已成为改善水环境景观的重要手段。本研究结合珠江三角洲典型城市湖泊云东海的退田还湖工程,建立适宜于浅水湖泊的三维水动力-水质数学模型,模拟分析引调北江水前后云东海湖区的水动力和水质输移过程的变化特征,评估调水引流改善云东海湖区水流水质成效。对比现场观测资料表明,所建水动力-水质数学模型精度较高,可为城市湖泊资源开发、修复和引水调控提供技术支撑,一定程度上减少退田还湖中引水工程论证的盲目性和随意性。     

岸边排放污染物浓度场三维浑水水质模型研究

本文建立了考虑泥沙吸附和泥沙冲淤对污染物输移扩散影响的岸边排放污染物浓度场三维浑水水质模型,并模拟了三峡库区涪陵磷肥厂排污口附近的总磷浓度场。浑水水质模型的计算结果与传统清水水质模型的计算结果以及实际观测的结果之间都作了对比,结果发现在同一来流和排污条件下,两种模型计算得到的沿水深平均的污染物浓度场分布比较接近,而沿水深方向的污染物浓度分布有比较明显的差别。与实测结果的对比分析表明：浑水水质模型的计算结果比传统清水水质模型更接近实际,更准确的反映了污染物浓度沿水深方向的分布特征。