平原河网区城市水污染特征及控制对策研究

以典型平原河网城市——苏州市为例,进行水污染成因及控制研究。前街后河的棋盘式河网格局体现了苏州市特有的文化风貌,也使得苏州市同样存在平原河网城市共有的环境特征。古城区内,水体流速不大于0.01 m/s,C∶N严重失衡为0.4~1.4(其中C以BOD5计算),水生态系统已遭到严重的破坏。针对苏州市古城区水污染特征,从区域水文循环角度,提出了时空分步实施的综合治理理念。即首先进行内外污染源控制;再通过适当的闸坝调度引入周边太湖或长江清洁水源,改善古城区水体水动力条件、缓解水体碳氮失衡;对于局部污染仍严重的水体进一步实施原位强化净化工程。通过效果评估分析及实施综合治理方案后,可使水体水质达到地表水环境质量Ⅳ类水标准。该方案为其他平原河网城市的水污染控制提供了参考。     

MIKE 11模型在南通平原河网模拟中的应用

基于丹麦水利研究所开发的MIKE 11构建南通平原河网模型,分别利用模型中的NAM模型和HD模型对各流域进行产汇流以及河网的水动力过程进行模拟。采用了实测水文站资料对模型进行了率定、验证,并利用验证后的模型对20年一遇降雨下南通河网排水情况进行模拟。该模型可以为南通地区的排涝以及引水工程提供重要参考和指导意见。     

水动力水质模型在温黄平原河网入河污染负荷削减中的应用

为了探究入河污染负荷削减对河网水环境改善的效果,针对台州市提出的河网水质改善需求,以浙南温黄平原河网为例,设定河网主要污染物氨氮为评价指标,建立能反映出河网水动力水质时空变化规律的模型,通过对入河污染物削减率和配水水源的调节,进行方案模拟计算。结果表明:在长潭水库和灵江联合配水、入河污染负荷削减率达到55%时,水质改善效果最好;温黄平原整体河网平均水质达到较好的Ⅳ类水。提高入河污染物削减率虽然能够大幅度的强化内部河网的治污体系,但控制污染物排放、调水引流、加强区域内截污治污多措并举才能从根本上有利于河网水环境改善。本模型的应用研究可为台州及其他类似城市的河网水污染治理和控制提供参考,为建立有效可行的城市河网水污染防治安全体系提供技术支撑。     

南通平原河网水系特征与保护研究

水系在平原河网地区防洪除涝、水资源供给、水环境改善等方面功能作用巨大。从南通河网的形成过程入手,深入研究水利分区,分析论证河道结构特性,以期更好的把握本地区河网规律,完善水网布局,提高河网的综合效益,对平原河网地区的水利规划、建设、保护与管理具有指导意义。     

太湖流域水资源综合规划数学模型

该系统是正在开展的太湖流域水资源综合规划的专题项目之一，其研制的主要目的是模拟流域平原河网地区水流运动情况，对河湖水量、水质进行联合计算，研究水资源配置方案等。系统主要包括河网水量、废污水负荷、河网水质、太湖湖流和太湖湖区水质等5大模型以及与流域产汇流模型进行的系统整合计算等。系统基础资料库和模型库建立前台一体化操作平台，采用空间地理信息和数据信息相结合、方案生成和方案结果数据库管理等多种最新信息处理技术，提供强大的集成管理和分析功能，并充分考虑了系统先进性、实用性、可靠性、开放性、灵活性和扩展性的要求。     

水动力模型在平原感潮河网地区的研究与应用

根据平原感潮河网的水力特性，研究复杂河网非恒定流计算问题，利用圣维南方程组、节点连续方程及边界条件建立了水动力数学混合模型。将模型应用于宁波市鄞东南水系的河网计算，并利用2005年“麦莎”台风实测水文资料对模型做了检验。验证结果表明，建立的水动力数学模型是可行的，可以用于平原感潮河网地区的水力计算。     

沿海河网地区水流水质模拟分析

沿海河网地区水系复杂,水体存在水深较浅、流速缓慢、顺逆不定、水体自净能力不强等问题。本文以沿海平原河网地区的如皋市水环境为例,根据其水系特点和实际需要建立一维河网水量水质耦合模型,并利用2009年6月的水文、水质监测资料对模型计算结果进行验证。验证结果表明水质模拟结果较理想,模型能较为准确地反应河网水流、水质变化趋势,可用于该地区的河网水质改善研究。     

平原河网地区骨干河道河网概化排涝复核计算初探

滨海平原河网地区由于河道淤积造成引水、排水能力下降,从而导致河道不断恶化,因此骨干河道的规划整治迫在眉睫。本文在分析南通市滨海平原河网特性的基础上,考虑感潮河网的特点,对所涉及范围内的河道进行概化分析,提出了基于河网概化的滨海平原河网地区骨干河道排涝复核计算方法。该方法实现了河网水力计算的自动化分析处理,增加了规划设计的科学性和合理性,并为水质模型、水环境模型及骨干河道排涝优化设计提供了可靠平台。     

平原感潮河网区域城市洪涝分析模型研究

为开展平原感潮河网区域城市的洪涝分析,综合考虑了该类型区域河流密度大、具有城市的特殊下垫面以及市政排水对洪涝的影响等特点。以城市主干河流、堤防等交汇包围的区域为单元提出了河网排涝单元模型,以排水分区为单元按照其排水能力建立了排水概化模型,并与模拟主干河道和道路、模拟地面的洪水演进模型耦合,建立了平原感潮河网区域城市洪涝分析模型。以上海市浦西防洪保护区为例,开展了上游河道洪水、风暴潮及区域降雨和防洪工程调度综合影响下的洪涝分析。结果表明,黄浦公园等站潮(水)位过程与实测基本一致,苏州河、淀浦河、西大盈港等河流发生漫溢,与实际情况基本相符。研究成果对平原河网地区城市洪涝模拟具有参考价值。     

南通地区排涝控制水位初探

根据南通地区水利分区并结合南通市平原河网地区模型,通过对南通各排涝片区的地面高程、设计暴雨下的河网排涝能力分析,综合考虑河网水位分布的适应性和合理性,目标的可达性,区域内重要城区的排涝需求以及重要航道的通航要求,确定南通市域的排涝控制水位。     

数值模拟在平原河网地区供水规划中的应用研究

江苏省平原河网地区水系复杂、湖泊密布,洪水演进过程相当复杂,加之经济发达、人口众多,是极易遭遇洪水灾害的地区。为解决河网地区的防洪、规划、灌溉、排涝等问题,建立流域(区域)河网数学模型十分关键。本文针对通南三泰水网地区复杂的河网水力特性、水文条件及水资源供需分析的要求,选择采用MIKE 11河流模型系统的水动力学模型建立通南三泰河网水动力学模型;结合区域水资源供给总体布局,将该区域近期规划的马甸枢纽除险加固工程纳入已建模型中,通过分析区域整体水资源供给体系的水资源供需平衡效果,对其规模进行详细论证,提出推荐方案,并从水资源供给角度对马甸枢纽工程实施后的效果及影响作了具体分析。     

水量调度对平原河网能量影响分析

平原河网水动力条件相对较差,水质问题较为突出,为改善平原河网地区水环境状况,选取江苏省无锡市滨湖河网2018年洪季和枯季19个断面水文水质监测数据,基于MIKE21滨湖河网水动力-水质模型及Python能量计算模型,探究能量耗散规律以及能量、水质间的关系,并确定最佳调水流量区间。结果表明：滨湖河网水质浓度与河流能量显著负相关;一定调水流量的增加使得河流总能量随之上升,能量到达阈值后,随调水流量的上升,河流总能量呈降低趋势;在能量目标层面上优选引调水方案,能有效协调引调水过程中存在的异质性因素,确定逐日最佳调水流量区间及河网总能量最佳区间,提供流量优化调控方案,保障平原河网水动力与水环境条件。     

平原河网区除涝水文计算方法研究

平原河网区的除涝水文计算一般采用平均排除法、水量平衡法和河网水力学模型法.以清远市规划新区——燕湖新城为例,分别采用3种方法对该排涝区的设计排涝流量进行计算,并对其结果对比分析.结果表明,平均排除法适用于无控制水位要求的圩区排涝计算;水量平衡法和河网水动力模型法适用于高度城市化平原河网区,均能满足控制水位要求.在实践中应多种方法进行分析计算取其大值作为规划设计的依据.     

基于HSPF模型的平原河网地区流域划分

现有的流域划分方法适用于高差清晰的地区，在平原河网地区适用性较差。为解决平原河网地区流域划分问题，根据平原河网地区的地形地貌特征，提出了一种综合各数据优势的多尺度、分层次的平原河网地区流域划分方法。该方法参考水系、道路、圩堤、闸泵和土地利用类型，结合单元格级网格和网格中心点空间分析数据，生成流域划分参考图。通过建立常州市钟楼区平原河网HSPF水文模型，对提出的平原河网地区流域划分方法进行了模拟应用。结果表明：钟楼区2020～2021年水文过程模拟结果较好，德胜河桥、钟楼大桥和连江桥下站点的相关系数、纳什系数均大于0.75,满足模型模拟精度，提出的平原河网地区流域划分方法有一定的合理性和可行性。     

WASP5水质模型在平原河网区的应用

以平原河网区水环境为研究对象,选择了WASP5系统作为平原河网水质模拟的基本工具,针对WASP5系统自带的DYNHYD5水动力模型功能的局限性,以及平原河网水力调控系统复杂的特征,选择了具有产汇流模拟、闸坝控制模拟及河网水流模拟等功能的三级联解平原河网水动力模型。通过利用C++语言编程,实现了三级联解平原河网水动力模型与WASP5水质模型的耦合,使之可以应用于平原河网水环境的模拟。并把研究成果运用到实际引调水工程中去,模拟引调水工程中不同实施方案下的环境效益,为引调水工程实施方案的确定提供了理论依据。     

平原感潮河网闸群防洪体系优化调度模型研究

针对平原感潮河网的水文水力特性、闸群结构型式及运行调度方式复杂多变等特点,基于一维非恒定流河网水动力学方程,提出了改进的双向迭代内边界控制法求解含有闸、堰的汊点方程,并建立了河网闸群防洪体系优化调度模型。模型经天津市永定新河闸群调度实测资料验证,计算结果与实测资料吻合良好;并应用于该闸群防洪体系的优化调度计算,可根据管理部门提供的各闸调度原则、水文拍报条件以及调度目标确定闸门的启闭时间及方式,为河网闸群综合管理提供有效的决策支持。     

上海市防汛决策支持系统设计

针对威胁上海的三大水灾 ,研制了风暴潮数值预报模型、城市暴雨积水预报模型、河网水动力模型和洪涝灾害损失评估模型 ,在GIS支持下建立了上海市防汛决策支持系统 ,实现了对处于平原感潮河网地区的上海市洪涝灾害的实时监控、分析预报、风险评估和信息的网上发布 .对系统的总体设计、功能模块、关键技术进行阐述 ,并着重分析了水动力学模型在系统中的应用 .     

荆江-洞庭湖洪水演进模型和基本算法

针对荆江-洞庭湖复杂河网系统规模庞大、水流复杂的特点,建立了一、二维联算洪水演进模型,其中河道与湖区采用一维河网模型,分蓄洪区水流采用二维模型模拟.在建模中,模型提出了实时预报模式、河网断流计算模式、河道与分蓄洪区水量交换模式.该模型可用于长江干流、洞庭湖区河网及湖泊、分蓄洪区的洪水演进和防洪调度的水流仿真.     

强人类活动平原地区河网提取中的流路强化方法

我国北方强人类活动平原地区的水资源问题越来越严峻,基于分布式水文模型的水循环模拟是流域水资源研究的基础,其中基于DEM的河网水系提取是基础环节。平原地区由于沟谷发育不明显,且人工河道和沟渠众多,流域汇流结构支离破碎,常用的河网提取模型往往很难得到正确的结果。本文借助已有的主要干流数字化河网水系,提出了流路强化处理方法,用于对平原地区的DEM进行预处理,经过处理后的DEM输入河网提取模型,可以得到流路正确、且河网密度更精细的河网水系拓扑结构,为分布式水文模型的高精度水文单元划分奠定基础。该方法在强人类活动干扰的典型流域——海河流域进行了应用,对比了流路强化处理前后的河网提取结果,表明该方法是一种方便、快捷、高效的处理方法。     

基于SWAT模型的流域特征自动提取

流域特征获得是进行流域水文特性分析的主要前提之一。本文以牛栏江流域上游河段的德泽水库为例,采用DEM作为基础数据在SWAT模型的环境下实现流域河网及边界的自动提取。结果表明:在牛栏江流域上游河段利用SWAT模型提取的流域河网与实际地形图上绘制的河网基本吻合,根据河网共划分45个小流域,提取的流域集水面积与实际集水面积相对误差2%,由此说明利用该方法提取牛栏江流域上游段河网及边界的可行性。