SWAT模型的大伙房水庫匯水區(qū)徑流與泥沙模擬

基于營養(yǎng)鹽-浮游植物-碎屑(npd)結(jié)構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)模型,結(jié)合表征水體中有機物質(zhì)濃度的生物化學碳化氧需求(cbod)變化過程和溶解氧(do)變化過程,建立了二維生態(tài)水質(zhì)動力學模型[1][2]。該模型包括了兩個子模型,即水動力學子模型和生態(tài)系統(tǒng)動力學子模型。生態(tài)水質(zhì)動力學模型的主體部分為有源項的對流擴散方程,生態(tài)系統(tǒng)動力學子模型即為該對流擴散方程的生態(tài)源項,為了求解生態(tài)水質(zhì)動力學模型中的水動力因素,該模型耦合了二維水動力學子模型,應(yīng)用有限差分法進行同步求解。

為探索人類活動對匯水區(qū)水質(zhì)的影響,以重慶市渝北區(qū)50個水庫匯水區(qū)為研究地點,應(yīng)用景觀生態(tài)學的原理與技術(shù),從匯水區(qū)的角度探討了土地利用類型的景觀組成與景觀格局特點對水庫水質(zhì)的影響.結(jié)果顯示:1)建設(shè)用地比例對nh_3-n質(zhì)量濃度變化的影響最大,其相關(guān)系數(shù)值最高(r=0.494,p10%時,水庫中含氮污染物質(zhì)量濃度上升幅度明顯增加,而當林地比例>20%時,水庫水質(zhì)的綜合評價指數(shù)降低幅度明顯增加.2)水庫匯水區(qū)中,建設(shè)用地斑塊最大斑塊指數(shù)、聚集度、連通性指數(shù)與tn,nh_3-n之間表現(xiàn)出極有統(tǒng)計學意義的正相關(guān)關(guān)系(p<0.01),林地斑塊間的幾何平均臨近距離與tp、綜合評價指數(shù)之間表現(xiàn)出了極具有統(tǒng)計學意義的正相關(guān)關(guān)系(p<0.01).

采用人工模擬降雨的試驗手段,設(shè)定6個降雨強度(31.8～114.0mm·h-1),通過測試徑流量、泥沙量、徑流中總氮(tn)和總磷(tp)濃度,研究了浙江省2種不同經(jīng)營方式竹林(用材竹林和筍竹林)坡地(坡度20°)徑流的載荷特征及機理.結(jié)果表明:用材竹林地的總徑流量和徑流系數(shù)均高于筍竹林地;筍竹林地的徑流含沙量和總產(chǎn)沙量遠大于用材竹林地;相同雨強下,筍竹林地降雨徑流中的tn濃度為用材竹林地的5～6倍,筍竹林坡地徑流中tn濃度隨雨強增大而減小;用材竹林地降雨徑流中tp濃度高于筍竹林地,筍竹林地泥沙中tp流失量是用材竹林地的數(shù)百倍;在tn和tp隨徑流泥沙的流失過程中,產(chǎn)流前期濃度起主要作用,后期徑流量和產(chǎn)沙量起決定作用.

以遼寧省大伙房水庫輸水工程為例,初步探討輸水工程水資源如何實施優(yōu)化配置,通過數(shù)學表達式和系統(tǒng)框圖來描述供水系統(tǒng)規(guī)劃模型,直觀、定性、定量地對整個系統(tǒng)進行分析、把握。

文章分析了現(xiàn)有的水質(zhì)評價方法的不足,運用基于相對隸屬度的模糊模式識別模型對大伙房水庫的水質(zhì)動態(tài)進行綜合評價,得到了比較滿意的結(jié)果。

依據(jù)三峽蓄水后變動回水區(qū)的實測資料,初步分析了三峽水庫175m正常蓄水下變動回水區(qū)輸沙過程及該河段沖淤特性,揭示了航道調(diào)整的內(nèi)在機理,總結(jié)了水沙條件變化和河段沖淤規(guī)律。結(jié)果可為減少變動回水區(qū)的泥沙淤積及淤沙淺灘的治理提供科學依據(jù)。

本文以恒河華洲水庫工程長系列的水沙資料進行分析，由于沙量資料僅有1958年-1992年共35年系列，為此，水沙系列采用1958年1月～1992年12月的水沙系列進行分析計算，計算表明：恒河華洲水庫淤積形態(tài)為三角洲淤積，并得出該水庫不同運行年限的淤積量、淤積庫容曲線以及壩前淤積高程。為確定供水建筑物進水口最低高程提供基礎(chǔ)參數(shù)，以便更合理的確定水工樞紐工程的總體布置。

大伙房水庫輸水隧洞長度大、支洞多,tbm安裝洞室斷面大、形狀復雜。施工過程要求tbm安裝洞室穩(wěn)定時間長。通過有限元計算,對tbm安裝洞室的穩(wěn)定性進行了分析,并對施工過程進行了三維動態(tài)模擬。

為了評價大伙房水庫水源地的安全狀態(tài),結(jié)合水源地自身特性,分析了對其安全造成影響的因素,建立了水庫型水源地安全的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型。運用此模型構(gòu)建了3個層次的水源地安全評價體系,采用層次分析法確定指標權(quán)重。提出5級評價標準,根據(jù)評價指標的選擇原則,選取了14個指標,確定各指標在各等級的取值范圍,運用模糊綜合評價法對各準則層及總體安全等級進行評價。評價結(jié)果表明:壓力指標安全等級為ⅲ,2012年大伙房水庫供水的7座城市人口為負增長,且經(jīng)濟發(fā)展水平較高,但其流域所處的三縣內(nèi),大量施用化肥、農(nóng)藥等,營養(yǎng)元素及污染源直接流入河中。狀態(tài)指標安全等級為ⅱ,庫區(qū)水質(zhì)滿足ⅱ級標準,富營養(yǎng)化等級為ⅰ級,水體貧營養(yǎng),但氮素含量高,依然有富營養(yǎng)的危險。響應(yīng)指標安全等級為ⅲ,其中廢水排放達標率為95%,安全等級“高”,但流域內(nèi)水土流失嚴重,水土流治理率極低,且相關(guān)管理部門的監(jiān)控及管理機制還不健全。大伙房水庫水源地安全綜合指數(shù)為2.4834,在2與3之間,更接近于2?？傮w安全等級為“高”級,但非常接近于“中”級。對水源地安全造成威脅的因素主要為非點源污染、水量不足、流域內(nèi)大面積的水土流失及監(jiān)控、管理的疏忽。對水源地保護提出了相應(yīng)的措施,有利于水源地管理工作的順利開展。

洪水預(yù)報是一項重要的防洪非工程措施,精確的洪水預(yù)報對水庫調(diào)度具有重要的指導意義。英那河水庫目前沒有可以利用的洪水預(yù)報方案,文章結(jié)合流域概況,采用大伙房模型研究水庫洪水預(yù)報方案,并采用粒子群算法進行參數(shù)率定。計算結(jié)果表明:大伙房產(chǎn)匯流預(yù)報結(jié)果整體上較好,尤其對于降雨集中雨強中等的大洪水預(yù)報精度較高,可指導英那河水庫的調(diào)度工作。

水庫泥沙淤積引起庫區(qū)水位抬高,侵占調(diào)節(jié)庫容,造成庫容損失,且有害粒徑對水輪機造成磨損,從而引起水輪機運行效率下降、出力和年發(fā)電量減小、檢修間隔縮短和費用增大。以云南某水電站水庫為例,利用非恒定一維模型對庫區(qū)泥沙淤積形態(tài)、泥沙沖淤、過機含沙量等變化進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明:水庫泥沙淤積形態(tài)為三角洲淤積,泥沙淤積對調(diào)節(jié)庫容的影響較大;通過水輪機水流的含沙量較小、粒徑較細,泥沙對水輪機的影響較小;泥沙淤積數(shù)值模擬與實測資料相符,因此采用非恒定一維模型進行泥沙淤積數(shù)值模擬是可行的,可有效地解決云南地區(qū)泥沙淤積數(shù)值模擬的難題。

為研究白石水庫泥沙沖淤特性,選取水庫大壩至上游bd20斷面,分別模擬汛期典型洪水過程和百年一遇洪水過程,分析洪水過程泥沙沖淤變化。結(jié)果表明,白石水庫洪水期間最大輸沙量與最大流量并不同步,在庫區(qū)彎道處凹岸庫底沖刷、凸岸庫底淤積;同一斷面的洪峰流量、最大輸沙率不同步;洪水過后,淤積厚度隨控制水位的升高而減小。

大伙房水庫輸水工程是大伙房水庫輸水一期工程,即將渾江流域調(diào)來的水由大伙房水庫調(diào)節(jié)至遼寧省撫、沈、遼、鞍、營、盤等六城市輸水的一項大型輸水工程。本文研究輸水隧洞在開挖中的問題,利用理論分析和對比分析等方法,對圍巖等級、隧洞開挖等進行了重點說明;研究了正常地質(zhì)段的施工以及不良地質(zhì)段的施工措施,并對工程中遇到的問題進行了總結(jié)。

本文從水土保持的重要性與必要性出發(fā),結(jié)合水土保持的實際需求與操作特點,將swat模型引入水土保持中,較為深入地探討了swat模型背景下,實行水土保持措施能達到的減流減沙效益,并基于徑流小區(qū)的水土保持措施進行減流減沙效益評價,希望能為相關(guān)部門進一步解決土壤侵蝕問題、確保水土結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

水庫壩前及泄水底孔內(nèi)泥沙淤積形態(tài)斷面模型試驗——通過斷面泥沙模型試驗，對某水庫泄水底孔壓力段內(nèi)泥沙淤積形態(tài)和壩前泥沙淤積高程進行了分析研究,試驗結(jié)果表明，在泄水底孔關(guān)閉運用的前兩個月（10月和11月）壩前泥沙淤積速率較高，這兩個月的泥沙淤積厚度達...

針對實驗觀測黏性細顆粒泥沙絮凝沉降過程存在困難的問題,在考慮泥沙絮團分形特性和曲線軌跡碰撞的前提下,建立了靜水絮凝-沉降模型,并驗證了模型的正確性,最后根據(jù)模擬試驗結(jié)果分析了絮團體積分布及絮團平均粒徑的時空變化和絮團分形維數(shù)對模型的影響。研究結(jié)果表明:不同深度下,大粒徑絮團的體積和絮團的平均粒徑均隨時間遵循先增后減的規(guī)律,但隨著深度的增加,絮團體積分布變寬,大粒徑絮團所占比重增加,絮團平均粒徑的最大值增加且出現(xiàn)時間較早;分形維數(shù)越大,豎直方向的泥沙輸移作用越強。

建立了基于不規(guī)則三角形網(wǎng)格的考慮波浪及其破碎作用的二維潮流場和泥沙場數(shù)學模型,對黃島電廠取水海域的潮流場、泥沙場進行了數(shù)值模擬和分析,對電廠取水口的泥淤積強度進行了計算。計算結(jié)果表明,電廠取水口附近海區(qū)流弱水清,取水口泥沙淤積輕微,對電廠取水基本沒有影響。

新疆南疆地區(qū)水庫由于建庫初期蓄水運行,庫容快速淤損,雖然改變了運用方式,庫區(qū)仍淤積嚴重。本文以水流運動方程及經(jīng)過作者修正的泥沙運動方程為基礎(chǔ),同時引入與實測資料相符合的水流協(xié)沙力、動床阻力、泥沙級配等計算公式作為補充方程,構(gòu)造出新疆卡拉貝利水庫庫區(qū)泥沙淤積一維數(shù)學模型。然后,采用清華大學一維懸移質(zhì)不平衡輸沙數(shù)學模型重新進行了模型分析驗證計算。其結(jié)果表明,該模型能很好地模擬新疆南疆地區(qū)河道的輸沙特性及河床變形規(guī)律。

通過對北盤江石板寨河段實際情況的勘察,結(jié)合歷史流量和輸沙率資料,采用準二維泥沙數(shù)學模型對石板寨水庫有堰和無堰兩種設(shè)計方案進行了計算比較.最后給出了無堰方案更有利于確保電站及水庫的安全運行的結(jié)論.

針對二灘水電站的實際徑流特性,提出了有、無時段徑流預(yù)報相結(jié)合的馬氏性徑流描述模型;以兼顧保證出力要求的發(fā)電量最大為目標函數(shù),建立了優(yōu)化調(diào)度模型,并研究求解過程中的遞推方程建立、保證出力約束的考慮、預(yù)報誤差影響分析等相關(guān)問題;應(yīng)用二灘電站的歷史徑流序列進行模擬優(yōu)化調(diào)度,研究結(jié)果表明該模型比傳統(tǒng)的有預(yù)報或無預(yù)報的馬氏性隨機徑流描述方法能更好地描述徑流,并且可作為進一步改進徑流描述模型的比較基礎(chǔ)。

本文以防洪、灌溉、工業(yè)及城市生活用水、發(fā)電等方面,全面闡述了大伙房水庫建成50多年來,充分地利用水庫工程,科學調(diào)度,努力提高水庫防洪與興利等能力,取得了顯著的經(jīng)濟效益與社會效益。

大伙房水庫上游河段農(nóng)田徑流中的植物營養(yǎng)物質(zhì)排入,導致湖庫藻類大量繁殖,從而產(chǎn)生富營養(yǎng)化,水生態(tài)系統(tǒng)遭遇了嚴重破壞。通過對水庫健康問題分析與評價,得出了該水庫是健康水平。同時根據(jù)評價結(jié)果,提出了要科學配置流域水資源,優(yōu)化水庫調(diào)度,最大限度地發(fā)揮水庫的調(diào)蓄作用,嚴格控制進入庫區(qū)的營養(yǎng)鹽量,防止藻類爆發(fā),避免水華發(fā)生等保護性措施及建議。