基于Vine Copula函数的河湖连通水环境多因子联合风险识别研究

河湖连通工程是水资源调配和水生态环境保护与修复的重要途经,同时作为一个包含着模糊性、随机性、灰色性以及未确知性信息的复杂系统工程,其不可避免地存在一定的风险。本文基于Vine Copula函数构建了南四湖在南水北调东线一期工程运行前后水环境多因子联合风险模型,通过对总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH_3-N)和叶绿素a(Chl-a)4种风险因子的敏感性分析,识别出运行后的关键风险因子;结合南四湖Ⅲ类水的供水水质要求,设置了运行后关键风险因子不同风险状态(即Ⅳ类和Ⅴ类)组合下的系列风险情景,识别出运行后潜在水环境多因子联合风险。结果表明:TN、NH_3-N、 Chl-a为关键风险因子;当TN和NH_3-N达到Ⅴ类水标准限值、Chl-a为35μg·L~(-1)时,工程运行后水环境联合风险变化速率增大,不确定性提高,需及时响应,建议重点关注TN和NH_3-N指标。     

桩柱上破波力的特性分析

本文分析了破碎波对桩桩使用力的机制，认为破碎在静水面以上对桩柱的冲击力和静力面以下的绕流力的机制是统一的。在计算冲击力时，水的压缩性可略去；气垫效应对曲率半径小的桩柱不显著；用现今开发的破碎流场的计算结果，可简单地用动量原理估算破碎波对桩柱的冲击荷载。     

输水隧洞坡角对侧式进/出水口水力特性影响研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口具有双向过流的特点,进/出水口自身体型参数对其水力特性具有很大的影响,但连接的输水隧洞布置型式也同样会影响进/出水口水力特性,若输水隧洞布置不恰当,将可能导致进/出水口出现不利的水力特性。利用RSM紊流模型,以某侧式进/出水口为研究对象,在进/出水口体型不变的前提下,研究出流工况不同隧洞坡角对进/出水口内部流态、拦污栅断面流速不均匀系数、水头损失系数及流量分配等水力特性的影响。结果表明,当隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,进/出水口内部流态较好,反向流速区的沿程范围、拦污栅断面流速不均匀系数及水头损失系数均最小。因此,当进/出水口扩散段垂向扩散角不大且各隧洞坡角均满足地形、地质条件的情况下,隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,可获得较优的水力特性。     

船闸中间渠道尺度对通航水流条件影响的研究

利用物理模型结合数学模型,研究船闸泄水进入中间渠道后,中间渠道内的水流条件与渠道尺度的关系。根据波动特性,对渠道内水体波动进行了定义。试验发现,船闸泄水正波在前进中波前逐渐变陡,到一定程度,波前水体形状将不再稳定,并形成短周期波。当中间渠道长度约等于泄水波长度一半时,船闸中间渠道振荡波最大。为改善水流条件,应调整输水时间、渠道水深等,以改变泄水波形状,或者直接改变渠道长度。     

板结粉沙运动规律的研究

本文对黄河口埕岛地区的“铁板沙”起动特性进行了研究，通过理论分析及试验研究，根据板结粉沙的特点，提出了“板结力”的概念，给出了其起动规律表达式，依据功率模型的概念，通过试验及理论分析，给出了滤流共同作用下板结粉沙的输沙率公式。     

基于GPU和数据同化的深水湖库水温与溶解氧中短期预报

深水水库通常存在季节性温度分层,由温度分层引起溶解氧等水质指标的分层还会诱发库区水环境水生态问题。当前在中短期时间尺度上对水库水温和溶解氧进行预报的研究相对较少,提高数学模型的模拟效率与精度对提升中短期预报效果至关重要。本文采用集合卡尔曼滤波算法作为同化方法,基于CE-QUAL-W2模型建立水库水动力水质数学模型,基于OpenACC的GPU并行方法提升模型计算效率,构建大黑汀水库水温与溶解氧的数据同化系统,在中短期时间尺度上开展水库水温与溶解氧高精度、高效率预报。预报结果符合水库水温与溶解氧的中短期变化规律,能够为大黑汀水库的供水与生态安全提供技术支撑。     

长距离重力流输水管路水锤压力数值模拟

长距离重力流输水管线距离长、支线多、落差大,当突然关闭末端水厂阀门管线时会产生破坏性较大的水锤压力,因此,分析水锤特性并采取合理的水锤防护措施,对于保证输水工程的可靠性和降低管路工程造价具有重要意义。以某输水工程为例,建立输水管路水锤压力数学模型,用于研究末端水厂关阀引起的管路压力和水锤压力变化规律。结果显示,管路末端水厂阀门在无水锤防护措施工况下同时关闭,水锤压力沿线逐渐上升,末端易产生水锤高压。依据数值模拟结果,采用空气阀、超压泄压阀等水锤防护措施,可减小管路末端关阀水锤压力,保障输水系统的安全运行。研究成果可为类似工程的水锤防护提供参考。     

非点源污染概化方式对城市水系补水模拟的影响

为了探索非点源污染概化方式对城市水系补水模拟结果的影响,建立了南昌市昌北水系一维水动力水质模型,采用集中式与分布式两种汇入方式概化了研究范围内入河的非点源污染,模拟分析了两种汇入方式下补水前后的水系水质,利用控制断面水质达标率、水质改善率和水质变化指数反映水质改善效果的三个指标表征补水对的水系水质影响。计算结果表明,当采用控制断面水质达标率相同作为补水标准时,分布式汇入方式下所需的补水量比集中式所需的补水量多约27.7%;而当采用相同补水量条件时,在控制断面处分布式汇入方式水质改善率和水质变化指数两个指标均优于集中式汇入方式。由于集中式汇入方式对非点源污染负荷的概化不能体现非点源污染的空间分布特点,因此两种汇入方式反映出的补水对水系水质的影响存在较大差异。研究结果表明,在水系补水模拟条件下,采用分布式汇入方式概化非点源污染更符合实际情况。     

模糊数学在海水入侵地下水水质评价中的应用

本文运用模糊数学的基本思想方法，根据海水入侵地下水水质的特点，选择了Cl-,M等5项化学指标作为综合评判海水入侵程度的指标：侵染程度划分为4级；把模糊数学最大隶属度原则应用到海水入侵地下水水质评价中，构造了综合评判模糊数学模型，并进行了实例计算，通过对比运用模糊数学的评价结果与运用地下水水质量，标准规定的加附注的评分法的评价结果，验证了此评判模型的可靠性。     

基于AHP-熵权法的平原城市河网水系连通性评价——以廊坊市为例

在对近年国内外城市水系连通典型案例总结的基础上,构建包含水系格局、结构连通性和水力连通性3个准则层的平原城市河网水系[JP2]连通性评价体系,改进水力连通性准则层中水力连通能力指标的计算方法,使其适用于整个河网计算。为避免主、客观单一权重法的不足,采用AHP-熵综合权重法对评价指标赋权。针对通过指标值评价水系连通状况不能兼顾多因素影响的局限性,采用综合评价法对廊坊城区不同水系连通方案的水系连通状况进行评价。结果表明,该体系能够较全面地对平原城市河网进行水系连通性评价,为我国平原城市河网水系连通性评价提供参考。