框架结构护岸新技术在城市河道中的应用

好溪堰河是贯穿浙江省丽水市主城区的一条千年古河道,在河道整治过程中,受制于河道周边的密集建筑物,传统的河道护岸技术均难以同时满足水利、市政、交通及景观的多元化要求。在分析其他创新河道护岸技术特点及存在问题的基础上,提出了适用于城市河道的桩柱式、框柱式两种框架结构护岸新技术,这两种护岸在维护河道周边建筑物稳定的同时,均具有不加深河床就可拓宽河道过流断面、不减少河岸用地、保持岸路畅通、改善水质及生态效果、提高亲水性等优点,在丽水好溪堰河水系整治工程中应用较为成功。     

海河流域典型河流沉积物粒度特征及分布规律

为了解海河流域典型河流沉积物粒度参数空间分布规律,对海河典型河流的表层沉积物进行采集并利用Mstersize2000激光粒度仪进行粒度分析。结果表明,海河典型河流沉积物平均粒径差异显著,分选状况总体较差;山区水系与平原水系相比,沉积物平均粒径减小,呈集中分布,水动力减弱;山区自北向南变化明显,水系沉积物平均粒径减小,分布集中化,分选状况变差,由极正偏-正偏,向对称方向变化,峰度向平坦方向趋近,水动力减弱,符合粒径自然变化规律;平原区水系沉积物粒径参数表明南北变化不明显,因受较多支流、河流-湖泊-洼淀湿地等复杂系统和人为干扰强烈的影响,南北无显著变化规律。总的来说,海河流域河流受人为干扰强度较大,河流沉积物源较为复杂,栖息地物理完整性差。     

灞河流域气候因子对水沙变化的影响

利用灞河流域蓝田气象站和马渡王水文站1960—2012年的气象、水文实测资料,分析灞河流域气候及水沙变化规律,同时运用相关性分析、灰色关联分析、多元线性回归模型等多种方法探讨了该流域水沙变化与气候变化的关系。结果表明:灞河流域降雨量、蒸发量、径流量和输沙量皆呈显著下降趋势,而气温呈上升趋势;降雨量与水沙都有重要的相关关系,1960—1990年影响径流量的气候因子敏感度由大至小依次为降雨量、气温、蒸发量,而1991—2012年则为降雨量、蒸发量、气温,当气温和蒸发量不变时,降雨量每增加1 mm,两阶段的年径流量分别增加0.14亿m3和0.08亿m3;1960—2012年影响输沙量的气候因子敏感度由大至小依次为降雨量、气温、蒸发量,当气温和蒸发量不变时,降雨量每增加1 mm,年输沙量增加0.668万t。     

河长制中的河流岸线规划与管理

根据河流城镇区域岸线和乡村区域岸线的特点,针对河岸纵向、横向、功能区划以及主体工程的要求,分别提出了各自规划的具体要求和方法,并详述了岸线评价方法,提出了岸线管控的具体建议,为河长制中的岸线开发、保护提供参考。     

粤港澳大湾区水安全协同调控理论框架研究

针对粤港澳大湾区水问题多维交织特性,基于流域系统整体观梳理总结了技术上可控、逻辑上关联的5个水安全调控子系统结构,包括：河势调控子系统、内河水环境水生态调控子系统、外江咸潮调控子系统、城市暴雨洪涝调控子系统、外江洪潮调控子系统。探讨了各子系统关键机理、系统间的协同作用原理、协同调控的关键技术需求及协同调控模型算法架构,构建了大湾区水安全协同调控理论框架,以珠江河口为例开展了粤港澳大湾区水安全协同调控理论的应用,为大湾区水问题系统治理提出了新的解决方案。     

基于机器学习模型的河道水位预测

结合已有机器学习模型——卷积神经网络(CNN)和门控循环单元(GRU)的优点,构建了并联卷积循环神经网络(PCNN-GRU)模型,并将其用于赣江下游外洲站日尺度水位变化的预测。结果显示:相较于目前流行的长短时记忆(LSTM)模型、GRU模型以及卷积循环神经网络(CNN-GRU)模型,PCNN-GRU模型的均方根误差和平均绝对误差分别降低了18.39%、21.11%、15.48%和21.31%、18.64%、14.28%,纳什-萨特克里夫效率系数和准确率分别提高至0.999 2和88.12%,表明所建模型具有良好的预测性能,可用于河道水位预测。     

基于组合赋权模糊物元可拓模型的渭河流域甘肃段河流健康评价

从水文完整性、化学完整性、形态结构完整性、生物完整性及社会服务功能5个准则层出发,构建了渭河流域甘肃段河流健康评价指标体系;采用基于改进层次分析法和Critic法的组合赋权法和模糊物元可拓模型计算河流健康状况评价等级,对渭河流域甘肃段河流健康状况进行了评价,并结合障碍诊断模型,分析了该研究区域河流健康突出问题。结果表明：2017—2019年渭河流域甘肃段干流河流健康等级均为亚健康状态,且呈现小幅好转趋势;5个准则层中化学完整性表现最差,流域治理应重点关注河流水质治理;评价河段的敏感度指标与水文、化学、生物完整性相关,是提高河流健康水平最有效的敏感因子。     

Micro-computed tomography scanning approaches to quantify,parameterize and visualize bioturbation activity in clogged streambeds: A proof of concept

Fine particle clogging and faunal bioturbation are two key processes co-occurring in the hyporheic zone that potentially affect hyporheic exchange through modifications in the sediment structure of streambeds. Clogging results from excessive fine sediment infiltration and deposition in rivers, and it is known to decrease matrix porosity and potentially reduce permeability. Faunal bioturbation activity may compensate for the negative effect of clogging by reworking the sediment, increasing porosity, and preventing further infiltration of fines. Although both processes of clogging and bioturbation have received significant attention in the literature separately, their combined effects on streambed sediment structure are not well understood, mostly due to the lack of a standard methodology for their assessment. Here, we illustrate a novel methodology using X-ray computed tomography (CT), as proof of concept, to investigate how, together, clogging and bioturbation affect streambed porosity in a controlled flow-through flume. By visualising gallery formations of an upward conveyor macroinvertebrate; Lumbriculus variegatus as a model species, we quantified bioturbation activity in a clogged streambed, focusing on orientation, depth, and volume at downwelling and upwelling areas of the flume. Gallery creation increased the porosity of the streambed sediment, suggesting a potential improvement in permeability and a possible offset of clogging effects. We illustrate the promising use of X-ray CT as a tool to assess bioturbation in clogged streambeds, and the potential role of bioturbation activity supporting hyporheic exchange processes in streambeds, warranting further studies to understand the extent of bioturbation impacts in natural systems.     

北京城市副中心防洪风险研究

北京城市副中心规划防洪标准为100a一遇,其流域上游规划2座中型水库、50余处蓄滞洪区尚未建成,副中心周边防洪工程距离规划标准差距较大,导致副中心防洪安全难以保障。针对副中心来自上游的外来洪水压力大、区内防洪工程不达标等问题,采用一维、二维数学模型,分别对区域洪水风险、穿越副中心的北运河漫溢造成的淹没风险,以及副中心周边三条干流河道堤防不达标造成的防洪风险进行模拟计算和具体分析。结果表明:流域上游洪水不经有效拦蓄下泄后,将导致北运河干流100a一遇洪峰流量增加33%;同时,副中心周边三条河道均存在堤防安全风险。其中北运河发生100a一遇洪水时,即使区内宋庄蓄滞洪区建成启用,仍将有2 590万m~3洪水从3 km无堤段漫溢,并淹没副中心核心区0.2～2 m深。风险研究结果还表明,一旦近期通州境内宋庄蓄滞洪区、温潮减河分洪道等规划工程建成后,将有效降低城市副中心的部分防洪风险。研究成果对保障副中心防洪安全的规划工程实施安排及防汛抢险安排具有重要指导意义。     

论长江开发与保护策略

长江治理开发与生态环境保护不协调,重开发轻保护,是长江面临生态环境问题的主要症结所在。在总结70年来长江治理开发取得的重大成就基础上,分析了新时代长江面临的主要水安全问题,明确了长江治理开发与保护协调的总体思路,提出了今后一段时间长江治理开发与保护的主要策略:进一步加强防洪安全体系建设,提高防洪保安能力;实施生态要素调控与空间管控,修复受损生态系统;严控入河污染负荷,改善水体环境质量;科学调控长江与洞庭湖、鄱阳湖关系。