增长的规律：中国用水极值预测

用水发展趋势及其增长极值事关水资源管理宏观决策和重大水利基础设施布局,本文提出了"经济社会规模-生产水平-水资源供给"用水变化三元驱动机制,构建了受制于资源约束的适应性用水增长曲线(AIR曲线)和增长规律,总结提出了达到用水极限峰值时的经济社会特征参数与定量判别依据。研究以地级行政区为基本单元,分类判别了全国358个地级行政区用水量增长趋势,集合预测了全国及分区用水极限峰值及其发生时点,结果显示:在最严格水资源管理制度框架和既有工程规划体系下,中国用水极限峰值约为6480亿m~3,极值时点大概率会出现在2037年。综合中国用水历史规律和未来预测,提出了现状用水总量拐点的假象和供给"天花板"现象,研判了分行业需求增长趋势,探讨了中国用水极限峰值的不确定性。     

基于关键闸坝优选的区域水网水量调控

为实现区域水网水量的高效调控,从水量、水生态、水质和闸坝管理等4个方面构建包含10个指标的闸坝优选评价指标体系,以廊坊市凤河-永定河区域水网为研究对象,计算区域内32座闸坝的综合关键指数并给出影响程度排序,采用水动力数学模型验证关键闸坝选取的合理性。结果表明：优选出的永丰闸和东张务闸是区域水网的关键闸坝,通过调节这两座闸坝的开度即可满足区域水网的生态需水和防洪排涝调度目标,保持区域水网较优的水力连通能力,提高区域水网水量调控效率。     

基于水资源系统可持续性的南水北调进京规模分析

基于水资源系统可持续性评价的基本理论与方法,分析了不同供水条件和需水方案下北京市2025年水资源系统可持续性和南水北调对北京市未来水资源系统可持续性的影响,并从可持续性角度确定了不同发展情景下南水北调调水规模的阈值。结果表明:南水北调可总体改善北京市未来水资源系统可持续性,但在较高需水方案下或丹江口水库遭遇特枯水年时,北京市水资源系统可持续性状况不容乐观;未来应在科学制定需水方案的基础上合理增大南水北调调水规模,加强应急保障措施和资源战略储备,提升北京市水资源系统可持续性,实现首都水资源可持续发展。     

基于区间两阶段随机规划方法的 北京市水资源优化配置

针对缺水型城市水资源配置过程中的不确定性,建立了基于不确定性基本理论的区间两阶段随机规划模型,应用于北京市2025年水资源优化配置的研究。以北京市用水综合效益最大为目标函数,引入概率分布和区间数表示多重不确定性,求得北京市2025年城六区与郊区在生活、工业、农业与生态用水上的优化供水目标以及不同来水水平下的配水方案。结果表明:北京市2025年优化供水目标为47.39亿m~3,城六区工业用水与郊区农业用水的供水目标应采取保守值;不同来水水平下的优化配置水量为[36.49,47.39]亿m~3,仅北京为丰水年时不存在缺水现象,北京与丹江口水库同时遇枯时的缺水量高达[5.48,10.90]亿m~3,对北京市供水安全造成极大的威胁。该模型充分考虑不确定因素对水资源配置的影响,权衡用水收益与缺水风险的关系,并以区间的形式给出配置结果,可为北京市2025年供水目标与水资源优化配置方案的制定以及水资源安全保障措施的分析提供科学依据。     

阀门关闭速度对TVD格式数值模拟水击影响分析

采用总变差减小（TVD）格式模拟了一维有压管道水击过程,对管道中阀门突然关闭和缓慢关闭引起的水击压强进行了数值计算。通过改变阀门关闭速度,分析TVD格式对水击数值模拟精度的影响。结果表明,与传统经典差分二阶MC格式相比,阀门关闭速度越快,TVD格式捕捉激波间断的能力越强,模拟水击波效果越好;当阀门关闭速度缓慢到一定程度,TVD格式与MC计算方法所得结果基本吻合,与解析解最大误差不超过2%。说明TVD格式是数值模拟水击现象行之有效的方法之一。     

三峡库区宝塔坪滑坡形成机制研究

宝塔坪滑坡是三峡库区现有成因复杂的巨型老滑坡之一,长期以来,工程界对其形成机制一直有着不同的认识。通过详细的现场调查和对勘察资料的深入分析,基于滑坡形态和结构特征,进一步探讨了宝塔坪滑坡的形成机制和演化过程。研究发现：滑坡发育受控于巴东组三段泥灰岩内部及其与二段泥岩之间的层间错动带、坡体后部卸荷裂隙带和长江下切提供的高陡临空面。根据巴东组四段紫红色泥岩在滑坡区不同高程的分布和滑坡结构分析,滑坡形成及演化具有典型“多期活动,逐级牵引”模式。该滑坡共分3期活动历史,地质力学模式均为“临空面形成-卸荷裂隙带发育-泥化的层间错动带塑流沉陷-蠕滑拉裂-滑面贯通”。每期活动牵引后部坡体变形,进而重复前一期的变形破坏过程。     

江汉平原农村饮用水净化工艺研究

针对江汉平原农村地表水污染情况和农村水生疾病的状况,设计了农村饮用水的净化方案与工艺,以满足农村居民的基本饮水需求。工艺设计兼顾了集成式装置对结构紧凑的要求和净化功能;预处理选用臭氧预氧化和混凝沉降进行,常规处理选用可靠的石英砂过滤,深度处理选用紫外线杀菌和膜分离。在水处理工艺的基础上,设计了一套集混合、絮凝、沉降于一体的旋流强化混凝设备。该水处理系统采用模块化组合,结构紧凑,安装、使用方便,为农村饮用水的净化提供了新的方法。     

鄱阳湖近60年天然入出湖径流特征分析

依据鄱阳湖流域“五河”7个入湖控制水文站及出湖湖口站观测资料,对其中人类活动影响较大的李家渡、柘林站进行径流还原,得到7个入湖站和出湖站1953～2011 年天然径流序列。综合采用多种方法对各站径流序列进行了分析。结果表明：李家渡站年径流量比以往研究结果增加25%左右,且枯水期增加更明显,与上游站点天然径流演变规律更具有一致性;“五河”各站天然径流量的年际变化和年内分配总体上具有相似性;入、出湖各站径流年内分配极不均匀;1953～2000年,入、出湖各站径流均呈现小幅度上升趋势,但21世纪以来各站径流量处于下降趋势;各站年径流序列存在33~35 a的变化主周期,与流域年降水量变化主周期基本一致。研究结果可为鄱阳湖流域水资源的合理开发和科学管理提供参考依据。     

基于分形理论的汉江中下游流域径流特性分析

为了从整体上全面、科学地描述汉江中下游流域径流特性,根据中下游主要干、支流水文站的年、月径流数据,通过 ArcGIS 工作平台计算分析了各站年、 月径流分维数,并基于分形理论研究了径流过程线的形态特征。结果表明：月径流过程线可看作是一种分形,其变化的复杂程度可用分维数表征,径流调节能力较强的大流域分维数小于小流域。由于水库调蓄作用,丹江口水库建成后分维数小于建库前。相距较近的流域所处 气候、下垫面条件相同,其分维一致性较好。     

新型水工混凝土表面防护涂层抗冻融性能研究

西部高寒地区地理位置独特,水文地质气候条件复杂,自然环境恶劣,造成该区域内水利工程混凝土材料易发生冻融劣化破坏。对此,选取课题组已研发的3种新型水工混凝土表面防护涂层材料(耐候型环氧涂层、不饱和聚酯树脂和聚脲涂层体系),进行室内加速冻融试验。试验结果表明,以环氧胶泥为底漆,聚脲材料为面漆的水工混凝土表面防护涂层的抗冻性能最优。随后在西藏地区水利水电工程进行了现场生产性试验,通过观测发现,新型聚脲材料起到了很好的抗冻防护效果。该材料有望应用于西部高寒地区水工建筑物的表面防护,提高水利水电工程建筑物的耐久性。