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(jī)物質(zhì)濃度的生物化學(xué)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(dòng)力學(xué)模型[1][2]。該模型包括了兩個(gè)子模型,即水動(dòng)力學(xué)子模型和生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)子模型。生態(tài)水質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型的主體部分為有源項(xiàng)的對(duì)流擴(kuò)散方程,生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)子模型即為該對(duì)流擴(kuò)散方程的生態(tài)源項(xiàng),為了求解生態(tài)水質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型中的水動(dòng)力因素,該模型耦合了二維水動(dòng)力學(xué)子模型,應(yīng)用有限差分法進(jìn)行同步求解。

為探索人類活動(dòng)對(duì)匯水區(qū)水質(zhì)的影響,以重慶市渝北區(qū)50個(gè)水庫匯水區(qū)為研究地點(diǎn),應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)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(diǎn)對(duì)水庫水質(zhì)的影響.結(jié)果顯示:1)建設(shè)用地比例對(duì)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(shí),水庫中含氮污染物質(zhì)量濃度上升幅度明顯增加,而當(dāng)林地比例>20%時(shí),水庫水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)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(jì)學(xué)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(píng)價(jià)指數(shù)之間表現(xiàn)出了極具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的正相關(guān)關(guān)系(p<0.01).

采用人工模擬降雨的試驗(yàn)手段,設(shè)定6個(gè)降雨強(qiáng)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(jī)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(yuǎn)大于用材竹林地;相同雨強(qiáng)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(qiáng)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(shí)施優(yōu)化配置,通過數(shù)學(xué)表達(dá)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析、把握。

文章分析了現(xiàn)有的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的不足,運(yùn)用基于相對(duì)隸屬度的模糊模式識(shí)別模型對(duì)大伙房水庫的水質(zhì)動(dòng)態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),得到了比較滿意的結(jié)果。

依據(jù)三峽蓄水后變動(dòng)回水區(qū)的實(shí)測資料,初步分析了三峽水庫175m正常蓄水下變動(dòng)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(jī)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(dòng)回水區(qū)的泥沙淤積及淤沙淺灘的治理提供科學(xué)依據(jù)。

本文以恒河華洲水庫工程長系列的水沙資料進(jìn)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(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)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(yùn)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(jìn)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(fù)雜。施工過程要求tbm安裝洞室穩(wěn)定時(shí)間長。通過有限元計(jì)算,對(duì)tbm安裝洞室的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,并對(duì)施工過程進(jìn)行了三維動(dòng)態(tài)模擬。

為了評(píng)價(jià)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(duì)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(yùn)用此模型構(gòu)建了3個(gè)層次的水源地安全評(píng)價(jià)體系,采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。提出5級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇原則,選取了14個(gè)指標(biāo),確定各指標(biāo)在各等級(jí)的取值范圍,運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)各準(zhǔn)則層及總體安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明:壓力指標(biāo)安全等級(jí)為ⅲ,2012年大伙房水庫供水的7座城市人口為負(fù)增長,且經(jīng)濟(jì)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(biāo)安全等級(jí)為ⅱ,庫區(qū)水質(zhì)滿足ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn),富營養(yǎng)化等級(jí)為ⅰ級(jí),水體貧營養(yǎng),但氮素含量高,依然有富營養(yǎng)的危險(xiǎn)。響應(yīng)指標(biāo)安全等級(jí)為ⅲ,其中廢水排放達(dá)標(biāo)率為95%,安全等級(jí)“高”,但流域內(nèi)水土流失嚴(yán)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(jī)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(jí)為“高”級(jí),但非常接近于“中”級(jí)。對(duì)水源地安全造成威脅的因素主要為非點(diǎn)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(duì)水源地保護(hù)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(bào)是一項(xiàng)重要的防洪非工程措施,精確的洪水預(yù)報(bào)對(duì)水庫調(diào)度具有重要的指導(dǎo)意義。英那河水庫目前沒有可以利用的洪水預(yù)報(bào)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(bào)方案,并采用粒子群算法進(jìn)行參數(shù)率定。計(jì)算結(jié)果表明:大伙房產(chǎn)匯流預(yù)報(bào)結(jié)果整體上較好,尤其對(duì)于降雨集中雨強(qiáng)中等的大洪水預(yù)報(bào)精度較高,可指導(dǎo)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(duì)水輪機(jī)造成磨損,從而引起水輪機(jī)運(yùn)行效率下降、出力和年發(fā)電量減小、檢修間隔縮短和費(fèi)用增大。以云南某水電站水庫為例,利用非恒定一維模型對(duì)庫區(qū)泥沙淤積形態(tài)、泥沙沖淤、過機(jī)含沙量等變化進(jìn)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(duì)調(diào)節(jié)庫容的影響較大;通過水輪機(jī)水流的含沙量較小、粒徑較細(xì),泥沙對(duì)水輪機(jī)的影響較小;泥沙淤積數(shù)值模擬與實(shí)測資料相符,因此采用非恒定一維模型進(jìn)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(xiàng)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(duì)比分析等方法,對(duì)圍巖等級(jí)、隧洞開挖等進(jìn)行了重點(diǎn)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(duì)工程中遇到的問題進(jìn)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(shí)際需求與操作特點(diǎn),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(shí)行水土保持措施能達(dá)到的減流減沙效益,并基于徑流小區(qū)的水土保持措施進(jìn)行減流減沙效益評(píng)價(jià),希望能為相關(guān)部門進(jìn)一步解決土壤侵蝕問題、確保水土結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)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(yàn)——通過斷面泥沙模型試驗(yàn)，對(duì)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(jìn)行了分析研究,試驗(yàn)結(jié)果表明，在泄水底孔關(guān)閉運(yùn)用的前兩個(gè)月（10月和11月）壩前泥沙淤積速率較高，這兩個(gè)月的泥沙淤積厚度達(dá)...

針對(duì)實(shí)驗(yàn)觀測黏性細(xì)顆粒泥沙絮凝沉降過程存在困難的問題,在考慮泥沙絮團(tuán)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(yàn)證了模型的正確性,最后根據(jù)模擬試驗(yàn)結(jié)果分析了絮團(tuán)體積分布及絮團(tuán)平均粒徑的時(shí)空變化和絮團(tuán)分形維數(shù)對(duì)模型的影響。研究結(jié)果表明:不同深度下,大粒徑絮團(tuán)的體積和絮團(tuán)的平均粒徑均隨時(shí)間遵循先增后減的規(guī)律,但隨著深度的增加,絮團(tuán)體積分布變寬,大粒徑絮團(tuán)所占比重增加,絮團(tuán)平均粒徑的最大值增加且出現(xiàn)時(shí)間較早;分形維數(shù)越大,豎直方向的泥沙輸移作用越強(qiáng)。

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(xué)模型,對(duì)黃島電廠取水海域的潮流場、泥沙場進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析,對(duì)電廠取水口的泥淤積強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)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(duì)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(yùn)行,庫容快速淤損,雖然改變了運(yùn)用方式,庫區(qū)仍淤積嚴(yán)重。本文以水流運(yùn)動(dòng)方程及經(jīng)過作者修正的泥沙運(yùn)動(dòng)方程為基礎(chǔ),同時(shí)引入與實(shí)測資料相符合的水流協(xié)沙力、動(dòng)床阻力、泥沙級(jí)配等計(jì)算公式作為補(bǔ)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(xué)模型。然后,采用清華大學(xué)一維懸移質(zhì)不平衡輸沙數(shù)學(xué)模型重新進(jìn)行了模型分析驗(yàn)證計(jì)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(duì)北盤江石板寨河段實(shí)際情況的勘察,結(jié)合歷史流量和輸沙率資料,采用準(zhǔn)二維泥沙數(shù)學(xué)模型對(duì)石板寨水庫有堰和無堰兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了計(jì)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(yùn)行的結(jié)論.

針對(duì)二灘水電站的實(shí)際徑流特性,提出了有、無時(shí)段徑流預(yù)報(bào)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(biāo)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(bào)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(jìn)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(bào)或無預(yù)報(bào)的馬氏性隨機(jī)徑流描述方法能更好地描述徑流,并且可作為進(jìn)一步改進(jìn)徑流描述模型的比較基礎(chǔ)。

通過丹江口水庫36年實(shí)測資料的分析研究認(rèn)為:變動(dòng)回水區(qū)的泥沙沖淤具有兩沖一淤的周期性特點(diǎn),沖淤分布受壩前兩個(gè)運(yùn)用水位所控制;年內(nèi)具有汛、枯期兩大造床期,有兩個(gè)對(duì)應(yīng)造床期的縱剖面;變動(dòng)回水區(qū)的淤積自上至下逐段發(fā)展。由于淤積,漢庫回水區(qū)有效庫容損失較大。

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(xué)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(jì)效益與社會(huì)效益。