兼顾下游航运要求的向家坝水电站枯水期日发电优化运行方式

向家坝水电站短期日发电调度与坝下游航运间矛盾冲突严重,为缓解航电矛盾,该文提出一种兼顾下游航运要求的向家坝水电站枯水期日调节优化方法。综合考虑向家坝水电站水库运行方式、电站出力特性和大坝下游通航水力条件要求,以日发电量最大为目标,建立向家坝日发电精细化模型,运用一维水流模型实时验证下游航运水力条件,可实时保障下游航运安全,同时提出免疫差分进化算法进行求解。最后以向家坝历史径流数据进行仿真模拟分析,优化结果表明:运用本文所提优化方式及求解方法能够在满足下游航运水力条件和电网要求的同时使日发电量达到4 705万kWh,在时效性方面是动态规划计算时间的1/50,具有较大优势。可用于兼顾航运和调峰功能的水电站日调节方案制定,具有一定的理论与工程实用价值。     

基于卫星遥感的水体信息提取研究进展与展望

水体时空分布特征对于水资源监测与应用具有重要意义,而包括水体分布在内的地物覆盖类型分类和变化分析是遥感技术最常见的应用。对大区域的水体参数提取,尤其是高山无人区的水体的定量分析,利用卫星遥感数据进行水体位置、面积、形状和河宽等水体参数提取,不仅节省人力、保障安全,还提高了工作效率,已经成为一种快速获取水体参数的有效方法和手段。该文从4个方面对卫星遥感在水体信息提取上的应用现状进行综述:水体在电磁波波谱各波谱段的反射特性; 1980年以来国内外基于雷达和光学遥感数据提取水体信息的研究状况和具体应用方向;各种水体信息提取方法的工作原理和优缺点;应用卫星遥感技术提取水体信息面临的挑战和尚待解决的关键问题,利用遥感技术提取水体遥感信息的发展趋势展望。     

基于多源国产高分辨率遥感影像的山区河流信息自动提取

高分辨率遥感影像地理信息是研究山区河流的重要数据源。针对山区地物类型复杂、河道狭窄等原因导致的河流表面信息提取完整性差、河宽难以自动提取且精度低等问题，结合随机森林(RF)和神经网络(ANN)算法，建立了河流表面信息提取方法RF-ANN。该方法支持并行运算且能降低热红外数据尺度辅助去噪，实现了对河流表面信息的像素级提取。利用Laplace算子及边缘算法改进了RivWidthCloud河宽提取算法，使其不需要人工设定判别阈值，提升了算法的普适性。以国产GF-1、 ZY-3卫星影像为主要数据源，选取黄河一级支流皇甫川为研究区域。利用所建立的方法提取了皇甫川流域2级及以上河流的河流表面信息和平滩河宽。结果表明：RF-ANN的河流表面信息提取精度达到94.7%。提取河宽的平均误差为1.07 m(约0.5个像素),提取的最小有效河宽为6.1 m(约3个像素),提取河宽与检验河宽的R²和RMSE分别为0.93和1.52,宽度小于10 m极细河流、 10～30 m细小河流、 30～90 m较细河流及90 m以上较宽河流的河宽提取误差分别为18.5%、 8.8%、 2.0%和0....     

黄河下游平滩流量驱动与响应模型

为研究冲积河流平滩流量的变化规律,以黄河下游1950—2007年实测水沙及平滩流量数据为基础,根据量纲和谐原理,建立了反映冲积性河流河床演变规律的驱动与响应模型。对驱动与响应模型中水沙驱动力进行了小波分解;通过小波方差求极值的方法,确定了水沙驱动力的主要时间尺度;并利用主要时间尺度下对应的周期函数代替了驱动与响应模型中的水沙驱动力。进而通过积分运算得出平滩流量驱动与响应模型的解析解。结果表明:黄河下游水沙驱动力具有4—5a和19—20a主要时间尺度;应用到黄河下游5个主要测站具有较好的计算结果。     

基于Gould-Dincer方法的水库发电能力计算

为了在规划设计阶段快速确定水库给定发电保证率对应的多年平均发电能力,该文提出了基于Gould-Dincer方法的水库发电能力计算方法(S-P-R-1和S-P-R-2),给出了多年平均发电能力、水库库容、年入库径流特性及发电保证率之间的数量关系。该方法主要适用于年调节水库或多年调节水库的蓄水式电站。利用该计算方法对三峡水库5种设计运行方案的多年平均发电能力进行了计算,并将计算结果与设计年发电量及逐时段等流量法的计算结果进行了比较。该文提出的方法在计算结果的数量级上与设计年发电量和逐时段等流量法的计算结果保持一致,计算误差最大不超过11%,表明本文提出的方法具有较好的计算精度和可靠性。     

大型输水渠道退水口的退水能力研究

选取南水北调中线工程输水干渠中的澎河和澧河退水闸，采用一维非恒定计算软件，模拟计算各种紧急情况下干渠中的非恒定流态，对其退水能力进行分析和校核。结果表明：渠段两端闸门同时紧急关闭且退水闸不启用时，渠段中的水面会发生长时间的振荡。同时关闭草墩河和澎河节制闸以及该渠段间的分水口时，在设计流量下，即使不开启退水闸，也不会引起渠道漫溢；在加大流量的情况下，澎河退水闸和澧河退水闸必须同时启用至少3h才能有效避免漫溢事故的发生。所关闭的两个节制闸间的渠段越长，退水闸运行的时间也越长。     

黄河下游游荡段滩岸土体组成及力学特性分析

黄河下游游荡段是下游河床冲淤变化的主要河段, 滩岸侵蚀是该河段清水冲刷期河床演变的一个重要特点, 其过程与滩岸土体组成及力学特性密切相关. 本文首先分析了花园口至高村游荡段近期的滩岸侵蚀情况, 然后对这一河段的 10 个典型滩岸进行了现场查勘与室内土工试验, 最后根据试验结果, 较为全面地揭示了游荡段滩岸土体组成, 而且深入分析了滩岸土体的力学特性, 定量地解释了游荡段滩岸侵蚀严重的两个原因. 结果表明, 游荡段大部分滩岸土体属于黏性土, 且具有较为明显的垂向分层结构; 滩岸土体因黏粒含量少、抗冲强度弱, 其起动切应力(0.1~0.3 Pa)比近岸平均水流切应力(2~3 Pa)小一个数量级, 故容易冲刷; 滩岸土体的抗剪强度随土体含水率增加而降低, 其凝聚力可由34 kPa急剧降低到4 kPa, 故滩岸土体容易在汛期发生崩塌.     

平面二维河床纵向与横向变形数学模型

在分析不同类型土质河岸冲刷机理的基础上,改进了现有三类土质河岸冲刷过程的力学模拟方法.然后将仅能模拟河床纵向变形的平面二维水沙数学模型与建立在力学基础上的河岸冲刷模型结合,组合成平面二维河床纵向与横向变形数学模型.该模型不仅适合于模拟天然河道的洪水演进与河床纵向冲淤过程,而且还能模拟河床的横向变形过程,尤其能模拟黏性土河岸、非黏性土河岸及混合土河岸的冲刷与崩塌过程.     

南水北调中线输水渠道中分水口的影响

为研究南水北调中线输水渠道中分水口流量变化对干渠的影响特征,选取天津分水口为例,采用一维Saint-Venant数学模型模拟计算该分水口各种分水状态下干渠中的水流过渡过程。采用虚拟渠道等效糙率法来模拟渠道中各类型的输水建筑物的影响。得出该分水口关闭时间超过33.6 h会导致紧邻下游端的西黑山节制闸前水位出现漫顶,分水口前水位下降速度与分水口流量变率呈线性变化关系,并给出了其拟合公式。