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  • The Modeling and Optimization of Building the Multi-dam System on Zambezi River

    分类: 数学 >> 数学(综合) 分类: 水利工程 >> 水利工程基础学科 提交时间: 2023-04-28

    摘要: In this paper, we mainly provide a proper maintenance plan for the Kariba Dam in Africa which falls into disrepair and is facing to collapse. Firstly, we make a threshold analysis of the three options about their costs which include people’s moving, old dam’s removing, new dams’ building, later repairing, ecological destruction and their incomes which include generation energy, avoiding of flood disasters’ loss, providing employment, tourism resources and ecological protection. Then we get the specific relationship between benefits and years with some collected data. Both of the results show that the third option is the best choice from the economic view. And the result is completely as same as the conclusion we get after studying deeply on Option 3. Secondly, we regard water management capabilities as the safety coefficient of dams. We select 30 seed points along the riverbank for preparing the establishment of dams. With flow-between-riverway model, Manning equations, large Cauchy distribute function we get the scores of the seed points. We give an advice that the number of dams should be more and the positions of dams should be well-distributed. Then, we build an assessment model by analytic hierarchy process. We select three factors among all the factors, safety, economy and population. After testing the consistency, we get the weights of each factor: 0.6442, 0.2705, 0.0852. Then we value the factors and get an optimal scheme during the assessment with 0-1 integer programming: the number of dams is 17 and the longitude and latitude of them are shown in Table 17. The sensitivity of the result is tested as well. We also provide some strategies for the managers of ZRA to use. We suggest that they should use the dams normally in general. With the Dam-break model, we find 13 points among 17 points which are shown in Table 20. The dams at the 13 points need to be closed when there is a flood and it is just the opposite when the drought happens. For the extreme water flow, we assume an ideal water flow at first. The extreme water flow has to be adjusted to satisfy the ideal one. As for the restrictions in extreme conditions, the biggest impact happens at the 8th point among the 17 points. If the duration of maximum flow is t0, the drainage time t to make the water flow return to the normal level equals to 4.95t0.

  • 智慧黄河建设框架与思考

    分类: 水利工程 >> 水利管理 提交时间: 2021-09-01

    摘要: 智慧黄河建设是推进流域水利高质量发展的显著标志,是推动流域水治理体系与治理能力现代化的重要举措。在深入分析黄河流域水利信息化建设现状及存在问题的基础上,提出建成具有水利全要素数字化映射、全息精准模拟、超前仿真推演和评估优化的数字孪生流域,推进实现数字化场景、智慧化模拟、精准化决策的总体目标。按照“大系统设计,分系统建设,模块化链接”的建设原则,提出了以数字孪生流域为基础、以物理黄河与孪生流域同步仿真运行为驱动、以智慧黄河预报预警预演预案为目的的智慧黄河建设总体框架。在此基础上,统筹黄河治理保护需求和水利信息化建设需求,提出了智慧黄河建设的主要任务。智慧黄河将在今后流域治理保护中发挥重要作用,是补齐流域水利信息化短板,提升流域水利现代化管理能力的重要支撑。

  • 关于完善黄河流域防洪工程体系举措的思考

    分类: 水利工程 >> 防洪工程 提交时间: 2021-09-01

    摘要: 针对黄河流域现状防洪工程体系建设情况及防洪能力进行了全面分析和综合阐述,并客观的分析了黄河流域现状防洪工程体系存在的主要问题。分别从河库蓄泄关系变化、经济社会发展对防洪提出的新要求和极端天气事件带来的新挑战三方面分析了新发展阶段黄河防洪面临的新形势。基于此,提出了完善“上拦”工程,巩固“下排”工程,推进蓄滞洪区安全建设和实施河道及滩区综合提升治理工程等流域防洪工程体系完善举措,旨在为我国推动新阶段水利高质量发展提供技术支持。

  • 关于构建黄河流域水网的思考

    分类: 水利工程 >> 水利管理 提交时间: 2021-09-01

    摘要: 加快构建黄河流域水网是实现黄河流域生态保护和高质量发展的有效手段。黄河流域是极度缺水地区,资源型缺水问题突出。水资源时空分布不均衡,与经济发展布局不匹配的矛盾长期存在,制约着黄河流域经济社会的高质量发展。南水北调西线工程是“四横三纵”国家水网的核心工程,是构建黄河流域水网的重要组成部分。在国家水网构建框架下,以南水北调西线工程为纲、以区域配置工程为目,以节点控制工程为结,构建黄河流域水网,推动“南方之水”依势向黄河流域梯度配置,对于实现流域水资源空间均衡配置,构建流域社会经济空间均衡发展新格局具有十分重要的战略意义。

  • 多沙河流水库汛期水沙调控度研究

    分类: 水利工程 >> 河流泥沙工程学 提交时间: 2021-09-01

    摘要: 汛期是多沙河流水库调控水沙的关键时期,以往研究和实践中,多以定性或宽泛指标描述水沙调控。因此,建立精确或较准确度量指标体系,研究多沙河流水库汛期水沙调控度对科学认知水库调控能力、指导水库设计运用具有重要意义。根据黄河水沙调度实践,分别定义多沙河流水库汛期径流调控度和泥沙调控度指标,并给出相应的计算表达式;采用1986年以后汛期来水来沙量,分析黄河中游干支流水库汛期水沙调控度大小,发现现状已建工程调控度较小,调控能力不足,待建和在建工程调控度较大;进一步采用数学模型对比分析不同水库运用方式对汛期水沙调控度变化影响,结果表明“蓄清调浑”运用相较“蓄清排浑”,不仅可以有效减少不同时期库区泥沙淤积量,而且能够实现部分拦沙库容再生利用,从而提高水库汛期水沙调控度。研究成果可为黄河水沙调控体系构建和多沙河流水库设计运用提供重要依据。

  • 对黄河流域河湖生态环境复苏的思考

    分类: 水利工程 >> 环境水利 提交时间: 2021-09-01

    摘要: 水是黄河的命脉,河湖生态环境健康是黄河流域生态保护和高质量发展的核心要素之一,如何实现黄河流域河湖生态环境全面复苏是当下的热点与难点。本文采用熵权模型,通过流域河湖生态环境质量综合评价指数实现了对流域河湖生态环境演变特征评价,分析了黄河河湖生态环境复苏面临的问题,探讨了黄河流域河湖生态环境复苏目标与格局,从而提出河湖生态环境复苏的思路。结果显示:(1)黄河流域河湖生态环境系统正在由无序发展向有序发展转变;(2)黄河干流统一调度和水土保持等措施对黄河流域河湖生态环境复苏具有良好推动作用;(3)应协调上下游、左右岸、水域陆域,以生态保护治理、地下水超采治理和水土流失综合治理为目标,持续促进黄河流域河湖生态环境的全面复苏。

  • 黄河流域生态系统质量和稳定性研究(1980-2019)

    分类: 水利工程 >> 水利工程基础学科 提交时间: 2021-02-22

    摘要: 质量与稳定性是生态系统基本特征,综合反映了生态系统结构、过程、功能完整性和抵抗干扰、自我调节、动态平衡的能力。黄河流域是一个由众多元素构成的复杂巨系统,流域生态系统治理保护工作受到越来越多的关注,需要从生态系统整体性出发,统筹考虑、综合施策,提高生态系统质量和稳定性,促进生态系统良性循环,因而系统质量和稳定性的定量描述至关重要。本文利用熵权模型,建立多指标长时间序列的生态系统质量评价指数(EQI)定量描述黄河流域40年来的生态质量变化;同时,利用耗散结构理论和布鲁塞尔器模型建立生态系统稳态转化的量化指标和方法,为黄河流域生态系统稳态转化研究提供思路。研究发现:(1)黄河流域生态系统40年EQI值平均为0.64,最大值为0.70,最小值为0.59,总体质量呈现震荡式向好趋势;(2)多年系统稳态转换动力值均小于0,表明黄河流域生态-人类社会耦合系统的稳态转换力较低,但整体呈现震荡式上升趋势,整体趋势与达到稳态转换的临界条件越来越近。

  • 黄河流域发展质量综合评估理论研究

    分类: 水利工程 >> 水利工程基础学科 提交时间: 2021-02-19

    摘要: 黄河流域是一个复杂的巨系统,其中要素众多,关系复杂,既相互联系又相互制约。人民治黄以来,流域治理保护成效显著,但仍存在一些突出问题,充分体现了“表象在黄河,根子在流域”,揭示了流域治理保护工作的复杂性、协同性和整体性。流域高质量发展需要打破传统“头痛医头、脚痛医脚”流域治理模式,从综合治理、系统治理、源头治理的角度开展更深入的研究,特别是亟需研究流域发展质量综合评估理论。本研究基于系统科学、信息论等基础理论,提出流域发展质量综合评估理论,构建了流域发展指数(Basin Development Index,BDI)及宏观-中观-微观三层的评价体系,探索流域巨系统演变规律,为流域治理与保护提供技术支撑和理论依据。

  • 黄河流域发展质量综合评估计算方法研究

    分类: 水利工程 >> 水利工程基础学科 提交时间: 2021-01-30

    摘要: 本研究从系统思维的角度出发,采用信息熵和耗散结构理论,计算流域发展指数,初步构建出科学的流域发展质量综合评估方法体系,对黄河流域复杂系统近40年的演变进行综合评价及分析。在对指标进行熵权分析中看出,流域人均GDP与全国平均比值及黄河下游总淤积量两个指标在多年中占据了最大权重,在不同的历史时期对流域发展影响相对较大。在整个40年时间段内,BDI的取值在1996年的50.5分到2019年的66.6分之间变化,总体上先降低后升高。黄河流域BDI的演变规律与流域整体发展规律相符,并与影响流域发展的重大事件有较大关联。本研究方法可推广到区域治理等领域,相对于以经济指标为主的评价模式,本方法更具系统性、科学性,将更好的服务于科学决策。

  • 多泥沙河流水库“蓄清调浑”运用方式及其设计技术

    分类: 水利工程 >> 河流泥沙工程学 提交时间: 2021-01-29

    摘要: 系统总结了上世纪50~60年代以来我国多泥沙河流水库运用方式发展历程,阐释了不同时期水库运用方式及其设计技术的发展变化,详细解剖了“蓄清调浑”运用方式及其设计技术。设计上,要求科学合理设计调沙库容和排沙水位相应泄流规模,考虑调沙过程中的不同淤积状态,按照“深槽调沙、中槽兴利、高槽调洪”的库容分布设计规则进行水库库容配置设计;超高含沙量河流要在正常泄流排沙孔以下增设非常排沙底孔,形成“正常+非常”双泥沙侵蚀基准面;特高含沙量河流水库有效库容保持和供水调节之间难以协调,要采用水沙分置开发方式。运用上,要结合水库开发任务和入库水沙条件等灵活确定,高含沙量河流水库可采用“小水拦沙,大水排沙,适时造峰,淤滩塑槽”的运用方式,超高含沙量河流水库可结合孔洞布置采用非常规排沙调度方式,特高含沙量河流水库可结合水沙分置开发采用“干流大库调沙、支流小库调节供水”的运用方式。“蓄清调浑”运用方式,能在长期保持水库有效库容的基础上,进一步兼顾水库调水调沙需要,有效避免了泥沙淤积占用水库有效库容,减少了水库强迫排沙对下游水沙关系的不利影响,研究成果将为当前和今后一段时期内多沙河流水库工程设计与运行提供指导和参考。

  • 幸福河框架下黄河流域社会发展系统支撑能力初探

    分类: 水利工程 >> 水利工程基础学科 提交时间: 2021-01-26

    摘要: 黄河流域生态保护与高质量发展已经上升为国家重大战略,黄河流域社会发展是影响黄河治理与保护的主要因素之一,辨析黄河流域社会发展规律并给出应对策略成为亟待解决的科学问题。本文从人口特征、居民生活质量、经济增长水平、地区产业结构等4个角度,选取12个社会经济特征指标,通过熵权法计算得到社会发展指数(Social development index,SDI),定量分析黄河流域近40年的社会发展演变特征。研究表明黄河流域近40年的社会发展指数整体呈现“下降-平稳-上升”的变化趋势,特别是在2012年以后,随着经济转型的日渐成熟,黄河流域社会发展整体向好。

  • 变化环境下黄河流域河流健康诊断研究

    分类: 水利工程 >> 水利工程基础学科 提交时间: 2021-01-26

    摘要: 黄河是中华民族的母亲河,水沙关系不协调、洪水灾害频繁,一直是黄河流域治理的主要难题。近年来黄河来水来沙减少,水沙关系发生深刻变化,极端气候事件频发,黄河河道边界条件发生了较大的变化,沿黄地区经济社会快速发展,变化环境下开展黄河流域河流健康诊断尤为必要。本研究采用信息熵和熵权法等方法研究黄河流域河流健康发展演变特征。结果表明:(1)分析河流系统健康程度,1980年~1986年黄河流域河流系统总体趋于健康状态,1987年~1999年河流系统总体表现为不健康,2000年~2019年整个河流系统又向着有序、健康方向发展;(2)分析河流健康指数趋势发现,1980年~1984年河流系统向好发展,1984年~1996年河流系统呈现出越来越不健康的趋势,1996年~2019年河流系统呈现出向好发展态势;(3)1986年以前河流系统敏感因子为宁蒙河段主河槽过洪能力,1987年~1999年期间敏感因子为宁蒙河段主河槽过洪能力和花园口总水量,21世纪以来敏感因子为黄河下游总冲淤量和来沙量;黄河下游总冲淤量和宁蒙河段主河槽过洪能力为整个时期的敏感因子。研究结果可为黄河流域生态保护和高质量发展提供支撑。

  • 基于熵权的黄河流域生态环境演变特征研究

    分类: 水利工程 >> 水利工程基础学科 提交时间: 2021-01-25

    摘要: 黄河流域生态环境系统十分复杂,开展黄河流域生态环境质量综合评估和演变研究,为流域系统治理提供科学依据,是当前普遍关切和急需解决的问题之一。本研究基于系统论和信息熵理论,对黄河流域1980年~2019年重要生态环境指标数据进行熵权分析,发现各项指标的熵权存在随时间序列的动态变化,单一年度的指标权重结构随时间变化不断调整,各项指标在系统中的重要性非恒定。在此基础上,计算得到近40年黄河流域的环境发展指数(Environment Development Index,EDI),EDI范围为56.64~76.60。1980年~2019年黄河流域EDI总体呈现“稳定-增长”的变化趋势,2003年显著增长,之后EDI持续上升。说明经过多年的保护与治理,黄河流域生态环境负反馈效应正在显现,系统逐步由混乱无序向稳定有序发展,黄河流域生态环境整体向好。