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引江济太调水试验关键技术研究

发布时间:2012-12-27  浏览次数:

  引江济太关键技术研究项目获得大禹水利科学技术二等奖,属于应用技术研究领域。由水利部太湖流域管理局、河海大学、中科院南京地理与湖泊研究所、中国水利水电科学研究院、南京水利科学研究院、上海勘测设计研究院等单位共同完成。

  该项目紧紧围绕太湖流域综合治理、水资源管理和保护的问题,在受人类活动影响强烈的复杂大型平原河网地区,以引江济太调水试验为基础,采用原型试验和数模结合、虚拟现实与信息集成等先进技术,系统收集了太湖流域河网、湖泊等下垫面基本资料,研究社会、经济、技术、生态环境、洪涝变化、水资源调度配置等之间的耦合关系,开发了水量水质联合调度模型,建立了河湖调水效果评估指标体系,完善了太湖富营养化生态模型,提出了望虞河西岸排水出路工程布局,探索了引江济太管理体制与机制,实现了引江济太三维动态模拟。研究成果对我国维护河湖健康,开展跨流域调水、改善河湖水环境等研究和应用有重要的理论意义和推广价值。

  课题研究突破了传统的水利工程调度模式,理念和手段先进、方法科学,研究成果直接指导了近几年引江济太调水实践,六年来共引长江清水113亿立方米,其中入太湖52亿立方米。引江济太成功化解了2003~2005年流域连续干旱和2003年黄浦江重大燃油污染事故,特别是在2007年应对因太湖蓝藻暴发造成的无锡供水危机事件中,引江济太发挥了重要作用,引江济太有效提高了流域水资源和水环境承载能力,保障了流域重要城市和地区的供水安全,江苏、浙江、上海等地区普遍受益,取得了显著的社会效益、环境效益和经济效益,得到了国务院、水利部和流域各省市的充分肯定和社会各界的广泛认可。

  结合引江济太调水试验工程实施过程中存在的问题,关键技术研究共列五大专题分别开展。

  (1)引江济太水量水质联合调度研究
  主要基于水循环、水环境的基本理论和大量原型观测资料,分别建立太湖流域水量水质模型;建立基于GIS的太湖流域实时水量水质联合调度系统软件平台,实现了平原河网地区调度模型和水量水质模型的在线耦合。通过多方案对比分析,提出了不同目标的优化调水方案、最佳引水时机,为引江济太实时调度提供了技术支撑。

  (2)引江济太调水效果评估
  基于2002~2003年调水试验资料、湖泊营养盐及物质循环转化模型和蓝藻演变等数值模型,重点研究评价引江济太改善流域河网和太湖水环境的方法及指标体系,分析调水的影响及效果。通过水文分析开展长江引水水源地论证,建立水沙数学模型,研究分析引水泥沙淤积与分布情况,为深化引江济太工程提供了科学依据。

  (3)望虞河西岸排水出路及对策研究
  主要是基于数学模型,研究望虞河西岸地区水流运动规律、现有水利工程调度对水流运动规律的影响、各种工程与非工程方案对西岸排水出路的影响,提出合理的工程布局方案,为西岸规划打下基础。

  (4)引江济太管理体制与机制研究
分析引江济太骨干工程管理现状和存在的问题,总结引江济太调水试验阶段管理组织的经验,提出引江济太管理体制基本框架;分析工程水价的形成机制,采用“成本~水量分摊法”,提出调水费用的分摊方案,为引江济太长效运行奠定了基础。

  (5)引江济太三维动态模拟系统开发
利用三维建模技术、光照技术和纹理技术,结合流域DEM数据和航拍照片,建立三维电子地图,构建虚拟工程场景,并叠加水量水质信息,形象地反映调水试验效果,实现了计算机辅助决策支持。

  创新点包括:

  (1)首次利用治太骨干工程进行流域原型试验和观测研究,从多角度提出了调水修复及改善太湖及河网水环境的新理念,对抑制蓝藻暴发、改善水环境等具有重要的示范作用;

  (2)首次构建了太湖流域复杂河网地区分布式数值模型,实现了水量、水质同步联合调度及多维在线耦合。建立了太湖流域可视化的三维地理环境,实现了引江济太三维动态模拟的快速可视化和水量水质动态仿真模拟;

  (3)首次建立了太湖流域非点源污染氮磷要素输移转化模型。依据流域特点,系统集成了堰闸非线性算法、圩内圩外水量水质耦合方法、非充分掺混模式的断面浓度法等,显著提高了模拟精度和计算速度;

  (4)将野外原型实测资料、室内实验和数值模拟相结合,对湖流、水位、悬浮物、总磷、总氮等影响太湖藻类生长的主要因子进行了深入研究,建立了太湖生态结构的动态模型;

  (5)首次探索了调水对水体碱性磷酸酶活性的影响,研究了引江济太入湖水体未增加藻类可直接利用磷的机理,为扩大引江济太能力、合理利用长江水资源、改善太湖流域水循环条件提供了科学依据;

  (6)首次提出了典型平原河网地区“成本~水量分摊法”,为引江济太运行管理费用分摊和长效运行新机制的建立创造了条件。