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极端干旱下长江口咸潮入侵成因及压咸补淡措施

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人民长江 2024年第6期55卷 98-105页

作者：陈致远吴敬文乔红杰陈鹤翔金光球河海大学水利水电学院江苏南京210098 河海大学水灾害防御全国重点实验室江苏南京210098 长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局上海200136

2022年长江上游遭受极端干旱,长江口咸潮入侵加剧,区域用水安全受到严峻考验。为探究极端干旱天气下咸潮入侵成因和应对策略,基于长江口2019~2023年枯水期的实测盐度、潮水位、风速风向数据与同期上游大通站径流量数据,采用Spearman相... 详细信息

2022年长江上游遭受极端干旱,长江口咸潮入侵加剧,区域用水安全受到严峻考验。为探究极端干旱天气下咸潮入侵成因和应对策略,基于长江口2019~2023年枯水期的实测盐度、潮水位、风速风向数据与同期上游大通站径流量数据,采用Spearman相关性分析、卡方分析等方法,分析了2022年9月起长江口咸潮入侵过程与长江口咸潮入侵的主要影响因素。分析结果显示:①2022年8月起长江干流枯水期提前,叠加台风和天文大潮情况,使得2022年9月至2023年4月长江口地区崇明洲头站、杨林站和六滧站的盐度大幅超标,分别达到1.922‰,0.585‰和2.134‰。②长江口3个主要盐度监测站点受上游来水影响时间存在前后差异,在大通站流量低于15000 m^(3)/s时,不同站点所属区域发生了不同程度的咸潮入侵情况。③2022年10月的压咸补淡措施在小潮期间作用于长江口地区,使得大通站流量高于12000 m^(3)/s,在南支上半段产生较好的压咸效果。研究成果可为长江口流域不同地区咸潮上溯成因分析和压咸补淡应对策略提供参考。

关键词：咸潮入侵盐度径流量潮差压咸补淡长江口

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低温来流对深水水库过饱和总溶解气体输移的影响

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长江科学院院报 2023年

作者：周哲成石浩洋郭辉王智欣李析男杨文俊金光球河海大学水利水电学院长江科学院流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室中国长江三峡集团公司长江科学院水力学研究所贵州省水利水电勘测设计研究院

梯级深水水库产生的水温分层现象可降低下游水库来流水温，导致泄洪水体总溶解气体（TDG）的过饱和程度随库区密度分层流的输移过程产生变化。以溪洛渡-向家坝区间为研究区域，基于原位观测和数值模拟相结合的研究手段，研究了低温来流... 详细信息

梯级深水水库产生的水温分层现象可降低下游水库来流水温，导致泄洪水体总溶解气体（TDG）的过饱和程度随库区密度分层流的输移过程产生变化。以溪洛渡-向家坝区间为研究区域，基于原位观测和数值模拟相结合的研究手段，研究了低温来流对深水水库过饱和TDG纵向和垂向输移过程的影响规律，研究表明：（1）来流水温降低2℃，TDG云团潜入位置提前36.4 km，峰值垂向位置下移55 m、垂向影响范围减少23%；（2）来流水温降低2℃，TDG饱和度110%以上云团输移至向家坝坝前阶段和后续阶段，包络面积衰减速率降幅分别为16%和44%；（3）从射流区到交换区过饱和TDG平均纵向迁移速度显著降低，降幅达92%；（4）来流水温降低2℃，向家坝表孔出流TDG饱和度峰值和均值随来流水温的降低程度分别为机组出流的3.2和4倍；（5）水温降低对鱼类安全水深阈值的补偿效应可量化为0.20 m/℃。研究成果可为梯级深水水库汛期生态调度提供科学支撑。

关键词： TDG输移过程数学模型水库温分层云团位置水温补偿

遗传算法与神经网络在大坝安全监测预报中的应用

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遗传算法与神经网络在大坝安全监测预报中的应用

作者：金光球合肥工业大学

学位级别：硕士

大坝安全监测资料中的位移序列、渗流序列、裂缝开度序列等,这些序列因受众多因素制约,在时序上常常表现出复杂非线性特征,随着大坝安全监测预报越来越趋向自动化,而在以往的预报模型中常常表现出模型拟合精度较高而预测精度偏低,不能... 详细信息

大坝安全监测资料中的位移序列、渗流序列、裂缝开度序列等,这些序列因受众多因素制约,在时序上常常表现出复杂非线性特征,随着大坝安全监测预报越来越趋向自动化,而在以往的预报模型中常常表现出模型拟合精度较高而预测精度偏低,不能满足大坝安全监测自动化的需要。根据大坝监测数据在时序上变化特征,应用了神经网络和基于遗传算法的时间序列的非线性预测模型。在大坝安全监测预报中,针对BP算法收敛速度慢且存在局部极小值问题,提出了基于扰动的加速神经网络模型;针对门限自回归模型在实际应用过程中拟合精度往往要好于预测效果或预测效果不理想,对门限自回归模型作了改进;提出了使用自相关系数图来确定双线性模型的自回归项,应用了基于遗传算法的一套建模方法;结合门限自回归模型和双线性模型的优点,提出了门限双线性模型,并与神经网络可变权组合预测模型进行了比较,门限双线性模型的内在思想组合要比组合预测模型外在结果组合更优秀;通过实例表明这些改进是有效的;这些模型在大坝安全监测预报中应用是成功的。

关键词：大坝安全监测预报遗传算法神经网络非线性预测门限自回归模型双线性模型

晴雨两用远洋海岛海水淡化收集装置设计及应用

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实验室研究与探索 2022年第8期41卷 72-76页

作者：罗心怡钟妮倩刘畅尹镜雲张中天金光球河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学环境学院南京210098 河海大学水利水电学院南京210098 河海大学农业科学与工程学院南京210098

设计了一套晴雨两用的海水淡化收集装置,利用该实验装置通过太阳能蒸发、遇冷凝结的淡水资源在自身重力作用下汇集,对实验数据进行分析。晴天时,太阳光直射该装置,使得与水槽组成的封闭系统中海水的温度上升,装置内部的水转化为水蒸气上... 详细信息

设计了一套晴雨两用的海水淡化收集装置,利用该实验装置通过太阳能蒸发、遇冷凝结的淡水资源在自身重力作用下汇集,对实验数据进行分析。晴天时,太阳光直射该装置,使得与水槽组成的封闭系统中海水的温度上升,装置内部的水转化为水蒸气上升,并在该装置顶部触顶冷凝,冷凝的水沿着有一定角度的顶面及各个壁面向下流入预留斜槽。雨天时,雨水落入顶部收集器,在重力作用下沿着容器本身设置的斜坡落入预留的小孔,进入管道完成自动收集。试验结果证明装置系统的可行性和可操作性。所设计的海水淡化收集装置与传统工艺相比节约能耗、清洁环保、不占用珍贵的土地资源且节省回收雨水的人力,具有广泛应用前景。同时实验数据表明,淡水收集装置内湿度接近饱和,具备冷凝条件,但冷凝效果仍需提高。

关键词：海水淡化太阳能远洋海岛蒸散发冷凝

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珠江三角洲洪潮实时预报关键技术

武汉大学学报（信息科学版） 2014年第7期39卷 782-787页

作者：叶荣辉钱燕孔俊张文明金光球珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510611 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 珠江水利委员会水文局广东广州510611

基于洪潮预报的时效性和准确性要求,考虑洪水、天文潮、风暴潮等复杂因素的相互作用,建立了覆盖整个珠江三角洲网河区及口外海域的二维水动力学洪潮实时预报数值模型。模型中采用非结构有限体积法确保水量守恒,引入半隐欧拉-拉格朗日模... 详细信息

基于洪潮预报的时效性和准确性要求,考虑洪水、天文潮、风暴潮等复杂因素的相互作用,建立了覆盖整个珠江三角洲网河区及口外海域的二维水动力学洪潮实时预报数值模型。模型中采用非结构有限体积法确保水量守恒,引入半隐欧拉-拉格朗日模式提高计算效率。通过嵌套南中国海潮汐风暴潮耦合模型,获取边界复合水位,同时利用回归系数法实时校正糙率系数,提高模型的预测精度。在此基础上利用Web Services、网络地理信息系统(WebGIS)等技术,对计算、演示、分析等组件进行集成,建立了基于三层B/S架构模式的珠江三角洲洪潮实时预报系统,并成功应用于"黑格比"(200814号)等台风暴潮的过程预报。

关键词：洪水、风暴潮预报模型嵌套实时校正组件 WebGIS 系统集成

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胶体颗粒在潜流带中沉积过程及机制

水科学进展 2021年第5期32卷 738-750页

作者：张中天金光球陈鹤翔唐洪武李凌河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 河海大学水利水电学院江苏南京210098 西湖大学浙江杭州310000

潜流带是河流地表水和地下水交混区域,是河流中重要的物质能量交换和水生生物栖息的场所,而胶体颗粒在潜流带中沉积,会改变潜流带中的水动力结构和生态环境。本文利用室内循环水槽实验和多物理场耦合的数值模拟方法,旨在研究胶体颗粒在... 详细信息

潜流带是河流地表水和地下水交混区域,是河流中重要的物质能量交换和水生生物栖息的场所,而胶体颗粒在潜流带中沉积,会改变潜流带中的水动力结构和生态环境。本文利用室内循环水槽实验和多物理场耦合的数值模拟方法,旨在研究胶体颗粒在河流上覆水与潜流带中的迁移过程和胶体颗粒在潜流带中沉积分布特征及其对不同因素的响应规律。结果表明:河流上覆水中胶体会逐渐被河床截留且截留胶体集中于河床浅层;沙波水平方向截留量呈现出迎水面较高、背水面较低的趋势;胶体在潜流带沉积的主要机制是潜流交换、颗粒沉降与河床截留作用。本文能为胶体颗粒在潜流带中的生态环境作用研究提供科学依据,并为河流生态环境修复、河流健康管理提供理论支持。

关键词：潜流带胶体颗粒截留作用沉降作用分布特征

平原河流水沙界面生源物质迁移转化过程及水环境调控的研究进展

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水科学进展 2019年第3期30卷 434-444页

作者：金光球魏杰张向洋唐洪武张沛肖洋李凌河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 河海大学水利水电学院江苏南京210098 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014 National Center for Groundwater Research and Training School of Civil Engineering The University of QueenslandSt. LuciaQLD 4072Australia

生源物质作为影响水质的重要因素,其在河流中的迁移转换一直倍受关注。水沙界面物质交换过程受众多环境和水动力因素的影响,过程极其复杂,不仅影响着河流生源要素的通量演变规律,还关系到河流水环境问题。为探究水沙界面生源物质迁移转... 详细信息

生源物质作为影响水质的重要因素,其在河流中的迁移转换一直倍受关注。水沙界面物质交换过程受众多环境和水动力因素的影响,过程极其复杂,不仅影响着河流生源要素的通量演变规律,还关系到河流水环境问题。为探究水沙界面生源物质迁移转化过程及作用机制,结合国内外研究最新进展,对泥沙颗粒与生源物质的微界面作用、水沙界面对生源物质的迁移转化作用、水流条件对泥沙吸附解吸生源物质作用机理进行总结和概述,总结阐述了河流水质模型和闸坝泵条件下的水环境调控模型,最后指出平原河流水沙运动对生源物质输运作用机理及水环境调控。针对上述已有的研究成果和存在不足,对今后研究方向提出展望。

关键词：平原河流生源物质水沙运动水环境调控

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侧向潜流交换水动力过程及生态环境效应

水利水电科技进展 2017年第3期37卷 15-21页

作者：朱新丽金光球姜启豪魏杰李凌河海大学水利水电学院江苏南京210098 National Center for Groundwater Research and Training School of Civil Engineering University of Queensland

鉴于侧岸潜流带中发生着强烈的生物地球化学作用,其独特而复杂的水动力特性对水生生态系统及生态环境有重要作用。通过分析总结前人对侧岸潜流带所做的研究,阐明了侧岸不同方向上潜流交换过程及其产生机制,分析了影响侧向潜流交换过程... 详细信息

鉴于侧岸潜流带中发生着强烈的生物地球化学作用,其独特而复杂的水动力特性对水生生态系统及生态环境有重要作用。通过分析总结前人对侧岸潜流带所做的研究,阐明了侧岸不同方向上潜流交换过程及其产生机制,分析了影响侧向潜流交换过程的主要因素(包括地形条件、沉积层特性、水文地质条件、河道工程、河岸植被条件),阐述了侧向潜流交换过程对溶质、颗粒和生态环境的影响。最后对侧向潜流交换今后的研究提出了一些建议。

关键词：侧岸潜流带潜流交换水动力过程生态环境效应

河流潜流带地表-地下水过程对典型水生生物活动的响应研究进展

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水科学进展 2022年第5期33卷 835-847页

作者：金光球张中天袁海钰唐洪武陈鹤翔张思怡河海大学水利水电学院江苏南京210098 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司江苏苏州215006

河流潜流带是地表-地下水连通和交换的主要区域,地表-地下水过程不仅促进了生源物质的迁移转化过程,还能涵养水源、稳定区域生境,为水生生物提供良好的栖息环境。因此掌握水生生物活动与地表-地下水交换关系是深刻认知和科学保护水生生... 详细信息

河流潜流带是地表-地下水连通和交换的主要区域,地表-地下水过程不仅促进了生源物质的迁移转化过程,还能涵养水源、稳定区域生境,为水生生物提供良好的栖息环境。因此掌握水生生物活动与地表-地下水交换关系是深刻认知和科学保护水生生态系统的关键。本文综述了前人有关水生生物活动反馈于地表-地下水交换过程的研究,例如,底栖微生物形成的生物膜可以吸收或滞留生源物质,改变迁移的时间和路径;水生动物的行为可能通过改变河床渗透系数和孔隙率等物理参数影响各类物质的地表-地下水交换通量;水生植物对水流的阻滞和扰动也会作用于地表-地下水交换过程。基于目前研究,本文提出了该领域的3个未来研究方向:潜流交换和水生生物互馈理论,水生生态功能与地表-地下水相互作用关系,河流潜流带生物-地球-化学耦合过程。

关键词：潜流带地表-地下水交换底栖生物膜水生动物水生植物