长三角地区水安全保障技术集成与应用讲座课件

长长三角地区水安全保障技三角地区水安全保障技术术集成与集成与应应用用项项目目进进展展汇汇报报长三角地区水安全保障技术集成与应用项目进展汇报1提提纲纲项项目目简简介介总总体成体成果果总总结结集成集成应应用用1.2.4.水安全保障关水安全保障关键键技技术术5.3.提纲项目简介总体成果总结集成应用1.2.4.水安全保障关键2第一部第一部分分项项目目简简介介长长三角地区水安全三角地区水安全保障技保障技术术集成与集成与应应用用第一部分长三角地区水安全 保障技术集成与应用31.1项项目背目背景景1.1.1长三角地区研究区域范研究区域范围围：两省一：两省一市市长长三角区域三角区域规规划（划（2010年）年）中国第一大中国第一大经济经济区（城市群区（城市群）人口密集、人口密集、经济发经济发达、城达、城镇镇化率高化率高河网水系交河网水系交织织，湖泊密，湖泊密布布河网密度河网密度约约每平方公里每平方公里约约2.5公里公里水水资资源丰沛，源丰沛，过过境水量境水量多多水水资资源源总总量量1.03万万亿亿m3，过过境水境水量量9770亿亿m3，本地水量，本地水量537亿亿m3水利工程众水利工程众多多仅仅太湖流域有太湖流域有10000多座水利工程多座水利工程GDP(万万亿亿)以全国以全国2%的土的土地地 创创造了造了20%的的GDP1.1 项目背景1.1.1 长三角地区GDP(万亿)以全国241.1.2水安全问题复复杂变杂变化化环环境下，境下，长长三角地区水安全三角地区水安全问题问题仍十分突仍十分突出出洪洪涝涝安全安全问问题题城市群洪涝问题突出河口海岸风暴潮水水资资源供源供给给安全安全问问题题水质性缺水海岛淡水资源供给不足河湖水生河湖水生态环态环境安全境安全问问题题水功能区达标率低湖泊富营养化城市水体黑臭城市洪城市洪涝涝（上海（上海2015）海海岛岛淡水淡水资资源缺乏源缺乏太湖太湖蓝蓝藻暴藻暴发发城市水体黑臭城市水体黑臭1.1项项目背目背景景1.1.2水安全问题水质性缺水城市水体黑臭城市洪涝（上海2051.2项项目目经费经费与承担与承担单单位位执行期限2016年7月-2019年12月项目经费总经费6150万元，其中中央财政专项经费4000.0万元项目类型重大共性关重大共性关键键技技术术合作单位15个单位，其中包含河海大学、南京大学等6所大学，南京水利科学研究院太湖流域管理局水利发展研究中心、长江科学院等5所科研院所，上海勘测设计研究院有限公司、杭州水处理技术研究开发中心有限公司、长江勘测设计研究院等4个大型企业、1.2 项目经费与承担单位执行期限2016年7月-2019年6夯夯实实高城高城镇镇化率地区化率地区水循水循环过环过程理程理论论突破突破复复杂杂河网区水河网区水资资源源联联合合调调度、太湖水生度、太湖水生态环态环境改善、重点城市境改善、重点城市水水质质提升等提升等关关键键性技性技术术构建构建水循水循环环模模拟拟平平台台形成形成长长三角地区水三角地区水资资源安全保障源安全保障系系统统性技性技术术解决方案及配套技解决方案及配套技术术，实现实现示范示范应应用用，提高河网水体流，提高河网水体流动动性和枯水季性和枯水季节节供水保障供水保障率率1.4项项目目总总体目体目标标夯实高城镇化率地区水循环过程理论1.4 项目总体目标7第二部第二部分分总总体体成成果果长长三角地区水安全三角地区水安全保障技保障技术术集成与集成与应应用用第二部分长三角地区水安全 保障技术集成与应用82.总总体成体成果果区域防洪关键技术城市河网水环境提升技术多尺度分级智能模拟技术形形成成了了长长三三角角地地区区水水资资源源安安全全保保障障系系统统性性技技术术解解决决方方案案及及配配套套技技术术，其其中中10项项关关键键技技术术取取得得了重要了重要进进展，主要包展，主要包括括创创新了新了高城高城镇镇化率地区水循化率地区水循环过环过程、城市河网水程、城市河网水环环境提升等境提升等理理论论已已形成形成城市河网水城市河网水环环境提升境提升示范区示范区2个个，基于国，基于国产产化化设备设备的的一体化海水淡化一体化海水淡化成成套装套装备备研制与示范研制与示范1个个，取得了很好的，取得了很好的经济经济、社会和生、社会和生态态效效益益完成了完成了水循水循环环模模拟拟平台平台研研发发，提出了水循，提出了水循环环模模拟标拟标准化接口准化接口、标标准服准服务务接口接口、集成集成标标准等水循准等水循环环模模拟拟平台平台标标准准13242.总体成果区域防洪关键技术形成了长三角地区水资源安全保障9第三部第三部分分水水安安全全保保障障技技术术长长三角地区水安全三角地区水安全保障技保障技术术集成与集成与应应用用第三部分长三角地区水安全 保障技术集成与应用103水安全保障关水安全保障关键键技技术术与集成成果概与集成成果概览览123防洪安全防洪安全水水资资源供源供给给安全安全生生态环态环境境安全安全水循环理论洪水预报技术调度技术创新无资料区、城镇化产流机制,城市、农村圩区产流模型精细汇流模拟，风浪潮作用下水安全保障预测技术水利工程体系联合调度技术水资源多目标协同准则长江口水源地供水安全保障技术协同准则，水资源调度模型盐水入侵规律及工程影响、应对措施流域重要水源地供水安全保障技术水资源调度方案集、突发事件应急预案城市河网水质提升技术湖泊生态安全保障技术河网水质提升技术全湖区原型观测和模拟技术水循水循环环模模拟拟平平台台一体化的海一体化的海岛岛型海水淡化型海水淡化成套装成套装备备453 水安全保障关键技术与集成成果概览123防洪安全水资源供给11防防洪洪安安全全长长三角地区水安全三角地区水安全保障技保障技术术集成与集成与应应用用防 洪 安 全长三角地区水安全 保障技术集成与应用121.山丘区无资料区洪水预报取得关键进展在流域试验的基础上，形成了一套成熟的相似流域评价指标遴选方法。提出了山坡表层关键带结构特征作为相似流域评价的重要指标，并得到了多个流域的验证。形成了长三角地区相似流域评价的方法和指标体系1套，为解决长三角地区无径流资料地区防洪洪水预报的难题提供了关键技术。3.1防洪安全防洪安全-水循水循环环理理论论1.山丘区无资料区洪水预报取得关键进展3.1 防洪安全-水循133.1防洪安全防洪安全-水循水循环环理理论论圩区与圩外河道的水量交圩区与圩外河道的水量交换过换过程模程模拟拟开展了5个城市和农村圩区降雨径流过程实时监测试验研究了圩区内外水量交换机制，揭示了圩区的产汇流机制。构建了基于机制模拟的圩区降雨径流过程模型2.揭示了城乡圩区产流机制，提出了基于机制模拟的城乡圩区产流模型城市城市试验试验圩区位置圩区位置图图3.1 防洪安全-水循环理论圩区与圩外河道的水量交换过程模拟143.1防洪安全防洪安全-水循水循环环理理论论3.基于平原圩区产流机制分类提出了水量交换过程模拟方法大荡圩单圩联圩大荡圩跃进联圩3.1 防洪安全-水循环理论3.基于平原圩区产流机制分类提出153.1防洪安全防洪安全-水循水循环环理理论论3.揭示了城镇化下水文效应及其产汇流机制长长三角地区城三角地区城镇镇化下下化下下垫垫面和河流水系的面和河流水系的变变化特征和化特征和规规律；律；结果发现：城镇面积大规模扩张；河网密度和水面积减少20%左右，且这种减少有加速趋势。探究了城探究了城镇镇化水文效化水文效应应影响因素影响因素基于陆气耦合模式下下垫垫面面变变化化河流水系河流水系变变化化基于基于弹弹性系数等性系数等统计统计学方学方法法基于基于陆陆气耦合模气耦合模式式结果发现：人类活动（主要下垫面变化）是长三角水文循环过程变异的主要驱动因素。3.1 防洪安全-水循环理论3.揭示了城镇化下水文效应及其产16长三角地区城镇化水文效应主要表现为城镇化“增雨效应”明显，短历时强暴雨显著增多;极值水位及平均水位呈上升趋势等特征。极端降水强度和频率增加，而降水持续时间呈减少趋势。尤其是近10年来，趋势更为明显。面临的洪涝风险逐渐加剧，尤其是研究区中部和东部沿海地区。3.1防洪安全防洪安全-水循水循环环理理论论3.揭示了城镇化下水文效应及其产汇流机制增雨效增雨效应应极极值值水位上水位上升升洪洪涝风险涝风险加加剧剧长三角地区城镇化水文效应主 要表现为城镇化“增雨效应”明 显171.改进了城市防洪领域圩区精细化退水模拟技术采用考虑壤中产流与地表产流的水文产汇流模型，与水文模块进行内嵌，实现壤中产流与河道、地表产流与地面模型耦合，精准模拟圩区内积水退水过程。3.1防洪安全防洪安全-洪水洪水预报预报技技术术河网河网-管网精管网精细细化模化模拟拟分分析析积积水点与管网能力水点与管网能力评评估估圩区圩区积积水退水水退水过过程程排水与排排水与排涝标涝标准的准的衔衔接关系分接关系分析析壤中壤中产产流与地面模型耦流与地面模型耦合合1.改进了城市防洪领域圩区精细化退水模拟技术采用考虑壤中产流182.突破了水网水动力精细化模拟关键技术针对河网三级联解法中节点编码复杂、计算河道数多的问题，提出了一种基于节点分类的水位迭代求解方法统一了水闸工程与河网求解模型一致的计算格式，建立了能够模拟水闸精准控制的河网求解模型采用模拟退火算法，建立河网糙率优化模型，实现河网糙率自动率定，分析观测点数量对糙率反演结果的影响3.1防洪安全防洪安全-洪水洪水预报预报技技术术2.突破了水网水动力精细化模拟关键技术3.1 防洪安全-洪水193.构建了基于城镇化背景的洪涝风险评估模型3.1防洪安全防洪安全-洪水洪水预报预报技技术术以武澄锡虞区与阳澄淀 泖区为例，构建了洪涝 风险评价模型，量化了 城镇化条件下洪涝风险 变化。2010s现状条件大包围关闸挡水大包围向外排涝基于水文水力学耦合模型的模拟结果，开展了城市大 包围运行下的洪涝风险动态评估。结果显示：随着大包围的启用，淹没面积可减少5664%，其中水深超过1.0m的淹没面积减少比例最大（70.2%）；而大包围外的淹没面积均表现出不同程度的增加。3.构建了基于城镇化背景的洪涝风险评估模型3.1 防洪安全-204.风浪潮综合作用下综合潮位预报关键技术取得重要突破建立了长三角地区高精度多GPU高效洪水-天文潮-风暴潮-台风浪“四碰头”综合潮位预报模型，定量分析了“四碰头”影响下的防洪任务变化情况识别量化了海堤漫堤和溃堤风险结合遥感反演等方法改进了综合潮位预报方法，进一步提高了预报精度、可靠性及预见期。完成了河口海岸水安全保障业务化预报系统开发，并在江苏、上海、浙江等省市得到了应用。海堤漫堤和溃堤风险分析分析了长三角地区典型堤防防洪风险（如：宝钢大堤、上海人工半岛圈围造地二期工程等）12012112229119303132332016-7-8 2:00-100.250.512 m3.1防洪安全防洪安全-洪水洪水预报预报技技术术模型采用非模型采用非结结构网格、构网格、M-GPU并行技并行技术术1601号台号台风风“尼伯特尼伯特”风场风场和和风风暴增水分布暴增水分布图图4.风浪潮综合作用下综合潮位预报关键技术取得重要突破完成了河215.遥感反演风场技术的应用提高了风暴潮综合潮位预报可靠性基于合成孔径雷达SAR影像、微波辐射计数据等，开展了台风参数和风场遥感反演方法研究，获取台风中心位置、台风眼区形状大小、风场等参数。以1725号台风“海燕”为例，基于日本葵花卫星红外图像进行云迹风追踪，反演得到了台风风场等参数，可用于风暴潮模型的风场修正。3.1防洪安全防洪安全-洪水洪水预报预报技技术术遥感反演台遥感反演台风风风风速（速（m/s）1725台台风风“海燕海燕”葵花葵花卫卫星反演星反演风场风场（10min时间间时间间隔隔）5.遥感反演风场技术的应用提高了风暴潮综合潮位预报可靠性数，226.提出的预估偏差法（EEE）提高风暴潮综合潮位预报精度基于超级集合预报技术，对美国联合台风警报中心、日本气象厅、中国国家气象局和中国台湾气象局等气象台站的台风预报资料进行集合化处理，提出了预估偏差法（EEE），并引入“概率圆”的方法，实现台风路径集合化预报，总体提高台风期综合水位预报精度和稳定性。3.1防洪安全防洪安全-洪水洪水预报预报技技术术EEE中美日中国台湾预预估偏差法集合化方法估偏差法集合化方法(EEE)2017年全年台年全年台风预报误风预报误差差台台风风路径集合化路径集合化预预报报“概率概率圆圆”及概率及概率预预报报6.提出的预估偏差法（EEE）提高风暴潮综合潮位预报精度基233.1防洪安全防洪安全-防洪防洪调调度技度技术术新建骨干工程（新孟河、新沟河）新建骨干工程（新孟河、新沟河）联联合合调调度角度：度角度：提出在保障流域行洪的同时，协调直武地区涝水北排、运河区域涝水北排的调控策略和调度方案提前提前预预泄泄调调度角度：度角度：提出太湖不同前期水位与后期预报降雨情景下的骨干工程预泄调度策略情情景景太湖流域降太湖流域降雨雨流域典型流域典型年年长长江江边边界界长长江流域典型江流域典型年年主要主要应对问应对问题题1：反映常规水情条件丰1989年实况-防洪2：需要加大排江而外江潮位较高的情况丰1989年丰2012年防洪构建了流域区域协同的防洪安全调控策略和方案集依托新沟河、新孟河工程，提出了保障流域行洪，协调直武地区、运河区域涝水北排的流域洪水-区域涝水联合调度策略和方案集，优化了原有成果的调度原则；提出了太湖不同前期水位与后期预报降雨情景下的流域骨干工程预泄调度策略和方案集。3.1 防洪安全-防洪调度技术新建骨干工程（新孟河、新沟河）24水水资资源源供供给给安安全全长长三角地区水安全三角地区水安全保障技保障技术术集成与集成与应应用用水 资 源 供 给 安 全长三角地区水安全 保障技术集成与应253.2水水资资源供源供给给安全安全-协协同安同安全全复复杂杂水系水水系水资资源多目源多目标协标协同情景同情景逻辑结逻辑结构构图图太湖流域多目太湖流域多目标协标协同准同准则则制定原制定原则则1.提出了复杂水系水资源多目标协同准则基于基于协协同理同理论论与与层层次次分析法等理分析法等理论论方法，采用方法，采用问题筛选问题筛选-情景构建情景构建-案例剖析案例剖析-策略构建策略构建-决决策策优选优选全全过过程技程技术术思思路路剖析了流域不同水情期、流剖析了流域不同水情期、流域域-区域、区域区域、区域-区域、区域区域、区域-城市等多目城市等多目标调标调度矛盾与度矛盾与问题问题，筛筛选选了了5种典型的水种典型的水资资源多目源多目标协标协同情景案例同情景案例，确立了，确立了协协同准同准则则制定原制定原则则3.2 水资源供给安全-协同安全复杂水系水资源多目标协同情景263.2水水资资源供源供给给安全安全-协协同安同安全全272.构建了保障水安全的水利工程体系联合调度模型水水资资源源联联合合调调度目度目标标：降低流域与区域的防洪：降低流域与区域的防洪压压力；提高区域水力；提高区域水资资源供源供给给保障水平；提升水功能区水保障水平；提升水功能区水质质构构建建方方法法：基于可拓物元法、层次分析法及非支配排序遗传算法等技术方法，筛选了适用于太湖流域复杂江河湖地区的非支配排序多目标优化算法及决策方法模型模型结结构：构：基于防洪、供水、水环境3个方面的调度目标，构建了水资源联合调度模型，提出了目标函数及约束条件决策模型构建主要流决策模型构建主要流程程3.2 水资源供给安全-协同安全272.构建了保障水安全的水273.2水水资资源供源供给给安全安全-协协同安同安全全评评估估优优选选单目标调控方案集水水资资源多目源多目标协标协同同联联合合调调度模度模型型联合调度决策系统保障太湖流域水安全的水利工程体系联合调度技术方案3.提出了保障水安全的水资源联合调度技术防洪安防洪安全全28实现实现了自了自动动决策决策水水资资源供源供给给人工决策人工决策水水环环境安境安全全情景情景驱动驱动方案模方案模拟拟多目多目标协标协同同优选优选决策决策信息信息输输入入优选优选决策决策互互馈馈修正修正太湖流域水资源联合调度基本形成了情景模拟，机器学习，联合调度预案集和自动优选决策的能力3.2 水资源供给安全-协同安全评估优选单目标调控方案集水资281.长江口水源地供水保障预报技术取得阶段成果剖析了洪枯季潮汐、季风、海流等因素对长江口盐水倒灌的影响评估了三峡工程、海平面上升对盐水入侵的影响提出了长江口重要水源地供水保障率提升的工程措施（淡水压咸、北支整治）取 水 保 障 率 提 升 措 施淡 水 压 咸北 支 整 治01002003005006007000123400Time(h)S(pus)10020030040050060070000123Time(h)S(pus)海平面+0 海平面+0.5潮+流+风三峡工程前 三峡工程后潮3.2水水资资源供源供给给安全安全-水源地安水源地安全全三三维维模模型型盐盐度降低度降低740%1.长江口水源地供水保障预报技术取得阶段成果剖析了洪枯季潮汐29保障太浦河水源地供水安全保障太浦河水源地供水安全：对水源地供水安全保障需求较大的重点时段冬春季进一步加大太浦河供水后，太浦河出湖水量显著增加，太浦河两岸入太浦河水量有所减少太浦河金泽水源地水质进一步提升（类水改善为类水）天数达10%2.流域重要水源地供水安全保障技术3.2水水资资源供源供给给安全安全-水源地安水源地安全全望虞河工程引水望虞河工程引水调调度度新孟河工程引水新孟河工程引水调调度度金墅港周金墅港周边环边环湖口湖口门调门调度度联联合合调调度度金金泽泽断面根据氨氮水断面根据氨氮水质质分分级级加大供水加大供水太浦河下太浦河下游游 水水质恶质恶化化王江王江泾泾与平望水位与平望水位差差分分级级供水供水太浦河南太浦河南岸岸 水水质恶质恶化化应应对对保障太浦河水源地供水安全：2.流域重要水源地供水安全保障技30SW-30本研本研究究水通水通量量26.832脱硼率82%95%钠盐脱除率99.5%99.5%1.突破了海水淡化高效脱硼的膜技术成功研发了高脱硼高效反渗透膜，该膜在脱硼率和渗透性两方面均超越了美国陶氏SW-30膜。将非极性聚异丁烯(PIB)共混到聚酰胺复合膜中，提高了膜对海水中盐和硼的脱除率。PIB的添加量为0.3%，对制备的复合膜样品进行分离性能测试，结果显示，对32000mg/L的NaCl水溶液的脱盐率为99.51%，对5mg/L的硼酸溶液的脱除率为95.04%，水通量为32.0L/(m2h)。TFC膜的膜的选择选择渗透渗透规规律律半互穿网络结构TFC膜的制备过程示意图3.2水水资资源供源供给给安全安全-海海岛岛供水安供水安全全SW-30本研究水通量26.832脱硼率82%95%钠盐脱除31能量回收装置能量回收装置与高与高压泵压泵的匹配耦合的匹配耦合设计设计;端盖端面与端盖端面与转转子交界子交界处处的的自自紧紧密封的配流技密封的配流技术术；外外驱转动驱转动及及流量自适流量自适应调节应调节技技术术；能量回收装置的能量回收装置的长长流道低流道低转转速速驱动驱动技技术术。2.突破了海水淡化国产化能量回收装置的关键技术海水淡化系海水淡化系统统的能量回收的能量回收节节能耦合技能耦合技术术转子式能量回收装置总体结构图能量回收装置各部件模型图3.2水水资资源供源供给给安全安全-海海岛岛供水安供水安全全能量回收装置与高压泵的匹配耦合设计;外驱转动及流量自适应调节323.搭建了多水源联合调度模型的基本框架，提出了海岛型雨水花园3.2水水资资源供源供给给安全安全-海海岛岛供水安供水安全全以舟山地区海以舟山地区海岛岛水水资资源源联联合合调调度度为为例，提出了例，提出了多水源多水源联联合合调调度模型度模型的的基本框架和基本框架和约约束条件束条件：1.从社会效益的角度出发，要求城市供水系统缺水量尽可能小，从而使社会效益尽可能大；2.从供水成本的角度出发，要求城市供水系统总成本尽可能小，以最低的代价换取最大的社会效益；3.以社会效益最大和供水成本最小为目标，考虑用户时段供需平衡、水厂节点时段进出水量平衡、水源供水能力、水厂时段净水能力、管线时段输水能力等多种约束4.变量非负等基本物理性约束构建了基于网构建了基于网络络拓扑的拓扑的多水源多水源联联合供水合供水优优化化调调度模型度模型优优化了化了多目多目标标算法算法进进行模型求解方法行模型求解方法。优优化化设计设计了了海海岛岛型雨水花园型雨水花园的填料和植物，成的填料和植物，成为为海海岛岛雨水利用雨水利用的新方的新方法法舟山六横舟山六横岛岛10万吨万吨级级海水淡化示范工海水淡化示范工程程（一、二期合（一、二期合计计5200m3/d）3.搭建了多水源联合调度模型的基本框架，提出了海岛型雨水花33水水生生态态环环境境安安全全长长三角地区水安全三角地区水安全保障技保障技术术集成与集成与应应用用水 生 态 环 境 安 全长三角地区水安全 保障技术集成与应343.3水生水生态环态环境安全境安全-河网水河网水质质提提升升1.建立了城市河网水质提升理论方法与成套技术城市河网水城市河网水环环境提升境提升理理论论与方与方法法基于河网基于河网畅畅流的城市流的城市水水环环境提升技境提升技术术体体系系城市河网水城市河网水质质提升的提升的联联控控联调联调平平台台3.3 水生态环境安全-河网水质提升1.建立了城市河网水质提35计计算算方方2.建立了城市河网水系格局与水量分配响应关系建立了典型水系格局相适应的水量分配机制解决了城市河网水系格局识别与动力驱动控制节点寻优的难题，提出了基于换水周期的动态需水量法法3.3水生水生态环态环境安全境安全-河网水河网水质质提提升升不同城市河网水量不同城市河网水量换换水水频频次次动态动态需水量需水量计计算方算方法法回字回字型型目目标标函函数数约约束条束条件件*NiBi1 inf(b()引QnW-C Qk maximize k1 kkjv v jj 1,.,M环环装装辐辐射射型型多多级级圩圩型型辐辐射射型型X型型田子田子型型)0 086.4ux2nixi)C Q exp(k 86.4uq exp(kW C Q CSi i1不同城市河网水系格不同城市河网水系格局局计算方2.建立了城市河网水系格局与水量分配响应关系3.3 363.3水生水生态环态环境安全境安全-河网水河网水质质提提升升3.揭示了河网水动力对水质指标的作用机制建立了建立了流速与流速与浊浊度度、浊浊度与透明度度与透明度间间响响应应关系。随流速增大，关系。随流速增大，浊浊度增大，透明度逐度增大，透明度逐渐渐减小减小建立了水建立了水动动力与溶解氧（力与溶解氧（DO）关系。）关系。畅畅流活水河道增加溶解氧的重要手段，通流活水河道增加溶解氧的重要手段，通过过物理模型物理模型试验试验和大量的和大量的现场现场实测实测数据，得出数据，得出平平顶顶堰流跌水复氧率堰流跌水复氧率经验经验公式公式，在娄，在娄门门堰堰获获得得验证验证复氧水体复氧水体流速与流速与浊浊度度娄娄门门堰堰浊浊度与透明度与透明度度苏苏州大包州大包围围提供了良好的提供了良好的实验实验条件。条件。苏苏州防洪大包州防洪大包围围内已内已实现实现自流活水水自流活水水质质提升，提升，内内部河网有条件全局控制，在此基部河网有条件全局控制，在此基础础上上进进行水行水环环境提升的定量关系境提升的定量关系实实验验3.3 水生态环境安全-河网水质提升揭示了河网水动力对水质指374.首创了城市河网水体透明度预测方法和数值模型基于水体混合透明度特征，建立置换比与透明度关系，首创了透明度模拟方法获得了分层水体透明度沿水深变化规律。沿着水深方向，分层分析不同水深流速与SS、透明度之间关系，发现透明度沿水深方向存在拐点，提出了水动力阈值的约束条件3.3水生水生态环态环境安全境安全-河网水河网水质质提提升升苏苏州城市河道透明度州城市河道透明度预测预测置置换换比与透明度关系比与透明度关系透明度特征关系透明度特征关系透明度模透明度模拟拟技技术术流程流程ss沿水深沿水深变变化（化（苏苏州州环环城河）城河）4.首创了城市河网水体透明度预测方法和数值模型3.3 水生态385.研发了基于多源互补的城市河网水质长效保障技术针对优质水源，制定了多源互补的引调水方案，实现了城区水源保障的时空适配性需求研发了环流净水-生态净化-分散布水的成套技术，突破了高浊度水透明度提升技术瓶颈研发了泵站枢纽原位净化技术，实现高沙水体原位净化3.3水生水生态环态环境安全境安全-河网水河网水质质提提升升多源互多源互补补5.研发了基于多源互补的城市河网水质长效保障技术3.3 水生396.创建了基于活动溢流堰的河网水位精准控制技术自主研发了远程控制的活动溢流堰，解决了城市河网水动力重构难题提出了活动溢流堰过流能力计算公式，满足精准调控的水动力模拟3.3水生水生态环态环境安全境安全-河网水河网水质质提提升升活活 动动 溢溢 流流 堰堰 物物 理理 模模 型型 试试 验验不同运行模式不同运行模式过过流能力流能力计计算公算公式式角度角度1流流态态角度角度2流流态态6.创建了基于活动溢流堰的河网水位精准控制技术3.3 水生态407.发明了城市河网滞流水体原位修复系列技术研发了断头浜（河）原位隔离连通、智能化太阳能推流循环/复氧等技术，改善了断头浜的流动性，消除了水体黑臭3.3水生水生态环态环境安全境安全-河网水河网水质质提提升升河道分河道分级级控制循控制循环连环连通技通技术术常熟市花园浜断常熟市花园浜断头头河治河治理理畅流活水成套技术能在平原河网区人工构造超过20cm 的水位差（H）。实现河网水体流动性提高10%以上，流速（V）大于0.1m/s的河道占比高于50%，在不考虑断头浜条件下，实现100%全城活水。合理按需配水，城市河网水体调控置换频次每周可达3-5次，真正实现了按需配水的目标。城区河网水质指标能够长期稳定提升提高一个等级以上7.发明了城市河网滞流水体原位修复系列技术3.3 水生态环境418.研发了河道底泥处置与水体修复联动的水质提升技术揭示了河道底泥污染物的释放规律；确定了生物激发剂的最适投加量，并对工艺技术参数条件进行了优化；通过中试和示范工程验证，可使劣类水提升至类水的标准。3.3水生水生态环态环境安全境安全-河网水河网水质质提提升升不同曝气量条件下不同曝气量条件下COD(a)、TN(b)、氨氮、氨氮(c)和和TP(d)浓浓度的度的变变化化底泥中底泥中OM和和TP的的变变化化8.研发了河道底泥处置与水体修复联动的水质提升技术3.3 水423.3水生水生态环态环境安全境安全-河网水河网水质质提提升升调调水水源水水源优优化配置模式框化配置模式框图图基于水信息学模型的城市河网水基于水信息学模型的城市河网水质质提提升升智能智能联联合合调调度模度模式式9.提出了基于水信息学模型的城市河网水质提升智能联合调度模式通过河网调度数值模拟模型得到若干调度方案，结合已有预案和调度经验得到用于调度决策模型学习的初始预案库，经过训练的调度决策模型根据调度目标、边界条件和初始条件，形成一个优选调度方案，发布调度指令，精准调度3.3 水生态环境安全-河网水质提升调水水源优化配置模式框图43数控沙数控沙盘盘多屏互多屏互动动数学模型数学模型10.形成了多目标的实时监测-精准模拟-智能互馈的联控联调系统常州市城区常州市城区畅畅流活水与防洪排流活水与防洪排涝联涝联控控联调联调系系统统3.3水生水生态环态环境安全境安全-河网水河网水质质提提升升数控沙盘多屏互动数学模型10.形成了多目标的实时监测-精准模443.3水生水生态环态环境安全境安全-湖泊生湖泊生态态安安全全流 域 重 大 的 引 排 通 道 工 程1.提出了水环境治理工程的四级有效性评价体系结合水环境治理项目的特点，建立了经济后评价、过程后评价、影响后评价、可持续性后评价四级评价指标体系。“四四级级”后后评评价价经济经济后后评评价价资资金使金使用用充分充分性性资资金回金回报报率率设计设计合理合理性性问题针对问题针对性性目目标标合理合理性性方案合理方案合理性性建建设设效效率率影响后影响后评评价价环环境影境影响响水水动动力力水水质质水生水生态态地地貌貌目目标标实现实现程程度度水水质质改改善善水功能达水功能达标标环环境容境容量量供供水水行行洪洪社会社会评评价价可持可持续续后后评评价价外部外部环环境境内部内部环环境境4231过过程后程后评评价价3.3 水生态环境安全-湖泊生态安全流 域 重 大 的 引 453.3水生水生态环态环境安全境安全-湖泊生湖泊生态态安安全全2.系统总结了太湖流域综合治理成效，提出了研究治理方向和预期成效02坚坚持人水和持人水和谐谐，推推进进湖泊湖泊综综合治理合治理04坚坚持江湖持江湖联联通，通，提升河湖水体流提升河湖水体流动动性性01坚坚持持统统筹筹协调协调，完善，完善流域引排工程体系流域引排工程体系03坚坚持系持系统统治理，治理，保障供水安全保障供水安全相关建议已被国资委采纳3.3 水生态环境安全-湖泊生态安全2.系统总结了太湖流域综46流速（M/S）0123流层456梅梅梁梁湾湾走走航航观观测测试试验验3.3水生水生态环态环境安全境安全-湖泊生湖泊生态态安安全全自主研自主研发发的太湖的太湖GPS浮浮子子湖流湖流观测试观测试验验定点定点ADCP湖流湖流观测观测（持（持续续1-2个月个月）自主研自主研发发的无人机示踪粒子的无人机示踪粒子观测试观测试验验垂向时均流速分布0.23.保障太湖生态安全观测研究取得全面可靠的湖流测量成果开拓性地在太湖开展了大范围、长时间、全要素、多技术融合的太湖原型观测试验，包括定点和走航ADCP，无人机示踪粒子观测（自主研发），全太湖区GPS浮子（自主研发）湖流观测。流速（M/S）0梅梁湾走航观测试验3.3 水生态环境安全-湖474.提出了大型浅水湖泊风生流模拟的相似理论在现场观测的基础上，建立了风生流水槽物理试验，研究了不同垂直比尺对风生流流速模拟的影响，为大型浅水湖泊风生流物理模型相似律问题提供了理论支撑。3.3水生水生态环态环境安全境安全-湖泊生湖泊生态态安安全全风风生流流生流流场场和流和流线线风风生流作用下生流作用下污污染物染物扩扩散散试试验验风风速与速与风风拖曳系数关系曲拖曳系数关系曲线线风风速速变变化与中性化与中性线浓线浓度度变变化化4.提出了大型浅水湖泊风生流模拟的相似理论3.3 水生态环境483.3水生水生态环态环境安全境安全-湖泊生湖泊生态态安安全全WRF模型四模型四层层嵌套模嵌套模拟拟区域及网格区域及网格设设置置风场验风场验证证2017年太湖春夏秋冬四季季年太湖春夏秋冬四季季节节平均地面平均地面风场风场模模拟拟4.太湖风场WRF气象模型的应用提高了风生流模拟精度在对太湖水动力进行研究的过程中，引入中尺度天气预报模型WRF，对太湖湖区风场状况进行数值模拟，为太湖风生环流数值模拟工作提供长系列非定常风场支持3.3 水生态环境安全-湖泊生态安全WRF模型四层嵌套模拟区493.3水生水生态环态环境安全境安全-湖泊生湖泊生态态安安全全5.揭示了长系列非定场风条件下太湖的风流响应关系通过非定常非均匀风场支持，研究分析揭示了非定场风条件下太湖的风流响应关系风场与流场的滞后效应不同水深风流响应关系NE风下典型分层流场3.3 水生态环境安全-湖泊生态安全5.揭示了长系列非定场风50第四部第四部分分集集成成应应用用长长三角地区水安全三角地区水安全保障技保障技术术集成与集成与应应用用第四部分长三角地区水安全 保障技术集成与应用514.1平台集成方面平台集成方面-平台构平台构建建构建了具有自主知构建了具有自主知识产权识产权的商品化水循的商品化水循环环模模拟拟平台平台制定了水循制定了水循环环模模拟拟信息交信息交换换、服、服务务与模型接口、模型集成与模型接口、模型集成标标准准系统研究了专业模型结构及数据组织形式，制定了数据交互标准和模型接口标准等，并在此基础上基于B/S架构和SOA服务建立水循环模拟操作平台。实现了模型注册、方案构建、数据传输、模型耦合运算和成果展示等功能。模型管理与运模型管理与运算算模型数据分模型数据分析析4.1 平台集成方面-平台构建构建了具有自主知识产权的商品化52制定了水循环模拟信息交换标准4.2平台集成方面平台集成方面-标标准制准制定定设计设计了模型信息交了模型信息交换换的功能的功能：1.多种转换方式并存；2.数据交换双方以异步的或同步的方式互相传递信息；3.松耦合的数据交换体系。提出了信息交提出了信息交换换基本内容基本内容：1接口的名称标识；2接口在该系统中的地位和作用；3接口在该系统中与其他模块和接口之间的关系；4接口的功能定义；5接口的规格和技术要求，包括它们各自适用的标准、协议或约定；6各个接口的数据特性；7各个接口的资源要求，包括硬件支持、存储资源分配等；8接口程序的数据处理要求。模型1模型2模型3信息交信息交换换制定了水循环模拟信息交换标准4.2 平台集成方面-标准制定设53服务接口数据接口共享服务功能接口扩展服务二次开发接口2.制定了水循环模拟服务接口标准平台向用平台向用户户提供相提供相应应的的共享服共享服务务和和二次开二次开发发接口服接口服务务。服服务务接口包括接口包括数据接口数据接口、功能接口功能接口和和二次开二次开发发接口接口三个三个层层次次模型接口定模型接口定义义了了初始化接口初始化接口、模型模型计计算接口算接口和和调调用用结结束接束接口口4.2平台集成方面平台集成方面-标标准制准制定定模型服模型服务务接口接口服务接口数据接口功能接口扩展服务二次开发接口2.制定了水循544.制定了水循环模拟模型集成标准采用采用分布式云分布式云计计算算技技术术的面向服的面向服务务架架构构开开发发基于基于web服服务务的平台的平台，将按功能封装成，将按功能封装成web服服务务提供提供页页面管理功能面管理功能，实现对实现对数据数据库库的的访问访问、查询查询及及专专业业模型的管理、模型的管理、调调用等功能，依靠用等功能，依靠预预先达成一致先达成一致的的web服服务规务规范，完成各范，完成各组组件件间间的通信，达到松耦合的通信，达到松耦合的的资资源复用与共享源复用与共享。4.2平台集成方面平台集成方面-标标准制准制定定南科南科院院河海大河海大学学用用户户1用用户户2用用户户3分布式云分布式云计计算算对对外外扩扩展展4.制定了水循环模拟模型集成标准采用分布式云计算技术的面向551.构建了城市河网水文-水动力-水质多尺度分级智能模型4.3平台集成方面平台集成方面-专业专业模模型型无无锡锡市城区模市城区模型型常州市城区河道分常州市城区河道分级级模型模型(达到达到6级级)河网水体透明度模河网水体透明度模拟拟空空间间尺度互尺度互馈馈嵌套模型（太湖地区嵌套模型（太湖地区）1.构建了城市河网水文-水动力-水质多尺度分级智能模型4.3564.3平台集成方面平台集成方面-专业专业模模型型2.三维湖泊水动力水质模型开创性地将WRF大气模型与水动力、水质模型进行了联合应用，开发了长系列非定场风条件太湖水动力过程模拟技术。4.3 平台集成方面-专业模型2.三维湖泊水动力水质模型573.河口海岸风浪潮作用下的综合潮位预报模型10020030050060070000123400Time(h)S(pus)三峡工程前三峡工程后10020030050060070000123400Time(h)S(pus)海平面+0 海平面+0.5潮+流+风潮4.3平台集成方面平台集成方面-专业专业模模型型3.河口海岸风浪潮作用下的综合潮位预报模型100200300584.河口水源地供水保障率预报取水决策模型4.3平台集成方面平台集成方面-专业专业模模型型丁丁坝坝、潜堤、潜堤处处理技理技术术模型范模型范围围及及计计算网算网格格青草沙水青草沙水库库获获软软件件著著作作权权1项项：CJK3D河河口口海海岸岸盐盐水水入入侵侵数数值值模模拟拟软软件件(2016SR395453)4.河口水源地供水保障率预报取水决策模型4.3 平台集成方面59目前，目前，该计该计算平台正算平台正应应用于太湖流域用于太湖流域第第三次水三次水资资源源评评价价(中国第三次水中国第三次水资资源源评评价价）5.变化环境下长三角地区流域降雨径流模拟模型模型结构4.3平台集成方面平台集成方面-专业专业模模型型计计算平台算平台总总控交互界控交互界面面长长系列系列计计算算结结果果单单一年份一年份计计算算结结果果参数率定界参数率定界面面目前，该计算平台正应用于太湖流域第 三次水资源评价(中国第三604.3平台集成方面平台集成方面-专业专业模模型型2 6.复复杂杂水系水水系水资资源源联联合合调调度模型、海度模型、海岛岛多水源多水源联联合合调调度模型度模型供水系统网络拓扑关系概化模型框架构建目标函数约束条件模型求解河网水系河网水系等等信信息息水水库库、塘塘模坝坝型、框外外架调调构水水、建配配水方案、水方案、配配水管网等水管网等信信息息海水淡海水淡化化及配水及配水方方案案区域用区域用水水户户等信等信息息社会效益最大年供水成本最小供需平衡约束供水能力约束非支配排序遗传算法水量水质模型决策模型构建目标函数约束条件优选方法流流域域骨骨模干干型框架重重构点点引引建水水河河道道口口门门骨干引骨干引排排工工程程重点重点闸闸泵泵防洪+供水+环境效益水位、流量、水质约束等可拓物元方法复复杂杂水系水水系水资资源源联联合合调调度模度模型型海海岛岛多水源多水源联联合合调调度模度模型型4.3 平台集成方面-专业模型26.复杂水系水资源联合调度611.完成了节能型一体式海水淡化成套装备研制模模块块化集成化集成设计设计，全套系，全套系统设备统设备安装于安装于40英尺集装箱英尺集装箱内内装置装置设计产设计产水量水量500m3/d（25），），脱脱盐盐率达率达99.4%，产产水能耗水能耗为为1.95kWh/m3主工主工艺艺：超：超滤预处滤预处理理+反渗透脱反渗透脱盐盐超超滤滤膜膜组组件、反渗透膜元件、高件、反渗透膜元件、高压泵压泵和能量回收装置等关和能量回收装置等关键键部件和部件和设备设备全部国全部国产产化化4.4装装备备方方面面一体化海水淡化装置内部一体化海水淡化装置内部结结构构海水淡化示范装置外海水淡化示范装置外观观嵊泗海水淡化示范基地嵊泗海水淡化示范基地现场现场海海域域1.完成了节能型一体式海水淡化成套装备研制4.4 装备方面62常常 州州 运运 北北 城城 区区苏苏 州州 城城 市市 中中 心心 区区常常 熟熟 市市 城城 区区吴吴 江江 松松 陵陵 城城 区区4.5示范示范应应用方用方面面杭杭州州G20峰峰会会上上 海海 进进 博博 会会舟舟山山地地区区海海水水净净化化常 州 运 北 城 区苏 州 城 市 中 心 区常 熟 市 634.5示范示范应应用方用方面面人民日报、中央电视台、新华社、中央人民广播电台等30余家中央及省市主流媒体进行了报道。水利部、浙江省等省部级领导对效果给予了高度评价和充分肯定。完成了杭州完成了杭州G20核心区核心区22km2水水质质提升示范工程提升示范工程截污控源：河道清淤、分散式污水截留与处理技术强化净化：水源水质原位净化技术畅流活水：活水联调联试、数学模型、方案优化、水体应急恢复、应急预案编制实施效果：透明度1m以上，水质主要指标达到类流量分配合理，流动性增强，感官效果好突发降雨后短时间应急恢复水质4.5 示范应用方面人民日报、中央电视台、新华社、中央人民广644.5示范示范应应用方用方面面金金阊阊新新城城西西塘塘河河沧沧浪新浪新城城吴中老城吴中老城区区苏苏州城区活水州城区活水扩扩面工程面工程古城区河道水质提升行动后水质提升，基本实现了“古城区水质明显提高、水景观明显改善”的目标周边惠及区活水效果有限，亟需推广古城片自流活水经验，将活水效益扩展至主城区约100km2治理效果：城市中心区河道水质断面稳定达标，河道主要水质指标总体达到类水标准4.5 示范应用方面金阊新城西塘河沧浪新城吴中老城区苏州城区654.5示范示范应应用方用方面面提出了常熟市城区提出了常熟市城区畅畅流活水工程方案流活水工程方案治理面治理面积积60.7km2水水质质提升与防洪同步提升与防洪同步规规划、同步划、同步实实施施；5座溢流堰与大包座溢流堰与大包围围枢枢纽结纽结合，全城活合，全城活水水古城区率先提前古城区率先提前实现畅实现畅流活水，清水入古城，水量提升流活水，清水入古城，水量提升3倍，流速提升倍，流速提升至至0.2-0.4m/s，水水质质类类-类类目前大包目前大包围围枢枢纽纽工程已基本建工程已基本建设设完成，今年在完成，今年在调试阶调试阶段基本段基本实现实现全城活水，并在今年汛期全城活水，并在今年汛期发挥发挥了效了效益益治理前：引水治理前：引水难难入小河、部分黑入小河、部分黑臭臭治理后：流治理后：流动动性全面提升，有序流性全面提升，有序流动动4.5 示范应用方面提出了常熟市城区畅流活水工程方案治理前：66提出了常州提出了常州179km2水水质质提升示范工程方案提升示范工程方案治理面治理面积积179.2km2治理治理前前河网分割、断河网分割、断头头浜多、外部源水浜多、外部源水难难以入城、河道水以入城、河道水质质较较差差治理思治理思路路利用利用长长江江过过境水源、打造两条清水通道、新建四个控境水源、打造两条清水通道、新建四个控导导工程、形成三工程、形成三级级梯梯级级水位水位治理效治理效果果河道流河道流动动性明性明显显提升；水提升；水质显质显著改善，主要指著改善，主要指标标达到达到类类以上，以上，CODmn类类、氨氮、氨氮-类类、总总磷磷类类、溶解氧溶解氧类类（除了部分断（除了部分断头头浜未浜未连连通，正在改造）通，正在改造）目前四目前四处处活水溢流堰已建活水溢流堰已建设设完成并且超完成并且超预预期达到了水期达到了水质质提提升效果升效果4.5示范示范应应用方用方面面活水后水活水后水质质情情况况提出了常州179km2水质提升示范工程方案4.5 示范应用方67项项目背景：目背景：中国首届国际进口博览会，130多个国家参展保障范保障范围围：国家会展中心周边河道，约12km2主要措施：主要措施：河道整治：控源截污，护岸整治，水体原位净化畅流活水：水体自循环调度，首次研发并建设了装配式活动溢流堰，在区域内形成三级水位，促进水体持续循环流动生态修复：水系森林，生态系统重构，曝气精细管理：水环境提升联控联调系统治治理理效效果果：构构建建了了水水体体自自循循环环流流动动与与生生态态修修复复系系统统，河河网网水水质质由由劣劣类类提提升至升至类类，透明度达，透明度达1.5米以上米以上4.5示范示范应应用方用方面面项目背景：中国首届国际进口博览会，130多个国家参展畅流活水684.5示范示范应应用方用方面面开展一体化海水淡化装置开展一体化海水淡化装置现场现场示范示范海水淡化成套装备制造车间照片嵊泗海水淡化示范基地嵊泗海水淡化示范基地现场现场海海域域专门设立集装箱式集装箱式节节能一体化海水淡化装置能一体化海水淡化装置研制组装车间充分利用市场商务关系，与嵊泗与嵊泗县县自来水公司自来水公司进行技术需求和研究成果的对接，为下一步的应用示范打好工作基础。4.5 示范应用方面开展一体化海水淡化装置现场示范海水淡化成694.6成果成果应应用用根据太湖水环境质量及综合治理措施影响研究报告成果，代表三峡集团完成太湖流域综合治理做法成效及政策建议文件编制。目前，已被国资委单篇采用，并上上报报至中至中办办和国和国办办。完成了太湖流域完成了太湖流域综综合治理的做法成效及政策建合治理的做法成效及政策建议议4.6 成果应用根据太湖水环境质量及综合治理措施影响 研究704.7成果成果应应用用成功开展了中国海成功开展了中国海风风暴潮暴潮实时实时潮位潮位预报预报应对2017年第18号强台风“泰利”，智能启动潮、浪预报模型，自动跟踪 预报，及时准确发布长江口沿岸风暴潮位过程。对对20182018年影响年影响长长江口、杭州湾的江口、杭州湾的8 8场场台台风进风进行行2828次次跟踪跟踪业务预报业务预报，及及时发时发布布长长江口、杭州湾沿岸江口、杭州湾沿岸风风暴潮位暴潮位过过程，精度超程，精度超规规范要范要求求（水文情（水文情报预报规报预报规范甲范甲级为级为8585 ）。4.7 成果应用成功开展了中国海风暴潮实时潮位预报对2018714.8成果成果应应用用示范区域示范区域:三河一三河一区区典型区域水典型区域水资资源源联联合合调调度技度技术应术应用示范用示范太湖贡湖水源地、太浦河金泽水源地供水保障率提升超过10%，满足本次应用示范目标通过实施应用示范，重点改善期新沟河区域92.3%的断面水质得到不同程度的改善，认为新沟河工程调度对于周边区域具有显著的水环境效应。重点改善期重点改善期类类 比例比例80.0%重点改善期重点改善期 类类比例比例100%重点改善期重点改善期类类 比例比例66.7%4.8 成果应用示范区域:三河一区典型区域水资源联合调度技术72第五部第五部分分结结语语长长三角地区水安全三角地区水安全保障技保障技术术集成与集成与应应用用第五部分长三角地区水安全 保障技术集成与应用73重点研发项目任务艰巨，我们将“不忘初心，牢记使命，砥砺前行”。在科技部、水利部、21世纪中心和南科院的支持下，在项目成员单位的鼎力配合下，项目进展顺利，达到了预期的目标。在关键科学问题研究区域防洪关键技术、城市河网水环境提升、水资源多目标协同调度及海岛非常规水资源利用等水安全领域都取得了突破性进展和成果。结结束束语语123重点研发项目任务艰巨，我们将“不忘初心，牢记使命，砥砺前行”74