南水北调与水利科技（中英文）
2020年第18卷第1期文章目次
2020, 18(1):1-7.
摘要:
洪水实时校正是洪水预报的重要组成内容, 也是水文预报研究的热点与难点。为进一步提高洪水预报精度, 提出了一种全过程联合校正的洪水预报修正方法。该方法的主旨是在雨量站数目较多的流域, 构建雨量站网密度 与洪水预报误差分配比例之间的定量关系; 对雨量站数目较少的流域, 借用该比例关系, 将洪水预报总误差按比例 划分为面雨量输入误差和模型误差两部分; 再基于系统响应理论, 对研究流域的这两部分误差进行修正, 从而实现 输入误差与模型误差的全过程联合校正。在淮河三个典型流域的应用结果表明, 相较于目前单变量的系统响应曲 线修正方法, 全过程联合校正方法可进一步提升误差修正效果, 提高洪水预报精度。
洪水实时校正是洪水预报的重要组成内容, 也是水文预报研究的热点与难点。为进一步提高洪水预报精度, 提出了一种全过程联合校正的洪水预报修正方法。该方法的主旨是在雨量站数目较多的流域, 构建雨量站网密度 与洪水预报误差分配比例之间的定量关系; 对雨量站数目较少的流域, 借用该比例关系, 将洪水预报总误差按比例 划分为面雨量输入误差和模型误差两部分; 再基于系统响应理论, 对研究流域的这两部分误差进行修正, 从而实现 输入误差与模型误差的全过程联合校正。在淮河三个典型流域的应用结果表明, 相较于目前单变量的系统响应曲 线修正方法, 全过程联合校正方法可进一步提升误差修正效果, 提高洪水预报精度。
2020, 18(1):11-14.
摘要:
通过分析影响我国用水数据的因素, 模拟我国各地级行政区的用水量数据, 对于在全国开展用水情况评价、水 资源高效利用与管理、实现经济可持续发展有重要意义。以 2000- 2010 年全国地级行政区内土地利用分布、人口、 经济和用水量统计数据为基础, 采用两层前馈神经网络模型模拟用水量数据。研究结果表明, 土地利用分布、人口 和经济三类影响因素综合模拟用水量具有较高模拟精度。考虑到近年来经济技术、节水措施和用水效率不断提高 对用水量的影响, 而这种影响只体现在时间上, 提出了/ 四维0 用水量模拟理念, 即在模拟用水量时补充土地利用、人 口和经济的时间序列特征。结果分析表明,/ 四维0 模拟理念进一步提高了全国各地级行政区的用水量模拟精度。
通过分析影响我国用水数据的因素, 模拟我国各地级行政区的用水量数据, 对于在全国开展用水情况评价、水 资源高效利用与管理、实现经济可持续发展有重要意义。以 2000- 2010 年全国地级行政区内土地利用分布、人口、 经济和用水量统计数据为基础, 采用两层前馈神经网络模型模拟用水量数据。研究结果表明, 土地利用分布、人口 和经济三类影响因素综合模拟用水量具有较高模拟精度。考虑到近年来经济技术、节水措施和用水效率不断提高 对用水量的影响, 而这种影响只体现在时间上, 提出了/ 四维0 用水量模拟理念, 即在模拟用水量时补充土地利用、人 口和经济的时间序列特征。结果分析表明,/ 四维0 模拟理念进一步提高了全国各地级行政区的用水量模拟精度。
2020, 18(1):18-19.
摘要:
为了研究分布式水文模型在湿润流域的应用效果, 将基于物理的分布式 T OPKAPI 模型应用到淮河上游息县 以上流域, 模拟该区域 2007- 2017 年间的11 场次洪水过程, 分析模型的适用性。结果表明, TOPKAPI 模型在湿润 流域场次洪水模拟中精度尚可, 但随着流域面积的增大, 大坡岭、长台关、息县的平均纳什效率系数依次为 01 54、 01 5、01 29, 模拟精度有所下降; 在合理范围内调整滞时, 平均纳什效率系数最多提高 01 2, 在合理范围内调整河网蓄 水消退系数, 平均纳什效率系数最多提高 01 3, 考虑滞后演算法的 TOPKAPI 模型的平均纳什效率系数能达到 01 7。 分析结果表明, 合理采用滞后演算法的 T OPKAPI 模型能有效用于湿润流域的洪水预报。
为了研究分布式水文模型在湿润流域的应用效果, 将基于物理的分布式 T OPKAPI 模型应用到淮河上游息县 以上流域, 模拟该区域 2007- 2017 年间的11 场次洪水过程, 分析模型的适用性。结果表明, TOPKAPI 模型在湿润 流域场次洪水模拟中精度尚可, 但随着流域面积的增大, 大坡岭、长台关、息县的平均纳什效率系数依次为 01 54、 01 5、01 29, 模拟精度有所下降; 在合理范围内调整滞时, 平均纳什效率系数最多提高 01 2, 在合理范围内调整河网蓄 水消退系数, 平均纳什效率系数最多提高 01 3, 考虑滞后演算法的 TOPKAPI 模型的平均纳什效率系数能达到 01 7。 分析结果表明, 合理采用滞后演算法的 T OPKAPI 模型能有效用于湿润流域的洪水预报。
2020, 18(1):25-25.
摘要:
近年来, 一种发生速度较快、破坏程度较高、预报难度较大的新干旱类型)) ) / 骤发干旱0 被提出之后, 随着美 国 2012 年特大干旱的爆发, 骤发干旱的研究引起了美国社会的高度重视, 我国及其他国家的有关研究也迅速展开。 介绍了骤发干旱定义的认识及深化过程, 由最初定义的热浪型骤发干旱扩展为热浪型骤发干旱与降水短缺型骤发 干旱两种。从地面气象观测数据为主、实测与模拟土壤含水量为主、遥感分析与解译技术为主三个方面归纳了识 别与监测骤发干旱的现有方法。总结了骤发干旱发生机理与时空变化特征方面的进展, 对骤发干旱的研究前景进 行了展望。
近年来, 一种发生速度较快、破坏程度较高、预报难度较大的新干旱类型)) ) / 骤发干旱0 被提出之后, 随着美 国 2012 年特大干旱的爆发, 骤发干旱的研究引起了美国社会的高度重视, 我国及其他国家的有关研究也迅速展开。 介绍了骤发干旱定义的认识及深化过程, 由最初定义的热浪型骤发干旱扩展为热浪型骤发干旱与降水短缺型骤发 干旱两种。从地面气象观测数据为主、实测与模拟土壤含水量为主、遥感分析与解译技术为主三个方面归纳了识 别与监测骤发干旱的现有方法。总结了骤发干旱发生机理与时空变化特征方面的进展, 对骤发干旱的研究前景进 行了展望。
2020, 18(1):34-38.
摘要:
针对缺水型城市水资源配置过程中的不确定性, 建立了基于不确定性基本理论的区间两阶段随机规划模型, 应用于北京市 2025 年水资源优化配置的研究。以北京市用水综合效益最大为目标函数, 引入概率分布和区间数表 示多重不确定性, 求得北京市 2025 年城六区与郊区在生活、工业、农业与生态用水上的优化供水目标以及不同来水 水平下的配水方案。结果表明: 北京市 2025 年优化供水目标为 471 39 亿 m3, 城六区工业用水与郊区农业用水的供 水目标应采取保守值; 不同来水水平下的优化配置水量为[ 361 49, 471 39] 亿 m3 , 仅北京为丰水年时不存在缺水现 象, 北京与丹江口水库同时遇枯时的缺水量高达[ 51 48, 101 90] 亿 m3 , 对北京市供水安全造成极大的威胁。该模型 充分考虑不确定因素对水资源配置的影响, 权衡用水收益与缺水风险的关系, 并以区间的形式给出配置结果, 可为 北京市 2025 年供水目标与水资源优化配置方案的制定以及水资源安全保障措施的分析提供科学依据。
针对缺水型城市水资源配置过程中的不确定性, 建立了基于不确定性基本理论的区间两阶段随机规划模型, 应用于北京市 2025 年水资源优化配置的研究。以北京市用水综合效益最大为目标函数, 引入概率分布和区间数表 示多重不确定性, 求得北京市 2025 年城六区与郊区在生活、工业、农业与生态用水上的优化供水目标以及不同来水 水平下的配水方案。结果表明: 北京市 2025 年优化供水目标为 471 39 亿 m3, 城六区工业用水与郊区农业用水的供 水目标应采取保守值; 不同来水水平下的优化配置水量为[ 361 49, 471 39] 亿 m3 , 仅北京为丰水年时不存在缺水现 象, 北京与丹江口水库同时遇枯时的缺水量高达[ 51 48, 101 90] 亿 m3 , 对北京市供水安全造成极大的威胁。该模型 充分考虑不确定因素对水资源配置的影响, 权衡用水收益与缺水风险的关系, 并以区间的形式给出配置结果, 可为 北京市 2025 年供水目标与水资源优化配置方案的制定以及水资源安全保障措施的分析提供科学依据。
2020, 18(1):42-45.
摘要:
短期降雨预报对洪水预报和水库调度极为重要, 提高短期降雨预报精度有着重要的意义。以 TIGGE 资料中 心的 ECMWF、CM A 及 NCEP 三个集合预报中心发布的桓仁水库流域预报降雨数据为基础, 利用 ANN、ELM 以及 SVM 模型对桓仁水库流域未来 1~ 3 d 降雨进行多模式集成预报, 以期提高预报精度, 并从绝对平均误差、均方根 误差、相对误差、纳什系数、预报准确率等多个方面分析了集成预报的效果。试验结果表明, 基于 SVM 和 ELM 的 多模式集成预报模型预报效果均优于单一模式, 基于 ANN 的集成预报模型在输入因子选择合适的情况下, 其预报 效果也优于单一模式, 三种模型中, SVM 模型对降雨预报精度改善最为明显。说明基于机器学习模型的多模式降 雨集成预报方法可行且能够提高短期预报降雨精度。
短期降雨预报对洪水预报和水库调度极为重要, 提高短期降雨预报精度有着重要的意义。以 TIGGE 资料中 心的 ECMWF、CM A 及 NCEP 三个集合预报中心发布的桓仁水库流域预报降雨数据为基础, 利用 ANN、ELM 以及 SVM 模型对桓仁水库流域未来 1~ 3 d 降雨进行多模式集成预报, 以期提高预报精度, 并从绝对平均误差、均方根 误差、相对误差、纳什系数、预报准确率等多个方面分析了集成预报的效果。试验结果表明, 基于 SVM 和 ELM 的 多模式集成预报模型预报效果均优于单一模式, 基于 ANN 的集成预报模型在输入因子选择合适的情况下, 其预报 效果也优于单一模式, 三种模型中, SVM 模型对降雨预报精度改善最为明显。说明基于机器学习模型的多模式降 雨集成预报方法可行且能够提高短期预报降雨精度。
2020, 18(1):51-53.
摘要:
根据湄公河干流清盛、琅勃拉邦、穆达汉、上丁 4 个代表性水文站 1960 - 2012 年的实测日径流资料, 采用 M ann2kendall 趋势检验法、Pettitt 突变检验法和不均匀系数 CV , 分析了年径流、汛期和枯期径流、月径流和极值径 流等水文要素的演变特征。结果表明, 清盛、琅勃拉邦、上丁三站年径流呈下降趋势, 穆达汉站年径流为上升趋势, 其中穆达汉站年径流在 1994 年发生显著突变; 各站汛、枯期径流比值均呈下降趋势, 汛、枯期径流分配差异趋于减 小; 各站年内分配不均匀系数 CV 均为下降趋势, 其中清盛站和上丁站下降趋势达显著水平, 各站径流年内分配过 程趋于均匀; 清盛、穆达汉、上丁三站流量波动区间逐渐减小, 琅勃拉邦站流量波动区间逐渐增大。整体上, 湄公河 流域产水能力的空间差异较大, 50 多年来不同河段的径流变化趋势呈现增减相间的格局。
根据湄公河干流清盛、琅勃拉邦、穆达汉、上丁 4 个代表性水文站 1960 - 2012 年的实测日径流资料, 采用 M ann2kendall 趋势检验法、Pettitt 突变检验法和不均匀系数 CV , 分析了年径流、汛期和枯期径流、月径流和极值径 流等水文要素的演变特征。结果表明, 清盛、琅勃拉邦、上丁三站年径流呈下降趋势, 穆达汉站年径流为上升趋势, 其中穆达汉站年径流在 1994 年发生显著突变; 各站汛、枯期径流比值均呈下降趋势, 汛、枯期径流分配差异趋于减 小; 各站年内分配不均匀系数 CV 均为下降趋势, 其中清盛站和上丁站下降趋势达显著水平, 各站径流年内分配过 程趋于均匀; 清盛、穆达汉、上丁三站流量波动区间逐渐减小, 琅勃拉邦站流量波动区间逐渐增大。整体上, 湄公河 流域产水能力的空间差异较大, 50 多年来不同河段的径流变化趋势呈现增减相间的格局。
2020, 18(1):66-60.
摘要:
为评价北山水库流域地表水资源, 选用 SWAT 软件构建了该流域的分布式水文模型。基于 201622018 年实 测水文数据以及高程、土地利用类型、土壤类型等数据, 完成了对北山水库流域的 SWAT 模型构建, 利用 SWAT2 CUP 软件对参数进行率定及敏感性分析, 选取决定系数( R2 ) 、纳什效率系数( NSE) 、平均相对误差绝对值( MARE) 和均方根误差( RMSE) 作为模型评价指标。结果表明: 北山水库月蓄水量模拟值与实测值吻合良好, 模型率定期和 验证期的 R2 均达到 01 89, NSE 分别达到 01 88 与 01 85, MARE 分别为 51 04% 与 41 23% , RMSE 分别为 11 15 @ 106 m3 与 01 90@ 106 m3 , 由此表明该模型能近似反映研究区的径流变化特征, 展示了 SWAT 模型在该流域的适用性。此 外, 基于验证的水文模型对主要参数进行敏感性分析, 表明影响该区径流模拟最为显著的两个参数是浅层地下水回 归流阈值和径流曲线数。
为评价北山水库流域地表水资源, 选用 SWAT 软件构建了该流域的分布式水文模型。基于 201622018 年实 测水文数据以及高程、土地利用类型、土壤类型等数据, 完成了对北山水库流域的 SWAT 模型构建, 利用 SWAT2 CUP 软件对参数进行率定及敏感性分析, 选取决定系数( R2 ) 、纳什效率系数( NSE) 、平均相对误差绝对值( MARE) 和均方根误差( RMSE) 作为模型评价指标。结果表明: 北山水库月蓄水量模拟值与实测值吻合良好, 模型率定期和 验证期的 R2 均达到 01 89, NSE 分别达到 01 88 与 01 85, MARE 分别为 51 04% 与 41 23% , RMSE 分别为 11 15 @ 106 m3 与 01 90@ 106 m3 , 由此表明该模型能近似反映研究区的径流变化特征, 展示了 SWAT 模型在该流域的适用性。此 外, 基于验证的水文模型对主要参数进行敏感性分析, 表明影响该区径流模拟最为显著的两个参数是浅层地下水回 归流阈值和径流曲线数。
2020, 18(1):74-69.
摘要:
水资源开发利用程度评估与分析研究对于区域水利规划和水资源管理具有实践指导意义。三江平原作为国 家商品粮生产基地, 具有保障国家粮食安全的重要作用, 同时, 水资源开发利用问题与供需矛盾也日益凸显。为了 定量研究三江平原水资源开发利用状况与态势, 运用基于变异系数和相对熵改进的 TOPSIS 方法, 对研究区水资源 开发利用程度进行了综合评价, 并对 1984- 2011 年研究区水资源开发利用程度变化特征及驱动因素进行了分析。 结果表明: 2011 年三江平原水资源开发利用程度处于中等水平, 东北部地区较高, 西南部地区较低; 2001 年是三江平 原水资源开发利用程度变化的时间节点, 2001- 2011 年十年间三江平原一半以上分区的水资源开发利用程度发展至 中等水平; 地下水资源开发利用和农业灌溉是三江平原及其大部分分区水资源开发利用程度变化的核心驱动因素, 鹤岗市、双鸭山市和佳木斯市是推动研究区水资源开发利用程度演变的主要分区; 相比 2011 年, 2017 年三江平原 水资源开发利用程度和关键驱动因素无明显变化。研究结果可为三江平原水资源可持续利用提供参考和借鉴。
水资源开发利用程度评估与分析研究对于区域水利规划和水资源管理具有实践指导意义。三江平原作为国 家商品粮生产基地, 具有保障国家粮食安全的重要作用, 同时, 水资源开发利用问题与供需矛盾也日益凸显。为了 定量研究三江平原水资源开发利用状况与态势, 运用基于变异系数和相对熵改进的 TOPSIS 方法, 对研究区水资源 开发利用程度进行了综合评价, 并对 1984- 2011 年研究区水资源开发利用程度变化特征及驱动因素进行了分析。 结果表明: 2011 年三江平原水资源开发利用程度处于中等水平, 东北部地区较高, 西南部地区较低; 2001 年是三江平 原水资源开发利用程度变化的时间节点, 2001- 2011 年十年间三江平原一半以上分区的水资源开发利用程度发展至 中等水平; 地下水资源开发利用和农业灌溉是三江平原及其大部分分区水资源开发利用程度变化的核心驱动因素, 鹤岗市、双鸭山市和佳木斯市是推动研究区水资源开发利用程度演变的主要分区; 相比 2011 年, 2017 年三江平原 水资源开发利用程度和关键驱动因素无明显变化。研究结果可为三江平原水资源可持续利用提供参考和借鉴。
2020, 18(1):82-75.
摘要:
随着我国粮食生产重心的北移, 西北地区在全国粮食安全中的作用日益凸显, 然而该地区水资源缺乏, 水土资 源时空匹配性差对当地的生态安全、粮食安全和水安全构成了巨大威胁。近些年, 伴随着城市化和区域贸易的快速 发展, 西北地区农作物产量和外运量均快速增长, 大量的农作物虚拟水伴随贸易输送到全国各地, 进一步加剧了西 北地区的水资源压力, 严重制约当地的可持续发展。基于此, 本研究对 2000- 2015 年西北地区主要农作物生产水 足迹和伴随着农产品贸易的虚拟水流动格局进行了量化分析, 在此基础上评估了西北地区农产品贸易输出引发的 水资源压力。结果表明, 研究期内 2000- 2015 年西北地区主要农作物生产水足迹呈上升趋势, 从 2000 年的 4171 16 亿 m3 增长到 2015 年的 4391 87 亿 m3。与此同时, 农产品贸易伴生的虚拟水流动量显著增加, 从 2000 年的 220 亿 m3 增长到 2015 年的 2721 99 亿 m3 , 严重加剧了当地的水资源压力。陕西、内蒙古、新疆和甘肃水资源压力均高于 全国平均水平, 陕西更是呈重度水资源压力状态。因此, 本文从技术发展和宏观战略层面提出了创新农业实体水资 源利用效率、建立虚拟水补偿机制以及合理优化调整区域产业结构的应对策略与建议, 为保障我国西北地区水资源 可持续利用提供了科学参考。
随着我国粮食生产重心的北移, 西北地区在全国粮食安全中的作用日益凸显, 然而该地区水资源缺乏, 水土资 源时空匹配性差对当地的生态安全、粮食安全和水安全构成了巨大威胁。近些年, 伴随着城市化和区域贸易的快速 发展, 西北地区农作物产量和外运量均快速增长, 大量的农作物虚拟水伴随贸易输送到全国各地, 进一步加剧了西 北地区的水资源压力, 严重制约当地的可持续发展。基于此, 本研究对 2000- 2015 年西北地区主要农作物生产水 足迹和伴随着农产品贸易的虚拟水流动格局进行了量化分析, 在此基础上评估了西北地区农产品贸易输出引发的 水资源压力。结果表明, 研究期内 2000- 2015 年西北地区主要农作物生产水足迹呈上升趋势, 从 2000 年的 4171 16 亿 m3 增长到 2015 年的 4391 87 亿 m3。与此同时, 农产品贸易伴生的虚拟水流动量显著增加, 从 2000 年的 220 亿 m3 增长到 2015 年的 2721 99 亿 m3 , 严重加剧了当地的水资源压力。陕西、内蒙古、新疆和甘肃水资源压力均高于 全国平均水平, 陕西更是呈重度水资源压力状态。因此, 本文从技术发展和宏观战略层面提出了创新农业实体水资 源利用效率、建立虚拟水补偿机制以及合理优化调整区域产业结构的应对策略与建议, 为保障我国西北地区水资源 可持续利用提供了科学参考。
2020, 18(1):98-83.
摘要:
河道漂浮垃圾引起的水体环境污染问题日益严重, 对生物多样性及人体健康安全和生态环境具有重要影响。 以日本爱知县名古屋市的庄内川水系中的一级河川堀川为研究对象, 根据河岸凹槽水动力特性, 设计漂浮垃圾收集 装置。利用装置内挡水板改变水流状态, 引导水流带动漂浮垃圾流入凹槽结构, 达到收集效果。首先采用模拟软件 iRIC 对河道进行数值模拟, 确定合适的试验模型尺寸比例, 设计室内试验装置, 在一定的水动力条件下, 进行室内 模型试验研究, 通过调整收集装置内凹槽长度和内墙长度, 设定不同工况进行试验, 获得具体漂浮垃圾收集率结果。 在此基础上, 对试验结果进行分析比较, 发现随着凹部长度和内墙长度的增加, 装置的收集效率都会呈现出不同程 度的提高。
河道漂浮垃圾引起的水体环境污染问题日益严重, 对生物多样性及人体健康安全和生态环境具有重要影响。 以日本爱知县名古屋市的庄内川水系中的一级河川堀川为研究对象, 根据河岸凹槽水动力特性, 设计漂浮垃圾收集 装置。利用装置内挡水板改变水流状态, 引导水流带动漂浮垃圾流入凹槽结构, 达到收集效果。首先采用模拟软件 iRIC 对河道进行数值模拟, 确定合适的试验模型尺寸比例, 设计室内试验装置, 在一定的水动力条件下, 进行室内 模型试验研究, 通过调整收集装置内凹槽长度和内墙长度, 设定不同工况进行试验, 获得具体漂浮垃圾收集率结果。 在此基础上, 对试验结果进行分析比较, 发现随着凹部长度和内墙长度的增加, 装置的收集效率都会呈现出不同程 度的提高。
2020, 18(1):110-91.
摘要:
受全球气候变化的影响, 暴雨洪水事件发生频率呈增加趋势, 水库作为流域内重要的控制性水利工程, 洪水过 程中水质安全面临严重威胁。以碧流河水库为例, 对建库以来 7 场典型洪水前后水质状况进行分析, 结果表明, 洪 水过程能够减弱碧流河水库水体的热分层结构, 影响溶解氧垂向分布; 洪水过程影响较大的水质指标为六价铬、大 肠菌群、高锰酸盐指数、氨氮和总磷, 洪水过后上升趋势较为明显; 空间上来说, 洪水对入库口断面的影响大于对坝 前断面的影响, 碧流河水库地形特征能够减弱洪水异重流对坝前水质的影响; 评价结果显示洪水过后碧流河水库水 质变差, 但整体上能够满足地表水环境质量标准中水源地要求; 洪水期间入库污染物主要来自流域非点源污染。分 析认为, 通过源头治理、入库口拦截、合理调度等措施可以减轻洪水事件对水库水质的影响。
受全球气候变化的影响, 暴雨洪水事件发生频率呈增加趋势, 水库作为流域内重要的控制性水利工程, 洪水过 程中水质安全面临严重威胁。以碧流河水库为例, 对建库以来 7 场典型洪水前后水质状况进行分析, 结果表明, 洪 水过程能够减弱碧流河水库水体的热分层结构, 影响溶解氧垂向分布; 洪水过程影响较大的水质指标为六价铬、大 肠菌群、高锰酸盐指数、氨氮和总磷, 洪水过后上升趋势较为明显; 空间上来说, 洪水对入库口断面的影响大于对坝 前断面的影响, 碧流河水库地形特征能够减弱洪水异重流对坝前水质的影响; 评价结果显示洪水过后碧流河水库水 质变差, 但整体上能够满足地表水环境质量标准中水源地要求; 洪水期间入库污染物主要来自流域非点源污染。分 析认为, 通过源头治理、入库口拦截、合理调度等措施可以减轻洪水事件对水库水质的影响。
2020, 18(1):118-97.
摘要:
基于雅鲁藏布江流域枯水期干支流地表径流、泉水、地下水以及降水样品, 对主要离子、pH 、TDS 和 CO2 消耗 进行分析, 研究枯水期水化学特征及成因, 并分析流域化学风化速率及 CO2 消耗通量。结果表明: 流域水体总体呈 现弱碱性, 地表径流 T DS 均值约为世界河流的 21 3 倍, 和长江流域相似, 但远低于黄河流域。岩石风化是地表径流 离子来源的主要影响因素。碳酸盐风化、硅酸盐风化和蒸发盐风化分别占离子来源的 461 3% 、281 6% 和 211 3% , 碳 酸盐风化速率和硅酸盐风化速率分别为 11 43 t/ ( km2 # a) 和 11 11 t/ ( km2 # a) , 对应的 CO2 消耗速率为 01 80 @ 105 mo l/ ( km2 # a) 和 01 55@ 105 mo l/ ( km2 # a) , 枯水期化学风化速率和 CO2 消耗速率较小。
基于雅鲁藏布江流域枯水期干支流地表径流、泉水、地下水以及降水样品, 对主要离子、pH 、TDS 和 CO2 消耗 进行分析, 研究枯水期水化学特征及成因, 并分析流域化学风化速率及 CO2 消耗通量。结果表明: 流域水体总体呈 现弱碱性, 地表径流 T DS 均值约为世界河流的 21 3 倍, 和长江流域相似, 但远低于黄河流域。岩石风化是地表径流 离子来源的主要影响因素。碳酸盐风化、硅酸盐风化和蒸发盐风化分别占离子来源的 461 3% 、281 6% 和 211 3% , 碳 酸盐风化速率和硅酸盐风化速率分别为 11 43 t/ ( km2 # a) 和 11 11 t/ ( km2 # a) , 对应的 CO2 消耗速率为 01 80 @ 105 mo l/ ( km2 # a) 和 01 55@ 105 mo l/ ( km2 # a) , 枯水期化学风化速率和 CO2 消耗速率较小。
2020, 18(1):127-104.
摘要:
湖泊水质状况是识别湖泊变化、评价湖泊健康的重要指标, 关系流域生态环境安全。以典型干旱内陆湖 泊) )) 乌伦古湖为研究对象, 采用改进综合水质指数法( WPASEQI) 并结合 GIS 技术对乌伦古湖湖区( 吉力湖、布 伦托海) 2017 年水质状况及空间分布规律进行研究。结果表明: ( 1) 乌伦古湖水质类别及状况为ó 类、轻度污染, 其 中, 吉力湖水质类别为ò 类, 布伦托海水质类别为ó 类, 水质空间分布特征表现出越靠近湖中心东部区域, 以及越远 离进水口区域水质污染越严重的基本规律; ( 2) 乌伦古湖水质污染关键超标因子为 COD、CODM n、T N、TP、氟化物, 其空间分布特征表现为, COD、CODM n与氟化物指标浓度空间分布规律大致相似, 呈现出吉力湖优于布伦托海、进水 口优于湖心区的空间分布特征; TN、TP 指标浓度变化差异较小, 大体呈现出进水口优于湖心区、布伦托海西部优于 东部的特征; ( 3) 富营养物、有机物以及无机物是乌伦古湖水质主要污染来源, 气候变化与人类活动是导致湖泊水质 进一步恶化的驱动力。
湖泊水质状况是识别湖泊变化、评价湖泊健康的重要指标, 关系流域生态环境安全。以典型干旱内陆湖 泊) )) 乌伦古湖为研究对象, 采用改进综合水质指数法( WPASEQI) 并结合 GIS 技术对乌伦古湖湖区( 吉力湖、布 伦托海) 2017 年水质状况及空间分布规律进行研究。结果表明: ( 1) 乌伦古湖水质类别及状况为ó 类、轻度污染, 其 中, 吉力湖水质类别为ò 类, 布伦托海水质类别为ó 类, 水质空间分布特征表现出越靠近湖中心东部区域, 以及越远 离进水口区域水质污染越严重的基本规律; ( 2) 乌伦古湖水质污染关键超标因子为 COD、CODM n、T N、TP、氟化物, 其空间分布特征表现为, COD、CODM n与氟化物指标浓度空间分布规律大致相似, 呈现出吉力湖优于布伦托海、进水 口优于湖心区的空间分布特征; TN、TP 指标浓度变化差异较小, 大体呈现出进水口优于湖心区、布伦托海西部优于 东部的特征; ( 3) 富营养物、有机物以及无机物是乌伦古湖水质主要污染来源, 气候变化与人类活动是导致湖泊水质 进一步恶化的驱动力。
2020, 18(1):138-112.
摘要:
针对现阶段水质监测中存在的水质变化响应滞后问题, 提出了采用灰色预测法、人工神经网络( BP 神经网络、 径向基神经网络、广义回归神经网络) 以及两者组合的方法对水质动态预测进行研究。以太湖流域嘉兴斜路港监测 断面为例, 并依据后验差检验比值 c 及小概率精度 p 对模型预测效果进行了分析。结果表明, 对年内预测, 通过广 义回归神经网络的动态预测值平均相对误差为 01 61% , 后验差检验比值小于 01 65, 小误差概率大于 01 7; 采用灰色 结合广义回归神经网络的方法对水质 pH 值进行预测, 平均相对误差仅有 01 85% , 后验差检验比值小于 01 65, 小误 差概率等于 1。研究结果还表明, 对年际预测, 灰色结合 BP 神经网络和灰色结合径向基函数神经网络的动态预测 值平均相对误差分别为 01 57% 和 01 80% , 其后验差比值都小于 01 5, 小概率误差都为 01 9, 大于 01 8。
针对现阶段水质监测中存在的水质变化响应滞后问题, 提出了采用灰色预测法、人工神经网络( BP 神经网络、 径向基神经网络、广义回归神经网络) 以及两者组合的方法对水质动态预测进行研究。以太湖流域嘉兴斜路港监测 断面为例, 并依据后验差检验比值 c 及小概率精度 p 对模型预测效果进行了分析。结果表明, 对年内预测, 通过广 义回归神经网络的动态预测值平均相对误差为 01 61% , 后验差检验比值小于 01 65, 小误差概率大于 01 7; 采用灰色 结合广义回归神经网络的方法对水质 pH 值进行预测, 平均相对误差仅有 01 85% , 后验差检验比值小于 01 65, 小误 差概率等于 1。研究结果还表明, 对年际预测, 灰色结合 BP 神经网络和灰色结合径向基函数神经网络的动态预测 值平均相对误差分别为 01 57% 和 01 80% , 其后验差比值都小于 01 5, 小概率误差都为 01 9, 大于 01 8。
2020, 18(1):144-119.
摘要:
为探究流激振动对闸门启闭力的影响机理, 通过对固定的上、下游水位和底缘形式的平板闸门进行流固耦合 分析, 结果表明引起闸门振动的激振力和由闸门振动位移产生的摩擦系数和摩擦力臂的变化是造成启闭力变化的 主要原因。在前人统计的闸门振动较大的不利开度的基础上, 利用波形合成法以及振动理论提出作用于闸门面板 上的激振力的计算公式, 并考虑其对闸门启门摩擦系数、摩擦力臂以及启门摩擦力的影响, 总结出流激振动效应下 平板闸门启门力的计算方法。通过与石泉水电站中孔平板闸门启门力实测资料对比发现, 理论计算的结果与实际 工程的实测值吻合良好, 可为实际工程的启闭力计算提供一定的科学依据。
为探究流激振动对闸门启闭力的影响机理, 通过对固定的上、下游水位和底缘形式的平板闸门进行流固耦合 分析, 结果表明引起闸门振动的激振力和由闸门振动位移产生的摩擦系数和摩擦力臂的变化是造成启闭力变化的 主要原因。在前人统计的闸门振动较大的不利开度的基础上, 利用波形合成法以及振动理论提出作用于闸门面板 上的激振力的计算公式, 并考虑其对闸门启门摩擦系数、摩擦力臂以及启门摩擦力的影响, 总结出流激振动效应下 平板闸门启门力的计算方法。通过与石泉水电站中孔平板闸门启门力实测资料对比发现, 理论计算的结果与实际 工程的实测值吻合良好, 可为实际工程的启闭力计算提供一定的科学依据。
2020, 18(1):150-129.
摘要:
轴流泵运行工况多变, 容易发生空化, 会严重影响泵的水力性能。为研究轴流泵空化工况下的流动特性, 进行 了全流道空化流动数值模拟和压力脉动分析, 通过比较实验数据和不同湍流模型的计算结果, 验证了 FBM 模型在 预测轴流泵外特性和空化性能方面的优越性。研究结果表明: FBM 模型预测非设计条件下的数值误差最小, 特别 是在具有小流量条件的流场中误差最小, 其中平均扬程误差 11 19% , 平均效率误差 51 31% ; FBM 在预测空泡体积 数、含气量上的精度均大于其他三种湍流模型, 与实验结果最接近; 在 NPSH = 51 25 m 空化刚开始阶段, 叶片上的 压力脉动的主要频率位于 f n 及其倍频处, 叶片吸力面的压力监测点由于受到空泡溃灭影响出现大量低频幅值, 导 叶出口监测点的压力脉动受到导叶片背面流动状态的影响出现大量低频信息。
轴流泵运行工况多变, 容易发生空化, 会严重影响泵的水力性能。为研究轴流泵空化工况下的流动特性, 进行 了全流道空化流动数值模拟和压力脉动分析, 通过比较实验数据和不同湍流模型的计算结果, 验证了 FBM 模型在 预测轴流泵外特性和空化性能方面的优越性。研究结果表明: FBM 模型预测非设计条件下的数值误差最小, 特别 是在具有小流量条件的流场中误差最小, 其中平均扬程误差 11 19% , 平均效率误差 51 31% ; FBM 在预测空泡体积 数、含气量上的精度均大于其他三种湍流模型, 与实验结果最接近; 在 NPSH = 51 25 m 空化刚开始阶段, 叶片上的 压力脉动的主要频率位于 f n 及其倍频处, 叶片吸力面的压力监测点由于受到空泡溃灭影响出现大量低频幅值, 导 叶出口监测点的压力脉动受到导叶片背面流动状态的影响出现大量低频信息。
2020, 18(1):166-137.
摘要:
挑坎体型对水舌形态和下游河床冲刷至关重要, 基于水工模型试验, 利用正交试验设计对纳子峡工程泄洪洞 扭曲鼻坎体型进行优化研究。采用极差分析和方差分析, 选取最大冲坑深度、冲刷最低点到边坡的距离、左侧挑距、 右侧挑距和水舌宽度作为评价指标对扭曲鼻坎左侧边墙向右偏移距离、右侧边墙向右偏移距离、鼻坎扭曲程度系数 3 个因素进行计算, 分析各因素对评价指标的敏感性, 以确立扭曲鼻坎的最优体型。结果表明, 各水力学特性指标 对左侧边墙向右岸的偏移量的变化更敏感, 其余因素对扭曲挑坎的消能效果影响较小, 通过正交设计分析所得的最 优体型, 其水力特性指标均明显优于其他方案, 所得成果可为实际工程扭曲鼻坎体型的设计提供依据。
挑坎体型对水舌形态和下游河床冲刷至关重要, 基于水工模型试验, 利用正交试验设计对纳子峡工程泄洪洞 扭曲鼻坎体型进行优化研究。采用极差分析和方差分析, 选取最大冲坑深度、冲刷最低点到边坡的距离、左侧挑距、 右侧挑距和水舌宽度作为评价指标对扭曲鼻坎左侧边墙向右偏移距离、右侧边墙向右偏移距离、鼻坎扭曲程度系数 3 个因素进行计算, 分析各因素对评价指标的敏感性, 以确立扭曲鼻坎的最优体型。结果表明, 各水力学特性指标 对左侧边墙向右岸的偏移量的变化更敏感, 其余因素对扭曲挑坎的消能效果影响较小, 通过正交设计分析所得的最 优体型, 其水力特性指标均明显优于其他方案, 所得成果可为实际工程扭曲鼻坎体型的设计提供依据。
2020, 18(1):176-143.
摘要:
针对华北平原地下水大埋深区面积大, 而其地下水垂向补给特征及含水层给水度认识不足的问题, 以河北栾 城试验站附近某研究区为典型区, 基于大田试验的水循环模拟, 量化了地下水补给及潜水层给水度大小, 并探讨了 地下水垂向补给特点等关键问题。研究表明: 研究区在两个丰水年2012 年及 2013 年地下水潜在补给量约为2361 6 mm 和 2231 5 mm, 当年实际补给量约为 1441 1 mm 和 1291 8 mm, 日补给量在 01 37~ 01 40 mm 及 01 33~ 01 38 mm 之 间; 经过厚包气带的迟滞和调节作用, 地下水补给过程较为平稳, 年际年内差异较小; 研究区当前地下水埋深条件下 潜水含水层给水度约为 01 03。
针对华北平原地下水大埋深区面积大, 而其地下水垂向补给特征及含水层给水度认识不足的问题, 以河北栾 城试验站附近某研究区为典型区, 基于大田试验的水循环模拟, 量化了地下水补给及潜水层给水度大小, 并探讨了 地下水垂向补给特点等关键问题。研究表明: 研究区在两个丰水年2012 年及 2013 年地下水潜在补给量约为2361 6 mm 和 2231 5 mm, 当年实际补给量约为 1441 1 mm 和 1291 8 mm, 日补给量在 01 37~ 01 40 mm 及 01 33~ 01 38 mm 之 间; 经过厚包气带的迟滞和调节作用, 地下水补给过程较为平稳, 年际年内差异较小; 研究区当前地下水埋深条件下 潜水含水层给水度约为 01 03。
2020, 18(1):194-149.
摘要:
随着社会经济的发展和人口的增加, 我国能源和粮食需求持续增加, 水资源短缺对其制约日益显现。为更深 入地研究水资源、能源和粮食之间的关系, 采用 31 个省、自治区、直辖市的实测统计并与定额推算相结合的方法, 对 能源开发利用和粮食生产种植的用水总量和过程进行分析。结果表明: 2015 年, 煤炭开采洗选、火电行业、煤化工 行业中的合成氨、炼焦行业的用水量分别占煤炭全生命周期用水量的 21 9% ~ 41 4% 、901 4% ~ 941 8% 、11 5% ~ 21 6% 、01 8% ~ 21 7% , 煤炭全生命周期用水量合计达 5061 7 亿~ 5311 5 亿 m3 , 占工业用水总量的 381 0% ~ 391 8% ; 农田灌溉用水量占农业用水总量的 871 7% , 实际亩均灌溉用水量 394 m3 , 单位粮食产量的用水量为 5431 3 m3。研 究成果可为水、能源、粮食之间的关系提供参考。
随着社会经济的发展和人口的增加, 我国能源和粮食需求持续增加, 水资源短缺对其制约日益显现。为更深 入地研究水资源、能源和粮食之间的关系, 采用 31 个省、自治区、直辖市的实测统计并与定额推算相结合的方法, 对 能源开发利用和粮食生产种植的用水总量和过程进行分析。结果表明: 2015 年, 煤炭开采洗选、火电行业、煤化工 行业中的合成氨、炼焦行业的用水量分别占煤炭全生命周期用水量的 21 9% ~ 41 4% 、901 4% ~ 941 8% 、11 5% ~ 21 6% 、01 8% ~ 21 7% , 煤炭全生命周期用水量合计达 5061 7 亿~ 5311 5 亿 m3 , 占工业用水总量的 381 0% ~ 391 8% ; 农田灌溉用水量占农业用水总量的 871 7% , 实际亩均灌溉用水量 394 m3 , 单位粮食产量的用水量为 5431 3 m3。研 究成果可为水、能源、粮食之间的关系提供参考。
2020, 18(1):202-156.
摘要:
从生态经济学的角度, 运用能值分析方法, 以黄河流域 60 个地市为研究对象, 量化了流域水资源工业生产价 值, 并通过空间自相关分析法, 研究了水资源工业生产价值空间分布特征。结果表明: 黄河流域水资源工业生产价 值介于 161 3~ 261 9 元/ m3 , 流域中东部价值较高; 黄河流域水资源工业生产价值全局 Mo ran( 莫兰) 指数为 01 327 1, 呈显著的正向空间自相关特征; Mo ran 散点图和 LISI( 局部空间关联) 聚集图显示, 黄河流域水资源工业生产价值以 / H2H0 ( 高值) 型集聚为主, 主要集中在流域中东部。研究成果可为黄河流域工业系统水量分配提供理论支撑, 为流 域水资源优化配置提供数据参考。
从生态经济学的角度, 运用能值分析方法, 以黄河流域 60 个地市为研究对象, 量化了流域水资源工业生产价 值, 并通过空间自相关分析法, 研究了水资源工业生产价值空间分布特征。结果表明: 黄河流域水资源工业生产价 值介于 161 3~ 261 9 元/ m3 , 流域中东部价值较高; 黄河流域水资源工业生产价值全局 Mo ran( 莫兰) 指数为 01 327 1, 呈显著的正向空间自相关特征; Mo ran 散点图和 LISI( 局部空间关联) 聚集图显示, 黄河流域水资源工业生产价值以 / H2H0 ( 高值) 型集聚为主, 主要集中在流域中东部。研究成果可为黄河流域工业系统水量分配提供理论支撑, 为流 域水资源优化配置提供数据参考。
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