南水北调与水利科技(中英文)

2021年第19卷第1期文章目次

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  • 1  变化环境下12种潜在蒸散发估算方法 在不同干湿区的适用性
    伍海 夏军 赵玲玲 宋进喜 李天生
    2021, 19(1):1-11.
    [摘要](95) [HTML](0) [PDF 4.52 M](517)
    摘要:
    以国际粮农组织(FAO)彭曼-蒙迪斯方法(简称为P-M方法)为基准,根据湿度将研究区划分为5个干湿区,从相关性、多年均值、年内空间分布以及参数特征等4个方面,深入分析包括温度法、质量传输法、辐射法等3类12种潜在蒸散发估算方法在我国31个省(自治区、直辖市)不同气候区的适用性。结果表明:研究区域内,辐射法与P-M方法月相关性最好,估算多年潜在蒸散发均值明显比温度法和质量传输法更接近,其中PT法估算效果最好,Hamon 法最差;在不同干湿区,温度法和质量传输法在干旱地区与P-M方法的相关性优于在湿润地区;Penman 法估算的潜在蒸散发值在干旱地区与P-M方法计算值最为接近;辐射法(除去Jensen法)在不同干湿区年内分布均好于温度法和质量传输法,其中Rohwer法在所有干湿区年内分布均最好,Abtew法在干旱地区最好,P-T、Mak、Harg和Door方法在湿润地区最好,而Jensen和Kharrufa方法则在所有干湿区年内分布最差。综合来看,辐射法在研究区域内表现最优:当研究区为湿润地区时,选择温度法和质量传输法;当研究区为干旱地区时,首选Penman和Abtew方法。
    2  洪水预报实时校正技术研究进展
    黄一昕,王钦钊,梁忠民,邓晓栋
    2021, 19(1):12-35.
    [摘要](115) [HTML](0) [PDF 6.22 M](287)
    摘要:
    回顾国内外洪水预报实时校正的产生背景,评述其理论与方法的发展历程。在此基础上,将实时校正方法归纳为终端误差校正和过程误差校正两类,并梳理出各自的典型校正方法以及联合校正方法,概述不同方法的研究成果及进展。重点介绍其中的反馈模拟技术、误差自回归算法(AR)、递推最小二乘算法(RLS)、卡尔曼滤波技术(KF)和动态系统响应曲线算(DSRC)等5种代表性的实时校正技术,阐述其计算过程,并分析其特点与适用性。对洪水预报实时校正的未来发展方向及研究热点进行了展望。
    3  区域节水潜力评估
    秦长海,赵勇,李海红,曲军霖
    2021, 19(1):36-42.
    [摘要](99) [HTML](0) [PDF 3.26 M](283)
    摘要:
    针对我国稳步推进的节水工作需求,基于自然社会二元水循环基本规律,分析京津冀地区各行业用水过程及影响因素,从取用节水和资源节水两方面计算存量用水的极限节水潜力。结果表明:京津冀地区取用节水潜力和资源节水潜力分别为1144亿和636亿m3,分别占区域总用水量的5.4%和3.0%,节水潜力有限;由分行业分析可知,农业取用节水量和资源节水量分别占总节水量的51.0%和59.3%,农业仍为区域节水重点;提出的极限节水潜力计算方法能够科学准确地测算区域或流域存量用户节水潜力,计算明晰节水目标,为区域水资源管理提供借鉴。
    4  基于SWMM模型的坡地小区海绵城市改造效果评估
    李怀民,常晓栋,徐宗学,王京晶
    2021, 19(1):43-49,82.
    [摘要](62) [HTML](0) [PDF 3.78 M](268)
    摘要:
    以济南市某坡地小区为例,将小区“马路行洪”主道路概化为不规则明渠,基于SWMM(stom water manage ment model)模型研究海绵城市改造方案对不同重现期设计降雨水文过程影响。结果表明:SWMM模型可较好地对小区“马路行洪”过程进行模拟,且选用的海绵城市改造方案(低影响开发措施改造及排水系统改造)可有效控制小区内的雨洪径流过程;对小区出流口Out01和Out02的5年以内不同重现期(1、3、5年)设计降雨径流总量和洪峰流量削减率分别超过了20%和10%,Out01的峰值水位削减率超过了15%,显著降低了研究区“马路行洪”灾害的影响。研究结果可为坡地小区“马路行洪”模拟及海绵城市建设与管理提供一定的理论支撑和技术参考。
    5  基于区间犹豫模糊语言集的水资源多目标决策
    肖尧,钟平安,徐斌,马显斐,高益辉
    2021, 19(1):50-66.
    [摘要](52) [HTML](0) [PDF 4.72 M](272)
    摘要:
    以鄂北水资源配置工程为对象,研究大型调水工程背景下的多水源多目标优化配置。将鄂北地区水库分为充蓄水库、补偿水库与在线水库等3类,根据各类水库特点对鄂北水资源配置工程进行系统概化,建立以年缺水量最小和调水成本最低为目标函数的多水源多目标优化配置模型。采用权重系数法进行求解得到非劣解集。最后采用基于区间犹豫模糊语言与TOPSIS的多目标决策方法对各方案的缺水量与调水量作出评价并遴选出最优方案。研究结果表明:对鄂北水资源配置工程而言,缺水量与调水量的权重比为7:3的方案综合评价最优,重视缺水的同时兼顾调水成本;基于区间犹豫模糊语言集与TOPSIS的水资源多目标决策方法经本文实例验证具有较高的稳定性与可行性。
    6  基于AHP和熵权法组合权重的京津冀地区水循环健康模糊综合评价
    王富强,马尚钰,赵衡,刘沛衡
    2021, 19(1):67-74.
    [摘要](95) [HTML](0) [PDF 3.71 M](269)
    摘要:
    在阐明健康水循环内涵的基础上,构建涵盖水资源、水环境、水生态、水效用和水灾害等5个准则层,包括降水量、人均水资源量、亩均水资源量、地下水供水占比等18个指标的水循环健康评价指标体系,采用层次分析法与熵权法组合赋权,运用模糊综合评价法评价了京津冀地区2009-2018年水循环健康状况。评价结果显示:近10年京津冀地区水循环健康状况总体呈逐步向好趋势,北京、天津和河北水循环健康等级分别为亚健康、一般和亚病态;中水供水率、平原地下水埋深下降量、河湖调蓄能力、万元工业增加值用水量等是影响京津冀地区健康水循环的主要指标,但各指标间发展不平衡,仍有较大提升空间。
    7  乌兹别克斯坦水资源变化及其对供给压力的影响
    于静洁,阮宏成,史尚渝,王平,KHIKMATOV Fazliddin,KULMATOV Rashid
    2021, 19(1):75-82.
    [摘要](47) [HTML](0) [PDF 3.60 M](236)
    摘要:
    梳理文献资料,结合农业、遥感和气象水文产品数据,分析乌兹别克斯坦水资源变化及水资源供给压力。分析表明:自1980年以来,乌兹别克斯坦年平均取水量由59亿m3增至102亿m3,灌溉农业消耗了90%以上的水资源;尽管1992年以来耕地面积总体呈下降态势(200km2/a),且高耗水作物种植比重下降(-3.24%),但受气候变暖的影响(0.31℃/(10a)),单位面积作物需水量持续增加(3.27mm/a),导致总的需水量仍呈增加态势(275亿m3/a);与此同时,上游来水量减少以及上游国家用水的增加,将进一步加剧区域水资源短缺及供给压力。为应对水资源问题,乌兹别克斯坦需加强水管理,改进灌溉技术,提高用水效率,同时,需寻求完善跨境河流水资源分配与管理的途径。该研究有助于增进对乌兹别克斯坦水资源问题的认识,并为应对该问题提供科学依据,以及为“一带一路”合作发展提供支撑。
    8  沙颍河流域径流过程模拟与径流组分变化特征
    甘容,陈长征
    2021, 19(1):83-91,128.
    [摘要](45) [HTML](0) [PDF 4.45 M](282)
    摘要:
    采用线性关系和非线性关系对沙颖河流域的地下水退水曲线进行拟合对比,基于改进的SWAT(soil and water assessment tool)模型对沙颖河流域径流过程进行模拟,并采用Nash-Sutcliffe效率系数、百分比偏差及确定系数等3个指标对模拟效果进行评价,在此基础上,分析沙颖河流域径流过程的年内和年际变化特征。结果表明:沙颖河流域地下水退水曲线非线性关系拟合比线性拟合效果好,基于此建立的模型模拟结果较好;沙颖河流域地表径流、壤中流和基流分别占径流量的55.5%、25.4%和19.1%,冬季径流主要由基流补给,径流年内分配与降水变化基本一致,具有明显的季节变化和不均匀性;1961-2014年径流量呈上升趋势,地表径流和基流的波动与径流的变化基本一致,呈上升趋势;1961-2014年壤中流呈下降趋势。
    9  广东省生产用水结构时空变化及影响因素
    陈美琳,陈磊,夏琳琳,蔡宴朋,杨志峰
    2021, 19(1):92-102.
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 5.03 M](199)
    摘要:
    基于多区域LMDI方法和信息熵原理,研究2005-2018年广东省4大区域21个城市生产用水结构时空演化机制,解构人口规模、人口分布、经济发展、产业结构和用水强度等5个驱动因素对广东省生产用水的影响。结果表明:广东省生产用水总量总体上呈现降低趋势,珠三角地区降低幅度明显,三大产业的用水强度都逐年下降,区域间差别显著;三大产业用水占比基本保持稳定,珠三角地区用水结构较为均衡,粤东西北地区用水结构趋向于单一,以第一产业用水为主;经济发展为主导正向驱动力,用水强度为第一负向驱动力,产业结构为第二负向驱动力且其驱动效应逐年下降,人口规模为正向驱动力但效应较不明显,人口分布驱动效应最不明显,但人口分布在珠三角城市中主要表现为正向驱动力,在粤东西北地区则呈现为负向驱动力。该研究结果对协调区域产业发展和水资源的关系,制定合理的水资源规划具有一定的参考价值。
    10  大通河上游径流演变及驱动因素定量分析
    白雁邻,王芳,刘扬
    2021, 19(1):103-110,167.
    [摘要](53) [HTML](0) [PDF 3.89 M](230)
    摘要:
    近60年来,位于青藏高原东北边缘祁连山区的大通河上游气温、降水和潜在蒸散发均显著增加,同时在冰川消融50%、冻土退化、源头797km2沼泽退化等多重因素影响下,年径流深以6.0mm/(10a)趋势增长;基流分割表明,径流突变以来基流总量和占比均增加,8月基流量由谷值转变为峰值,汛后和枯水期基流显著增加;采用基于Budyko假设的气候弹性系数法对径流增量进行驱动因素定量分析,径流突变之后相对于基准期而言,年径流深变化+33.6mm,其中降水影响+18.3mm,潜在蒸散发变化影响-3.0mm,冰川融化对径流增量的影响至多为+10.0mm,剩余项+8.3mm为冻土退化和误差项的综合影响。由于各要素影响机制、持续时间各不相同,未来水文情势尚不明朗。
    11  某水库试验段区域地下水位动态特征与影响因素
    杨阿敏,李文溢,周维博,安宝军,杨浩
    2021, 19(1):111-118.
    [摘要](50) [HTML](0) [PDF 3.52 M](253)
    摘要:
    研究某水库蓄水对区域地下水动态的影响,以期为水库后期建设以及区域水资源管理提供相关科学依据。通过建立水库试验段气象地下水监测系统,运用M-K趋势分析法分析研究区地下水位动态特征,选用变异系数法分析地下水位的时空间变异特征,采用灰色关联度法揭示其主导影响因子。结果表明:水库试验段地下水位整体表现为上升趋势且具有明显的丰枯特征,升幅约为0.5~2.0m/a;试验段渗漏量与地下水位变化呈负相关关系,渗漏对地下水位的影响存在一定空间差异,即对东部地下水位的影响大于西部;西部地下水位的主导影响因子为降雨量,东部地下水位的主导影响因子为渗漏量和降雨量。
    12  适宜表征农业干旱的气象干旱指标——以湖南省为例
    卓志宇,龙秋波,白鹏
    2021, 19(1):119-128.
    [摘要](35) [HTML](0) [PDF 4.52 M](159)
    摘要:
    以最新的全国土壤水再分析产品为参考,通过最大相关性分析确定最适宜表征湖南省农业干旱的标准化降水蒸散发指数(SPEI)时间尺度,进而分析湖南省1960-2014年农业干旱的时空演变特征。结果表明:全省尺度最适宜表征农业干旱的SPEI时间尺度为SPEF-6;基于SPEF-6表征的全省农业干旱在1960-2014年呈不显著减小趋势,中度及以上干旱的发生频率为14.4%,重度及以上干旱的发生频率为4.9%;在季节分布上,中度及以上农业干旱在冬季发生频率最高,其次为秋季;重度及以上农业干旱亦在冬季发生频率最高,其次为春季;在年代际变化上,农业干旱的发生频率在20世纪60年代最高,而后持续降低,90年代达到最低值,21世纪初又快速升高。
    13  1980-2015年黄河流域土地利用变化特征与驱动力
    廖慧,舒章康,金君良,杨传国,王国庆
    2021, 19(1):129-139.
    [摘要](58) [HTML](0) [PDF 5.04 M](406)
    摘要:
    采用1980-2015年共6期黄河流域土地利用数据,对全流域土地利用类型的面积与时空变化进行分析,利用动态度指标进一步研究流域土地利用的变化率;基于行政分区,采用转移矩阵对全流域及流域内各省(自治区)1980-2000、2001-2015年2个时期土地利用的转移类型和数量进行分析,探究了影响土地利用的主要驱动因子。结果表明:黄河流域的土地利用在数量和结构上都存在显著特征,草地、旱地、林地一直是该流域的主要土地利用类型,1980-2015年,旱地、草地、水域、未利用土地的面积减少率分别为1.60%、1.23%、6.66%、1.84%,水田、林地、城乡土地的面积增加率为8.22%、2.53%、44.32%;在单一土地利用类型方面,城乡用地的变化率较大,其余相对较小;黄河流域内发生土地利用转变的区域主要集中在中部和东部,中下游省(自治区转变明显;气候变化、人口增加和人类经济发展等都是黄河流域土地利用变化的主要驱动因子。
    14  河套盆地晚更新世以来黄河改道对高砷地下水分布的控制机制
    曹文庚,董秋瑶,谭俊,高媛媛,赵瑞科
    2021, 19(1):140-150.
    [摘要](46) [HTML](0) [PDF 4.84 M](152)
    摘要:
    针对河套盆地开展了历时多年的水文地质环境地质调查,利用采集的298组浅层地下水样品以及收集并甄选的382个水文地质钻孔记录分析发现:河套盆地内95%的高砷地下水(As质量浓度>10μg/L)集中在黄河决口、改道形成的古河道影响带及黄河决口扇裙带。其中,盆地南部首次发现了较为集中的高砷地下水,其分布范围与黄河北岸的晚更新世以来黄河决口、改道形成的4个大型决口扇,在空间上有着良好的对应关系。黄河古河道带及决口扇裙带表现为较强的还原环境及蒸发浓缩作用以及较弱的地表水补给强度。受pH值、含铁氧化物的还原性溶解等因素影响,决口扇裙带浅层地下水中砷的含量略低于平原中部黄河古河道带。结果表明:黄河古河道带及决口扇裙带特定的沉积环境控制着地下水的水文地球化学过程,进而对高砷地下水的分布具有决定性的作用。
    15  基于长序列的黄河下游游荡型河道河势演变
    许琳娟,王远见,李军华,赵万杰,董伟军
    2021, 19(1):151-157,197.
    [摘要](53) [HTML](0) [PDF 3.78 M](152)
    摘要:
    分析黄河下游游荡型河道河势的时空演变规律,为进一步认识黄河下游河道演变特征、开展河道整治提供理论支撑和实践价值。在系统收集、整理1960-2015年黄河下游游荡型河段典型断面的河势观测资料基础上,利用Mann-Kendall趋势检验和Fisher断点检验方法分析1960-2015年黄河下游游荡型河道典型断面多年平均河宽及主流线迁移速率变化情况。结果表明:近60年黄河下游游荡型河道在平面形态上呈藕节状分布,而其主流线调整速率的时空分布规律并不显著;黄河下游于店断面、禅房断面是平面藕节状分布的关键节点,将全河段划分为3段(第一段铁谢至于店断面,河宽均值为1627m;第二段于店至禅房断面,河宽均值为1477m;第三段禅房至高村断面,河宽均值1074m)。
    16  拉林河流域地下水中稀土元素质量浓度及分异特征
    王慧群,胡斌,滕彦国,詹燕红,翟远征
    2021, 19(1):158-167.
    [摘要](54) [HTML](0) [PDF 4.43 M](165)
    摘要:
    为了解拉林河流域地下水中稀土元素(REE)的地球化学特征,通过稀土元素质量浓度测试和北美页岩(NASC)归一化分析研究区域地下水系统中稀土元素的质量浓度和分异特征,利用软件PHREEQC模拟计算研究稀土元素沿流向的形态分布特征。结果表明:拉林河流域地下水中稀土元素总质量浓度(∑REE)较低,范围为0.030-2.649μg/L(均值0.328μg/L);轻稀土元素(LREE)相对亏损,而重稀土元素(HREE)相对富集,具有显著Eu正异常和轻度Ce负异常;地下水中稀土元素主要以LnCO3+和Ln(CO3)2-形态存在;随径流距离增加,地下水中∑REE质量浓度明显下降,Eu正异常程度增大,LnCO3+和Ln(CO3)2-形态质量浓度分别呈下降和上升趋势,稀土元素形成二碳酸配合物是造成重稀土元素相对富集的主要原因。
    17  基于文献计量学的地下水污染研究现状
    谢浩,李军,邹胜章,梁永平,申豪勇,周长松
    2021, 19(1):168-178.
    [摘要](24) [HTML](0) [PDF 4.76 M](155)
    摘要:
    为了解国内外地下水污染领域研究现状和重点,梳理2009-2019年国内外学术期刊收录的地下水污染领域高质量文献8117篇,利用可视化软件CiteSpaceV.5.6.R3绘制科学知识图谱。通过对地下水研究领域论文发文量、研究内容、研究机构和发文作者统计、聚类和可视化,多维度发掘地下水污染研究的整体形势。结果显示:地下水污染研究领域科研论文发文量总体呈增长趋势,研究重点主要围绕污染物特征、污染评价和污染修复等3个方面展开,硝酸盐、砷污染已成为地下水污染的研究重点;中国地质科学院水文地质环境地质研究所和吉林大学对国内地下水污染领域的发展具有重要贡献,且研究团队随时间呈分散式、多元化发展;中国地质大学、中国科学院和美国地质调查局是最具国际影响力的机构,中国地质大学(武汉)王焰新院士团队在地下水污染研究领域极具国际影响力。在我国生态文明建设需求下,地下水污染修复由理论研究向污染场地应用转化仍是当前研究的趋势。
    18  北京市北运河流域河水和地下水多环芳烃分布规律及风险评价
    张世伟,李炳华,张大胜,王靖,蒋川帅
    2021, 19(1):179-190.
    [摘要](66) [HTML](0) [PDF 4.90 M](199)
    摘要:
    为研究北运河流域河水与不同含水层地下水体中多环芳烃(PAHs)的相互作用,收集北运河流域上游温榆河段及下游北运河段不同季节的河水与地下水水质数据,采用对比分析及显著性分析方法研究河水与地下水中多环芳烃的组成、含量及时空分布特征,并利用风险熵法进行风险评价。结果表明:16种优控多环芳烃中,除苯并[a]芘和二苯并[a,h]蒽检出率不足100%外,其余14中多环芳烃污染物在河水、潜水和承压水中均全部检出;多环芳烃总质量浓度的构成以萘为主,质量浓度为1587.42ng/L,约占总质量浓度的85.6%;潜水和承压水春季多环芳烃总质量浓度显著低于夏季,2-3环多环芳烃质量浓度高于4环以上多环芳烃质量浓度;潜水中多环芳烃总质量浓度高于承压水;北运河段潜水中多环芳烃总质量浓度高于温榆河段;温榆河段地下水主要污染物为萘、芴和菲,北运河段地下水主要污染物为萘、芘和菲;上游河水多环芳烃总质量浓度低于下游,主要污染物为萘和菲;萘、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽在不同位置条件下差异显著,除苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[a]芘和二苯并[ah]蒽之外,其余多环芳烃在不同季节条件下均差异显著;通过风险熵法计算得出不同季节和位置条件下研究区生态风险相对较低。
    19  标准化水厂建设工程造价模型
    马可可,王祺,周律,孙傅,陈宇敏,徐艺星,黄新丽
    2021, 19(1):191-197.
    [摘要](77) [HTML](0) [PDF 3.25 M](137)
    摘要:
    基于回归分析法构建标准化的自来水厂工程造价模型,包括单元构筑物建筑工程费用模型和自来水厂设备购置费用模型。同时结合自来水厂取水头部、其他类型建筑物及总平面布置费用造价分析,工程建设其他费用及预备费估算水厂造价。根据实际工程,对获得的模型进行校验。单元构筑物各自的建筑工程费用估算误差均控制在30%以内,符合项目建议书阶段的精度控制要求;自来水厂工程部分,实际设备购置费用估算误差为-11.30%;自来水厂造价整体造价估算误差率为4.03%。基于回归分析构建的自来水厂造价模型,能够应用于自来水厂的快速造价估算,并保证较好的估算精度。
    20  超长倒虹吸出口明满流仿真闸门动态边界设置方法
    朱哲立,管光华,毛中豪
    2021, 19(1):198-206.
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 4.08 M](195)
    摘要:
    鄂北调水工程中的孟楼七方倒虹吸长达72km,其闸门调控下的出口边界设置对倒虹吸管内水力响应过程有显著影响。超长倒虹吸出口闸门处于有压段与明渠段的交界处,属于长有压管道闸孔淹没出流,具有高度耦合、非线性化的特点。常用的有压隧洞泄流公式未考虑倒虹吸内的非恒定流运动,不适于作为长倒虹吸出口边界,Henry公式能够合理反映闸门调控下的水力响应规律,但难以反映水击震荡特性。在此基础上,提出一种将出口闸门涵管化的边界处理方法,仿真结果揭示出在快速关闸时倒虹吸管中伴随有显著水击振荡,下游段事故工况中最大水击压强达25.1m(初始压强为8.8m),最大水击振幅为16m,压强变化特性与类似试验结果相符。提出的方法可为鄂北调水工程的事故工况调度提供技术支撑,也可为类似明满流动态边界仿真建模提供参考。
    21  谈2020年我国南北洪涝问题
    王浩,孟现勇
    2021, 19(1):207-208.
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 982.36 K](344)
    摘要:

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