南水北调与水利科技（中英文）
2021年第19卷第6期文章目次
2021, 19(6):1041-1071.
摘要:
水源涵养和生态系统过程与人类生产生活紧密相关，深入研究水源涵养对维持生态系统健康和人类社会可持续发展至关重要,对促进人与水和谐共生具有指导意义。随着对水源涵养研究与应用的深入，水源涵养内涵逐渐丰富，评估方法愈加多样，但以往的研究中水源涵养定义模糊，缺乏对各种评估方法的综合性对比分析，因此急需明确界定水源涵养内涵，分析各种估算方法的适用性。采用文献分析法系统梳理水源涵养研究历程，将其划分为认识与萌芽期、理论发展期、定量计算和模型综合评估等4个阶段；从定义、水量与功能等3个方面明确界定水源涵养内涵，从原理、时空尺度、适用范围及优缺点方面对已有水源涵养量估算方法进行对比和分析，并展望水源涵养研究的未来发展方向。
水源涵养和生态系统过程与人类生产生活紧密相关，深入研究水源涵养对维持生态系统健康和人类社会可持续发展至关重要,对促进人与水和谐共生具有指导意义。随着对水源涵养研究与应用的深入，水源涵养内涵逐渐丰富，评估方法愈加多样，但以往的研究中水源涵养定义模糊，缺乏对各种评估方法的综合性对比分析，因此急需明确界定水源涵养内涵，分析各种估算方法的适用性。采用文献分析法系统梳理水源涵养研究历程，将其划分为认识与萌芽期、理论发展期、定量计算和模型综合评估等4个阶段；从定义、水量与功能等3个方面明确界定水源涵养内涵，从原理、时空尺度、适用范围及优缺点方面对已有水源涵养量估算方法进行对比和分析，并展望水源涵养研究的未来发展方向。
2021, 19(6):1072-1082.
摘要:
采用以地形为基础的HSC产流模型(HAND-based storage capacity curve)，以典型半干旱丘陵区的辽宁省叶柏寿流域为研究区，检验模拟效果。在只改变产流模块的情况下，把HSC线型同HBV(hydrologiska byrans vattenbalansavedlning)模型的beta函数、新安江模型的蓄水容量曲线、基于雨强阈值的超渗模型进行比较后发现,在进行长时间序列模拟时，极端高洪峰流量过程对径流的模拟结果有很强的影响。传统模型依赖参数率定，普遍存在参数过拟合现象，即为了提高洪峰流量模拟精度，导致优化的产流参数严重背离物理意义和假设。研究提出的产流模型基于HSC线型并耦合根系区蓄水容量反演的MCT方法，参数物理意义明确且无需率定，可避免传统模型存在的为提高对少数洪峰流量的模拟精度而产生的参数过拟合现象，因此在率定期和验证期其洪水模拟精度表现更为可靠和稳定。
采用以地形为基础的HSC产流模型(HAND-based storage capacity curve)，以典型半干旱丘陵区的辽宁省叶柏寿流域为研究区，检验模拟效果。在只改变产流模块的情况下，把HSC线型同HBV(hydrologiska byrans vattenbalansavedlning)模型的beta函数、新安江模型的蓄水容量曲线、基于雨强阈值的超渗模型进行比较后发现,在进行长时间序列模拟时，极端高洪峰流量过程对径流的模拟结果有很强的影响。传统模型依赖参数率定，普遍存在参数过拟合现象，即为了提高洪峰流量模拟精度，导致优化的产流参数严重背离物理意义和假设。研究提出的产流模型基于HSC线型并耦合根系区蓄水容量反演的MCT方法，参数物理意义明确且无需率定，可避免传统模型存在的为提高对少数洪峰流量的模拟精度而产生的参数过拟合现象，因此在率定期和验证期其洪水模拟精度表现更为可靠和稳定。
2021, 19(6):1083-1092.
摘要:
将开源的SWMM一维管网模型与半开源的LISFLOOD-FP二维水动力模型耦合，对济南市黄台桥流域进行暴雨内涝模拟，基于实测场次降水、流量及淹没情况对模型进行率定与验证。统计分析20130723实测场次降水和不同重现期设计降水下研究区溢流节点分布和地表淹没情况，并分析其原因,得出以下结论：20130723实测场次暴雨模拟结果表明耦合模型在研究区具有较好的适用性，可以用于城市流域暴雨内涝的模拟；随着降水重现期的增加，溢流节点数目及各个淹没水深范围的面积均呈增加趋势，总淹没面积从8.18 km2增加到21.92 km2，其中水深范围在0.1~1.0 m的淹没面积占比最大。研究探索城市流域尺度的暴雨内涝模拟，相关结果可为研究区防洪减灾工作提供一定的科技支撑。
将开源的SWMM一维管网模型与半开源的LISFLOOD-FP二维水动力模型耦合，对济南市黄台桥流域进行暴雨内涝模拟，基于实测场次降水、流量及淹没情况对模型进行率定与验证。统计分析20130723实测场次降水和不同重现期设计降水下研究区溢流节点分布和地表淹没情况，并分析其原因,得出以下结论：20130723实测场次暴雨模拟结果表明耦合模型在研究区具有较好的适用性，可以用于城市流域暴雨内涝的模拟；随着降水重现期的增加，溢流节点数目及各个淹没水深范围的面积均呈增加趋势，总淹没面积从8.18 km2增加到21.92 km2，其中水深范围在0.1~1.0 m的淹没面积占比最大。研究探索城市流域尺度的暴雨内涝模拟，相关结果可为研究区防洪减灾工作提供一定的科技支撑。
2021, 19(6):1093-1103.
摘要:
依据洪水预报对降雨数据时效性要求较高的特点，选取GSMaP_NRT和GSMaP_Gauge_NRT准实时卫星遥感全球降雨产品对嫩江上游石灰窑以上流域进行补充，旨在解决该流域内降雨资料不足的问题。基于流域内及边缘降雨数据评估2种产品在雨量站所在网格上的精度，并输入新安江模型进行洪水预报，验证其可利用性。在汛期的月和日尺度上，GSMaP_NRT和GSMaP_Gauge_NRT产品表现出较高的精度，GSMaP_Gauge_NRT产品的精度总体优于GSMaP_NRT产品，但均存在高估现象。同时设计3种洪水预报输入方案进行应用检验，分别为方案Ⅰ（流域内及边缘雨量站泰森多边形权重降雨）、方案Ⅱ（流域内GSMaP_NRT栅格降雨均值）、方案Ⅲ（流域内GSMaP_Gauge_NRT栅格降雨均值）。洪水预报结果表明，方案Ⅲ的预报效果最好，产汇流合格率较高，表明GSMaP_Gauge_NRT准实时降雨产品在洪水预报中具有较高的可利用性。
依据洪水预报对降雨数据时效性要求较高的特点，选取GSMaP_NRT和GSMaP_Gauge_NRT准实时卫星遥感全球降雨产品对嫩江上游石灰窑以上流域进行补充，旨在解决该流域内降雨资料不足的问题。基于流域内及边缘降雨数据评估2种产品在雨量站所在网格上的精度，并输入新安江模型进行洪水预报，验证其可利用性。在汛期的月和日尺度上，GSMaP_NRT和GSMaP_Gauge_NRT产品表现出较高的精度，GSMaP_Gauge_NRT产品的精度总体优于GSMaP_NRT产品，但均存在高估现象。同时设计3种洪水预报输入方案进行应用检验，分别为方案Ⅰ（流域内及边缘雨量站泰森多边形权重降雨）、方案Ⅱ（流域内GSMaP_NRT栅格降雨均值）、方案Ⅲ（流域内GSMaP_Gauge_NRT栅格降雨均值）。洪水预报结果表明，方案Ⅲ的预报效果最好，产汇流合格率较高，表明GSMaP_Gauge_NRT准实时降雨产品在洪水预报中具有较高的可利用性。
2021, 19(6):1104-1,113.
摘要:
在系统分析安阳市“7·19”特大暴雨洪水事件的基础之上，探讨典型极端降雨条件下安阳市东部平原区地下水对暴雨洪水事件的响应。在利用灰色关联分析法确定安阳市东部平原区浅层地下水水位和降雨量二者之间的相关程度的基础上，提出一种基于ArcGIS软件的地下水补给量计算模型。研究结果表明：安阳市平原区浅层地下水水位与降雨量的关联系数大于0.85，地下水资源量变化受降雨补给影响显著；“7·19”事件降雨强度大，雨量集中，受大范围强降雨影响，地下水位变幅沿河道向两岸方向没有形成递减的变化趋势，水位变幅与降雨分布呈正比；此次洪水为单峰型洪水，模型计算研究区地下水补给量为5.19亿m3，洪水转化率0.8 %。该计算模型适用于资料缺乏地区地下水补给量计算和雨洪资源化定量分析，对雨洪资源利用和地下水响应分析具有一定的参考价值。
在系统分析安阳市“7·19”特大暴雨洪水事件的基础之上，探讨典型极端降雨条件下安阳市东部平原区地下水对暴雨洪水事件的响应。在利用灰色关联分析法确定安阳市东部平原区浅层地下水水位和降雨量二者之间的相关程度的基础上，提出一种基于ArcGIS软件的地下水补给量计算模型。研究结果表明：安阳市平原区浅层地下水水位与降雨量的关联系数大于0.85，地下水资源量变化受降雨补给影响显著；“7·19”事件降雨强度大，雨量集中，受大范围强降雨影响，地下水位变幅沿河道向两岸方向没有形成递减的变化趋势，水位变幅与降雨分布呈正比；此次洪水为单峰型洪水，模型计算研究区地下水补给量为5.19亿m3，洪水转化率0.8 %。该计算模型适用于资料缺乏地区地下水补给量计算和雨洪资源化定量分析，对雨洪资源利用和地下水响应分析具有一定的参考价值。
2021, 19(6):1114-1,124.
摘要:
利用1964—2015年汉江流域气温、降雨和径流等资料，采用线性倾向估计与滑动平均法分析白河和沙洋站水文气象要素的变化趋势，通过Mann-Kendall检验和Pettitt检验确定2个站径流序列的突变年份，基于Budyko水热耦合平衡理论，计算径流量对各影响因子的弹性系数，并采用互补关系法进行归因分析。结果表明：白河与沙洋站年径流量均呈现下降趋势，变化速率分别为-2.797 mm/a和-1.875 mm/a，并在1991年发生突变；白河与沙洋站变化期（1992—2015年）径流对降雨、潜在蒸散发和下垫面的弹性系数分别为1.79、-0.79、-0.64和2.07、-1.07、-0.71，表明2个站的径流量均对降雨最为敏感，[JP]对下垫面最不敏感；下垫面变化是汉江流域径流量减少的主要因素，其对白河、沙洋站径流量变化的贡献量分别为74.67%、76.37%；变化期的NDVI较基准期整体增加，植被变化是导致汉江流域径流量整体下降的重要原因。
利用1964—2015年汉江流域气温、降雨和径流等资料，采用线性倾向估计与滑动平均法分析白河和沙洋站水文气象要素的变化趋势，通过Mann-Kendall检验和Pettitt检验确定2个站径流序列的突变年份，基于Budyko水热耦合平衡理论，计算径流量对各影响因子的弹性系数，并采用互补关系法进行归因分析。结果表明：白河与沙洋站年径流量均呈现下降趋势，变化速率分别为-2.797 mm/a和-1.875 mm/a，并在1991年发生突变；白河与沙洋站变化期（1992—2015年）径流对降雨、潜在蒸散发和下垫面的弹性系数分别为1.79、-0.79、-0.64和2.07、-1.07、-0.71，表明2个站的径流量均对降雨最为敏感，[JP]对下垫面最不敏感；下垫面变化是汉江流域径流量减少的主要因素，其对白河、沙洋站径流量变化的贡献量分别为74.67%、76.37%；变化期的NDVI较基准期整体增加，植被变化是导致汉江流域径流量整体下降的重要原因。
2021, 19(6):1125-1,135.
摘要:
针对我国再生水开发利用现状，开展驱动约束影响因素分析，解析影响因素间的关联关系与层次结构,在此基础上，考虑影响因素的空间异质性，以胡焕庸线为分界线，对东西两侧地区分别建立再生水开发利用驱动约束非递归结构作用机制框架,采用结构方程模型（structural equation modeling,SEM）刻画影响因素间的传导路径，量化影响因素贡献率。结果表明：胡焕庸线东侧地区再生水开发利用驱动推进作用大于约束限制作用，具备高水平开发潜质；西侧地区约束限制作用大于驱动推进作用，再生水开发利用推动能力不足。再生水配套管网等工程条件不完善为东侧地区主导制约因子，影响程度贡献率为11.8%，地区经济条件与污水处理技术水平为次要制约因子；区域水资源环境胁迫、再生水工程设施建设不完善、地区经济发展水平偏低为西侧地区主导制约因子，贡献率为15.9%~18.1%，污水处理技术水平为次要制约因子。
针对我国再生水开发利用现状，开展驱动约束影响因素分析，解析影响因素间的关联关系与层次结构,在此基础上，考虑影响因素的空间异质性，以胡焕庸线为分界线，对东西两侧地区分别建立再生水开发利用驱动约束非递归结构作用机制框架,采用结构方程模型（structural equation modeling,SEM）刻画影响因素间的传导路径，量化影响因素贡献率。结果表明：胡焕庸线东侧地区再生水开发利用驱动推进作用大于约束限制作用，具备高水平开发潜质；西侧地区约束限制作用大于驱动推进作用，再生水开发利用推动能力不足。再生水配套管网等工程条件不完善为东侧地区主导制约因子，影响程度贡献率为11.8%，地区经济条件与污水处理技术水平为次要制约因子；区域水资源环境胁迫、再生水工程设施建设不完善、地区经济发展水平偏低为西侧地区主导制约因子，贡献率为15.9%~18.1%，污水处理技术水平为次要制约因子。
2021, 19(6):1136-1146.
摘要:
南水北调东线工程通过江都水利枢纽抽引长江水，准确及时的引水口水位预报对提高水利工程调度和水资源配置的科学性至关重要。选择引水口附近的三江营潮位站为代表，由于三江营地处潮区界以内，所以在预报其潮位时需要综合考虑潮汐引力、上游来水量和区间降水量等影响因素。首先采用潮汐调和分析法计算得到天文潮位，再采用二次校正法、多元线性回归法、支持向量机（support vector machine,SVM）法和随机森林法，对三江营的日均潮位和逐时潮位进行预报，并比较4种方法的预报精度。结果表明，4种方法得到的年日均潮位预报结果均能达到乙级以上精度，预报效果较好，其中：二次校正法的预报精度最高且最稳定，日均潮位和逐时潮位预报均能达到甲级精度，适合用于水利工程精细化调度；SVM法的预报精度次之，多元线性回归法和随机森林法相对较差，但后3种方法的预见期长于二次校正法，适合用于对预见期要求较高的潮位预警。
南水北调东线工程通过江都水利枢纽抽引长江水，准确及时的引水口水位预报对提高水利工程调度和水资源配置的科学性至关重要。选择引水口附近的三江营潮位站为代表，由于三江营地处潮区界以内，所以在预报其潮位时需要综合考虑潮汐引力、上游来水量和区间降水量等影响因素。首先采用潮汐调和分析法计算得到天文潮位，再采用二次校正法、多元线性回归法、支持向量机（support vector machine,SVM）法和随机森林法，对三江营的日均潮位和逐时潮位进行预报，并比较4种方法的预报精度。结果表明，4种方法得到的年日均潮位预报结果均能达到乙级以上精度，预报效果较好，其中：二次校正法的预报精度最高且最稳定，日均潮位和逐时潮位预报均能达到甲级精度，适合用于水利工程精细化调度；SVM法的预报精度次之，多元线性回归法和随机森林法相对较差，但后3种方法的预见期长于二次校正法，适合用于对预见期要求较高的潮位预警。
2021, 19(6):1147-1156.
摘要:
基于风险理论和国家资源环境承载力监测预警研究进展，提出水资源承载风险监测预警的概念内涵、理论模型、警报准则和体系框架。从自然水循环和社会水循环2个层面提出水资源承载风险的危险性与脆弱性因子，解析水资源承载风险监测预警内涵，提出耦合水资源承载状态与风险预警等级的理论模型，采用指标预警法设计警报准则，搭建由监测层、预警层、决策层和反馈调控层构成的监测预警体系框架，及时发出预警信息，为水资源管理决策者提供调控依据，降低水资源承载风险，将经济社会发展的水资源压力控制在水资源系统可承载的范围之内。
基于风险理论和国家资源环境承载力监测预警研究进展，提出水资源承载风险监测预警的概念内涵、理论模型、警报准则和体系框架。从自然水循环和社会水循环2个层面提出水资源承载风险的危险性与脆弱性因子，解析水资源承载风险监测预警内涵，提出耦合水资源承载状态与风险预警等级的理论模型，采用指标预警法设计警报准则，搭建由监测层、预警层、决策层和反馈调控层构成的监测预警体系框架，及时发出预警信息，为水资源管理决策者提供调控依据，降低水资源承载风险，将经济社会发展的水资源压力控制在水资源系统可承载的范围之内。
2021, 19(6):1157-1166.
摘要:
华北平原中部地区含水砂层颗粒细且薄，对地下水储蓄和地表水入渗不利。选择河道带进行地表水入渗试验，以获取最大地下储蓄空间，为该区水资源合理利用提供良策。试验区选在南宫溹泸河，人工引水1.5个月，获取大量监测数据，据此对地下水位和水量的变化特征、入渗量和地下水库调蓄能力进行研究，结果表明：干涸河道引水入渗，入渗比例可达80.54%；溹泸河上下游2个断面Ⅰ-Ⅰ′和Ⅱ-Ⅱ′河道垂向渗透速度为10.81 m/d和10.72 m/d;水平扩散速度为1.69 m/h和2.38 m/h。由于Ⅰ-Ⅰ′断面垂向渗透速度大于Ⅱ-Ⅱ′断面，而水平扩散速度小于Ⅱ-Ⅱ′断面，所以Ⅰ-Ⅰ′断面形成的水丘相比Ⅱ-Ⅱ′断面较为明显，且不易消散。计算结果显示，试验区调蓄库容为1.87亿m3。
华北平原中部地区含水砂层颗粒细且薄，对地下水储蓄和地表水入渗不利。选择河道带进行地表水入渗试验，以获取最大地下储蓄空间，为该区水资源合理利用提供良策。试验区选在南宫溹泸河，人工引水1.5个月，获取大量监测数据，据此对地下水位和水量的变化特征、入渗量和地下水库调蓄能力进行研究，结果表明：干涸河道引水入渗，入渗比例可达80.54%；溹泸河上下游2个断面Ⅰ-Ⅰ′和Ⅱ-Ⅱ′河道垂向渗透速度为10.81 m/d和10.72 m/d;水平扩散速度为1.69 m/h和2.38 m/h。由于Ⅰ-Ⅰ′断面垂向渗透速度大于Ⅱ-Ⅱ′断面，而水平扩散速度小于Ⅱ-Ⅱ′断面，所以Ⅰ-Ⅰ′断面形成的水丘相比Ⅱ-Ⅱ′断面较为明显，且不易消散。计算结果显示，试验区调蓄库容为1.87亿m3。
11 黄河内蒙古段开河流量预测
2021, 19(6):1167-1,174.
摘要:
封冻河段开河时，冰、水情变化剧烈，预报难度大、精度低。马斯京根法及其衍生方法在推算明流条件下的流量演进方面取得了很大成功，但如何反映凌汛期流量演进特点还需进一步研究。以黄河内蒙古河段为例，类比有支流的河道洪水进行演算，并考虑流量传播时间，将区间的槽蓄水增量加入计算，采用改进的马斯京根法，推求完全开河时的凌峰流量。采用均方根误差、平均绝对百分比误差作为预测结果的评价指标，与往年实测流量相比较，演算流量的平均绝对百分比误差在10.29%以内。结果表明，此方法应用于凌汛期开河流量演进具有较好的预测效果，通过冰凌洪水的特点判别洪水类型，揭示了凌汛期开河流量的突变主要是由冰坝洪水造成的。研究结果可为河流开河的流量预报和防凌减灾提供参考思路。
封冻河段开河时，冰、水情变化剧烈，预报难度大、精度低。马斯京根法及其衍生方法在推算明流条件下的流量演进方面取得了很大成功，但如何反映凌汛期流量演进特点还需进一步研究。以黄河内蒙古河段为例，类比有支流的河道洪水进行演算，并考虑流量传播时间，将区间的槽蓄水增量加入计算，采用改进的马斯京根法，推求完全开河时的凌峰流量。采用均方根误差、平均绝对百分比误差作为预测结果的评价指标，与往年实测流量相比较，演算流量的平均绝对百分比误差在10.29%以内。结果表明，此方法应用于凌汛期开河流量演进具有较好的预测效果，通过冰凌洪水的特点判别洪水类型，揭示了凌汛期开河流量的突变主要是由冰坝洪水造成的。研究结果可为河流开河的流量预报和防凌减灾提供参考思路。
2021, 19(6):1175-1,183.
摘要:
为充分利用地表数据、小尺度考虑时空变异性评价地下水的可持续性，提出基于人为开采响应的地下水可持续性指标（artificial mining responsebased groundwater sustainability index，AGSI），采用熵权TOPSIS(technique for order preferenceby similarity to ideal solution)法确定地下水人为开采程度，并通过分解系数将人为开采对地下水系统施加的压力分解至各监测井，进而与地下水响应状态关联。以大安市为研究区，使用Mann-Kendall检验法和Sen′s slope变化趋势分析法验证评价结果的准确性。结果表明：2008—2017年研究区地下水可持续性受到破坏的风险由潜水向承压水转移，而各含水层间、层内的地下水可持续性分布差异表明调控地下水开采布局是大安市未来地下水管理工作的重点；研究区地下水可持续性演变过程可被水位趋势分析结果验证，AGSI法强调了人工开采的作用效果，有助于更好地理解人类活动与地下水资源的相互作用过程，为评估地下水可持续性提供新思路。
为充分利用地表数据、小尺度考虑时空变异性评价地下水的可持续性，提出基于人为开采响应的地下水可持续性指标（artificial mining responsebased groundwater sustainability index，AGSI），采用熵权TOPSIS(technique for order preferenceby similarity to ideal solution)法确定地下水人为开采程度，并通过分解系数将人为开采对地下水系统施加的压力分解至各监测井，进而与地下水响应状态关联。以大安市为研究区，使用Mann-Kendall检验法和Sen′s slope变化趋势分析法验证评价结果的准确性。结果表明：2008—2017年研究区地下水可持续性受到破坏的风险由潜水向承压水转移，而各含水层间、层内的地下水可持续性分布差异表明调控地下水开采布局是大安市未来地下水管理工作的重点；研究区地下水可持续性演变过程可被水位趋势分析结果验证，AGSI法强调了人工开采的作用效果，有助于更好地理解人类活动与地下水资源的相互作用过程，为评估地下水可持续性提供新思路。
2021, 19(6):1184-1,193.
摘要:
以三环泡湿地保护区为研究对象，在分析湿地需水规律、设计补水位置和补水时段的基础上，确定了4月一次性补水、4—10月逐月按需补水、4月和7月分期补水等3种补水方案，采用MIKE 21模型对相应的补水过程进行模拟计算，并基于补水面积和水深等指标进行补水效果分析。模拟结果表明，3种方案补水面积均增加，其中4月和7月份分期补水方案效果最佳，补水面积较大、水深适宜，同时补水过程可满足三环泡湿地需水过程，能为湿地生物提供适宜生存环境。本研究可为湿地生态补水提供研究方法和决策参考。
以三环泡湿地保护区为研究对象，在分析湿地需水规律、设计补水位置和补水时段的基础上，确定了4月一次性补水、4—10月逐月按需补水、4月和7月分期补水等3种补水方案，采用MIKE 21模型对相应的补水过程进行模拟计算，并基于补水面积和水深等指标进行补水效果分析。模拟结果表明，3种方案补水面积均增加，其中4月和7月份分期补水方案效果最佳，补水面积较大、水深适宜，同时补水过程可满足三环泡湿地需水过程，能为湿地生物提供适宜生存环境。本研究可为湿地生态补水提供研究方法和决策参考。
2021, 19(6):1194-1,207.
摘要:
为探究地下水中氮素的迁移转化规律，建立三维非饱和带-饱和带完全耦合的水动力和溶质运移的数值模型，考虑氮素的矿化、硝化、反硝化等反应过程，利用COMSOL软件进行模型求解。将构建的模型应用于山东半岛小沽河地区，利用地下水位和氮素质量浓度监测数据对模型进行校验。根据模型结果分析水位及氮素分布的时空变化，探究灌溉量、施肥量及作物类型对氮素在地下水中分布的影响，并对硝态氮在地下水中长期富集过程进行预测。结果表明，建立的非饱和带饱和带完全耦合模型能够准确地模拟水动力和溶质迁移转化过程：当抽水灌溉量分别减小10%、20%时，硝态氮质量浓度降低2.17、2.98 mg/L，氨氮质量浓度降低0.02、0.03 mg/L；当施肥量分别增加25%、降低25%时，地下水中硝态氮质量浓度分别增加2.60 mg/L、降低3.16 mg/L，氨氮质量浓度分别增加0.02 mg/L、降低0.02 mg/L；将夏玉米-冬小麦轮作农田改植蔬菜后硝态氮质量浓度年平均升高23.93 mg/L，氨氮质量浓度年平均增加0.29 mg/L；长期不施肥硝态氮质量浓度明显降低，5年总降低量为33.48 mg/L。
为探究地下水中氮素的迁移转化规律，建立三维非饱和带-饱和带完全耦合的水动力和溶质运移的数值模型，考虑氮素的矿化、硝化、反硝化等反应过程，利用COMSOL软件进行模型求解。将构建的模型应用于山东半岛小沽河地区，利用地下水位和氮素质量浓度监测数据对模型进行校验。根据模型结果分析水位及氮素分布的时空变化，探究灌溉量、施肥量及作物类型对氮素在地下水中分布的影响，并对硝态氮在地下水中长期富集过程进行预测。结果表明，建立的非饱和带饱和带完全耦合模型能够准确地模拟水动力和溶质迁移转化过程：当抽水灌溉量分别减小10%、20%时，硝态氮质量浓度降低2.17、2.98 mg/L，氨氮质量浓度降低0.02、0.03 mg/L；当施肥量分别增加25%、降低25%时，地下水中硝态氮质量浓度分别增加2.60 mg/L、降低3.16 mg/L，氨氮质量浓度分别增加0.02 mg/L、降低0.02 mg/L；将夏玉米-冬小麦轮作农田改植蔬菜后硝态氮质量浓度年平均升高23.93 mg/L，氨氮质量浓度年平均增加0.29 mg/L；长期不施肥硝态氮质量浓度明显降低，5年总降低量为33.48 mg/L。
2021, 19(6):1208-1,216.
摘要:
以2019年和2020年春、秋两季共3次永定河生态补水的水文观测数据为基础，结合河道内砂石坑渗漏试验，并综合考虑补水时过流通道和水文地质条件等因素，分析永定河山峡段生态补水过程的渗漏特征。结果表明：3次生态补水期间，永定河山峡段渗漏损失率逐渐降低，渗漏损失率范围在20%~30%；落坡岭水库至下苇甸电站为现状永定河山峡段重点渗漏段，渗漏损失流量占山峡段渗漏损失流量的约60%；下苇甸电站至三家店拦河闸段由于河道减渗仅占山峡段的约10%；官厅水库至落坡岭水库段占山峡段的约30%。研究成果可为永定河山峡段生态治理与修复工程方案制定以及常态化生态补水的水资源配置提供依据。
以2019年和2020年春、秋两季共3次永定河生态补水的水文观测数据为基础，结合河道内砂石坑渗漏试验，并综合考虑补水时过流通道和水文地质条件等因素，分析永定河山峡段生态补水过程的渗漏特征。结果表明：3次生态补水期间，永定河山峡段渗漏损失率逐渐降低，渗漏损失率范围在20%~30%；落坡岭水库至下苇甸电站为现状永定河山峡段重点渗漏段，渗漏损失流量占山峡段渗漏损失流量的约60%；下苇甸电站至三家店拦河闸段由于河道减渗仅占山峡段的约10%；官厅水库至落坡岭水库段占山峡段的约30%。研究成果可为永定河山峡段生态治理与修复工程方案制定以及常态化生态补水的水资源配置提供依据。
2021, 19(6):1217-1,226.
摘要:
针对堤防安全评价研究中影响因素选择与现行规范结合不紧密以及对堤防安全状态这个复杂系统的模糊性和随机性考虑不足的问题，以现行堤防安全评价相关规范为基础，构建由5个一级评价指标、22个二级评价指标、11个三级评价指标组成的层次指标体系。在此基础上，建立组合优化赋权模型对改进群组G1法和熵权法计算的权重进行组合赋权。通过引进云模型理论，把堤防安全评价的3种安全类别转化为对应的云评语，以浮动云和综合云计算得到堤防安全状态总目标云参数和云图，能直观确定堤防的安全类别，且与实际安全状态一致。同时，分析一级指标安全状态云图，锁定影响堤防安全的关键因素，对堤防安全状态发展的趋势作出分析，给出有针对性的建议。对于复杂堤防系统，基于组合赋权和云模型的方法更好地将模糊性和随机性结合起来，可为堤防安全综合评价和除险加固提供依据。
针对堤防安全评价研究中影响因素选择与现行规范结合不紧密以及对堤防安全状态这个复杂系统的模糊性和随机性考虑不足的问题，以现行堤防安全评价相关规范为基础，构建由5个一级评价指标、22个二级评价指标、11个三级评价指标组成的层次指标体系。在此基础上，建立组合优化赋权模型对改进群组G1法和熵权法计算的权重进行组合赋权。通过引进云模型理论，把堤防安全评价的3种安全类别转化为对应的云评语，以浮动云和综合云计算得到堤防安全状态总目标云参数和云图，能直观确定堤防的安全类别，且与实际安全状态一致。同时，分析一级指标安全状态云图，锁定影响堤防安全的关键因素，对堤防安全状态发展的趋势作出分析，给出有针对性的建议。对于复杂堤防系统，基于组合赋权和云模型的方法更好地将模糊性和随机性结合起来，可为堤防安全综合评价和除险加固提供依据。
2021, 19(6):1227-1237.
摘要:
针对蠕变型滑坡变形具有渐变性、阶段性和变异性等特征，应用数据挖掘技术提出基于多变量监测时间序列的滑坡预警方法。采用动态时间规划方法度量边坡变形多测点时间序列间的相似性，确定边坡的时空变形规律；考虑主要影响因素和边坡变形等多变量，利用多变量局部异常系数划分滑坡变形演化阶段；基于统计学方法拟定基于局部异常系数的滑坡预警阈值，提出基于多变量局部异常系数阈值的滑坡预警方法。卧龙寺和新滩滑坡验证算例结果表明，提出的方法对累计位移、变形速率和加速度均较敏感，比已有估算方法更具时效性，能防止因环境因素波动而造成的误判，具有更好稳健性。提出的方法应用于某渠坡滑坡预警，结果表明渠坡现阶段较为稳定。因此，提出的方法可为蠕变型滑坡预警提供参考。
针对蠕变型滑坡变形具有渐变性、阶段性和变异性等特征，应用数据挖掘技术提出基于多变量监测时间序列的滑坡预警方法。采用动态时间规划方法度量边坡变形多测点时间序列间的相似性，确定边坡的时空变形规律；考虑主要影响因素和边坡变形等多变量，利用多变量局部异常系数划分滑坡变形演化阶段；基于统计学方法拟定基于局部异常系数的滑坡预警阈值，提出基于多变量局部异常系数阈值的滑坡预警方法。卧龙寺和新滩滑坡验证算例结果表明，提出的方法对累计位移、变形速率和加速度均较敏感，比已有估算方法更具时效性，能防止因环境因素波动而造成的误判，具有更好稳健性。提出的方法应用于某渠坡滑坡预警，结果表明渠坡现阶段较为稳定。因此，提出的方法可为蠕变型滑坡预警提供参考。
2021, 19(6):1238-1248.
摘要:
为实现区域水网水量的高效调控，从水量、水生态、水质和闸坝管理等4个方面构建包含10个指标的闸坝优选评价指标体系，以廊坊市凤河-永定河区域水网为研究对象，计算区域内32座闸坝的综合关键指数并给出影响程度排序，采用水动力数学模型验证关键闸坝选取的合理性。结果表明：优选出的永丰闸和东张务闸是区域水网的关键闸坝，通过调节这两座闸坝的开度即可满足区域水网的生态需水和防洪排涝调度目标，保持区域水网较优的水力连通能力，提高区域水网水量调控效率。
为实现区域水网水量的高效调控，从水量、水生态、水质和闸坝管理等4个方面构建包含10个指标的闸坝优选评价指标体系，以廊坊市凤河-永定河区域水网为研究对象，计算区域内32座闸坝的综合关键指数并给出影响程度排序，采用水动力数学模型验证关键闸坝选取的合理性。结果表明：优选出的永丰闸和东张务闸是区域水网的关键闸坝，通过调节这两座闸坝的开度即可满足区域水网的生态需水和防洪排涝调度目标，保持区域水网较优的水力连通能力，提高区域水网水量调控效率。
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