南水北调与水利科技（中英文）
2021年第19卷第3期文章目次
2021, 19(3):417-426.
摘要:
基于丹江口水库1956—2016年逐月平均流量资料，采用数理统计手段分析丹江口水库年径流量的周期性和趋势性；从百项气候系统指数集和太阳黑子数中筛选出预测因子，构建月平均流量与预测因子间的多元线性回归模型和随机森林模型，实现丹江口水库月径流预测。结果表明，丹江口水库年径流量呈显著的减小趋势，并伴随有6~8a、18~21a两类尺度的周期振荡特性；以2017年逐月平均流量为例，随机森林模型和多元线性回归模型的预报合格率分别为83.3%、75.0%，预报精度均较好，且随机森林模型的预测精度优于多元线性回归模型，可用于丹江口水库月径流预测。
基于丹江口水库1956—2016年逐月平均流量资料，采用数理统计手段分析丹江口水库年径流量的周期性和趋势性；从百项气候系统指数集和太阳黑子数中筛选出预测因子，构建月平均流量与预测因子间的多元线性回归模型和随机森林模型，实现丹江口水库月径流预测。结果表明，丹江口水库年径流量呈显著的减小趋势，并伴随有6~8a、18~21a两类尺度的周期振荡特性；以2017年逐月平均流量为例，随机森林模型和多元线性回归模型的预报合格率分别为83.3%、75.0%，预报精度均较好，且随机森林模型的预测精度优于多元线性回归模型，可用于丹江口水库月径流预测。
2021, 19(3):427-436,445.
摘要:
以趵突泉泉域为例，采用水量均衡法和数值法两种方法，对两种典型边界条件下的水均衡进行计算，结果表明：在对断裂分水岭边界确定的趵突泉泉域进行数值模拟时，需要充分考虑地表水与地下水之间密切的水力联系以及两者之间的转化关系，对降水入渗补给量进行合理折算，提高水均衡计算的准确性。水量均衡法结果表明断裂边界泉域与断裂分水岭边界泉域的均衡差分别为3626.0万m3/a和3061.4万m3/a；而利用数值法，均衡差分别为4467.1万m3/a和3699.6万m3/a。研究结果为趵突泉泉域水资源评价工作提供了科学依据。
以趵突泉泉域为例，采用水量均衡法和数值法两种方法，对两种典型边界条件下的水均衡进行计算，结果表明：在对断裂分水岭边界确定的趵突泉泉域进行数值模拟时，需要充分考虑地表水与地下水之间密切的水力联系以及两者之间的转化关系，对降水入渗补给量进行合理折算，提高水均衡计算的准确性。水量均衡法结果表明断裂边界泉域与断裂分水岭边界泉域的均衡差分别为3626.0万m3/a和3061.4万m3/a；而利用数值法，均衡差分别为4467.1万m3/a和3699.6万m3/a。研究结果为趵突泉泉域水资源评价工作提供了科学依据。
2021, 19(3):437-445.
摘要:
针对水资源-能源-粮食耦合系统和谐可持续发展问题，筛选水资源、能源、粮食系统相关指标，并将模糊多属性决策方法与和谐量化方法相结合，[JP]提出基于和谐量化模型的水资源能源粮食耦合系统评价指标体系。以河南省2011—2018年水资源[KG-*2]–[KG-*4]能源[KG-*2]–[KG-*4]粮食耦合系统发展水平及其和谐程度为依据，分析各子系统与三者耦合系统的时空变化特征。结果表明：8年间全省水资源能源粮食耦合系统和谐程度逐年提高；各子系统发展特征不同，但均呈现上升趋势，水资源子系统和谐度提升幅度最大，粮食子系统次之，能源子系统最小；水资源子系统和谐度波动上升，粮食子系统发展水平较高且表现稳定，能源子系统发展存在波动且稳定性较差。基于模糊多属性决策的和谐量化方法不仅能够解决指标量化中的不确定性问题，而且通过耦合系统和谐评价结果，为水资源、能源、粮食综合管理提供依据。
针对水资源-能源-粮食耦合系统和谐可持续发展问题，筛选水资源、能源、粮食系统相关指标，并将模糊多属性决策方法与和谐量化方法相结合，[JP]提出基于和谐量化模型的水资源能源粮食耦合系统评价指标体系。以河南省2011—2018年水资源[KG-*2]–[KG-*4]能源[KG-*2]–[KG-*4]粮食耦合系统发展水平及其和谐程度为依据，分析各子系统与三者耦合系统的时空变化特征。结果表明：8年间全省水资源能源粮食耦合系统和谐程度逐年提高；各子系统发展特征不同，但均呈现上升趋势，水资源子系统和谐度提升幅度最大，粮食子系统次之，能源子系统最小；水资源子系统和谐度波动上升，粮食子系统发展水平较高且表现稳定，能源子系统发展存在波动且稳定性较差。基于模糊多属性决策的和谐量化方法不仅能够解决指标量化中的不确定性问题，而且通过耦合系统和谐评价结果，为水资源、能源、粮食综合管理提供依据。
2021, 19(3):446-458.
摘要:
基于山美水库流域1991—2010的实测气象数据，选取CMIP5中2个气候模式（HadGEM2-ES、NoerESM1-M）和2种典型浓度路径（RCP4.5、RCP8.5），对21世纪近期（2031—2050年）、中期（2051—2070年）、远期（2071—2090年）3个时期的日降水、气温数据进行统计降尺度处理；在此基础上，利用SWAT模型对山美[JP+1]水库流域基准期和未来3个时期的蓝水、绿水资源的时空分布特征进行模拟，评估流域未来60年气候变化对蓝绿水资源的影响。结果表明：山美水库流域未来60年预估年均降水量变化幅度为-0.43%～7.16%，平均气温增加约1.72～5.43 ℃,相较基准期，未来2个气候模式在2种RCP浓度路径下的蓝水资源量约减少12.81%～[JP]35.28%，绿水资源量上升约28.45%～36.12%；不同气候情景下流域蓝水、绿水资源变化率呈现出一定的相似性，上游地区均大于下游地区；降雨是蓝水资源时空分布的关键，[JP]而农用地分布则直接影响绿水资源的空间分异特征。
基于山美水库流域1991—2010的实测气象数据，选取CMIP5中2个气候模式（HadGEM2-ES、NoerESM1-M）和2种典型浓度路径（RCP4.5、RCP8.5），对21世纪近期（2031—2050年）、中期（2051—2070年）、远期（2071—2090年）3个时期的日降水、气温数据进行统计降尺度处理；在此基础上，利用SWAT模型对山美[JP+1]水库流域基准期和未来3个时期的蓝水、绿水资源的时空分布特征进行模拟，评估流域未来60年气候变化对蓝绿水资源的影响。结果表明：山美水库流域未来60年预估年均降水量变化幅度为-0.43%～7.16%，平均气温增加约1.72～5.43 ℃,相较基准期，未来2个气候模式在2种RCP浓度路径下的蓝水资源量约减少12.81%～[JP]35.28%，绿水资源量上升约28.45%～36.12%；不同气候情景下流域蓝水、绿水资源变化率呈现出一定的相似性，上游地区均大于下游地区；降雨是蓝水资源时空分布的关键，[JP]而农用地分布则直接影响绿水资源的空间分异特征。
2021, 19(3):459-468.
摘要:
为探究获取高精度土壤湿度变化数据的新方法，选取2005年1月至2012年12月为研究时段，利用GRACE重力卫星反演降尺度得到的空间分辨率为025°×025°的陆地水储量变化数据和GLDASNOAH陆面模式模拟的地表径流、积雪深以及实测地下水位等数据，基于水量平衡原理估算东部季风区6个主要流域的土壤湿度变化数据，反演深度范围可达0~200 mm。从时空相关性、均方根误差、[JP2]趋势度等方面，与AMSRE、ERAInterim、MERRA2、ASCAT、GLDASNOAH、GLDASMosaic、GLDASCatchment共7种土壤湿度产品进行对比验证。结果表明：估算的土壤湿度变化数据优势明显，在珠江流域表现最好，与上述产品的皮尔逊相关系数分别为070、079、086、085、081、050和051；与MERRA2、ASCAT、GLDASCatchment的单变量Moran′s I较为相近，分别为067、080和074，且与其他产品的均方根误差均较小，大部分控制在025~030；各种产品的土壤湿度变化在黄河流域表现一致性较差，皮尔逊相关系数均在041以下，变化趋势也不尽相同。
为探究获取高精度土壤湿度变化数据的新方法，选取2005年1月至2012年12月为研究时段，利用GRACE重力卫星反演降尺度得到的空间分辨率为025°×025°的陆地水储量变化数据和GLDASNOAH陆面模式模拟的地表径流、积雪深以及实测地下水位等数据，基于水量平衡原理估算东部季风区6个主要流域的土壤湿度变化数据，反演深度范围可达0~200 mm。从时空相关性、均方根误差、[JP2]趋势度等方面，与AMSRE、ERAInterim、MERRA2、ASCAT、GLDASNOAH、GLDASMosaic、GLDASCatchment共7种土壤湿度产品进行对比验证。结果表明：估算的土壤湿度变化数据优势明显，在珠江流域表现最好，与上述产品的皮尔逊相关系数分别为070、079、086、085、081、050和051；与MERRA2、ASCAT、GLDASCatchment的单变量Moran′s I较为相近，分别为067、080和074，且与其他产品的均方根误差均较小，大部分控制在025~030；各种产品的土壤湿度变化在黄河流域表现一致性较差，皮尔逊相关系数均在041以下，变化趋势也不尽相同。
2021, 19(3):469-476.
摘要:
针对大渡河流域地形复杂，高差悬殊，气候垂直差异大等特点，构建基于四层嵌套网格的大渡河流域WRF模型：采用四维变分（4DVar）和集合卡曼滤波（EnKF）混合同化技术降低初始场误差，根据统计最优组合方法确定年内不同时期WRF模式参数方案集。将WRF输出作为预见期内新安江模型的输入，构建大渡河流域WRF新安江来水预报模型。选择2010—2017年汛期的20场、非汛期10场来水过程进行应用研究，结果表明：在预见期延长7 d的情况下，所建模型仍能够保证较高的预报精度。研究成果可为大渡河流域水力发电和防汛决策提供技术支撑，也可为同类研究提供借鉴。
针对大渡河流域地形复杂，高差悬殊，气候垂直差异大等特点，构建基于四层嵌套网格的大渡河流域WRF模型：采用四维变分（4DVar）和集合卡曼滤波（EnKF）混合同化技术降低初始场误差，根据统计最优组合方法确定年内不同时期WRF模式参数方案集。将WRF输出作为预见期内新安江模型的输入，构建大渡河流域WRF新安江来水预报模型。选择2010—2017年汛期的20场、非汛期10场来水过程进行应用研究，结果表明：在预见期延长7 d的情况下，所建模型仍能够保证较高的预报精度。研究成果可为大渡河流域水力发电和防汛决策提供技术支撑，也可为同类研究提供借鉴。
2021, 19(3):477-486,495.
摘要:
通过构建用水效率引力模型并结合ArcGIS空间相关分析技术，揭示区域用水效率及其关联强度的时空演变特征，进一步采用多元回归分析方法辨识用水效率关联度潜力的主要影响因素，并以广东省2004—2018年21个地级市的面板数据为例进行计算与分析。结果表明：广东省万元GDP用水量与农田灌溉亩均用水量存在较强的空间相关性，珠三角为用水效率高值区，粤北与东西两翼为用水效率低值区；全省用水效率关联度随时间推移呈增强趋势，珠三角用水效率引力值最强，粤东次之，粤北与粤西较弱；研究与试验发展经费对用水效率关联度潜力的影响更为持久，为主要驱动因素。主要从充分发挥珠三角用水效率高值区联动效应和加大水利科技创新投入等方面提出对策建议，可为区域用水效率的空间均衡提供理论依据与参考。
通过构建用水效率引力模型并结合ArcGIS空间相关分析技术，揭示区域用水效率及其关联强度的时空演变特征，进一步采用多元回归分析方法辨识用水效率关联度潜力的主要影响因素，并以广东省2004—2018年21个地级市的面板数据为例进行计算与分析。结果表明：广东省万元GDP用水量与农田灌溉亩均用水量存在较强的空间相关性，珠三角为用水效率高值区，粤北与东西两翼为用水效率低值区；全省用水效率关联度随时间推移呈增强趋势，珠三角用水效率引力值最强，粤东次之，粤北与粤西较弱；研究与试验发展经费对用水效率关联度潜力的影响更为持久，为主要驱动因素。主要从充分发挥珠三角用水效率高值区联动效应和加大水利科技创新投入等方面提出对策建议，可为区域用水效率的空间均衡提供理论依据与参考。
2021, 19(3):487-495.
摘要:
根据沙颍河流域河南段情况确定各地市水资源可利用量，基于数列的匹配度计算方法，对流域内10个地市2014—2018年水资源利用量与经济发展关系进行研究，分析各地市用水量、水资源可利用量与GDP关联程度。结果表明：由于气候条件等因素差异，水资源可利用量差距较大，其中漯河市和周口市单位面积水资源可利用量较多；在研究年限内，各地市水资源可利用量与用水量匹配情况差异较大；在时间维度上，各地市用水量与GDP匹配程度较好，而在空间维度上，开封市匹配情况最差，漯河等城市较好；各地市水资源可利用量与GDP匹配情况存在明显的时空差异。
根据沙颍河流域河南段情况确定各地市水资源可利用量，基于数列的匹配度计算方法，对流域内10个地市2014—2018年水资源利用量与经济发展关系进行研究，分析各地市用水量、水资源可利用量与GDP关联程度。结果表明：由于气候条件等因素差异，水资源可利用量差距较大，其中漯河市和周口市单位面积水资源可利用量较多；在研究年限内，各地市水资源可利用量与用水量匹配情况差异较大；在时间维度上，各地市用水量与GDP匹配程度较好，而在空间维度上，开封市匹配情况最差，漯河等城市较好；各地市水资源可利用量与GDP匹配情况存在明显的时空差异。
2021, 19(3):496-510.
摘要:
In order to explore the climate change in the Dawen River basin,based on the data of six weather stations in the Dawen River basin from 1966 to 2017,MannKendall test and wavelet analysis were used to study the temperature and precipitation trends,mutations and cycles in the region.In addition,based on the three scenarios of RCP2.6,RCP4.5,and RCP8.5 under the CanESM2 model,SDSM was used to compare and analyze the future climate change of the Dawen River basin.The results revealed that:the annual mean temperature of the Dawen River basin had increased significantly since 1966 (p<0.01);in different scenarios,the spatial distribution of the projected maximum temperature,minimum temperature and precipitation will hardly change compared with that in history;the temperature and precipitation in the Dawen River basin will generally increase in the future.The rising trend of maximum and minimum temperature under the three scenarios is in the EP
In order to explore the climate change in the Dawen River basin,based on the data of six weather stations in the Dawen River basin from 1966 to 2017,MannKendall test and wavelet analysis were used to study the temperature and precipitation trends,mutations and cycles in the region.In addition,based on the three scenarios of RCP2.6,RCP4.5,and RCP8.5 under the CanESM2 model,SDSM was used to compare and analyze the future climate change of the Dawen River basin.The results revealed that:the annual mean temperature of the Dawen River basin had increased significantly since 1966 (p<0.01);in different scenarios,the spatial distribution of the projected maximum temperature,minimum temperature and precipitation will hardly change compared with that in history;the temperature and precipitation in the Dawen River basin will generally increase in the future.The rising trend of maximum and minimum temperature under the three scenarios is in the EP
2021, 19(3):511-519.
摘要:
基于黄河流域1979—2018年的ERAInterim再分析气候与水文数据，以及CMIP5中10个气候模式下3种典型排放情景（RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5）的全球气候变化数据，采用离散数据的处理方法，建立黄河流域贝叶斯网络模型，推断黄河流域近40余年来气候要素对径流的影响概率，预测黄河流域未来径流量。结果表明：1979—2018年黄河天然径流量呈减小趋势，基于贝叶斯网络分区间概率预测预报的径流量也呈减小趋势；黄河流域的不同区间（低、中、高）径流量对气候的敏感程度不同，但径流始终与降水相关性最高；在RCP2.6情景下，黄河流域未来20年、60年的径流量为585.50亿、588.57亿m3；在RCP4.5情景下，其值为585.42亿、587.53亿m3；在RCP8.5情景下，其值为593.50亿、585.11亿m3。
基于黄河流域1979—2018年的ERAInterim再分析气候与水文数据，以及CMIP5中10个气候模式下3种典型排放情景（RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5）的全球气候变化数据，采用离散数据的处理方法，建立黄河流域贝叶斯网络模型，推断黄河流域近40余年来气候要素对径流的影响概率，预测黄河流域未来径流量。结果表明：1979—2018年黄河天然径流量呈减小趋势，基于贝叶斯网络分区间概率预测预报的径流量也呈减小趋势；黄河流域的不同区间（低、中、高）径流量对气候的敏感程度不同，但径流始终与降水相关性最高；在RCP2.6情景下，黄河流域未来20年、60年的径流量为585.50亿、588.57亿m3；在RCP4.5情景下，其值为585.42亿、587.53亿m3；在RCP8.5情景下，其值为593.50亿、585.11亿m3。
2021, 19(3):520-527.
摘要:
地基全球定位系统（ground-based global positioning system,GPS）水汽探测是对探空的有效补充，利用青藏高原5个典型GPS和探空站点数据，基于姚宜斌模型分析GPS探测大气可降水量（precipitable water vapor,PWV）的精度及影响因素。结果表明：5个GPS站与临近探空站的探测精度相当，均方根误差在2~3 mm，反演结果可以用于分析代表区域的PWV；基于GPS反演PWV，零时刻(UTC0)探测精度优于十二时（UTC12）的值，冬季的探测精度优于夏季，可能受到地面温度和大气可降水量的影响。未来可以结合探空和GPS资料进行水汽反演，为青藏高原水汽条件和降水预报提供数据支撑。
地基全球定位系统（ground-based global positioning system,GPS）水汽探测是对探空的有效补充，利用青藏高原5个典型GPS和探空站点数据，基于姚宜斌模型分析GPS探测大气可降水量（precipitable water vapor,PWV）的精度及影响因素。结果表明：5个GPS站与临近探空站的探测精度相当，均方根误差在2~3 mm，反演结果可以用于分析代表区域的PWV；基于GPS反演PWV，零时刻(UTC0)探测精度优于十二时（UTC12）的值，冬季的探测精度优于夏季，可能受到地面温度和大气可降水量的影响。未来可以结合探空和GPS资料进行水汽反演，为青藏高原水汽条件和降水预报提供数据支撑。
2021, 19(3):528-538.
摘要:
为研究宁夏干旱时空变化特征，选取1960—2018年宁夏10个国家级气象站点的气象资料，使用标准降水指数（SPI）、干旱频率、干旱强度和气候倾向率等指标进行分析，结果表明：宁夏1960—2018年降雨呈现出逐年减少趋势，而温度呈现出增加趋势；宁夏干旱持续时间长且较为频繁，年尺度干旱均呈现出减少趋势，而季节尺度上，除北部引黄灌区的夏季、中部干旱带和南部山区的夏秋两季以外，其余各研究区各季皆呈增加趋势。明确宁夏的干旱时空变化特征对该区域的旱情评估、预警及制订抗旱减灾对策具有重要意义。
为研究宁夏干旱时空变化特征，选取1960—2018年宁夏10个国家级气象站点的气象资料，使用标准降水指数（SPI）、干旱频率、干旱强度和气候倾向率等指标进行分析，结果表明：宁夏1960—2018年降雨呈现出逐年减少趋势，而温度呈现出增加趋势；宁夏干旱持续时间长且较为频繁，年尺度干旱均呈现出减少趋势，而季节尺度上，除北部引黄灌区的夏季、中部干旱带和南部山区的夏秋两季以外，其余各研究区各季皆呈增加趋势。明确宁夏的干旱时空变化特征对该区域的旱情评估、预警及制订抗旱减灾对策具有重要意义。
2021, 19(3):539-550.
摘要:
基于MODIS(moderate resolution image spectroradiometer) NDVI(normalized difference vegetation index)数据、DEM数据、1∶100万中国植被类型图，运用MannKendall趋势及突变点检验法对2001—2018年雅鲁藏布江流域不同海拔梯度和植被类型的NDVI进行提取，分别在时间和空间尺度上分析其年际变化并探究流域NDVI变化与植被类型和气候因子的相关性。结果表明：全流域尺度、不同海拔梯度和不同植被类型近18年的NDVI年际变化均呈增长趋势且在2013年之后呈现明显的增长趋势。在空间尺度上， 80%的流域近18年来NDVI呈增长趋势，植被状况得到较好的改善；流域NDVI在海拔小于等于3 500 m时主要受针叶林和阔叶林的影响，大于3 500 m且小于等于5 000 m主要受灌丛、草原及草甸的影响，大于5 000 m受高山植被和草甸影响较大；流域植被的NDVI受降水和气温的影响较大，其中温度的影响略强于降水；气候变化对流域植被的影响具有滞后效应，在该条件下流域植被的NDVI与气候因子的相关系数由大到小为草原、草甸、灌丛、高山植被、针叶林、其他植被、阔叶林。若一种植被类型受气温的影响大于降水，其对气温变化的响应也会更为敏感；反之，若该植被类型受降水的影响大于气温，则会对降水变化的响应更为敏感。
基于MODIS(moderate resolution image spectroradiometer) NDVI(normalized difference vegetation index)数据、DEM数据、1∶100万中国植被类型图，运用MannKendall趋势及突变点检验法对2001—2018年雅鲁藏布江流域不同海拔梯度和植被类型的NDVI进行提取，分别在时间和空间尺度上分析其年际变化并探究流域NDVI变化与植被类型和气候因子的相关性。结果表明：全流域尺度、不同海拔梯度和不同植被类型近18年的NDVI年际变化均呈增长趋势且在2013年之后呈现明显的增长趋势。在空间尺度上， 80%的流域近18年来NDVI呈增长趋势，植被状况得到较好的改善；流域NDVI在海拔小于等于3 500 m时主要受针叶林和阔叶林的影响，大于3 500 m且小于等于5 000 m主要受灌丛、草原及草甸的影响，大于5 000 m受高山植被和草甸影响较大；流域植被的NDVI受降水和气温的影响较大，其中温度的影响略强于降水；气候变化对流域植被的影响具有滞后效应，在该条件下流域植被的NDVI与气候因子的相关系数由大到小为草原、草甸、灌丛、高山植被、针叶林、其他植被、阔叶林。若一种植被类型受气温的影响大于降水，其对气温变化的响应也会更为敏感；反之，若该植被类型受降水的影响大于气温，则会对降水变化的响应更为敏感。
2021, 19(3):551-560.
摘要:
为探究新疆昌吉市平原区地下水化学特征及质量时空分布规律，采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比值法、F值评分法和质量比对等方法对昌吉市平原区2016年42组及2011年9组地下水取样点检测数据进行分析。结果表明：昌吉市平原区潜水水化学类型主要有HCO3·SO4-Na·Ca型和HCO3·SO4-Na·Ca·Mg型，承压水水化学类型主要有HCO3-Na·Ca型和HCO3·SO4-Na·Ca型；研究区潜水水化学成分主要受蒸发浓缩和岩石风化共同作用的影响，承压水水化学成分主要受岩石风化作用的影响。通过2011年与2016年地下水原位点比对发现，潜水取样点中有3组质量不变、3组质量有所改善、2组质量劣化，承压水取样点1组无变化。影响地下水化学特征和质量时空分布的因素主要是自然因素和人为因素。
为探究新疆昌吉市平原区地下水化学特征及质量时空分布规律，采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比值法、F值评分法和质量比对等方法对昌吉市平原区2016年42组及2011年9组地下水取样点检测数据进行分析。结果表明：昌吉市平原区潜水水化学类型主要有HCO3·SO4-Na·Ca型和HCO3·SO4-Na·Ca·Mg型，承压水水化学类型主要有HCO3-Na·Ca型和HCO3·SO4-Na·Ca型；研究区潜水水化学成分主要受蒸发浓缩和岩石风化共同作用的影响，承压水水化学成分主要受岩石风化作用的影响。通过2011年与2016年地下水原位点比对发现，潜水取样点中有3组质量不变、3组质量有所改善、2组质量劣化，承压水取样点1组无变化。影响地下水化学特征和质量时空分布的因素主要是自然因素和人为因素。
2021, 19(3):561-571,589.
摘要:
为揭示准格尔煤田地区地下水循环特征，运用水化学技术、水汽轨迹模型和环境同位素等方法分析不同水体水化学特征、环境同位素特征、大气降水主要来源、地表水及地下水转化关系。结果表明：地表水矿化度低，呈弱碱偏碱性，水化学类型以HCO3·SO4·Cl-Ca型水为主；地下水整体矿化度低，偏弱碱性，主要以HCO3-Na·Ca型、Cl-Na型、HCO3-Ca·Mg型、HCO3·Cl-Na型水为主；黄河水δ(D)平均值为-79.6‰、δ(18.O)平均值为-10.47‰，第四系地下水δ(D)平均值为-66.25‰、δ(18.O)平均值为-9.1‰，白垩系地下水δ(D)值为-70.6‰、δ(18.O)值为-9.3‰，石炭-二叠系地下水δ(D)平均值为-77.07‰、δ(18.O)平均值为-9.9‰，寒武-奥陶系地下水δ(D)平均值为-7573‰、δ(18.O)平均值为-10.06‰；大气降水受极地气团和季风影响，主要来源为西风带水汽、地表水和地下水水汽蒸发再循环；断层带、褶皱轴部裂隙带为不同含水层间主要导水通道，大气降水和黄河为地下水主要补给来源；高承压水头寒武奥陶系岩溶裂隙水越流补给第四系松散孔隙水和砂岩裂隙水，第四系松散孔隙水通过地层间不整合接触面裂隙发育带向下补给石炭-二叠系砂岩裂隙水，黄河水对寒武-奥陶系地下水的补给比例受地质构造发育的影响较大。
为揭示准格尔煤田地区地下水循环特征，运用水化学技术、水汽轨迹模型和环境同位素等方法分析不同水体水化学特征、环境同位素特征、大气降水主要来源、地表水及地下水转化关系。结果表明：地表水矿化度低，呈弱碱偏碱性，水化学类型以HCO3·SO4·Cl-Ca型水为主；地下水整体矿化度低，偏弱碱性，主要以HCO3-Na·Ca型、Cl-Na型、HCO3-Ca·Mg型、HCO3·Cl-Na型水为主；黄河水δ(D)平均值为-79.6‰、δ(18.O)平均值为-10.47‰，第四系地下水δ(D)平均值为-66.25‰、δ(18.O)平均值为-9.1‰，白垩系地下水δ(D)值为-70.6‰、δ(18.O)值为-9.3‰，石炭-二叠系地下水δ(D)平均值为-77.07‰、δ(18.O)平均值为-9.9‰，寒武-奥陶系地下水δ(D)平均值为-7573‰、δ(18.O)平均值为-10.06‰；大气降水受极地气团和季风影响，主要来源为西风带水汽、地表水和地下水水汽蒸发再循环；断层带、褶皱轴部裂隙带为不同含水层间主要导水通道，大气降水和黄河为地下水主要补给来源；高承压水头寒武奥陶系岩溶裂隙水越流补给第四系松散孔隙水和砂岩裂隙水，第四系松散孔隙水通过地层间不整合接触面裂隙发育带向下补给石炭-二叠系砂岩裂隙水，黄河水对寒武-奥陶系地下水的补给比例受地质构造发育的影响较大。
2021, 19(3):572-580,605.
摘要:
为探明南水北调东线工程山东段输水期硫酸盐污染的来源，对南四湖及其周边河流的水化学基本性质进行测定，并结合硫、氧同位素技术，分析南四湖和其入湖河流的水化学以及硫酸盐质量浓度分布特征，计算南四湖各直接来源的贡献率并示踪南四湖流域硫酸盐的根本来源。研究结果表明：南四湖及其周边入湖河流水化学类型与地下水化学类型不同,南四湖SO42-质量浓度自南向北逐渐增高，甚至南阳湖(NE)达到631.50 mg/L；蒸发岩溶解硫酸盐对南四湖贡献率最大，达52.18%,南阳湖硫酸盐直接来源主要是入湖河流携带，来自江苏的调水对南四湖硫酸盐贡献率仅5.34%；南四湖周边入湖河道硫酸盐来源各有不同，主要是污水和蒸发岩溶解。
为探明南水北调东线工程山东段输水期硫酸盐污染的来源，对南四湖及其周边河流的水化学基本性质进行测定，并结合硫、氧同位素技术，分析南四湖和其入湖河流的水化学以及硫酸盐质量浓度分布特征，计算南四湖各直接来源的贡献率并示踪南四湖流域硫酸盐的根本来源。研究结果表明：南四湖及其周边入湖河流水化学类型与地下水化学类型不同,南四湖SO42-质量浓度自南向北逐渐增高，甚至南阳湖(NE)达到631.50 mg/L；蒸发岩溶解硫酸盐对南四湖贡献率最大，达52.18%,南阳湖硫酸盐直接来源主要是入湖河流携带，来自江苏的调水对南四湖硫酸盐贡献率仅5.34%；南四湖周边入湖河道硫酸盐来源各有不同，主要是污水和蒸发岩溶解。
2021, 19(3):581-589.
摘要:
以向家坝水电站过机泥沙为研究对象，采用激光粒度仪分析过机泥沙粒径级配的体积百分比，运用多重分形理论对粒径分布的特征规律进行研究。结果表明：过机泥沙粒径具有良好的多重分形特性，结合多重分形理论，粒径分布整体平均上的不均匀大小为D1（B2）＞D1（C1）＞D1（C2）＞D1（A2）＞D1（B1）＞D1（A1）＞D1（D2）＞D1（D1）；[JP2]存在某一阈值q，使得当q≥5时，最大子集粒径分布的不均匀大小为D≥5(B2)＞D≥5(B1)＞D≥5(D2)＞D≥5(C2)＞D≥5(A2)＞D≥5(C1)＞D≥5(A1)＞D≥5(D1)，当q≤-7时，最小子集粒径分布的不均匀大小为D≤-7(C1)＞D≤-7(B2)＞D≤-7(A1)＞D≤-7(D1)＞D≤-7(C2)＞D≤-7(A2)＞D≤-7(D2)＞D≤-7(B1)（其中A1、B1、C1、D1为左岸机组过机泥沙样品编号，A2、B2、C2、D2为右岸机组过机泥沙样品编号）；多重分形奇异谱谱宽Δα应分为最小子集和最大子集奇异谱谱宽Δα1和Δα2分别计算；结合广义维数谱和多重分形奇异谱，关于粒径分布在局部上的不均匀程度，两者的结论是相同的；结合相关性分析，泥沙细化和最大子集分布不均匀大小呈现良好的负相关性，而泥沙细化和最小子集分布不均匀大小无关。
以向家坝水电站过机泥沙为研究对象，采用激光粒度仪分析过机泥沙粒径级配的体积百分比，运用多重分形理论对粒径分布的特征规律进行研究。结果表明：过机泥沙粒径具有良好的多重分形特性，结合多重分形理论，粒径分布整体平均上的不均匀大小为D1（B2）＞D1（C1）＞D1（C2）＞D1（A2）＞D1（B1）＞D1（A1）＞D1（D2）＞D1（D1）；[JP2]存在某一阈值q，使得当q≥5时，最大子集粒径分布的不均匀大小为D≥5(B2)＞D≥5(B1)＞D≥5(D2)＞D≥5(C2)＞D≥5(A2)＞D≥5(C1)＞D≥5(A1)＞D≥5(D1)，当q≤-7时，最小子集粒径分布的不均匀大小为D≤-7(C1)＞D≤-7(B2)＞D≤-7(A1)＞D≤-7(D1)＞D≤-7(C2)＞D≤-7(A2)＞D≤-7(D2)＞D≤-7(B1)（其中A1、B1、C1、D1为左岸机组过机泥沙样品编号，A2、B2、C2、D2为右岸机组过机泥沙样品编号）；多重分形奇异谱谱宽Δα应分为最小子集和最大子集奇异谱谱宽Δα1和Δα2分别计算；结合广义维数谱和多重分形奇异谱，关于粒径分布在局部上的不均匀程度，两者的结论是相同的；结合相关性分析，泥沙细化和最大子集分布不均匀大小呈现良好的负相关性，而泥沙细化和最小子集分布不均匀大小无关。
2021, 19(3):590-597.
摘要:
为实现引江济淮工程（安徽段）江水北送段的高效运行，以引江济淮工程江水北送段输水系统为研究对象，采用基于遗传算法构建的梯级泵站扬程优化分配模型，开展串联梯级泵站扬程优化分配研究。分别对设计和非设计工况下江水北送段输水系统的运行方案进行分析计算。计算结果表明：设计工况下优化后分配方案总效率较设计现状方案提高2.86%,说明模型优化后的方案可进一步提高梯级泵站的输水效率，为实现串联泵站输水系统科学、合理调度提供很好的科学支撑。
为实现引江济淮工程（安徽段）江水北送段的高效运行，以引江济淮工程江水北送段输水系统为研究对象，采用基于遗传算法构建的梯级泵站扬程优化分配模型，开展串联梯级泵站扬程优化分配研究。分别对设计和非设计工况下江水北送段输水系统的运行方案进行分析计算。计算结果表明：设计工况下优化后分配方案总效率较设计现状方案提高2.86%,说明模型优化后的方案可进一步提高梯级泵站的输水效率，为实现串联泵站输水系统科学、合理调度提供很好的科学支撑。
2021, 19(3):598-605.
摘要:
基于水库实时防洪调度的操作流程，以最大化实时调洪库容为准则，提出腾库预泄段、过渡维持段、削峰蓄洪段、安全消落段、期末消落段等5阶段划分原则；以最大削峰准则为目标，构建各分段优化出库过程的确定方法，形成低调节性能水库防洪优化调度改进分段试算法。以富春江水库为对象，开展改进分段试算法模拟调度并与原分段试算法进行对比，实例结果表明：改进分段试算法与原分段试算法相比优势明显，克服了原方法调洪计算中频繁突破库容、泄流能力上下限的问题，算法稳定性能良好；减少了闸门操作频次，增强了优化调度方案的可操作性；削峰效果更加显著，同等条件下削峰率提升13.3%。
基于水库实时防洪调度的操作流程，以最大化实时调洪库容为准则，提出腾库预泄段、过渡维持段、削峰蓄洪段、安全消落段、期末消落段等5阶段划分原则；以最大削峰准则为目标，构建各分段优化出库过程的确定方法，形成低调节性能水库防洪优化调度改进分段试算法。以富春江水库为对象，开展改进分段试算法模拟调度并与原分段试算法进行对比，实例结果表明：改进分段试算法与原分段试算法相比优势明显，克服了原方法调洪计算中频繁突破库容、泄流能力上下限的问题，算法稳定性能良好；减少了闸门操作频次，增强了优化调度方案的可操作性；削峰效果更加显著，同等条件下削峰率提升13.3%。
20 沙波形态对波浪要素的响应
2021, 19(3):606-613,624.
摘要:
针对波浪作用下沙质底床上普遍存在的沙波现象，从沙波尺度角度出发，采用1957—2018年共385组野外实测资料和水槽试验资料进行拟合分析，得到基于近底波浪水质点运动强度的沙波波高、沙波波长计算公式。结果表明：与Ni81规则波、Ni81不规则波、VR89和GK04等4种典型模型对比，新的沙波波高和沙波波长计算公式具有更高的计算精度且表达形式上更具一般性；利用该沙波形态计算公式可改进床面粗糙度的计算方法，当应用于波浪底摩阻系数的求解时计算结果与实测数据较为吻合，即沙波形态对底边界层有效粗糙度的影响显著；新的沙波波高和沙波波长计算公式可较好地应用于波浪底摩阻系数的计算。
针对波浪作用下沙质底床上普遍存在的沙波现象，从沙波尺度角度出发，采用1957—2018年共385组野外实测资料和水槽试验资料进行拟合分析，得到基于近底波浪水质点运动强度的沙波波高、沙波波长计算公式。结果表明：与Ni81规则波、Ni81不规则波、VR89和GK04等4种典型模型对比，新的沙波波高和沙波波长计算公式具有更高的计算精度且表达形式上更具一般性；利用该沙波形态计算公式可改进床面粗糙度的计算方法，当应用于波浪底摩阻系数的求解时计算结果与实测数据较为吻合，即沙波形态对底边界层有效粗糙度的影响显著；新的沙波波高和沙波波长计算公式可较好地应用于波浪底摩阻系数的计算。
2021, 19(3):614-624.
摘要:
针对基于河岸带生态韧性的防洪堤高程优化过程中存在的不确定性问题，建立一个区间混合整数随机鲁棒优化模型（IMISRO）。该模型不仅能够通过防洪堤高程的优化设计来达到调控河岸带应对洪水的生态韧性的目的，还可以处理防洪堤高程优化设计中以概率分布函数和区间值形式存在的包括洪峰水位、经济成本等参数的不确定性。同时，决策者可以通过在模型中设置不同的风险参数对系统稳定性与经济性进行权衡。将所开发的IMISRO模型应用于城市河道两岸的3个规划区域，在不同的洪峰水位及河岸带生态韧性条件下可得出最优的防洪工程设计。该案例验证了模型能够为决策者提供考虑河岸带生态韧性的防洪优化策略，可为气候变化条件下城市防洪堤安全策略的研究提供借鉴。
针对基于河岸带生态韧性的防洪堤高程优化过程中存在的不确定性问题，建立一个区间混合整数随机鲁棒优化模型（IMISRO）。该模型不仅能够通过防洪堤高程的优化设计来达到调控河岸带应对洪水的生态韧性的目的，还可以处理防洪堤高程优化设计中以概率分布函数和区间值形式存在的包括洪峰水位、经济成本等参数的不确定性。同时，决策者可以通过在模型中设置不同的风险参数对系统稳定性与经济性进行权衡。将所开发的IMISRO模型应用于城市河道两岸的3个规划区域，在不同的洪峰水位及河岸带生态韧性条件下可得出最优的防洪工程设计。该案例验证了模型能够为决策者提供考虑河岸带生态韧性的防洪优化策略，可为气候变化条件下城市防洪堤安全策略的研究提供借鉴。
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