南水北调与水利科技（中英文）
2023年第2期文章目次
2023(2):209-217.
摘要:
从地表水、地下水和用水总量 3 个方面对我国水资源承载状况（不超载、临界超载和超载）进行评价，以地 表水、地下水和用水总量承载状况的最差评价结果作为综合评价结果。在此基础上分析城市群、经济区、能源基 地和粮食主产区的水资源承载力，最终提出分区管控对策。结果表明：水资源超载区和临界超载区涉及全国 53% 的国土面积、近 60% 的人口和 GDP，水资源量仅占全国的 28%；地表水超载与临界超载单元有 151 个，主要分布 在海河、辽河、黄河中下游支流、淮河中游水系、西北内陆河局部河段；地下水超载与临界单元有 107 个，超采的 地下水主要用于农业灌溉和城市发展。重要城市群、经济区、能源基地几乎全部分布在水资源超载或临界超载 地区，17 个粮食主产区中有 14 个在水资源超载和临界超载地区。基于水资源承载能力分析结果，提出超载区“补 水”，临界区“控水”，不超载区“保水”的分区管控对策。
从地表水、地下水和用水总量 3 个方面对我国水资源承载状况（不超载、临界超载和超载）进行评价，以地 表水、地下水和用水总量承载状况的最差评价结果作为综合评价结果。在此基础上分析城市群、经济区、能源基 地和粮食主产区的水资源承载力，最终提出分区管控对策。结果表明：水资源超载区和临界超载区涉及全国 53% 的国土面积、近 60% 的人口和 GDP，水资源量仅占全国的 28%；地表水超载与临界超载单元有 151 个，主要分布 在海河、辽河、黄河中下游支流、淮河中游水系、西北内陆河局部河段；地下水超载与临界单元有 107 个，超采的 地下水主要用于农业灌溉和城市发展。重要城市群、经济区、能源基地几乎全部分布在水资源超载或临界超载 地区，17 个粮食主产区中有 14 个在水资源超载和临界超载地区。基于水资源承载能力分析结果，提出超载区“补 水”，临界区“控水”，不超载区“保水”的分区管控对策。
2023(2):218-232.
摘要:
针对京津冀地区水资源、经济社会和生态环境系统未来可能面临的失衡失稳问题，构建水-经济-生态系统 动力学模拟模型，设置开源节流、发展经济、保护环境等 5 种情景方案，预测京津冀地区水资源、经济社会和生态 环境系统指标发展趋势，运用耦合协调度模型模拟京津冀地区 2020—2035 年不同情景下耦合协调发展趋势。结 果表明：2020—2035 年 5 种情景下北京、天津和河北水-经济-生态系统耦合协调度均呈上升趋势，其中延续现状 型耦合协调度均最低，开源节流型、发展经济型和保护环境型次之，综合协调型均最高。说明在维持现状发展条 件下，京津冀水-经济-生态系统耦合协调发展程度略有增加但变化较小，只有在节约用水和发展经济的同时充分 考虑环境保护才能促进区域协调发展；2035 年延续现状情景下北京、天津和河北耦合协调发展水平均属于中级 耦合协调型，综合协调情景下北京和天津耦合协调发展属于良好耦合协调型，河北省经济发展相对滞后导致耦合 协调发展缓慢，仍属于中级耦合协调型，未来应注重京津冀一体化发展。研究可为京津冀地区协调可持续发展提 供参考依据。
针对京津冀地区水资源、经济社会和生态环境系统未来可能面临的失衡失稳问题，构建水-经济-生态系统 动力学模拟模型，设置开源节流、发展经济、保护环境等 5 种情景方案，预测京津冀地区水资源、经济社会和生态 环境系统指标发展趋势，运用耦合协调度模型模拟京津冀地区 2020—2035 年不同情景下耦合协调发展趋势。结 果表明：2020—2035 年 5 种情景下北京、天津和河北水-经济-生态系统耦合协调度均呈上升趋势，其中延续现状 型耦合协调度均最低，开源节流型、发展经济型和保护环境型次之，综合协调型均最高。说明在维持现状发展条 件下，京津冀水-经济-生态系统耦合协调发展程度略有增加但变化较小，只有在节约用水和发展经济的同时充分 考虑环境保护才能促进区域协调发展；2035 年延续现状情景下北京、天津和河北耦合协调发展水平均属于中级 耦合协调型，综合协调情景下北京和天津耦合协调发展属于良好耦合协调型，河北省经济发展相对滞后导致耦合 协调发展缓慢，仍属于中级耦合协调型，未来应注重京津冀一体化发展。研究可为京津冀地区协调可持续发展提 供参考依据。
2023(2):233-247.
摘要:
为解决 SWAT?(soil?and?water?assessment?tool) 模型在复杂情形下的参数不确定性分析问题，引入参数不确定 性分析平台 UQ-PyL(Uncertainty?Quantification?Python?Laboratory)，开发 UQ-PyL 与 SWAT 模型的耦合模块，使得 UQ-PyL 中的各种算法能够方便快捷地应用于 SWAT 模型的参数不确定性分析。为验证 UQ-PyL 用于 SWAT 模 型参数不确定性分析的效果，在我国不同气候条件下的 4 个流域构建 SWAT 模型，综合对比评估 UQ-PyL 与 SWAT-CUP 对模型参数的不确定性分析结果。结果表明：UQ-PyL 多种敏感性分析方法筛选出的敏感参数比 SWAT-CUP 单一方法筛选的结果更加合理；使用 UQ-PyL 率定的参数在 4 个流域应用中都表现良好，优化后模拟 结果的纳什效率系数均在 0.55 以上，收敛次数在 550 次以内；在 4 个流域的模拟中，UQ-PyL 能提供计算效率更高 的算法 ASMO，也能提供模拟结果更准确的算法 SCE。综上，与 SWAT 模型相耦合的 UQ-PyL 能够支持 SWAT 模 型用户在不同系统下对模型参数进行更高效的不确定性分析研究。
为解决 SWAT?(soil?and?water?assessment?tool) 模型在复杂情形下的参数不确定性分析问题，引入参数不确定 性分析平台 UQ-PyL(Uncertainty?Quantification?Python?Laboratory)，开发 UQ-PyL 与 SWAT 模型的耦合模块，使得 UQ-PyL 中的各种算法能够方便快捷地应用于 SWAT 模型的参数不确定性分析。为验证 UQ-PyL 用于 SWAT 模 型参数不确定性分析的效果，在我国不同气候条件下的 4 个流域构建 SWAT 模型，综合对比评估 UQ-PyL 与 SWAT-CUP 对模型参数的不确定性分析结果。结果表明：UQ-PyL 多种敏感性分析方法筛选出的敏感参数比 SWAT-CUP 单一方法筛选的结果更加合理；使用 UQ-PyL 率定的参数在 4 个流域应用中都表现良好，优化后模拟 结果的纳什效率系数均在 0.55 以上，收敛次数在 550 次以内；在 4 个流域的模拟中，UQ-PyL 能提供计算效率更高 的算法 ASMO，也能提供模拟结果更准确的算法 SCE。综上，与 SWAT 模型相耦合的 UQ-PyL 能够支持 SWAT 模 型用户在不同系统下对模型参数进行更高效的不确定性分析研究。
2023(2):248-257.
摘要:
基于金沙江流域近 60?a 的降雨和径流资料，采用水量平衡法对天然径流量进行还原，利用 Mann-Kendall 法 及小波分析方法研究流域降雨量及天然径流量的变化趋势、周期及可能突变的年份，分析天然径流的变化原因， 构建天然径流量与降雨量及归一化植被指数的相关关系式。结果表明：金沙江流域降雨量和天然径流量总体呈 周期性变化，主周期均为 28?a，与此同时降雨量和径流量均呈增加趋势，降雨量每 10?a 相对增长幅度约 1.28%，天 然径流量每 10?a 相对增长幅度约 0.57%；造成两者相对变幅差异较大的原因源于流域植被覆盖面积的增加；考虑 降雨及植被的综合影响，建立的天然径流与两者共同作用下的方程相关系数为0.940，其关系式为R=0.017?7P 1.691/N ?0.923。 研究成果可为金沙江流域水电开发和综合治理提供决策参考。
基于金沙江流域近 60?a 的降雨和径流资料，采用水量平衡法对天然径流量进行还原，利用 Mann-Kendall 法 及小波分析方法研究流域降雨量及天然径流量的变化趋势、周期及可能突变的年份，分析天然径流的变化原因， 构建天然径流量与降雨量及归一化植被指数的相关关系式。结果表明：金沙江流域降雨量和天然径流量总体呈 周期性变化，主周期均为 28?a，与此同时降雨量和径流量均呈增加趋势，降雨量每 10?a 相对增长幅度约 1.28%，天 然径流量每 10?a 相对增长幅度约 0.57%；造成两者相对变幅差异较大的原因源于流域植被覆盖面积的增加；考虑 降雨及植被的综合影响，建立的天然径流与两者共同作用下的方程相关系数为0.940，其关系式为R=0.017?7P 1.691/N ?0.923。 研究成果可为金沙江流域水电开发和综合治理提供决策参考。
2023(2):258-266.
摘要:
针对洪泽湖水量利用与生态水位维持这一矛盾开展多目标水量调度决策方法研究，构建贴近适宜生态水位 （生态效益）、缺水率最小、引水量最小、入湖水量改变度最小等目标的多目标调度模型，考虑生态效益目标与水 资源利用目标的不可共度性及决策者偏好模糊性特征，采用多目标模糊决策法从非劣解集中筛选最适宜调度方 案。结果表明：多目标模型解集反映生态效益和经济社会效益的置换关系，贴近适宜生态水位的调控方式在一定 程度上降低洪泽湖调蓄能力，与水资源利用形成矛盾关系；模糊决策法筛选的均衡调度策略可以有效反映决策者 的偏好情况，并提供适用于不同情景的优化调度方式；生态目标优先方案通过减少供水、增加引水量、调节入湖 水量等方式有效补充生态用水，可将生态水位偏离差降低至 0.30?m，可为生态优先原则下的适宜调度策略制定提 供参考。
针对洪泽湖水量利用与生态水位维持这一矛盾开展多目标水量调度决策方法研究，构建贴近适宜生态水位 （生态效益）、缺水率最小、引水量最小、入湖水量改变度最小等目标的多目标调度模型，考虑生态效益目标与水 资源利用目标的不可共度性及决策者偏好模糊性特征，采用多目标模糊决策法从非劣解集中筛选最适宜调度方 案。结果表明：多目标模型解集反映生态效益和经济社会效益的置换关系，贴近适宜生态水位的调控方式在一定 程度上降低洪泽湖调蓄能力，与水资源利用形成矛盾关系；模糊决策法筛选的均衡调度策略可以有效反映决策者 的偏好情况，并提供适用于不同情景的优化调度方式；生态目标优先方案通过减少供水、增加引水量、调节入湖 水量等方式有效补充生态用水，可将生态水位偏离差降低至 0.30?m，可为生态优先原则下的适宜调度策略制定提 供参考。
2023(2):267-275.
摘要:
为丰富水生态承载力研究方法，将加权 Bonferroni 算子（weighted?Bonferroni?mean，WBM）应用于水生态承载 力评价研究，构建相应的 WBM 评价模型。通过建立水生态承载力评价指标体系，运用层次分析法和改进熵权法 确定指标权重，再利用 WBM 评价模型进行承载力评价，并将其与广泛应用的 TOPSIS 模型评价结果进行对比，以 太原市为例对方法的可靠性进行验证，进一步采用障碍度模型识别影响水生态承载力的关键障碍因素。结果表 明：太原市 2009—2020 年水生态承载力状态于临界承载上下波动，整体变化趋势不显著，近年来呈良好态势发展； 水资源、水生态子系统承载状态波动较大；通过与 TOPSIS 模型对比，该评价模型评价结果较为一致，表明 WBM 模型适用于水生态承载力综合评价；制约该地区的障碍因素主要集中在水资源子系统。
为丰富水生态承载力研究方法，将加权 Bonferroni 算子（weighted?Bonferroni?mean，WBM）应用于水生态承载 力评价研究，构建相应的 WBM 评价模型。通过建立水生态承载力评价指标体系，运用层次分析法和改进熵权法 确定指标权重，再利用 WBM 评价模型进行承载力评价，并将其与广泛应用的 TOPSIS 模型评价结果进行对比，以 太原市为例对方法的可靠性进行验证，进一步采用障碍度模型识别影响水生态承载力的关键障碍因素。结果表 明：太原市 2009—2020 年水生态承载力状态于临界承载上下波动，整体变化趋势不显著，近年来呈良好态势发展； 水资源、水生态子系统承载状态波动较大；通过与 TOPSIS 模型对比，该评价模型评价结果较为一致，表明 WBM 模型适用于水生态承载力综合评价；制约该地区的障碍因素主要集中在水资源子系统。
2023(2):276-288.
摘要:
以优化京津冀地区工业适水发展为目标，在深化解析工业适水发展概念和内涵的基础上，构建工业适水发 展评价指标体系及评价模型，剖析水资源与工业发展布局的协调程度，探究工业适水发展的时空变化特征及其障 碍因素。结果表明：京津冀地区的复合系统综合评价指数呈现出以京津为核心空间分布格局；水资源系统发展水 平较高且呈波动增长趋势，但增幅小于工业发展系统。2008—2018 年，京津冀地区由濒临不适水逐渐演变为初级 适水发展状态；工业适水发展水平呈现出以京津为核心的“中部高、四周低”的分布特征。京津冀地区工业适水 发展主要受到人均水资源量、工业增加值、工业增加值比重和工业废水排放强度等因素的影响。研究结果可为 优化京津冀地区工业发展布局、促进水资源与工业的协调可持续发展提供参考。
以优化京津冀地区工业适水发展为目标，在深化解析工业适水发展概念和内涵的基础上，构建工业适水发 展评价指标体系及评价模型，剖析水资源与工业发展布局的协调程度，探究工业适水发展的时空变化特征及其障 碍因素。结果表明：京津冀地区的复合系统综合评价指数呈现出以京津为核心空间分布格局；水资源系统发展水 平较高且呈波动增长趋势，但增幅小于工业发展系统。2008—2018 年，京津冀地区由濒临不适水逐渐演变为初级 适水发展状态；工业适水发展水平呈现出以京津为核心的“中部高、四周低”的分布特征。京津冀地区工业适水 发展主要受到人均水资源量、工业增加值、工业增加值比重和工业废水排放强度等因素的影响。研究结果可为 优化京津冀地区工业发展布局、促进水资源与工业的协调可持续发展提供参考。
2023(2):289-300.
摘要:
为评估不同优化方法在分布式水文模型参数率定中的效率和效果，分别使用基于代理模型的多目标优化方 法 (multi-objective?adaptive?surrogate?modeling-based?optimization，MO-ASMO)、NSGA-Ⅱ和 SCE-UA 对 SWAT 模型 进行参数率定。基于四湖流域 2008—2021 年的实测流量数据以及高程、土地利用、土壤类型等数据，构建 SWAT 模型，并针对 3 种不同优化方法的参数率定结果，采用相对误差百分比（PBIAS）、Nash-Sutcliffe 效率系数 （ENS）、均方根误差（ERMS）和 Kling-Gupta 效率指标（EKG）4 种评价指标对比不同优化算法的优化效果，此外还创新 性地量化不同统计指标的不确定性，以更全面地评估不同算法优化结果的稳健性与可靠性。结果表明，与单目标 优化方法 SCE-UA 相比，多目标优化方法的参数率定结果表现出更好的可靠性和稳健性，在多目标优化方法中， MO-ASMO 方法能以显著更少的模型运行次数达到与 NSGA-Ⅱ相似的优化效果。
为评估不同优化方法在分布式水文模型参数率定中的效率和效果，分别使用基于代理模型的多目标优化方 法 (multi-objective?adaptive?surrogate?modeling-based?optimization，MO-ASMO)、NSGA-Ⅱ和 SCE-UA 对 SWAT 模型 进行参数率定。基于四湖流域 2008—2021 年的实测流量数据以及高程、土地利用、土壤类型等数据，构建 SWAT 模型，并针对 3 种不同优化方法的参数率定结果，采用相对误差百分比（PBIAS）、Nash-Sutcliffe 效率系数 （ENS）、均方根误差（ERMS）和 Kling-Gupta 效率指标（EKG）4 种评价指标对比不同优化算法的优化效果，此外还创新 性地量化不同统计指标的不确定性，以更全面地评估不同算法优化结果的稳健性与可靠性。结果表明，与单目标 优化方法 SCE-UA 相比，多目标优化方法的参数率定结果表现出更好的可靠性和稳健性，在多目标优化方法中， MO-ASMO 方法能以显著更少的模型运行次数达到与 NSGA-Ⅱ相似的优化效果。
2023(2):301-312.
摘要:
以北大港水库为研究区，通过野外实地采样和批试验相结合的方法，对滨海水库库水和沉积物混合后盐分 和各主要离子指标的变化规律进行分析，探究库水和沉积物之间的水文地球化学作用，揭示水库咸化机理。结果 表明：库水和沉积物在混合条件下，沉积物中的盐分会释放到库水中，各水化学指标能够快速地达到平衡；各采样 点溶解性总固体（TDS）均先快速增加，而后盐分释放达到平衡，平衡后 TDS 释放量整体呈现出水库下游采样点> 水库上游采样点的规律；Na +和 Cl ?是库水和沉积物水文地球化学作用过程中发生变化的主要离子，Na +、Cl ?最大释 放量分别为 7?597.25?mg/kg 和 11?097.00?mg/kg。在库水和沉积物相互作用中各采样点的 Na +、K +、Mg 2+、Ca 2+和 SO4 2?发生着不同程度的增加或减少，Cl ?均有所升高，HCO3 ?略有降低；除 HCO3 ?和 Ca 2+外，其他离子的变化均呈现 水库下游采样点>水库上游采样点的规律。
以北大港水库为研究区，通过野外实地采样和批试验相结合的方法，对滨海水库库水和沉积物混合后盐分 和各主要离子指标的变化规律进行分析，探究库水和沉积物之间的水文地球化学作用，揭示水库咸化机理。结果 表明：库水和沉积物在混合条件下，沉积物中的盐分会释放到库水中，各水化学指标能够快速地达到平衡；各采样 点溶解性总固体（TDS）均先快速增加，而后盐分释放达到平衡，平衡后 TDS 释放量整体呈现出水库下游采样点> 水库上游采样点的规律；Na +和 Cl ?是库水和沉积物水文地球化学作用过程中发生变化的主要离子，Na +、Cl ?最大释 放量分别为 7?597.25?mg/kg 和 11?097.00?mg/kg。在库水和沉积物相互作用中各采样点的 Na +、K +、Mg 2+、Ca 2+和 SO4 2?发生着不同程度的增加或减少，Cl ?均有所升高，HCO3 ?略有降低；除 HCO3 ?和 Ca 2+外，其他离子的变化均呈现 水库下游采样点>水库上游采样点的规律。
2023(2):313-323.
摘要:
为探究未来气候变化对流域生态需水量的影响，保障河流生态需水量，针对好溪流域进行生态需水量计算 及预测。基于好溪流域气象数据及下垫面条件建立流域生态需水模型，并根据 GF1-WFV 遥感影像数据订正后的 地表反射率和作物种植结构提升模型模拟精度。选择 CanESM2气候模式下的 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 这 3 种 排放情景，建立气候变化背景下流域生态需水预测方法，计算现状年并预测未来年份的生态需水量及生态需水保 障程度。结果表明，基于光学遥感影像进行数据订正后，模型模拟精度有所提升，率定期的模型精度 R2从 0.80 提 升为 0.85，验证期的 R2从 0.75 提升至 0.78。应用提升精度后的模型进行生态需水预测，在 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 情景下，2025—2100 年的年均生态需水分别增加了 0.27 亿、0.21 亿和 0.29 亿 m3，其中 RCP8.5 情景下生态 需水保障程度最高，RCP4.5 情景下生态需水保障程度最低。
为探究未来气候变化对流域生态需水量的影响，保障河流生态需水量，针对好溪流域进行生态需水量计算 及预测。基于好溪流域气象数据及下垫面条件建立流域生态需水模型，并根据 GF1-WFV 遥感影像数据订正后的 地表反射率和作物种植结构提升模型模拟精度。选择 CanESM2气候模式下的 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 这 3 种 排放情景，建立气候变化背景下流域生态需水预测方法，计算现状年并预测未来年份的生态需水量及生态需水保 障程度。结果表明，基于光学遥感影像进行数据订正后，模型模拟精度有所提升，率定期的模型精度 R2从 0.80 提 升为 0.85，验证期的 R2从 0.75 提升至 0.78。应用提升精度后的模型进行生态需水预测，在 RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5 情景下，2025—2100 年的年均生态需水分别增加了 0.27 亿、0.21 亿和 0.29 亿 m3，其中 RCP8.5 情景下生态 需水保障程度最高，RCP4.5 情景下生态需水保障程度最低。
2023(2):324-331.
摘要:
创建基于长短期记忆模型的藻类防控调度方法，可提高藻类的模拟精度，提升水库调度效益。以汉江中下 游藻类及丹江口水库为研究对象，构建包括经济和生态目标函数的藻类防控调度模型，采用水体综合营养指数和 浮游植物密度的长短期记忆模型建立生态目标函数，最后采用布谷鸟优化算法求解。结果显示：基于长短期记忆 模型的综合营养指数和浮游植物密度模拟模型的模拟值与实测值在 0.01 水平相关性显著，藻类模拟效果良好；与 常规调度相比，提出的藻类防控调度方案多年平均供水量可提高 0.45%，多年平均发电量可提高 1.06%，浮游植物 平均密度降低 1.57%，在有效控制汉江中下游藻类的同时，可进一步提升丹江口水库调度综合效益。研究成果可 以为河流藻类防控提供技术支撑。
创建基于长短期记忆模型的藻类防控调度方法，可提高藻类的模拟精度，提升水库调度效益。以汉江中下 游藻类及丹江口水库为研究对象，构建包括经济和生态目标函数的藻类防控调度模型，采用水体综合营养指数和 浮游植物密度的长短期记忆模型建立生态目标函数，最后采用布谷鸟优化算法求解。结果显示：基于长短期记忆 模型的综合营养指数和浮游植物密度模拟模型的模拟值与实测值在 0.01 水平相关性显著，藻类模拟效果良好；与 常规调度相比，提出的藻类防控调度方案多年平均供水量可提高 0.45%，多年平均发电量可提高 1.06%，浮游植物 平均密度降低 1.57%，在有效控制汉江中下游藻类的同时，可进一步提升丹江口水库调度综合效益。研究成果可 以为河流藻类防控提供技术支撑。
2023(2):332-341.
摘要:
以黄土高原的典型工业污染河流北洛河为研究对象，测定其干支流 17 个采样点沉积物中的 8 种重金属（Hg、 As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn）质量分数，结合描述性统计结果对重金属的空间分布特征进行分析。进一步利用地 累积指数法、内梅罗综合污染指数法和潜在生态风险指数法分析重金属的污染程度与生态风险，利用 PMF 模型 和相关性分析进行来源解析。结果表明：北洛河上游沉积物中重金属的平均质量分数高于中下游，As、Cd 和 Zn 的均值分别为背景值的 1.26、1.28 和 1.41 倍，Zn、Hg、Cd、Pb、As 和 Cu 的变异系数大于 30%，为高度变异水平。 地累积指数法与内梅罗综合污染指数法显示，北洛河上游 B1处和下游 B13处沉积物中重金属污染处于中高水平； 潜在生态风险指数法显示，单一元素污染危害程度依次为 Cd?>?Hg?>?As?>?Cu?>?Ni?>?Pb?>?Zn?>?Cr，整体来看，Cd 和 Hg 的潜在生态危害较大，中游 B10和下游 B13存在中等生态风险，其余点位均为轻微生态风险。来源解析表明，北 洛河沉积物中重金属的 3 个来源分别为交通污染源（30.74%）、煤炭石油类工业污染源（35.51%）及农业活动和自 然母质的混合来源（33.75%）。研究成果可为北洛河沉积物重金属污染的科学治理及流域生态管理提供理论 参考。
以黄土高原的典型工业污染河流北洛河为研究对象，测定其干支流 17 个采样点沉积物中的 8 种重金属（Hg、 As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn）质量分数，结合描述性统计结果对重金属的空间分布特征进行分析。进一步利用地 累积指数法、内梅罗综合污染指数法和潜在生态风险指数法分析重金属的污染程度与生态风险，利用 PMF 模型 和相关性分析进行来源解析。结果表明：北洛河上游沉积物中重金属的平均质量分数高于中下游，As、Cd 和 Zn 的均值分别为背景值的 1.26、1.28 和 1.41 倍，Zn、Hg、Cd、Pb、As 和 Cu 的变异系数大于 30%，为高度变异水平。 地累积指数法与内梅罗综合污染指数法显示，北洛河上游 B1处和下游 B13处沉积物中重金属污染处于中高水平； 潜在生态风险指数法显示，单一元素污染危害程度依次为 Cd?>?Hg?>?As?>?Cu?>?Ni?>?Pb?>?Zn?>?Cr，整体来看，Cd 和 Hg 的潜在生态危害较大，中游 B10和下游 B13存在中等生态风险，其余点位均为轻微生态风险。来源解析表明，北 洛河沉积物中重金属的 3 个来源分别为交通污染源（30.74%）、煤炭石油类工业污染源（35.51%）及农业活动和自 然母质的混合来源（33.75%）。研究成果可为北洛河沉积物重金属污染的科学治理及流域生态管理提供理论 参考。
2023(2):342-351.
摘要:
对南水北调中线工程沿线 639 个单元工程风险进行评估，并对灌渠河、贾河、金水河、石门河和沙沟 5 个典 型单元进行重点分析。结果表明：中线工程沿线 639 个评估单元中，风险事件可能性指数为 1 的单元占比最大，风 险等级以一般风险为主；在 5 个典型单元中，极端降雨移用（植）后在交叉断面处形成的洪水基本上呈现流域面积 越小洪水量级越大的特点。此外，灌渠河排水倒虹吸发生渠顶漫溢的风险低；贾河梁式渡槽、沙沟排洪渡槽和石 门河渠道倒虹吸均存在较高的工程风险；金水河渠道倒虹吸在超标准洪水下河道冲刷满足要求，工程风险较低。 研究成果对提前部署南水北调中线工程防御超标准暴雨洪水具有指导意义。
对南水北调中线工程沿线 639 个单元工程风险进行评估，并对灌渠河、贾河、金水河、石门河和沙沟 5 个典 型单元进行重点分析。结果表明：中线工程沿线 639 个评估单元中，风险事件可能性指数为 1 的单元占比最大，风 险等级以一般风险为主；在 5 个典型单元中，极端降雨移用（植）后在交叉断面处形成的洪水基本上呈现流域面积 越小洪水量级越大的特点。此外，灌渠河排水倒虹吸发生渠顶漫溢的风险低；贾河梁式渡槽、沙沟排洪渡槽和石 门河渠道倒虹吸均存在较高的工程风险；金水河渠道倒虹吸在超标准洪水下河道冲刷满足要求，工程风险较低。 研究成果对提前部署南水北调中线工程防御超标准暴雨洪水具有指导意义。
2023(2):352-361.
摘要:
为解决南水北调中线工程冰期输水能力受限问题，根据输水明渠线性、单向流动的特点，建立基于初始断面 水温-沿程气温链的冬季水温回归预测模型，根据 2018—2021 年冰期的水温气象资料，模拟分析中线工程京石段 水温变化过程，并用 2017—2018 年度冰期的实测数据进行检验。结果表明：回归模型的拟合优度（R 2）值最小为 0.957，最大为 0.991；各组模型检验的确定性系数（DC）值均能达到 0.90；预见期从 1 日至 5 日，均方根误差（RMSE） 值分别为 0.05、0.11、0.15、0.14、0.22；平均绝对误差（MAE）值分别为 0.17、0.25、0.28、0.28、0.37，均随预见期递增， 符合模型的残差累积规律。模型选择的水温变量 和气温变量 对被解释变量 具有较好解释性，预测 值和观测值的拟合度优良。
为解决南水北调中线工程冰期输水能力受限问题，根据输水明渠线性、单向流动的特点，建立基于初始断面 水温-沿程气温链的冬季水温回归预测模型，根据 2018—2021 年冰期的水温气象资料，模拟分析中线工程京石段 水温变化过程，并用 2017—2018 年度冰期的实测数据进行检验。结果表明：回归模型的拟合优度（R 2）值最小为 0.957，最大为 0.991；各组模型检验的确定性系数（DC）值均能达到 0.90；预见期从 1 日至 5 日，均方根误差（RMSE） 值分别为 0.05、0.11、0.15、0.14、0.22；平均绝对误差（MAE）值分别为 0.17、0.25、0.28、0.28、0.37，均随预见期递增， 符合模型的残差累积规律。模型选择的水温变量 和气温变量 对被解释变量 具有较好解释性，预测 值和观测值的拟合度优良。
2023(2):362-370.
摘要:
为研究窄深河谷中近坝库区发生整体大方量失稳时次生涌浪在坝前区域的涌浪特性及影响因素，依托 1:100 物理模型开展窄深河谷近坝库区滑坡涌浪模型试验，研究坝前区域有较大越浪风险的坝肩测点的首浪高度 和最大浪高，重点对比分析入水方量、入水速度对首浪高度和最大浪高的影响规律；并以量纲分析为基础，通过非 线性回归分析得到坝肩位置的浪高预测公式。结果表明：坝前各点涌浪变化趋势相近，坝前区域的最大浪高几乎 都出现在右坝肩的位置，具有更大的翻坝风险；在试验工况范围内，首浪高度随入水方量的增加有明显增加；滑块 方量比入水速度对浪高的影响更大，且首浪高度比最大浪高对方量变化、入水速度变化的敏感性更高；坝前区域 右坝肩的首浪高度、最大浪高对滑块宽度 (方量) 变化的平均敏感度系数分别为 0.858、0.358，对入水速度变化的 平均敏感度系数分别为 0.217、0.115。依据试验成果拟合的浪高预测公式：首浪高度预测一致性较好，其预测误差 低于 3%；最大浪高波动随机性较大，预测误差小于 15%。
为研究窄深河谷中近坝库区发生整体大方量失稳时次生涌浪在坝前区域的涌浪特性及影响因素，依托 1:100 物理模型开展窄深河谷近坝库区滑坡涌浪模型试验，研究坝前区域有较大越浪风险的坝肩测点的首浪高度 和最大浪高，重点对比分析入水方量、入水速度对首浪高度和最大浪高的影响规律；并以量纲分析为基础，通过非 线性回归分析得到坝肩位置的浪高预测公式。结果表明：坝前各点涌浪变化趋势相近，坝前区域的最大浪高几乎 都出现在右坝肩的位置，具有更大的翻坝风险；在试验工况范围内，首浪高度随入水方量的增加有明显增加；滑块 方量比入水速度对浪高的影响更大，且首浪高度比最大浪高对方量变化、入水速度变化的敏感性更高；坝前区域 右坝肩的首浪高度、最大浪高对滑块宽度 (方量) 变化的平均敏感度系数分别为 0.858、0.358，对入水速度变化的 平均敏感度系数分别为 0.217、0.115。依据试验成果拟合的浪高预测公式：首浪高度预测一致性较好，其预测误差 低于 3%；最大浪高波动随机性较大，预测误差小于 15%。
2023(2):371-378.
摘要:
针对含重力流支线的长距离泵站加压供水系统的水锤防护问题，以我国东北某大型供水工程为典型示例， 开展水力过渡过程仿真。基于特征线法建立水力系统数学模型，分析无防护事故停泵的极端工况下水泵特性参 数变化及干线管道沿线压力分布。通过理论分析，提出重力流支线末端调流阀在相继关阀工况下引起的水锤波 在某同一位置发生干涉相长时可产生最大水锤升压。对比调流阀相继关阀工况与同时关阀工况，相继关阀工况 所得最大水锤升压比传统认为引起最大水锤升压的同步关阀工况高 4.4%。给出相继关阀工况下各阀门具体是在 何时开始相继动作的计算式，可为含重力流支线输水系统的水锤防护措施的校核提供理论依据。通过优化干线 泵后阀关闭规律和空气阀布设方案的联合防护措施，有效缓解水泵断电过程中的水力不稳定特性，降低机组最大 反转转速 94.95%，同时有效降低输水干线水锤正压极值 33.82%、负压极值 89.24%，水锤防护效果显著。本研究为 含重力流支线的长距离泵站加压供水系统的水锤及其防护提供理论支撑和实践参考。
针对含重力流支线的长距离泵站加压供水系统的水锤防护问题，以我国东北某大型供水工程为典型示例， 开展水力过渡过程仿真。基于特征线法建立水力系统数学模型，分析无防护事故停泵的极端工况下水泵特性参 数变化及干线管道沿线压力分布。通过理论分析，提出重力流支线末端调流阀在相继关阀工况下引起的水锤波 在某同一位置发生干涉相长时可产生最大水锤升压。对比调流阀相继关阀工况与同时关阀工况，相继关阀工况 所得最大水锤升压比传统认为引起最大水锤升压的同步关阀工况高 4.4%。给出相继关阀工况下各阀门具体是在 何时开始相继动作的计算式，可为含重力流支线输水系统的水锤防护措施的校核提供理论依据。通过优化干线 泵后阀关闭规律和空气阀布设方案的联合防护措施，有效缓解水泵断电过程中的水力不稳定特性，降低机组最大 反转转速 94.95%，同时有效降低输水干线水锤正压极值 33.82%、负压极值 89.24%，水锤防护效果显著。本研究为 含重力流支线的长距离泵站加压供水系统的水锤及其防护提供理论支撑和实践参考。
2023(2):379-389.
摘要:
基于 2005—2020 年上海市滩涂实测地形、气象数据及开发建设资料，以杭州湾北沿上海段为研究区，定性 与定量、整体与局部相结合，分析其水下地形冲淤变化特征，探寻演变原因及影响。结果表明：杭州湾北沿上海段 近 16 年整体呈强度渐弱的冲刷态势，共冲刷 1.482 亿 m 3，年均冲刷深度为 2.886?cm，金山深槽虽受强潮及圈围工 程的影响兼具强冲刷及强淤积，但整体表现为冲淤均衡略显冲刷，冲刷强度仅为研究区域冲刷的 12.1%；上游来水 来沙的减少使得杭州湾北沿维持冲刷态势，潮流挟沙补充作用随涨潮潮差增大而增强，冲刷强度减弱，圈围区域 岸线稳定，贴岸冲刷较强，地形变化较为剧烈。
基于 2005—2020 年上海市滩涂实测地形、气象数据及开发建设资料，以杭州湾北沿上海段为研究区，定性 与定量、整体与局部相结合，分析其水下地形冲淤变化特征，探寻演变原因及影响。结果表明：杭州湾北沿上海段 近 16 年整体呈强度渐弱的冲刷态势，共冲刷 1.482 亿 m 3，年均冲刷深度为 2.886?cm，金山深槽虽受强潮及圈围工 程的影响兼具强冲刷及强淤积，但整体表现为冲淤均衡略显冲刷，冲刷强度仅为研究区域冲刷的 12.1%；上游来水 来沙的减少使得杭州湾北沿维持冲刷态势，潮流挟沙补充作用随涨潮潮差增大而增强，冲刷强度减弱，圈围区域 岸线稳定，贴岸冲刷较强，地形变化较为剧烈。
2023(2):390-398.
摘要:
基于熵产理论，研究原型水泵水轮机在泵模式不同流量工况下的水力损失空间分布及不稳定流动诱导的主 要水力损失存在的位置和变化。结果表明：随着流量增加，总熵产与压差法水力损失变化一致，先显著减小后逐 渐增大。间接熵产、直接熵产和壁面熵产与总熵产的变化趋势一致，且间接熵产和直接熵产占主导地位。间接熵 产和直接熵产的分布与湍动能的分布基本一致，但直接熵产更靠近主涡区，而间接熵产在流场中具有更宽的分布 范围。水泵水轮机流动区域内的水力损失位置强烈依赖于流动条件。小流量工况下高水力损失主要源于无叶区 的高速环流、活动导叶区的旋涡以及尾水管弯肘段和直锥段的壁面分离，而蜗壳的水力损失较小。最优工况下的 水力损失较小，主要源于叶片尾迹和少数固定导叶流道的旋涡。大流量工况下高水力损失主要源于水流对活动 导叶的冲击和不稳定流动在固定导叶区的扩散，以及蜗壳进口处周向间隔分布的旋涡和高速流动，而尾水管的水 力损失极小。
基于熵产理论，研究原型水泵水轮机在泵模式不同流量工况下的水力损失空间分布及不稳定流动诱导的主 要水力损失存在的位置和变化。结果表明：随着流量增加，总熵产与压差法水力损失变化一致，先显著减小后逐 渐增大。间接熵产、直接熵产和壁面熵产与总熵产的变化趋势一致，且间接熵产和直接熵产占主导地位。间接熵 产和直接熵产的分布与湍动能的分布基本一致，但直接熵产更靠近主涡区，而间接熵产在流场中具有更宽的分布 范围。水泵水轮机流动区域内的水力损失位置强烈依赖于流动条件。小流量工况下高水力损失主要源于无叶区 的高速环流、活动导叶区的旋涡以及尾水管弯肘段和直锥段的壁面分离，而蜗壳的水力损失较小。最优工况下的 水力损失较小，主要源于叶片尾迹和少数固定导叶流道的旋涡。大流量工况下高水力损失主要源于水流对活动 导叶的冲击和不稳定流动在固定导叶区的扩散，以及蜗壳进口处周向间隔分布的旋涡和高速流动，而尾水管的水 力损失极小。
2023(2):399-406.
摘要:
通过测坑及田间试验，探究地下膜调控润灌条件下冬小麦各生育期的耗水量、耗水强度及模系数，研究不同 供水条件对作物产量和水分利用效率的影响，提出该灌水技术条件下所研究作物的适宜灌水定额和灌溉制度。 研究表明：在试验设定的灌水量范围内，较小的灌水定额可获得较高的水分利用效率；综合考虑产量和水分利用 效率，地下膜调控润灌条件下冬小麦较优的灌水处理为 SM处理，即灌水定额为 450?m 3/hm 2，灌水时期分别是返青、 拔节、抽穗、灌浆 4 个时期，灌水次数为 4 次，灌溉定额为 1?800?m 3/hm 2；在 SM处理下，冬小麦产量可达到 9?520.03 kg/hm 2，水分利用效率可达到 2.85?kg/m 3。该试验结果可为缺水地区冬小麦种植探究高效可行的灌溉方式提供合 理的参考依据。
通过测坑及田间试验，探究地下膜调控润灌条件下冬小麦各生育期的耗水量、耗水强度及模系数，研究不同 供水条件对作物产量和水分利用效率的影响，提出该灌水技术条件下所研究作物的适宜灌水定额和灌溉制度。 研究表明：在试验设定的灌水量范围内，较小的灌水定额可获得较高的水分利用效率；综合考虑产量和水分利用 效率，地下膜调控润灌条件下冬小麦较优的灌水处理为 SM处理，即灌水定额为 450?m 3/hm 2，灌水时期分别是返青、 拔节、抽穗、灌浆 4 个时期，灌水次数为 4 次，灌溉定额为 1?800?m 3/hm 2；在 SM处理下，冬小麦产量可达到 9?520.03 kg/hm 2，水分利用效率可达到 2.85?kg/m 3。该试验结果可为缺水地区冬小麦种植探究高效可行的灌溉方式提供合 理的参考依据。
2023(2):407-416.
摘要:
为探究河北省玉米生育期旱涝演变特征，通过构建标准化前期降水蒸散指数（standardized?antecedent precipitation?evapotranspiration?index,?SAPEI）和利用气象站点逐日气象数据，对河北省 1980—2020 年玉米生育期 内旱涝特征演变进行时空分析。结果显示：1980—2020 年河北省 SAPEI 在玉米初始生长期、快速发育期、发育 中期和成熟期 4 个生育阶段内波动变化区间为?1.0~1.5，且初始生长期波动呈上升趋势；SAPEI 空间变化总体特征 表现为初始生长期和快速发育期玉米生长气候湿润化趋势表现明显，生育中期和成熟期东部及南部气象站点表 现为变旱趋势；玉米生育期内多年平均旱积指数 Qdl总体呈东南高西北低的格局分布，即西北部大于东南部；多年 平均渍积指数 Qwl在 21.07~37.85 内变化，年均旱积与渍积指数的分布格局与河北省降水分布格局相呼应。研究 结果可为河北省农业气象灾害风险评估和防灾减灾管理决策提供理论依据。
为探究河北省玉米生育期旱涝演变特征，通过构建标准化前期降水蒸散指数（standardized?antecedent precipitation?evapotranspiration?index,?SAPEI）和利用气象站点逐日气象数据，对河北省 1980—2020 年玉米生育期 内旱涝特征演变进行时空分析。结果显示：1980—2020 年河北省 SAPEI 在玉米初始生长期、快速发育期、发育 中期和成熟期 4 个生育阶段内波动变化区间为?1.0~1.5，且初始生长期波动呈上升趋势；SAPEI 空间变化总体特征 表现为初始生长期和快速发育期玉米生长气候湿润化趋势表现明显，生育中期和成熟期东部及南部气象站点表 现为变旱趋势；玉米生育期内多年平均旱积指数 Qdl总体呈东南高西北低的格局分布，即西北部大于东南部；多年 平均渍积指数 Qwl在 21.07~37.85 内变化，年均旱积与渍积指数的分布格局与河北省降水分布格局相呼应。研究 结果可为河北省农业气象灾害风险评估和防灾减灾管理决策提供理论依据。
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