南水北调与水利科技（中英文）
2024年第22卷第1期文章目次
2024, 22(1):1-11.
摘要:
虚拟水是近年来水资源领域的研究热点，而相关研究成果主要集中于虚拟水转移的规模核算及其特征分析，对虚拟水转移的动力成因较少讨论，所以借助比较优势理论中的区位商、增长商指数，量化解析农林牧渔业、工业、建筑业、批发零售业、交通运输业、住宿餐饮业、金融业、房地产业、其他服务业9大行业的发展优势及增长潜力，并分析这9大行业虚拟水流动格局与行业比较优势的相关关系。研究结果表明：各行业虚拟水流动格局与行业比较优势具有明显关联，2002—2017年我国72%的虚拟水会从具有比较优势的地区向不具备优势的地区转移，71%的虚拟水转移量会受到行业发展速度影响。研究成果预期可为我国水资源宏观管理及节水政策制定提供理论依据及决策参考。
虚拟水是近年来水资源领域的研究热点，而相关研究成果主要集中于虚拟水转移的规模核算及其特征分析，对虚拟水转移的动力成因较少讨论，所以借助比较优势理论中的区位商、增长商指数，量化解析农林牧渔业、工业、建筑业、批发零售业、交通运输业、住宿餐饮业、金融业、房地产业、其他服务业9大行业的发展优势及增长潜力，并分析这9大行业虚拟水流动格局与行业比较优势的相关关系。研究结果表明：各行业虚拟水流动格局与行业比较优势具有明显关联，2002—2017年我国72%的虚拟水会从具有比较优势的地区向不具备优势的地区转移，71%的虚拟水转移量会受到行业发展速度影响。研究成果预期可为我国水资源宏观管理及节水政策制定提供理论依据及决策参考。
2024, 22(1):12-23.
摘要:
以京津冀地区为研究区域，选取28个代表性指标，利用层次分析法构建水-能源-粮食耦合安全综合指标体系，运用耦合协调度模型和障碍度模型分析2000—2020年水-能源-粮食系统耦合安全性和影响因素。研究结果表明：京津冀地区水安全、能源安全和粮食安全系统综合评价指数呈整体上升的趋势，其浮动范围为0.3~0.7；水-能源-粮食系统耦合协调度年际间均呈上升趋势，北京市耦合协调度最高，河北省耦合协调度较低；人均水资源量、废水中COD排放量、人均能源消费量和亩均农用机械总动力为京津冀地区主要障碍因子。未来北京应调整用水结构、挖掘节水潜力。天津市和河北省要注重优化能源消费结构，进行低碳技术创新，加大脱碳步伐，其中河北省农业发展需要进一步采取节水灌溉措施、减少农作物受灾面积。
以京津冀地区为研究区域，选取28个代表性指标，利用层次分析法构建水-能源-粮食耦合安全综合指标体系，运用耦合协调度模型和障碍度模型分析2000—2020年水-能源-粮食系统耦合安全性和影响因素。研究结果表明：京津冀地区水安全、能源安全和粮食安全系统综合评价指数呈整体上升的趋势，其浮动范围为0.3~0.7；水-能源-粮食系统耦合协调度年际间均呈上升趋势，北京市耦合协调度最高，河北省耦合协调度较低；人均水资源量、废水中COD排放量、人均能源消费量和亩均农用机械总动力为京津冀地区主要障碍因子。未来北京应调整用水结构、挖掘节水潜力。天津市和河北省要注重优化能源消费结构，进行低碳技术创新，加大脱碳步伐，其中河北省农业发展需要进一步采取节水灌溉措施、减少农作物受灾面积。
2024, 22(1):24-32.
摘要:
为研究变化环境下渭河流域多时间尺度径流变化特征及影响因素，基于渭河流域咸阳水文站1961—2015年实测径流量数据，分析不同时间尺度上径流的变化趋势，并选取多个气象要素与归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）构建向量自回归（vector autoregression，VAR）模型，量化各影响因素对径流变化的贡献程度，探讨全年、汛期和非汛期径流变化主控因子的差异性。结果表明，1961—2015年渭河流域径流整体呈下降趋势，汛期径流量占比为65.5 %。在年代尺度上径流的丰枯变化存在差异，1970—1979年和1990—1999年径流量呈显著减少趋势；影响汛期和全年尺度径流变化的主控因子均为降水，贡献率达50%，其次是太阳辐射，在汛期和全年的贡献率分别为14.37%、18.45%。非汛期影响径流变化的主控因子为NDVI（贡献率30.08%）与太阳辐射（贡献率30.05%），且NDVI对径流变化的滞后效应更明显，其他因子贡献大小依次为降水、空气比湿、气温。
为研究变化环境下渭河流域多时间尺度径流变化特征及影响因素，基于渭河流域咸阳水文站1961—2015年实测径流量数据，分析不同时间尺度上径流的变化趋势，并选取多个气象要素与归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）构建向量自回归（vector autoregression，VAR）模型，量化各影响因素对径流变化的贡献程度，探讨全年、汛期和非汛期径流变化主控因子的差异性。结果表明，1961—2015年渭河流域径流整体呈下降趋势，汛期径流量占比为65.5 %。在年代尺度上径流的丰枯变化存在差异，1970—1979年和1990—1999年径流量呈显著减少趋势；影响汛期和全年尺度径流变化的主控因子均为降水，贡献率达50%，其次是太阳辐射，在汛期和全年的贡献率分别为14.37%、18.45%。非汛期影响径流变化的主控因子为NDVI（贡献率30.08%）与太阳辐射（贡献率30.05%），且NDVI对径流变化的滞后效应更明显，其他因子贡献大小依次为降水、空气比湿、气温。
2024, 22(1):33-38.
摘要:
针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题，引入基于GPU的并行计算技术，实现分布式水文模型WEP-L（water and energy transfer processes in large river basins）产流过程的并行化。选择鄱阳湖流域为实验区，采用计算能力为8.6的NVIDIA RTX A4000对算法性能进行测试。研究表明：提出的基于GPU的分布式水文模型并行算法具有良好的加速效果，当线程总数越接近划分的子流域个数（计算任务量）时，并行性能越好，在实验流域WEP-L模型子流域单元为8712个时，加速比最大达到2.5左右；随着计算任务量的增加，加速比逐渐增大，当实验流域WEP-L模型子流域单元增加到24897个时，加速比能达到3.5，表明GPU并行算法在大尺度流域分布式水文模型计算中具有良好的发展潜力。
针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题，引入基于GPU的并行计算技术，实现分布式水文模型WEP-L（water and energy transfer processes in large river basins）产流过程的并行化。选择鄱阳湖流域为实验区，采用计算能力为8.6的NVIDIA RTX A4000对算法性能进行测试。研究表明：提出的基于GPU的分布式水文模型并行算法具有良好的加速效果，当线程总数越接近划分的子流域个数（计算任务量）时，并行性能越好，在实验流域WEP-L模型子流域单元为8712个时，加速比最大达到2.5左右；随着计算任务量的增加，加速比逐渐增大，当实验流域WEP-L模型子流域单元增加到24897个时，加速比能达到3.5，表明GPU并行算法在大尺度流域分布式水文模型计算中具有良好的发展潜力。
2024, 22(1):39-47.
摘要:
引江济淮工程（河南段）涉及河道、闸泵、管道和调蓄水库，约束条件复杂，常规的优化调度算法难以搜索可行解，求解效率低。选用受水区缺水率平均值最小、泵站总抽水量最小和受水区缺水率标准差最小作为目标函数，从供水保障、供水成本和公平性角度构建多目标水量优化调度模型。基于可行搜索思路，结合逆序演算和顺序演算过程对约束条件进行处理，引入决策系数，通过映射关系使搜索空间保持在可行域中，结合多目标非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithms，NSGA-II）进行求解，得到Pareto最优解集，并采用熵权法进行方案优选。结果表明，基于可行搜索的NSGA-II算法能够有效求解复杂调度系统的多目标优化问题，综合考虑多个目标的最优方案相对单目标方案更加合理，结果可为引江济淮工程（河南段）运行管理提供决策支撑。
引江济淮工程（河南段）涉及河道、闸泵、管道和调蓄水库，约束条件复杂，常规的优化调度算法难以搜索可行解，求解效率低。选用受水区缺水率平均值最小、泵站总抽水量最小和受水区缺水率标准差最小作为目标函数，从供水保障、供水成本和公平性角度构建多目标水量优化调度模型。基于可行搜索思路，结合逆序演算和顺序演算过程对约束条件进行处理，引入决策系数，通过映射关系使搜索空间保持在可行域中，结合多目标非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithms，NSGA-II）进行求解，得到Pareto最优解集，并采用熵权法进行方案优选。结果表明，基于可行搜索的NSGA-II算法能够有效求解复杂调度系统的多目标优化问题，综合考虑多个目标的最优方案相对单目标方案更加合理，结果可为引江济淮工程（河南段）运行管理提供决策支撑。
2024, 22(1):48-55.
摘要:
与传统概念性水文模型相比，二维水动力模型可提供更丰富的流域地表水力要素信息，但是计算耗时太长的问题限制其推广应用，提升二维水动力模型的计算效率成为当前数字孪生流域建设工作中的关键技术难题之一。采用基于Godunov格式的有限体积法离散完整二维浅水方程组建立模型，通过消息传递接口(message passing interface, MPI)与统一计算设备架构(compute unified device architecture, CUDA)相结合的技术实现了基于多图形处理器(graphics processing unit, GPU)的高性能加速计算，采用理想算例和真实流域算例验证模型具有较好的数值计算精度，其中，理想算例中洪峰的相对误差为0.011%，真实流域算例中洪峰的相对误差为2.98%。选取宝盖寺流域为研究对象，分析不同单元分辨率下模型的加速效果，结果表明：在5、2、1 m分辨率下，使用8张GPU卡计算获得的加速比分别为1.58、3.92、5.77，单元分辨率越高，即单元数越多，多GPU卡的加速效果越明显。基于多GPU的水动力模型加速潜力巨大，可为数字孪生流域建设提供有力技术支撑。
与传统概念性水文模型相比，二维水动力模型可提供更丰富的流域地表水力要素信息，但是计算耗时太长的问题限制其推广应用，提升二维水动力模型的计算效率成为当前数字孪生流域建设工作中的关键技术难题之一。采用基于Godunov格式的有限体积法离散完整二维浅水方程组建立模型，通过消息传递接口(message passing interface, MPI)与统一计算设备架构(compute unified device architecture, CUDA)相结合的技术实现了基于多图形处理器(graphics processing unit, GPU)的高性能加速计算，采用理想算例和真实流域算例验证模型具有较好的数值计算精度，其中，理想算例中洪峰的相对误差为0.011%，真实流域算例中洪峰的相对误差为2.98%。选取宝盖寺流域为研究对象，分析不同单元分辨率下模型的加速效果，结果表明：在5、2、1 m分辨率下，使用8张GPU卡计算获得的加速比分别为1.58、3.92、5.77，单元分辨率越高，即单元数越多，多GPU卡的加速效果越明显。基于多GPU的水动力模型加速潜力巨大，可为数字孪生流域建设提供有力技术支撑。
2024, 22(1):56-66.
摘要:
由于全球气象模型产生的原始预报通常包含复杂的误差，为评估新一代的GFDL-SPEAR模型对我国各二级水资源区的适用性，构建伯努利-伽马-高斯模型开展统计订正的对比实验，从逐月与累计降水2个方面评估预报的相关性、系统偏差、可靠性以及预报精度，从而辨析原始预报的误差并分析预报订正的作用。结果表明：GFDL-SPEAR原始预报与观测呈现良好的相关关系，但包含?20%到50%的系统偏差，导致预报可靠性与预报精度较低；伯努利-伽马-高斯模型能够有效订正系统偏差，生成可靠的预报时间序列，使逐月与累计降水的预报精度分别提高约25%和45%；相比总量订正，逐月订正能够进一步提高预报精度。整体上，订正后的GFDL-SPEAR降水预报可为流域水资源调控与防洪抗旱提供6个月乃至1年预见期的重要信息。
由于全球气象模型产生的原始预报通常包含复杂的误差，为评估新一代的GFDL-SPEAR模型对我国各二级水资源区的适用性，构建伯努利-伽马-高斯模型开展统计订正的对比实验，从逐月与累计降水2个方面评估预报的相关性、系统偏差、可靠性以及预报精度，从而辨析原始预报的误差并分析预报订正的作用。结果表明：GFDL-SPEAR原始预报与观测呈现良好的相关关系，但包含?20%到50%的系统偏差，导致预报可靠性与预报精度较低；伯努利-伽马-高斯模型能够有效订正系统偏差，生成可靠的预报时间序列，使逐月与累计降水的预报精度分别提高约25%和45%；相比总量订正，逐月订正能够进一步提高预报精度。整体上，订正后的GFDL-SPEAR降水预报可为流域水资源调控与防洪抗旱提供6个月乃至1年预见期的重要信息。
2024, 22(1):67-79.
摘要:
为揭示洞庭湖近十几年水文连通性的变化特征并对其未来变化进行预测，研究极端气候事件在洞庭湖水文连通性变化中作出的贡献，使用水文连通性指数法、ETCCDI极端气候指数、Hurst指数以及数理统计分析方法进行研究。研究结果表明：洞庭湖水文连通性整体呈现夏季>秋季>春季>冬季的特征，夏季、秋季、春季和冬季的整体连通性指数均值分别为0.95、0.88、0.81和0.63，且洞庭湖的水文连通性在近30年比较稳定；经持续性预测发现洞庭湖水文连通性Hurst指数均大于0.5，表示其在没有人类活动干扰的情况下会在未来呈延续下降的趋势；洞庭湖水文连通性指数随着水位增加逐渐增加且增速逐渐放缓，水位增加对其具有正向影响的边际递减效应；极端降水事件对洞庭湖水文连通性具有较为明显的正向影响，而极端气温事件对洞庭湖水文连通性影响作用较小。研究结果有助于充分认识洞庭湖水资源演变规律，对保障洞庭湖流域水资源安全具有重要的理论和现实意义。
为揭示洞庭湖近十几年水文连通性的变化特征并对其未来变化进行预测，研究极端气候事件在洞庭湖水文连通性变化中作出的贡献，使用水文连通性指数法、ETCCDI极端气候指数、Hurst指数以及数理统计分析方法进行研究。研究结果表明：洞庭湖水文连通性整体呈现夏季>秋季>春季>冬季的特征，夏季、秋季、春季和冬季的整体连通性指数均值分别为0.95、0.88、0.81和0.63，且洞庭湖的水文连通性在近30年比较稳定；经持续性预测发现洞庭湖水文连通性Hurst指数均大于0.5，表示其在没有人类活动干扰的情况下会在未来呈延续下降的趋势；洞庭湖水文连通性指数随着水位增加逐渐增加且增速逐渐放缓，水位增加对其具有正向影响的边际递减效应；极端降水事件对洞庭湖水文连通性具有较为明显的正向影响，而极端气温事件对洞庭湖水文连通性影响作用较小。研究结果有助于充分认识洞庭湖水资源演变规律，对保障洞庭湖流域水资源安全具有重要的理论和现实意义。
2024, 22(1):80-89.
摘要:
在气候变化与快速城镇化共同影响下，很多城市暴雨特性发生变化，现行的暴雨强度计算公式可能不再适用，需要复核和更新。以杭州市主城区为例，根据钱塘江江畔闸口站1982—2022年降雨极值资料，分别选用皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布曲线进行线型拟合，采用粒子群优化算法推求暴雨强度公式参数，与现行规范给出的暴雨强度公式进行复核分析。结果表明：在重现期为2~20 a时，根据皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布推求得到暴雨强度新公式的平均绝对均方差均小于0.05mm/min，平均相对均方差均小于5%，符合精度要求；仅当降雨历时为10min时，2个新公式的暴雨强度要小于现行公式的暴雨强度，其他历时下2个新公式的暴雨强度都明显大于现行公式的暴雨强度；经合理性分析，本研究根据最新暴雨资料推求的暴雨强度公式可为杭州市主城区排水防涝工程设计和相关设施建设提供参考。
在气候变化与快速城镇化共同影响下，很多城市暴雨特性发生变化，现行的暴雨强度计算公式可能不再适用，需要复核和更新。以杭州市主城区为例，根据钱塘江江畔闸口站1982—2022年降雨极值资料，分别选用皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布曲线进行线型拟合，采用粒子群优化算法推求暴雨强度公式参数，与现行规范给出的暴雨强度公式进行复核分析。结果表明：在重现期为2~20 a时，根据皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布推求得到暴雨强度新公式的平均绝对均方差均小于0.05mm/min，平均相对均方差均小于5%，符合精度要求；仅当降雨历时为10min时，2个新公式的暴雨强度要小于现行公式的暴雨强度，其他历时下2个新公式的暴雨强度都明显大于现行公式的暴雨强度；经合理性分析，本研究根据最新暴雨资料推求的暴雨强度公式可为杭州市主城区排水防涝工程设计和相关设施建设提供参考。
2024, 22(1):90-98.
摘要:
为提高山洪灾害预警精度，以彭坊小流域为例，基于概率分布等控制条件生成随机雨型，探究不同前期影响雨量下随机雨型对山洪预警临界雨量的影响，进一步分析降雨空间分布对山洪预警临界雨量的影响。结果表明：在雨峰位置偏后、雨峰峰值较大的雨型集下，临界雨量波动较大，有较高的不确定性；雨型对临界雨量的影响小于前期影响雨量对临界雨量的影响，在前期土壤较干燥时，雨峰位置系数较小，临界雨量值相对较大，雨型峰值倍比较大时，临界雨量值相对较小，更容易致灾；在降雨空间分布上，当降雨集中在下游时，临界雨量值最小，越容易达到警戒流量，但降雨空间分布对临界雨量的影响小于前期影响雨量的影响，且这种影响会随前期影响雨量的增加而不断减小。
为提高山洪灾害预警精度，以彭坊小流域为例，基于概率分布等控制条件生成随机雨型，探究不同前期影响雨量下随机雨型对山洪预警临界雨量的影响，进一步分析降雨空间分布对山洪预警临界雨量的影响。结果表明：在雨峰位置偏后、雨峰峰值较大的雨型集下，临界雨量波动较大，有较高的不确定性；雨型对临界雨量的影响小于前期影响雨量对临界雨量的影响，在前期土壤较干燥时，雨峰位置系数较小，临界雨量值相对较大，雨型峰值倍比较大时，临界雨量值相对较小，更容易致灾；在降雨空间分布上，当降雨集中在下游时，临界雨量值最小，越容易达到警戒流量，但降雨空间分布对临界雨量的影响小于前期影响雨量的影响，且这种影响会随前期影响雨量的增加而不断减小。
2024, 22(1):99-109.
摘要:
变化环境下水文时间序列的模拟预测难度不断加大，以往研究大多聚焦在模型的不同组合尝试与应用探索，但缺乏针对不同组合模型适用性与稳定性的系统研究。选择经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）、总体平均经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）、改进的总体平均经验模态分解（modified ensemble empirical mode decomposition，MEEMD）和变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）4种常用的分解算法，与多元线性回归（multivariable linear regression，MLR）、随机森林（random forest，RF）、BP神经网络（back propagation，BP）、卷积神经网络（convolutional neural networks，CNN）和长短期记忆神经网络（long short-term memory，LSTM）5种具有代表性的模型结合，构建20种基于“分解-预测-重构”模式的组合模型，并以华北地区密云、官厅两流域年和汛期降水为例，进行模型适用性与稳定性综合对比分析。结果表明：单一模型对密云流域年降水和汛期降水的预测结果优于官厅流域，但整体预测结果均不理想；结合分解算法后的组合模型预测结果明显优于单一模型，且该预测结果存在正负误差抵消现象，因此有助于进一步提高组合模型的整体预测精度；与基于EMD系列的分解算法相比，VMD算法对模型预测精度提升效果最显著，组合模型适用性和稳定性整体上表现为VMD-MLR＞VMD-LSTM＞VMD-BP＞VMD-CNN。
变化环境下水文时间序列的模拟预测难度不断加大，以往研究大多聚焦在模型的不同组合尝试与应用探索，但缺乏针对不同组合模型适用性与稳定性的系统研究。选择经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）、总体平均经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）、改进的总体平均经验模态分解（modified ensemble empirical mode decomposition，MEEMD）和变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）4种常用的分解算法，与多元线性回归（multivariable linear regression，MLR）、随机森林（random forest，RF）、BP神经网络（back propagation，BP）、卷积神经网络（convolutional neural networks，CNN）和长短期记忆神经网络（long short-term memory，LSTM）5种具有代表性的模型结合，构建20种基于“分解-预测-重构”模式的组合模型，并以华北地区密云、官厅两流域年和汛期降水为例，进行模型适用性与稳定性综合对比分析。结果表明：单一模型对密云流域年降水和汛期降水的预测结果优于官厅流域，但整体预测结果均不理想；结合分解算法后的组合模型预测结果明显优于单一模型，且该预测结果存在正负误差抵消现象，因此有助于进一步提高组合模型的整体预测精度；与基于EMD系列的分解算法相比，VMD算法对模型预测精度提升效果最显著，组合模型适用性和稳定性整体上表现为VMD-MLR＞VMD-LSTM＞VMD-BP＞VMD-CNN。
2024, 22(1):110-121.
摘要:
为研究华北地区河湖生态补水对地下水漏斗演变的影响，以京津冀平原浅层地下水漏斗2003年至2022年的相对变化作为识别目标，从气象因素、地形因素、人为因素和含水层水力学特性4个方面进行考虑，选取8个具体指标构建特征变量数据集，使用逻辑回归（logistic regression, LR）、支持向量机（support vector machine, SVM）和随机森林（random forest, RF）方法建立漏斗演变识别模型，并利用敏感度、特异度和决定系数R2 对拟合效果进行对比评价，结果显示随机森林为最优模型。进而利用模型分析研究区地下水漏斗演变规律，阐明具体因素对漏斗演变的影响作用。研究表明：京津冀平原区浅层地下水漏斗在2010年之前整体呈扩张趋势，之后在部分地区呈现缩减和消失的态势。河湖补水前，地下水漏斗发展主要受开采影响，其重要度约50%；2018年后河湖补水对抑制漏斗扩张发挥了较为明显的作用，重要度达16%。从发展过程来看，地下水开采依然是控制京津冀平原浅层地下水漏斗变化最重要的因素。对比宁柏隆和高蠡清两个典型浅层地下水漏斗的发展变化可知，河道生态补水对宁柏隆漏斗变化的贡献率接近10%，而对高蠡清漏斗变化影响的重要度仅为1%，因此持续的河流生态补水对宁柏隆漏斗水位恢复会产生积极影响，而对于高蠡清漏斗则需要以水源置换压减农业灌溉地下水量为关键手段实现水位恢复。
为研究华北地区河湖生态补水对地下水漏斗演变的影响，以京津冀平原浅层地下水漏斗2003年至2022年的相对变化作为识别目标，从气象因素、地形因素、人为因素和含水层水力学特性4个方面进行考虑，选取8个具体指标构建特征变量数据集，使用逻辑回归（logistic regression, LR）、支持向量机（support vector machine, SVM）和随机森林（random forest, RF）方法建立漏斗演变识别模型，并利用敏感度、特异度和决定系数R2 对拟合效果进行对比评价，结果显示随机森林为最优模型。进而利用模型分析研究区地下水漏斗演变规律，阐明具体因素对漏斗演变的影响作用。研究表明：京津冀平原区浅层地下水漏斗在2010年之前整体呈扩张趋势，之后在部分地区呈现缩减和消失的态势。河湖补水前，地下水漏斗发展主要受开采影响，其重要度约50%；2018年后河湖补水对抑制漏斗扩张发挥了较为明显的作用，重要度达16%。从发展过程来看，地下水开采依然是控制京津冀平原浅层地下水漏斗变化最重要的因素。对比宁柏隆和高蠡清两个典型浅层地下水漏斗的发展变化可知，河道生态补水对宁柏隆漏斗变化的贡献率接近10%，而对高蠡清漏斗变化影响的重要度仅为1%，因此持续的河流生态补水对宁柏隆漏斗水位恢复会产生积极影响，而对于高蠡清漏斗则需要以水源置换压减农业灌溉地下水量为关键手段实现水位恢复。
2024, 22(1):122-130.
摘要:
地下水中微生物等胶体对多环芳烃的运移具有促进作用，为进行多环芳烃污染的精准、高效修复，需要建立准确、可靠的多环芳烃与细菌胶体共运移数值模拟模型。研究基于室内砂柱荧蒽运移系列实验，采用Hydrus中Colloid-Facilitated Solute Transport（C-Ride）模块构建荧蒽与细菌FA1共运移数值模型，并采用马尔科夫链蒙特卡洛方法（Markov Chain Monte Carlo, MCMC）进行模型参数不确定性分析，定量刻画荧蒽在水动力和微生物胶体作用下的运移过程。结果表明：基于Hydrus C-Ride模块和MCMC参数不确定性分析，能够准确地刻画荧蒽和细菌FA1的共运移过程；细菌FA1促进了荧蒽在多孔介质中的迁移速度，且导致荧蒽在多孔介质中运移回收率的增加，即由55.06%提升至76.16%，其中吸附至可移动胶体迁移和随水流迁移贡献的回收率分别为41.46%、34.69%。研究成果对于指导地下水污染微生物修复方案的优化设计具有重要的理论和现实意义。
地下水中微生物等胶体对多环芳烃的运移具有促进作用，为进行多环芳烃污染的精准、高效修复，需要建立准确、可靠的多环芳烃与细菌胶体共运移数值模拟模型。研究基于室内砂柱荧蒽运移系列实验，采用Hydrus中Colloid-Facilitated Solute Transport（C-Ride）模块构建荧蒽与细菌FA1共运移数值模型，并采用马尔科夫链蒙特卡洛方法（Markov Chain Monte Carlo, MCMC）进行模型参数不确定性分析，定量刻画荧蒽在水动力和微生物胶体作用下的运移过程。结果表明：基于Hydrus C-Ride模块和MCMC参数不确定性分析，能够准确地刻画荧蒽和细菌FA1的共运移过程；细菌FA1促进了荧蒽在多孔介质中的迁移速度，且导致荧蒽在多孔介质中运移回收率的增加，即由55.06%提升至76.16%，其中吸附至可移动胶体迁移和随水流迁移贡献的回收率分别为41.46%、34.69%。研究成果对于指导地下水污染微生物修复方案的优化设计具有重要的理论和现实意义。
2024, 22(1):131-147.
摘要:
为探究全球气候变化条件下松花江流域陆地生态系统健康程度的变化特征，基于2000—2020年MODIS MOD17A3HGF数据集，采用趋势分析、相关性分析、M-K检验、地理探测器和相对重要性分析等方法，结合气象站点数据和土地利用数据，分析植被净初级生产力（net primary productivity，NPP）时空演变特征及其对极端气候事件的响应机制。结果表明：松花江流域年均NPP值为407.45g/m2（以C计，下同），以年均4.82g/m2的速率显著上升（p<0.01）；极端降水事件对植被NPP空间分异性的影响强于极端气温事件，极端气候指数间交互作用的影响大于单一极端气候指数的影响，流域及农田和草地生态系统NPP主要受总降水量（PRCPTOT）与年平均最低气温（TMIN）交互作用的影响，森林、湿地和聚落生态系统NPP分别受中雨日数（R10mm）与年平均最高气温（TMAX）交互作用、强降水量（R95P）与TMIN交互作用和 R10mm与暖夜日数（TN90P）交互作用的影响；时间尺度上PRCPTOT、TMAX和TMIN是植被NPP的主要影响因素，空间尺度上PRCPTOT和TMIN是多年平均NPP的主要影响因素。研究结果可为量化气候变化背景下区域生态系统健康程度和应对极端气候事件措施的制定提供科学依据。
为探究全球气候变化条件下松花江流域陆地生态系统健康程度的变化特征，基于2000—2020年MODIS MOD17A3HGF数据集，采用趋势分析、相关性分析、M-K检验、地理探测器和相对重要性分析等方法，结合气象站点数据和土地利用数据，分析植被净初级生产力（net primary productivity，NPP）时空演变特征及其对极端气候事件的响应机制。结果表明：松花江流域年均NPP值为407.45g/m2（以C计，下同），以年均4.82g/m2的速率显著上升（p<0.01）；极端降水事件对植被NPP空间分异性的影响强于极端气温事件，极端气候指数间交互作用的影响大于单一极端气候指数的影响，流域及农田和草地生态系统NPP主要受总降水量（PRCPTOT）与年平均最低气温（TMIN）交互作用的影响，森林、湿地和聚落生态系统NPP分别受中雨日数（R10mm）与年平均最高气温（TMAX）交互作用、强降水量（R95P）与TMIN交互作用和 R10mm与暖夜日数（TN90P）交互作用的影响；时间尺度上PRCPTOT、TMAX和TMIN是植被NPP的主要影响因素，空间尺度上PRCPTOT和TMIN是多年平均NPP的主要影响因素。研究结果可为量化气候变化背景下区域生态系统健康程度和应对极端气候事件措施的制定提供科学依据。
2024, 22(1):148-157.
摘要:
为促进我国水利工程质量监督管理工作运行的高效化，确保工程监督的有效性和权威性，基于AHP （analytic hierarchy process）原理，针对水利部督查小组的现场检查情况，依据水利部下达的相关文件，结合负分制和一票否决制，将定性问题定量化，构建一套涉及水利工程建设、运行、管理全过程全方位的质量监督管理评价模型，共包含7层2 112个指标。在综合试错的基础上，计算得出不同层级和不同指标的权重，然后选用该模型分析评价2020年7个省份受督查水利工程项目的质量管理与安全生产管理监督数据，间接说明模型的实用性和易操作性。评价结果表明：7个省份均在合格以上，整体质量管理情况较好，但得分差异显著，其中最高得分90.6、最低得分65.6，相差25分；不同类型管理评价结果显示，安全生产管理得分普遍高于质量管理得分；各参建单位评价结果显示，建设单位和勘察设计单位的情况最优、评分基本达到满分，而质量检测单位和施工单位得分最低、需重点加强相关监管。评价结果为水利工程监督管理工作提供了科学的数据支撑，构建的评价模型也为水利工程质量监督定量化提供了易实操的普适性工具。
为促进我国水利工程质量监督管理工作运行的高效化，确保工程监督的有效性和权威性，基于AHP （analytic hierarchy process）原理，针对水利部督查小组的现场检查情况，依据水利部下达的相关文件，结合负分制和一票否决制，将定性问题定量化，构建一套涉及水利工程建设、运行、管理全过程全方位的质量监督管理评价模型，共包含7层2 112个指标。在综合试错的基础上，计算得出不同层级和不同指标的权重，然后选用该模型分析评价2020年7个省份受督查水利工程项目的质量管理与安全生产管理监督数据，间接说明模型的实用性和易操作性。评价结果表明：7个省份均在合格以上，整体质量管理情况较好，但得分差异显著，其中最高得分90.6、最低得分65.6，相差25分；不同类型管理评价结果显示，安全生产管理得分普遍高于质量管理得分；各参建单位评价结果显示，建设单位和勘察设计单位的情况最优、评分基本达到满分，而质量检测单位和施工单位得分最低、需重点加强相关监管。评价结果为水利工程监督管理工作提供了科学的数据支撑，构建的评价模型也为水利工程质量监督定量化提供了易实操的普适性工具。
2024, 22(1):158-165.
摘要:
为探究混凝土坝在盐浸侵蚀、干湿循环、冻融循环因素影响下的强震破坏规律，通过材料劣化试验和数值模拟方法开展大坝强震开裂机理研究。针对坝体不同位置开展盐溶液侵蚀、干湿循环以及冻融循环劣化试验，基于材料试验结果，构建混凝土重力坝扩展有限元模型，模拟混凝土材料劣化前及劣化后混凝土坝强震开裂破坏情况。结果表明：多因素耦合作用导致混凝土材料劣化，强震作用下会降低大坝承载能力，增加大坝倒塌破坏风险。考虑混凝土多种劣化因素影响，所得结论可用于高寒地区混凝土坝的抗震设计。
为探究混凝土坝在盐浸侵蚀、干湿循环、冻融循环因素影响下的强震破坏规律，通过材料劣化试验和数值模拟方法开展大坝强震开裂机理研究。针对坝体不同位置开展盐溶液侵蚀、干湿循环以及冻融循环劣化试验，基于材料试验结果，构建混凝土重力坝扩展有限元模型，模拟混凝土材料劣化前及劣化后混凝土坝强震开裂破坏情况。结果表明：多因素耦合作用导致混凝土材料劣化，强震作用下会降低大坝承载能力，增加大坝倒塌破坏风险。考虑混凝土多种劣化因素影响，所得结论可用于高寒地区混凝土坝的抗震设计。
2024, 22(1):166-174.
摘要:
为提高压实度检测效率、保证测量精度，运用压实质量快速检测技术，在某防洪治理工程中，对某段堤防进行碾压试验，将压实质量检测技术中运用较为广泛的环刀法同普氏贯入法、核子密度仪法和谐波法等快速检测方法进行对比分析，得到各种方法同环刀法的相关关系。结果表明：随碾压次数的增加，环刀法所测压实度结果呈上升趋势，振动碾压2~3次后，基本达到本工程填筑设计压实度的要求，随碾压次数的增加土体压实度基本稳定，压实度会出现小幅波动；普氏贯入法试验结果与环刀法相差不大，其相对误差可控制在±10%以内；普氏贯入法和谐波法的压实度检测结果可与环刀法建立良好的相关关系，其线性方程的相关系数R2 均大于0.95，而核子密度仪法在试验中表现一般，所建立线性方程的相关系数R2 仅为0.37。试验结果可为压实质量的快速检测以及智能碾压技术在水利工程中的应用提供技术支撑。
为提高压实度检测效率、保证测量精度，运用压实质量快速检测技术，在某防洪治理工程中，对某段堤防进行碾压试验，将压实质量检测技术中运用较为广泛的环刀法同普氏贯入法、核子密度仪法和谐波法等快速检测方法进行对比分析，得到各种方法同环刀法的相关关系。结果表明：随碾压次数的增加，环刀法所测压实度结果呈上升趋势，振动碾压2~3次后，基本达到本工程填筑设计压实度的要求，随碾压次数的增加土体压实度基本稳定，压实度会出现小幅波动；普氏贯入法试验结果与环刀法相差不大，其相对误差可控制在±10%以内；普氏贯入法和谐波法的压实度检测结果可与环刀法建立良好的相关关系，其线性方程的相关系数R2 均大于0.95，而核子密度仪法在试验中表现一般，所建立线性方程的相关系数R2 仅为0.37。试验结果可为压实质量的快速检测以及智能碾压技术在水利工程中的应用提供技术支撑。
2024, 22(1):175-185.
摘要:
研究拱坝结构抗震性能及破坏形态的重要手段为拱坝振动台动力模型试验，试验配制一种以重晶砂、重晶石粉和水泥为主要成分的模型材料，结合选用的振动台所具备的条件及模型材料的力学性能，设计拱坝振动台试验模型，并测试和获取其在不同地震荷载下的动力响应。选择某一工况进行分析，该工况下结构开始出现明显裂缝损伤并逐渐发展。通过分析该工况下结构动应变响应，分析其损伤出现的时间，由此将该工况分为4个时段。通过计算分析不同时段多个加速度响应测点的加速度放大系数，并引入模态参数辨识的数值子空间辨识算法和ARX模型辨识法，计算不同时段+拱坝模型的自振频率和阻尼比，并将其与损伤发展情况相对比，以分析拱坝模型损伤发展情况及其结构动力特性。研究结果可为拱坝振动台试验制作和结果分析提供价值性参考，并可为拱坝结构动力特性参数识别和损伤诊断方法提供验证素材。
研究拱坝结构抗震性能及破坏形态的重要手段为拱坝振动台动力模型试验，试验配制一种以重晶砂、重晶石粉和水泥为主要成分的模型材料，结合选用的振动台所具备的条件及模型材料的力学性能，设计拱坝振动台试验模型，并测试和获取其在不同地震荷载下的动力响应。选择某一工况进行分析，该工况下结构开始出现明显裂缝损伤并逐渐发展。通过分析该工况下结构动应变响应，分析其损伤出现的时间，由此将该工况分为4个时段。通过计算分析不同时段多个加速度响应测点的加速度放大系数，并引入模态参数辨识的数值子空间辨识算法和ARX模型辨识法，计算不同时段+拱坝模型的自振频率和阻尼比，并将其与损伤发展情况相对比，以分析拱坝模型损伤发展情况及其结构动力特性。研究结果可为拱坝振动台试验制作和结果分析提供价值性参考，并可为拱坝结构动力特性参数识别和损伤诊断方法提供验证素材。
2024, 22(1):186-195.
摘要:
为强化引江济淮工程（河南段）水资源统一调配，基于Spring Boot和Vue前后端分离开发的模式，利用天地图API、WebGL、Echarts等技术设计研发引江济淮工程（河南段）水资源调配系统。从设计思路、功能界面、关键技术3个角度论述系统设计思路和实现过程，从而实现地理信息服务、供需水预测、水资源优化配置、水资源优化调度等功能，实现水量分配可视化、运行调度智能化和跨流域调水管控一体化。系统测试结果表明：引江济淮工程（河南段）水资源调配系统的建立提高了受水区水资源精细化管理的水平，解决了引江济淮工程（河南段）跨流域调水的配置难题，为受水区水资源高效利用提供有效的技术支撑。
为强化引江济淮工程（河南段）水资源统一调配，基于Spring Boot和Vue前后端分离开发的模式，利用天地图API、WebGL、Echarts等技术设计研发引江济淮工程（河南段）水资源调配系统。从设计思路、功能界面、关键技术3个角度论述系统设计思路和实现过程，从而实现地理信息服务、供需水预测、水资源优化配置、水资源优化调度等功能，实现水量分配可视化、运行调度智能化和跨流域调水管控一体化。系统测试结果表明：引江济淮工程（河南段）水资源调配系统的建立提高了受水区水资源精细化管理的水平，解决了引江济淮工程（河南段）跨流域调水的配置难题，为受水区水资源高效利用提供有效的技术支撑。
2024, 22(1):196-208.
摘要:
为探究溢洪道连续弯段水流特性及糙条消能工水力学特性，通过开展27组正交模型试验，结合消能率和超高变异系数筛选最优工况，采用RNG k-ε紊流模型与体积分数法（volume of fluid，VOF）对布设糙条和不布设糙条的溢洪道进行水流特性数值模拟对比研究。结果表明：糙条的布设使溢洪道沿程水深增加且变化剧烈；糙条能够抑制菱形波和折冲水流的产生，通过改善两弯段流态使水面均匀性提升38.0%和44.7%；布设糙条后，两弯段纵向流速均值被降低了45.16%和44.83%，各断面凹岸纵向流速的最大值沿水深下移；糙条的存在加剧了水流紊动，使两弯段纵向紊动强度均值增加了117.98%和71.05%，纵向紊动强度集中在凹岸衰减、凸岸增强，且各断面凹岸的最大值沿水深上移；糙条增大了床面动水压力，减小了两岸压力差，对压力分布形式有显著改善效果，有助于保护底板和边壁不易被冲蚀。研究成果可为溢洪道连续弯段设计及安全运行提供参考。
为探究溢洪道连续弯段水流特性及糙条消能工水力学特性，通过开展27组正交模型试验，结合消能率和超高变异系数筛选最优工况，采用RNG k-ε紊流模型与体积分数法（volume of fluid，VOF）对布设糙条和不布设糙条的溢洪道进行水流特性数值模拟对比研究。结果表明：糙条的布设使溢洪道沿程水深增加且变化剧烈；糙条能够抑制菱形波和折冲水流的产生，通过改善两弯段流态使水面均匀性提升38.0%和44.7%；布设糙条后，两弯段纵向流速均值被降低了45.16%和44.83%，各断面凹岸纵向流速的最大值沿水深下移；糙条的存在加剧了水流紊动，使两弯段纵向紊动强度均值增加了117.98%和71.05%，纵向紊动强度集中在凹岸衰减、凸岸增强，且各断面凹岸的最大值沿水深上移；糙条增大了床面动水压力，减小了两岸压力差，对压力分布形式有显著改善效果，有助于保护底板和边壁不易被冲蚀。研究成果可为溢洪道连续弯段设计及安全运行提供参考。
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