南水北调与水利科技（中英文）
2024年第22卷第3期文章目次
2024, 22(3):417-426.
摘要:
以某跨流域、跨多省市的长距离调水工程为例，分析工程安全面临的各类风险事件，确定两座节制闸之间的运行调度渠段为风险评估单元，发展基于层次分析法的风险综合评估模型；以一梁式输水渡槽为例，阐释建筑物风险因子识别、风险事件分析和风险等级标准划分的方法，描述风险评估过程；以该渡槽所在的运行调度渠段为评估单元，采用层次分析法进行风险综合评估；在此基础上，对其余运行调度渠段进行风险综合评估，讨论造成较大风险的主要原因。结果表明：提出的方法辨识出了较大风险的运行调度渠段，造成运行调度渠段工程安全风险综合评估结果为较大风险的因素可归结为左岸水库溃坝或超调水工程防洪标准泄洪导致的风险、交叉河道过流能力不足风险以及左排下游通道排水不畅风险等，进而有针对性地提出了风险管控措施。研究结果可为类似长距离调水工程安全风险综合评估和管控提供参考。
以某跨流域、跨多省市的长距离调水工程为例，分析工程安全面临的各类风险事件，确定两座节制闸之间的运行调度渠段为风险评估单元，发展基于层次分析法的风险综合评估模型；以一梁式输水渡槽为例，阐释建筑物风险因子识别、风险事件分析和风险等级标准划分的方法，描述风险评估过程；以该渡槽所在的运行调度渠段为评估单元，采用层次分析法进行风险综合评估；在此基础上，对其余运行调度渠段进行风险综合评估，讨论造成较大风险的主要原因。结果表明：提出的方法辨识出了较大风险的运行调度渠段，造成运行调度渠段工程安全风险综合评估结果为较大风险的因素可归结为左岸水库溃坝或超调水工程防洪标准泄洪导致的风险、交叉河道过流能力不足风险以及左排下游通道排水不畅风险等，进而有针对性地提出了风险管控措施。研究结果可为类似长距离调水工程安全风险综合评估和管控提供参考。
2024, 22(3):427-435.
摘要:
为减小闸门关闭引发的水位壅高，以南水北调中线工程京石段磁河闸至沙河北闸之间的渠池为研究对象，构建一维明渠非恒定渐变流仿真模型，比较分次间歇关闸与一次连续关闸，以及不同闸门间歇方案对闸前壅水峰值、水力振荡稳定时间的影响。研究表明：分次间歇关闸可带来更低的闸前壅水水位和更短的水力振荡稳定时间；设置1次间歇相较于多次间歇可减小闸前壅水峰值，将间歇开始时刻设置在上游降水波即将传播至闸前的时刻、设置间歇时长略小于关闸总时间的1/2均可有效降低闸前壅水峰值，缩短稳定时间。闸门分次间歇关闭水力响应特性与水波运动规律紧密关联，合理设置间歇有助于在应急调控阶段减少事故造成的影响。
为减小闸门关闭引发的水位壅高，以南水北调中线工程京石段磁河闸至沙河北闸之间的渠池为研究对象，构建一维明渠非恒定渐变流仿真模型，比较分次间歇关闸与一次连续关闸，以及不同闸门间歇方案对闸前壅水峰值、水力振荡稳定时间的影响。研究表明：分次间歇关闸可带来更低的闸前壅水水位和更短的水力振荡稳定时间；设置1次间歇相较于多次间歇可减小闸前壅水峰值，将间歇开始时刻设置在上游降水波即将传播至闸前的时刻、设置间歇时长略小于关闸总时间的1/2均可有效降低闸前壅水峰值，缩短稳定时间。闸门分次间歇关闭水力响应特性与水波运动规律紧密关联，合理设置间歇有助于在应急调控阶段减少事故造成的影响。
2024, 22(3):436-444.
摘要:
南水北调中线总干渠水位、流量等实时水情数据受外界扰动、测量系统误差等因素影响而产生的病态水情数据将造成调度模型计算失真，甚至导致计算失败。为此，针对上下游流量数据空间上的逻辑错误和水位数据时间序列的跳变，分别建立基于粒子群优化的水量平衡模型和指数加权滑动平均模型，对病态水情数据在空间、时间上实施横向、纵向清洗处理。以穿黄节制闸至漳河节制闸间的渠段为典型研究区间，利用模型自动识别流量倒挂点，并对该渠段涉及的12座节制闸、26处分水点的流量数据进行统一修正，实现了上下游逻辑上的合理性。同时，选取研究渠段内的闫河节制闸为代表，在48 h内运行基本稳定状态下，对每2 h的闸前水位数据序列进行分析，自动识别出跳变数据并进行合理修正。结果表明：建立的模型可自动识别病态水情数据并进行智能清洗，处理后的数据能够较好地满足输水调度分析决策的需要，因此该模型具有推广应用的价值。
南水北调中线总干渠水位、流量等实时水情数据受外界扰动、测量系统误差等因素影响而产生的病态水情数据将造成调度模型计算失真，甚至导致计算失败。为此，针对上下游流量数据空间上的逻辑错误和水位数据时间序列的跳变，分别建立基于粒子群优化的水量平衡模型和指数加权滑动平均模型，对病态水情数据在空间、时间上实施横向、纵向清洗处理。以穿黄节制闸至漳河节制闸间的渠段为典型研究区间，利用模型自动识别流量倒挂点，并对该渠段涉及的12座节制闸、26处分水点的流量数据进行统一修正，实现了上下游逻辑上的合理性。同时，选取研究渠段内的闫河节制闸为代表，在48 h内运行基本稳定状态下，对每2 h的闸前水位数据序列进行分析，自动识别出跳变数据并进行合理修正。结果表明：建立的模型可自动识别病态水情数据并进行智能清洗，处理后的数据能够较好地满足输水调度分析决策的需要，因此该模型具有推广应用的价值。
2024, 22(3):445-454.
摘要:
为充分发挥东平湖水库综合效益，提高水库水安全保障韧性，按照“以时间换空间”的思路，提出利用东平湖富余库容调蓄南水北调东线来水的方案。结果表明：东平湖1956—2016年月平均富余调节库容1.17亿m3 ，在大汶河来水偏枯、东平湖水位较低年份利用东平湖富余库容调蓄南水北调东线来水是可行的；对比分析基准方案和2种方案实施后对湖周用水保证率、东平湖需水量、入黄水量、工程安全的影响后，得到东平湖库容调蓄的最优方案。该方案不占用大汶河水指标，同时最大增加了南水北调东线调蓄库容3.62亿m3 ，提高了调度灵活性，为南水北调东线二期供水效益提升提供了新思路。
为充分发挥东平湖水库综合效益，提高水库水安全保障韧性，按照“以时间换空间”的思路，提出利用东平湖富余库容调蓄南水北调东线来水的方案。结果表明：东平湖1956—2016年月平均富余调节库容1.17亿m3 ，在大汶河来水偏枯、东平湖水位较低年份利用东平湖富余库容调蓄南水北调东线来水是可行的；对比分析基准方案和2种方案实施后对湖周用水保证率、东平湖需水量、入黄水量、工程安全的影响后，得到东平湖库容调蓄的最优方案。该方案不占用大汶河水指标，同时最大增加了南水北调东线调蓄库容3.62亿m3 ，提高了调度灵活性，为南水北调东线二期供水效益提升提供了新思路。
2024, 22(3):455-461.
摘要:
以碗窑水库大坝为研究对象，针对Ⅲ坝段的U3部位渗漏情况展开研究。分析渗漏量和气温的观测资料，得到气温和渗漏量呈现明显线性负相关的结果，而U3部位渗漏存在明显的裂缝，可通过立方体定律建立U3部位渗漏通道大小与气温的解析表达式。基于COMSOL软件建立研究区坝体和坝基的三维地下水数值模型，并利用实测数据对模型参数进行反演分析。根据校正后的模型模拟预测不同温度和不同库水位条件下U3部位和坝基的渗漏量。模拟结果显示，防渗修复能明显减少水库的渗漏量，从而保证水库的正常、安全运行。研究结果为U3渗漏通道的防渗补强提供了重要参考。
以碗窑水库大坝为研究对象，针对Ⅲ坝段的U3部位渗漏情况展开研究。分析渗漏量和气温的观测资料，得到气温和渗漏量呈现明显线性负相关的结果，而U3部位渗漏存在明显的裂缝，可通过立方体定律建立U3部位渗漏通道大小与气温的解析表达式。基于COMSOL软件建立研究区坝体和坝基的三维地下水数值模型，并利用实测数据对模型参数进行反演分析。根据校正后的模型模拟预测不同温度和不同库水位条件下U3部位和坝基的渗漏量。模拟结果显示，防渗修复能明显减少水库的渗漏量，从而保证水库的正常、安全运行。研究结果为U3渗漏通道的防渗补强提供了重要参考。
2024, 22(3):462-472.
摘要:
基于2022—2023年京杭大运河（小运河、卫运河、南运河、北运河、通惠河）全线贯通补水期间沿线419眼浅井和173眼深井地下水位监测数据，分析实施生态补水后河道的入渗水量以及河道沿线和灌溉水源置换区的地下水位变化。结果表明：相较小运河、北运河和通惠河等衬砌河道，卫运河和南运河渗透性较好，地下水回补效果更为显著；贯通补水后大运河河道周边0~10 km范围内浅层地下水位较去年同期回升0.48 m，3—5月春灌期取水过程中大运河沿线地下水位下降幅度减少了0.19 m，表明生态补水对地下水位恢复具有积极作用；河道周边地下水位对生态补水过程的响应有滞后，表现为距离河道越近，水位下降幅度越小；水源置换能够有效缓解因灌溉取水导致的水位下降，卫运河和南运河段农灌受水区深、浅层地下水位较去年同期分别回升3.17 m和0.27 m。重点对入渗性强、灌溉需水量高的河段持续实施生态补水，保证河道水量，能够更为有效地促进地下水水位回升。
基于2022—2023年京杭大运河（小运河、卫运河、南运河、北运河、通惠河）全线贯通补水期间沿线419眼浅井和173眼深井地下水位监测数据，分析实施生态补水后河道的入渗水量以及河道沿线和灌溉水源置换区的地下水位变化。结果表明：相较小运河、北运河和通惠河等衬砌河道，卫运河和南运河渗透性较好，地下水回补效果更为显著；贯通补水后大运河河道周边0~10 km范围内浅层地下水位较去年同期回升0.48 m，3—5月春灌期取水过程中大运河沿线地下水位下降幅度减少了0.19 m，表明生态补水对地下水位恢复具有积极作用；河道周边地下水位对生态补水过程的响应有滞后，表现为距离河道越近，水位下降幅度越小；水源置换能够有效缓解因灌溉取水导致的水位下降，卫运河和南运河段农灌受水区深、浅层地下水位较去年同期分别回升3.17 m和0.27 m。重点对入渗性强、灌溉需水量高的河段持续实施生态补水，保证河道水量，能够更为有效地促进地下水水位回升。
2024, 22(3):473-481.
摘要:
针对建设时间早、没有设置生态流量的梯级水库，提出生态流量核定方法：根据有关规范对生态流量的要求、水库主要影响河段已批复的流量控制指标和水库已有调度任务下泄需求得到生态流量初值，通过梯级水库调度模拟模型和历史长系列实测出库径流过程分析水库对生态流量的保障能力，提出生态流量推荐值。以黄河上游龙羊峡水库和刘家峡水库为研究对象核定生态流量，结果显示：龙羊峡水库生态流量5—6月为400m3/s、其他时段为200m3/s，刘家峡水库生态流量为285m3/s，长期保证率均不低于90%。龙羊峡水库和刘家峡水库对生态流量均有较好的保障能力，但是极端枯水条件下龙羊峡水库敏感期生态流量保障仍面临风险。
针对建设时间早、没有设置生态流量的梯级水库，提出生态流量核定方法：根据有关规范对生态流量的要求、水库主要影响河段已批复的流量控制指标和水库已有调度任务下泄需求得到生态流量初值，通过梯级水库调度模拟模型和历史长系列实测出库径流过程分析水库对生态流量的保障能力，提出生态流量推荐值。以黄河上游龙羊峡水库和刘家峡水库为研究对象核定生态流量，结果显示：龙羊峡水库生态流量5—6月为400m3/s、其他时段为200m3/s，刘家峡水库生态流量为285m3/s，长期保证率均不低于90%。龙羊峡水库和刘家峡水库对生态流量均有较好的保障能力，但是极端枯水条件下龙羊峡水库敏感期生态流量保障仍面临风险。
2024, 22(3):482-490.
摘要:
为准确揭示密云水库流域径流变化的物理成因，基于降水、径流非平稳特征诊断结果，采用SWAT（soil and water assessment tool）水文模型，基于Budyko理论的弹性系数法和水量平衡法揭示该流域径流变化原因；对比验证各模型归因结果差异，进一步探究归因方法和基准期选择对流域径流变化归因结果的影响。结果表明：基于Budyko理论的水量平衡方法更适用于水利工程众多、跨流域调水活动频繁的密云水库流域径流变化归因计算；利用该方法进行分析，当基准期长度达到16年及以上时，流域径流变化归因分析结果逐渐趋于稳定，而基准期选取过短会高估人类活动对径流的减水效应；此外，基准期选取靠近研究初始时段时，计算得到人类活动的减水效应相对较大。综合考虑上述各因素的影响，认为人类活动是密云水库流域径流变化的主导因素；在变化期Ⅰ，其减水效应在?128.32% ~ ?119.56%波动，在变化期Ⅱ，其对径流的削减作用为?75.58% ~ ?70.70%。研究结果有助于提升对密云水库流域径流复杂演变规律和物理成因的科学认识。
为准确揭示密云水库流域径流变化的物理成因，基于降水、径流非平稳特征诊断结果，采用SWAT（soil and water assessment tool）水文模型，基于Budyko理论的弹性系数法和水量平衡法揭示该流域径流变化原因；对比验证各模型归因结果差异，进一步探究归因方法和基准期选择对流域径流变化归因结果的影响。结果表明：基于Budyko理论的水量平衡方法更适用于水利工程众多、跨流域调水活动频繁的密云水库流域径流变化归因计算；利用该方法进行分析，当基准期长度达到16年及以上时，流域径流变化归因分析结果逐渐趋于稳定，而基准期选取过短会高估人类活动对径流的减水效应；此外，基准期选取靠近研究初始时段时，计算得到人类活动的减水效应相对较大。综合考虑上述各因素的影响，认为人类活动是密云水库流域径流变化的主导因素；在变化期Ⅰ，其减水效应在?128.32% ~ ?119.56%波动，在变化期Ⅱ，其对径流的削减作用为?75.58% ~ ?70.70%。研究结果有助于提升对密云水库流域径流复杂演变规律和物理成因的科学认识。
2024, 22(3):491-501.
摘要:
基于2001—2018年监测站点观测的蒸发皿数据，分别在站点尺度和流域尺度上对GLEAM、MOD16A2、GLDAS_Noah和ERA5共4种遥感潜在蒸散发产品进行评估，选出适应性较好的3种遥感产品，运用Triple Collocation方法进行融合，并分析其时空变化特征。结果表明：在站点尺度上，ERA5遥感产品相关性较为显著（相关系数CC=0.72），精确度最高（相对偏差Bias=?22.48%，均方根误差RMSE=39.24mm/月），更适用于雅鲁藏布江流域，MOD16A2和GLDAS_Noah次之；MOD16A2、GLDAS_Noah和ERA5分别占融合数据PETTC的31.12%、30.64%和38.24%，对比PETTC与3种遥感产品，PETTC融合数据在流域内精度有所提高；融合数据PETTC 的潜在蒸散发峰值出现在2009年，雅鲁藏布江流域多年平均潜在蒸散发呈现从中部向上、下游逐渐减小的趋势，在流域东南角出现潜在蒸散发量最大值。在雅鲁藏布江流域内获得更精准的潜在蒸散发并揭示其变化规律，可为研究流域水资源的供需平衡和生态系统的稳定性提供数据支撑。
基于2001—2018年监测站点观测的蒸发皿数据，分别在站点尺度和流域尺度上对GLEAM、MOD16A2、GLDAS_Noah和ERA5共4种遥感潜在蒸散发产品进行评估，选出适应性较好的3种遥感产品，运用Triple Collocation方法进行融合，并分析其时空变化特征。结果表明：在站点尺度上，ERA5遥感产品相关性较为显著（相关系数CC=0.72），精确度最高（相对偏差Bias=?22.48%，均方根误差RMSE=39.24mm/月），更适用于雅鲁藏布江流域，MOD16A2和GLDAS_Noah次之；MOD16A2、GLDAS_Noah和ERA5分别占融合数据PETTC的31.12%、30.64%和38.24%，对比PETTC与3种遥感产品，PETTC融合数据在流域内精度有所提高；融合数据PETTC 的潜在蒸散发峰值出现在2009年，雅鲁藏布江流域多年平均潜在蒸散发呈现从中部向上、下游逐渐减小的趋势，在流域东南角出现潜在蒸散发量最大值。在雅鲁藏布江流域内获得更精准的潜在蒸散发并揭示其变化规律，可为研究流域水资源的供需平衡和生态系统的稳定性提供数据支撑。
2024, 22(3):502-511.
摘要:
分析地下水人工回灌过程中颗粒的沉积特征以及影响沉积的多种因素，搭建地下水回灌物理试验系统和颗粒沉积过程CT扫描检测系统，在此基础上构建与地下水回灌试验系统内砂柱对应的数值模型，用于分析回灌水温度、回灌颗粒电荷和回灌水头对颗粒沉积的影响权重，从而将回灌水温度和回灌颗粒电荷与回灌水头纳入同一评价体系中。结果表明：对于地下水人工回灌过程中颗粒沉积来说，回灌水头影响最大，回灌水温度的影响不可忽视，在地下水源热泵等水温变化幅度较大的工程场景中，回灌水温度的影响超过了回灌水头，回灌颗粒电荷的影响较小。研究成果拓宽了对地下水回灌颗粒堵塞和颗粒沉积影响因素的认知，有利于在地下水回灌工程的设计和运行过程中合理规避颗粒堵塞的影响。
分析地下水人工回灌过程中颗粒的沉积特征以及影响沉积的多种因素，搭建地下水回灌物理试验系统和颗粒沉积过程CT扫描检测系统，在此基础上构建与地下水回灌试验系统内砂柱对应的数值模型，用于分析回灌水温度、回灌颗粒电荷和回灌水头对颗粒沉积的影响权重，从而将回灌水温度和回灌颗粒电荷与回灌水头纳入同一评价体系中。结果表明：对于地下水人工回灌过程中颗粒沉积来说，回灌水头影响最大，回灌水温度的影响不可忽视，在地下水源热泵等水温变化幅度较大的工程场景中，回灌水温度的影响超过了回灌水头，回灌颗粒电荷的影响较小。研究成果拓宽了对地下水回灌颗粒堵塞和颗粒沉积影响因素的认知，有利于在地下水回灌工程的设计和运行过程中合理规避颗粒堵塞的影响。
2024, 22(3):512-520.
摘要:
基于汉江流域的气象水文和归一化植被指数（normalized difference vegetation index，INDV）数据，采用多元线性回归分析方法定量计算不同因素对汉江流域植被变化的影响程度，然后采用修正后的Budyko方程和弹性系数法定量计算植被变化对径流变化的影响程度。结果表明：1982—2015年的年均INDV呈显著的波动增长趋势（p<0.01），且空间异质性较明显，植被增长明显地区主要分布在中下游区域；气候条件和人为因素对INDV增长具有积极作用，贡献率分别为99.56%和0.44%，但其贡献率的时空分布存在显著差异；下垫面参数（ω）和INDV之间有较强相关性，表明流域产流能力对植被变化具有高度敏感性；气候因素引起的植被变化和人为因素引起的植被变化对径流量的贡献率分别为28.28%和0.12%，表明气候因素导致植被增长是致使汉江流域水资源减少的重要因素之一，因此，应高度重视植被生长导致流域水资源减少这一问题。
基于汉江流域的气象水文和归一化植被指数（normalized difference vegetation index，INDV）数据，采用多元线性回归分析方法定量计算不同因素对汉江流域植被变化的影响程度，然后采用修正后的Budyko方程和弹性系数法定量计算植被变化对径流变化的影响程度。结果表明：1982—2015年的年均INDV呈显著的波动增长趋势（p<0.01），且空间异质性较明显，植被增长明显地区主要分布在中下游区域；气候条件和人为因素对INDV增长具有积极作用，贡献率分别为99.56%和0.44%，但其贡献率的时空分布存在显著差异；下垫面参数（ω）和INDV之间有较强相关性，表明流域产流能力对植被变化具有高度敏感性；气候因素引起的植被变化和人为因素引起的植被变化对径流量的贡献率分别为28.28%和0.12%，表明气候因素导致植被增长是致使汉江流域水资源减少的重要因素之一，因此，应高度重视植被生长导致流域水资源减少这一问题。
2024, 22(3):521-533.
摘要:
为揭示青藏高原区域水文循环机制和促进水资源合理利用，基于氢氧稳定同位素技术分析不同水体氢氧稳定同位素特征和转化关系，应用端元混合径流分割模型和IsoSource软件进行流域水源解析。结果表明：区域大气降水δ（18O）值2—5月上升、5—10月下降；氘盈余值冬季高夏季低；δ（18O）在青藏高原北部地区表现出“逆海拔效应”，区域内其他地区“海拔效应”明显。河水、湖水、地下水的平均蒸发损失量分别为20.8%、30.9%、23.6%。河水氢氧稳定同位素的沿程变化受补给水源和蒸发作用影响，降水补给使得河水δ（18O）减小，重同位素相对富集的地下水补给导致河水δ（18O）增大，蒸发作用使得河水δ（18O）增大，蒸发效应使得湖水重同位素富集，湖水注入河道后导致河水δ（18O）增大。降水是拉萨河流域的最主要补给水源，而对于疏勒河流域的补给水源来说，降水和地下水平均贡献率相近，岷江流域则以地下水补给居多。那曲河流域下游受错那湖调节，随着沿程距离的增加，湖水补给贡献率呈下降趋势。
为揭示青藏高原区域水文循环机制和促进水资源合理利用，基于氢氧稳定同位素技术分析不同水体氢氧稳定同位素特征和转化关系，应用端元混合径流分割模型和IsoSource软件进行流域水源解析。结果表明：区域大气降水δ（18O）值2—5月上升、5—10月下降；氘盈余值冬季高夏季低；δ（18O）在青藏高原北部地区表现出“逆海拔效应”，区域内其他地区“海拔效应”明显。河水、湖水、地下水的平均蒸发损失量分别为20.8%、30.9%、23.6%。河水氢氧稳定同位素的沿程变化受补给水源和蒸发作用影响，降水补给使得河水δ（18O）减小，重同位素相对富集的地下水补给导致河水δ（18O）增大，蒸发作用使得河水δ（18O）增大，蒸发效应使得湖水重同位素富集，湖水注入河道后导致河水δ（18O）增大。降水是拉萨河流域的最主要补给水源，而对于疏勒河流域的补给水源来说，降水和地下水平均贡献率相近，岷江流域则以地下水补给居多。那曲河流域下游受错那湖调节，随着沿程距离的增加，湖水补给贡献率呈下降趋势。
2024, 22(3):534-544.
摘要:
无水文资料地区，水文模型的参数难以确定。基于此，提出一套无资料地区水文模拟的方法体系，首先利用开源再分析数据驱动水文模型，然后基于流域相似性理论进行模型参数移植，完成无资料地区水文模拟。以元江-红河多国跨界流域为例，将流域划分成123个子流域，基于根据高程、坡度、形状系数、森林覆盖率、降水与蒸散发等指标，利用主成分分析和流域相似度计算对123个子流域进行相似性分析；再基于水文资料和相似性结果，将7个有流量资料的子流域划分出4组相似流域；对有资料流域进行参数率定和验证，模拟结果良好，经过参数移植后，无资料流域的模拟结果均得到了提高。基于流域相似性的参数区域化和开源再分析数据的无资料地区水文模拟方法，可以为无资料地区的水文模拟与水资源管理带来更多可能。
无水文资料地区，水文模型的参数难以确定。基于此，提出一套无资料地区水文模拟的方法体系，首先利用开源再分析数据驱动水文模型，然后基于流域相似性理论进行模型参数移植，完成无资料地区水文模拟。以元江-红河多国跨界流域为例，将流域划分成123个子流域，基于根据高程、坡度、形状系数、森林覆盖率、降水与蒸散发等指标，利用主成分分析和流域相似度计算对123个子流域进行相似性分析；再基于水文资料和相似性结果，将7个有流量资料的子流域划分出4组相似流域；对有资料流域进行参数率定和验证，模拟结果良好，经过参数移植后，无资料流域的模拟结果均得到了提高。基于流域相似性的参数区域化和开源再分析数据的无资料地区水文模拟方法，可以为无资料地区的水文模拟与水资源管理带来更多可能。
2024, 22(3):545-556.
摘要:
基于1962—2021年闽江流域29个气象观测站的日降水量数据，运用标准化降水指数（standard precipitation index，SPI），Mann-Kendal趋势检验（M-K检验）以及Morlet小波分析等多种方法，深入分析不同时间尺度下闽江流域干湿演变特征，同时，结合海温异常指数（sea surface temperature anomaly，SSTA），进一步探究闽江流域干湿对厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）事件的响应。结果表明：近60年来，闽江流域整体呈不显著湿润化趋势，夏季在20世纪90年代后显著湿润化，秋季在1995年后有干旱化倾向，冬季比其他季节更容易出现极端干湿事件；从空间上看，流域东南部湿润化趋势明显，具有春季流域中部干旱化，夏季北部以及东南部湿润化，秋季南部干旱化的态势；全流域各级湿润和干旱事件均呈增加趋势，湿润事件多出现在夏季，干旱事件多出现在秋、冬季；闽江流域在20~30 a的范围内存在干—湿—干的周期变化。ENSO对闽江流域干湿有显著影响，且具有一定的滞后性，暖、冷事件的影响分别在滞后1~4个月和3~5个月最显著。
基于1962—2021年闽江流域29个气象观测站的日降水量数据，运用标准化降水指数（standard precipitation index，SPI），Mann-Kendal趋势检验（M-K检验）以及Morlet小波分析等多种方法，深入分析不同时间尺度下闽江流域干湿演变特征，同时，结合海温异常指数（sea surface temperature anomaly，SSTA），进一步探究闽江流域干湿对厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）事件的响应。结果表明：近60年来，闽江流域整体呈不显著湿润化趋势，夏季在20世纪90年代后显著湿润化，秋季在1995年后有干旱化倾向，冬季比其他季节更容易出现极端干湿事件；从空间上看，流域东南部湿润化趋势明显，具有春季流域中部干旱化，夏季北部以及东南部湿润化，秋季南部干旱化的态势；全流域各级湿润和干旱事件均呈增加趋势，湿润事件多出现在夏季，干旱事件多出现在秋、冬季；闽江流域在20~30 a的范围内存在干—湿—干的周期变化。ENSO对闽江流域干湿有显著影响，且具有一定的滞后性，暖、冷事件的影响分别在滞后1~4个月和3~5个月最显著。
2024, 22(3):557-565.
摘要:
为探索南水北调西线工程水源区大型底栖动物群落结构及其适宜的水文条件，于2022年7月（汛期）及11月（非汛期）在南水北调西线工程水源区开展了2次大型底栖动物采样调查，共记录大型底栖动物50个分类单元。结果表明：西线水源区底栖动物群落组成以节肢动物昆虫纲（Insecta）为绝对优势，占总分类单元数的90.20%。其中，汛期以扁蜉（Heptageniidae sp.，优势度Y=19.9%）为第一优势种，非汛期以襀（Perlidae sp.，优势度Y=13.8%）为第一优势种。时间上，汛期生物密度更高，但非汛期生物多样性及物种均匀度更高；空间上，西线工程上线方案调水河段的生物多样性及生物密度明显高于下线方案。在0~1.0 m/s的流速范围内，不同流速区间的物种数及Margalef多样性指数具有显著差异；且无论是汛期还是非汛期，流速在0.5~1.0 m/s的底栖动物物种数及各项生物多样性指数均处于最高水平。在0~0.6 m的水深范围内，不同水深区间的生物量在汛期或非汛期均具有显著差异，且底栖动物密度整体在0~0.2 m区间内的平均值最高。针对水源区8个优势物种，利用栖境使用模拟法，得到西线工程水源区河流大型底栖动物优势物种的适宜水文条件为水深0.2~0.4 m、流速0.3~0.6 m/s。
为探索南水北调西线工程水源区大型底栖动物群落结构及其适宜的水文条件，于2022年7月（汛期）及11月（非汛期）在南水北调西线工程水源区开展了2次大型底栖动物采样调查，共记录大型底栖动物50个分类单元。结果表明：西线水源区底栖动物群落组成以节肢动物昆虫纲（Insecta）为绝对优势，占总分类单元数的90.20%。其中，汛期以扁蜉（Heptageniidae sp.，优势度Y=19.9%）为第一优势种，非汛期以襀（Perlidae sp.，优势度Y=13.8%）为第一优势种。时间上，汛期生物密度更高，但非汛期生物多样性及物种均匀度更高；空间上，西线工程上线方案调水河段的生物多样性及生物密度明显高于下线方案。在0~1.0 m/s的流速范围内，不同流速区间的物种数及Margalef多样性指数具有显著差异；且无论是汛期还是非汛期，流速在0.5~1.0 m/s的底栖动物物种数及各项生物多样性指数均处于最高水平。在0~0.6 m的水深范围内，不同水深区间的生物量在汛期或非汛期均具有显著差异，且底栖动物密度整体在0~0.2 m区间内的平均值最高。针对水源区8个优势物种，利用栖境使用模拟法，得到西线工程水源区河流大型底栖动物优势物种的适宜水文条件为水深0.2~0.4 m、流速0.3~0.6 m/s。
2024, 22(3):566-574.
摘要:
研究南水北调东线一期工程通水以来受水区生态环境效益的演变态势，对南水北调后续工程高质量建设、加快构建国家水网以及促进工程综合效益发挥有决策参考作用。以定性定量相结合的方式分析东线一期工程在优化水资源配置、保障饮水安全、复苏河湖生态环境和畅通南北经济循环等方面的作用，进而结合层次分析法，从直接效益和间接效益2个方面，筛选构建东线一期工程受水区生态环境效益评价指标体系，主要包括工程年供水量、水质改善度、生态补水量、地下水压采量、地下水水位、水域面积、绿地面积和涵养水源等，并采用VlseKriterijumska Optimizacija I Kompromisno Resenje（VIKOR）多准则妥协解排序方法对南水北调东线一期工程通水以来即2013—2022年受水区生态环境效益演变态势进行分析。结果表明：南水北调东线一期工程通水的10年以来，受水区的生态环境整体复苏效果明显，近3年排序值保持在0.8以上；受降水偏枯进而影响地下水开采量和地下水水位等因素影响，2019年间接生态环境效益下降29.2%，之后迅速恢复并保持稳定。在分析直接效益和间接效益演变的基础上，从工程提质增效、提高工程水质状况以及完善体制机制建设等方面提出东线一期工程进一步促进受水区生态环境持续改善的策略和建议，以期为东线工程及受水区生态环境保护及高质量发展相关研究、决策制定等提供参考。
研究南水北调东线一期工程通水以来受水区生态环境效益的演变态势，对南水北调后续工程高质量建设、加快构建国家水网以及促进工程综合效益发挥有决策参考作用。以定性定量相结合的方式分析东线一期工程在优化水资源配置、保障饮水安全、复苏河湖生态环境和畅通南北经济循环等方面的作用，进而结合层次分析法，从直接效益和间接效益2个方面，筛选构建东线一期工程受水区生态环境效益评价指标体系，主要包括工程年供水量、水质改善度、生态补水量、地下水压采量、地下水水位、水域面积、绿地面积和涵养水源等，并采用VlseKriterijumska Optimizacija I Kompromisno Resenje（VIKOR）多准则妥协解排序方法对南水北调东线一期工程通水以来即2013—2022年受水区生态环境效益演变态势进行分析。结果表明：南水北调东线一期工程通水的10年以来，受水区的生态环境整体复苏效果明显，近3年排序值保持在0.8以上；受降水偏枯进而影响地下水开采量和地下水水位等因素影响，2019年间接生态环境效益下降29.2%，之后迅速恢复并保持稳定。在分析直接效益和间接效益演变的基础上，从工程提质增效、提高工程水质状况以及完善体制机制建设等方面提出东线一期工程进一步促进受水区生态环境持续改善的策略和建议，以期为东线工程及受水区生态环境保护及高质量发展相关研究、决策制定等提供参考。
2024, 22(3):575-584.
摘要:
为确保流域生态系统健康发展，实现水资源合理配置，基于青海省水文水资源测报中心实测布哈河口站和刚察站1961—2020年长时间序列数据，通过三性审查验证数据符合计算条件，径流量通过滑动T检验法和Mann-Kendall（M-K）检验法进行趋势变化分析和径流突变检验。采用Tennant、近10 年最枯月平均流量法、90%保证率月平均流量法和年内展布法计算布哈河与沙柳河河道内生态需水量。以改进的Tennant评价标准和满足度对4种方法进行对比分析，结果表明：年内展布法计算布哈河生态需水量较为合理，90%保证率月平均流量法计算沙柳河生态需水量较为合理，最终得出布哈河年平均生态需水量为38.4亿 m3，沙柳河年平均生态需水量为14.12亿m3。
为确保流域生态系统健康发展，实现水资源合理配置，基于青海省水文水资源测报中心实测布哈河口站和刚察站1961—2020年长时间序列数据，通过三性审查验证数据符合计算条件，径流量通过滑动T检验法和Mann-Kendall（M-K）检验法进行趋势变化分析和径流突变检验。采用Tennant、近10 年最枯月平均流量法、90%保证率月平均流量法和年内展布法计算布哈河与沙柳河河道内生态需水量。以改进的Tennant评价标准和满足度对4种方法进行对比分析，结果表明：年内展布法计算布哈河生态需水量较为合理，90%保证率月平均流量法计算沙柳河生态需水量较为合理，最终得出布哈河年平均生态需水量为38.4亿 m3，沙柳河年平均生态需水量为14.12亿m3。
2024, 22(3):585-594.
摘要:
为促进景泰川电力提灌工程及其灌溉区（以下简称“景电工程”及“景电灌区”）持续健康发展，通过时间序列分析法，对比分析景电工程自建设以来产生的经济效益；利用2000—2020年的归一化植被指数数据，采用Slope趋势分析法，分析2000—2020年景电灌区植被指数的时空动态变化。结果表明：1980—2020年农村人均纯收入增加19 854元；城乡居民储蓄存款增加近100倍；地区生产总值增加122亿元；财政收入增加5.78亿元，40年的时间里财政收入增加289倍。2000—2020年植被指数持续增加，区域生态呈显著改善状态，景电灌区灌溉面积已发展到60 784 hm2，荒漠化土地面积减少2.066 7万 hm2，景电工程建成以后，生态得到有效恢复，促进了区域农业经济的快速发展，居民生活水平显著提高。
为促进景泰川电力提灌工程及其灌溉区（以下简称“景电工程”及“景电灌区”）持续健康发展，通过时间序列分析法，对比分析景电工程自建设以来产生的经济效益；利用2000—2020年的归一化植被指数数据，采用Slope趋势分析法，分析2000—2020年景电灌区植被指数的时空动态变化。结果表明：1980—2020年农村人均纯收入增加19 854元；城乡居民储蓄存款增加近100倍；地区生产总值增加122亿元；财政收入增加5.78亿元，40年的时间里财政收入增加289倍。2000—2020年植被指数持续增加，区域生态呈显著改善状态，景电灌区灌溉面积已发展到60 784 hm2，荒漠化土地面积减少2.066 7万 hm2，景电工程建成以后，生态得到有效恢复，促进了区域农业经济的快速发展，居民生活水平显著提高。
2024, 22(3):595-604.
摘要:
交汇区的水流结构极为复杂，揭示交汇区底泥磷分布特征难度较大。设计交汇区底泥磷分布实验系统及其检测方法，测量交汇区的三维流场和底泥中总磷含量，分析交汇区水流分区与底泥中总磷空间分布的关系，并基于交汇水槽实验中204组水动力参数与底泥中总磷含量数据，建立人工神经网络模型，定量分析流场中水动力参数对底泥中总磷含量的影响，辨识其中的关键水动力参数。结果表明：分离区内水流水平流速较小，底泥磷含量较高；位于分离区外侧的加速区水平流速较大，底泥磷含量较低，但加速区的局部区域（剪切层区）存在显著的底泥磷含量偏高现象；通过人工神经网络模型的参数敏感性分析，定量解释局部底泥磷含量高值现象与该区域较大的向下水流有关。
交汇区的水流结构极为复杂，揭示交汇区底泥磷分布特征难度较大。设计交汇区底泥磷分布实验系统及其检测方法，测量交汇区的三维流场和底泥中总磷含量，分析交汇区水流分区与底泥中总磷空间分布的关系，并基于交汇水槽实验中204组水动力参数与底泥中总磷含量数据，建立人工神经网络模型，定量分析流场中水动力参数对底泥中总磷含量的影响，辨识其中的关键水动力参数。结果表明：分离区内水流水平流速较小，底泥磷含量较高；位于分离区外侧的加速区水平流速较大，底泥磷含量较低，但加速区的局部区域（剪切层区）存在显著的底泥磷含量偏高现象；通过人工神经网络模型的参数敏感性分析，定量解释局部底泥磷含量高值现象与该区域较大的向下水流有关。
2024, 22(3):605-617.
摘要:
针对洪水标准选用及应对气候变化适应性政策制定问题，系统调研欧美亚典型发达国家在该领域的研究及应用成果，从工程设计洪水标准和流域洪水管理标准等角度综述美国、荷兰、英国和日本洪水标准的制定政策，从气候变化对设计暴雨/洪水的影响角度分析总结英国和日本在应对气候变化上的适应性对策。建议在洪水标准及气候适应对策研究中抛弃单纯依据大坝尺寸确定洪水标准的方式，基于动态发展及整体-局部互馈关联视角，兼顾气候变化对暴雨洪水的影响，从洪水潜在危害及风险角度出发，制定相应的政策规范。本综述可为我国新时期洪水标准选用规则及适应气候变化策略的制定提供参考。
针对洪水标准选用及应对气候变化适应性政策制定问题，系统调研欧美亚典型发达国家在该领域的研究及应用成果，从工程设计洪水标准和流域洪水管理标准等角度综述美国、荷兰、英国和日本洪水标准的制定政策，从气候变化对设计暴雨/洪水的影响角度分析总结英国和日本在应对气候变化上的适应性对策。建议在洪水标准及气候适应对策研究中抛弃单纯依据大坝尺寸确定洪水标准的方式，基于动态发展及整体-局部互馈关联视角，兼顾气候变化对暴雨洪水的影响，从洪水潜在危害及风险角度出发，制定相应的政策规范。本综述可为我国新时期洪水标准选用规则及适应气候变化策略的制定提供参考。
2024, 22(3):618-624.
摘要:
以山丘区小流域洪水预报为研究对象，耦合改进后的美国农业部水土保持局（Soil Conservation Service，SCS）产流模型与广义单位线汇流模型，模型参数意义明确、容易确定。选取东江流域西枝江水系上游九洲水文站以上集水区域场次洪水资料，将SCS广义单位线模型与三水源新安江模型进行次洪模拟应用对比。结果表明：SCS广义单位线模型和新安江模型在研究流域场次洪水模拟中均具有适用性，洪峰、洪量及过程线均满足许可误差要求，两个模型的合格率分别为69%和77%，整体上新安江模型的模拟精度更优。新提出的SCS广义单位线模型结构简单，参数易于确定，能够提供可接受精度的模型结果，为山丘区小流域洪水预报提供新的模型选择，同时也能为广义单位线参数区域化规律研究提供支撑。
以山丘区小流域洪水预报为研究对象，耦合改进后的美国农业部水土保持局（Soil Conservation Service，SCS）产流模型与广义单位线汇流模型，模型参数意义明确、容易确定。选取东江流域西枝江水系上游九洲水文站以上集水区域场次洪水资料，将SCS广义单位线模型与三水源新安江模型进行次洪模拟应用对比。结果表明：SCS广义单位线模型和新安江模型在研究流域场次洪水模拟中均具有适用性，洪峰、洪量及过程线均满足许可误差要求，两个模型的合格率分别为69%和77%，整体上新安江模型的模拟精度更优。新提出的SCS广义单位线模型结构简单，参数易于确定，能够提供可接受精度的模型结果，为山丘区小流域洪水预报提供新的模型选择，同时也能为广义单位线参数区域化规律研究提供支撑。
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