南水北调与水利科技（中英文）
2017年第2期文章目次
2017, 15(2):1-8.
摘要:
南水北调中线工程具有输水线路长、涉及区域广、参与工程多、调水规模大、输水工况多变等特点，给工程的调度、控制和运行管理带来极大困难。工程上技术的难题在于其背后的科学机理性问题并没有完全揭示和解决，包括变化条件下多水源联合多维均衡调控机制、水量水质多过程耦合机理、多物质突发水污染应急调度模式、多闸门联合运用下的明渠水力学响应机理与控制等。为建立一套完备的技术体系来支撑其调度运行，围绕“预报-调度-模拟-控制-评价”这五个关键环节对现有研究进行分类总结；然后，在综述以往研究不足的基础上，对亟需攻关的关键技术进行了详细阐释，涵盖了水源区与受水区预报调度、总干渠冰水污染多相模拟、总干渠水量水质联合调度、中线全线自动化控制技术、调度评价技术与平台建设等多个方面；最后，文章讨论了实现中线智能调控和应急调度亟待解决的科学问题，并进行了研究总结。
南水北调中线工程具有输水线路长、涉及区域广、参与工程多、调水规模大、输水工况多变等特点，给工程的调度、控制和运行管理带来极大困难。工程上技术的难题在于其背后的科学机理性问题并没有完全揭示和解决，包括变化条件下多水源联合多维均衡调控机制、水量水质多过程耦合机理、多物质突发水污染应急调度模式、多闸门联合运用下的明渠水力学响应机理与控制等。为建立一套完备的技术体系来支撑其调度运行，围绕“预报-调度-模拟-控制-评价”这五个关键环节对现有研究进行分类总结；然后，在综述以往研究不足的基础上，对亟需攻关的关键技术进行了详细阐释，涵盖了水源区与受水区预报调度、总干渠冰水污染多相模拟、总干渠水量水质联合调度、中线全线自动化控制技术、调度评价技术与平台建设等多个方面；最后，文章讨论了实现中线智能调控和应急调度亟待解决的科学问题，并进行了研究总结。
2017, 15(2):9-14.
摘要:
年最大洪峰流量预测，受较多的复杂因素的影响，不确定性较强，用常规统计方法做出准确预报具有较大困难。本文从水文序列本身出发，提出将投影回归模型应用于年最大洪峰流量预测，为了更好获得投影寻踪模型参数和预测精度，提出了运用延迟相关系数法确定回归预测因子、群居蜘蛛算法优化投影寻踪模型最佳投影方向参数a、利用最小二乘法确定多项式的权系数c、岭函数个数M的群居蜘蛛优化投影寻踪年最大洪峰流量预测模型，结合长江宜昌站（1882年－2004年）的年最大洪峰流量资料进行实例预测，训练阶段平均绝对相对误差为8.61%，预测阶段平均绝对相对误差为10.51%，该模型预测效果较好，模型结果稳定，可有效应用于年最大洪峰流量预测。
年最大洪峰流量预测，受较多的复杂因素的影响，不确定性较强，用常规统计方法做出准确预报具有较大困难。本文从水文序列本身出发，提出将投影回归模型应用于年最大洪峰流量预测，为了更好获得投影寻踪模型参数和预测精度，提出了运用延迟相关系数法确定回归预测因子、群居蜘蛛算法优化投影寻踪模型最佳投影方向参数a、利用最小二乘法确定多项式的权系数c、岭函数个数M的群居蜘蛛优化投影寻踪年最大洪峰流量预测模型，结合长江宜昌站（1882年－2004年）的年最大洪峰流量资料进行实例预测，训练阶段平均绝对相对误差为8.61%，预测阶段平均绝对相对误差为10.51%，该模型预测效果较好，模型结果稳定，可有效应用于年最大洪峰流量预测。
2017, 15(2):15-21.
摘要:
干旱自然分区能揭示研究区干旱的发生发展规律，为制定抗旱防灾减灾对策提供理论依据。基于主成分聚类分析法，选用地形起伏度、多年平均干旱指数、P75%年降水量负距平百分率和年降水变差系数四个指标对云南省进行干旱自然分区，并使用ArcGis软件绘制相应的干旱自然分区图，最后采用单因素方差分析法检验分区结果的合理性。结果表明：云南省中东部地区比西部地区更容易发生干旱，这与相关年鉴资料的统计分析结果基本一致；四个干旱自然分区之间差异显著，进一步证实了本文干旱自然分区结果具有一定的合理性。
干旱自然分区能揭示研究区干旱的发生发展规律，为制定抗旱防灾减灾对策提供理论依据。基于主成分聚类分析法，选用地形起伏度、多年平均干旱指数、P75%年降水量负距平百分率和年降水变差系数四个指标对云南省进行干旱自然分区，并使用ArcGis软件绘制相应的干旱自然分区图，最后采用单因素方差分析法检验分区结果的合理性。结果表明：云南省中东部地区比西部地区更容易发生干旱，这与相关年鉴资料的统计分析结果基本一致；四个干旱自然分区之间差异显著，进一步证实了本文干旱自然分区结果具有一定的合理性。
2017, 15(2):22-28.
摘要:
对西辽河流域1961年－2014年降水量年值建立了由基于过程线、滑动平均、Hurst指数的初步诊断，基于相关系数、Mann-Kendall检验、滑动T检验、小波分析的详细诊断两部分组成的变异诊断系统。并聚焦近10年（2005年－2014年）年降水量时空分布，其年均降水与多年（1961年－2014年）、1961年－1970年、1971年－1980年、1981年－1990年和1991年－2000年五组平均年降水空间分布比较，对采用ArcGIS的Kriging插值后的差值时空分布进行了详细阐述。结果表明：年降水量序列呈轻微下降的整体态势，未来具有增加的可能性；6、18或30 a为其主周期，1998年是年降水量的突变年。空间分布上，年降水量变异程度大致呈现自流域西南、东部向北部增大的趋势。近10年属于少雨年份。在空间分布上整体少于上述五组降水数据。
对西辽河流域1961年－2014年降水量年值建立了由基于过程线、滑动平均、Hurst指数的初步诊断，基于相关系数、Mann-Kendall检验、滑动T检验、小波分析的详细诊断两部分组成的变异诊断系统。并聚焦近10年（2005年－2014年）年降水量时空分布，其年均降水与多年（1961年－2014年）、1961年－1970年、1971年－1980年、1981年－1990年和1991年－2000年五组平均年降水空间分布比较，对采用ArcGIS的Kriging插值后的差值时空分布进行了详细阐述。结果表明：年降水量序列呈轻微下降的整体态势，未来具有增加的可能性；6、18或30 a为其主周期，1998年是年降水量的突变年。空间分布上，年降水量变异程度大致呈现自流域西南、东部向北部增大的趋势。近10年属于少雨年份。在空间分布上整体少于上述五组降水数据。
2017, 15(2):29-36.
摘要:
采用滑动平均、累积距平、线性倾向估计法分析陕西渭河流域1961年－2013年降水变化特征；采用滑动t检验、有序聚类、双累积曲线分析法分析径流突变性。结果显示：渭河流域降水量整体呈减少趋势，平均年降水日数为86d；降水季节分配不均，集中在夏、秋两季；春、秋两季降水量呈现明显减小趋势；大雨日数与年平均降水量显著正相关，年平均降水量越大，年平均大雨日数出现频次的越高；流域西部和北部暴雨强度呈现增大趋势，东部和南部暴雨强度呈现微弱减小趋势。渭河华县站径流的突变点出现在70年代初和90年代初，降水量的变化与径流变化的趋势基本吻合。
采用滑动平均、累积距平、线性倾向估计法分析陕西渭河流域1961年－2013年降水变化特征；采用滑动t检验、有序聚类、双累积曲线分析法分析径流突变性。结果显示：渭河流域降水量整体呈减少趋势，平均年降水日数为86d；降水季节分配不均，集中在夏、秋两季；春、秋两季降水量呈现明显减小趋势；大雨日数与年平均降水量显著正相关，年平均降水量越大，年平均大雨日数出现频次的越高；流域西部和北部暴雨强度呈现增大趋势，东部和南部暴雨强度呈现微弱减小趋势。渭河华县站径流的突变点出现在70年代初和90年代初，降水量的变化与径流变化的趋势基本吻合。
2017, 15(2):37-44.
摘要:
土壤水的多尺度观测与模拟是当前国内外研究的热点问题。探地雷达作为一种测量土壤含水量的现代先进技术，填补了传统测量方法与遥感方法之间的尺度缺口，国内外大量研究表明：应用探地雷达测量土壤含水量的精度较高，测量速度快，无需破坏土壤结构，作为一种田间尺度的测量方法在测量中、小尺度土壤水空间分布特征等方面具有独特优势，通过不同频率的选定能够测量深度为0.05 m至50 m的土壤含水量。对探地雷达测量土壤水的主要方法、原理、精度及优缺点等进行详尽介绍，并讨论探地雷达的测量深度和尺度特征等问题。探地雷达在遥感反演土壤水模型率定与精度验证方面比TDR、烘干法更有优势，有潜力应用于遥感产品验证、土壤水模式时间稳定性分析等其他水文相关应用中，本文为相关研究和探地雷达测量土壤水方法的推广提供理论参考
土壤水的多尺度观测与模拟是当前国内外研究的热点问题。探地雷达作为一种测量土壤含水量的现代先进技术，填补了传统测量方法与遥感方法之间的尺度缺口，国内外大量研究表明：应用探地雷达测量土壤含水量的精度较高，测量速度快，无需破坏土壤结构，作为一种田间尺度的测量方法在测量中、小尺度土壤水空间分布特征等方面具有独特优势，通过不同频率的选定能够测量深度为0.05 m至50 m的土壤含水量。对探地雷达测量土壤水的主要方法、原理、精度及优缺点等进行详尽介绍，并讨论探地雷达的测量深度和尺度特征等问题。探地雷达在遥感反演土壤水模型率定与精度验证方面比TDR、烘干法更有优势，有潜力应用于遥感产品验证、土壤水模式时间稳定性分析等其他水文相关应用中，本文为相关研究和探地雷达测量土壤水方法的推广提供理论参考
2017, 15(2):45-49.
摘要:
布哈河是青海湖最重要的径流补给河流，其流域水资源气候演变分析对于青海湖生态安全有重要意义。本文通过天骏、刚察、茶卡气象站长系列气温、降水数据分析布哈河流域气候变化特征。结果表明，近50年来，流域内气温均显著升高，海拔越高升温越明显，冬季升温较其它季节明显。采用Mann-Kendall趋势分析法和累计距平曲线对各时段的升温趋势变化进行了分析，升温自1986年开始至1997年有一个10年左右的波动期，随后在1997出现显著的突变过程，在与青藏高原整体趋势一致的基础上表现出区域自身的增温特点。降水呈增加趋势，但不如温度明显。海拔越高降水增加越明显，夏季降水增加较其它季节明显。根据气温和可利用降水变化特征，流域20世纪80年代开始进入增温增湿期，在20世纪90年代进入相对暖干期，本世纪前10年复转为暖湿期。
布哈河是青海湖最重要的径流补给河流，其流域水资源气候演变分析对于青海湖生态安全有重要意义。本文通过天骏、刚察、茶卡气象站长系列气温、降水数据分析布哈河流域气候变化特征。结果表明，近50年来，流域内气温均显著升高，海拔越高升温越明显，冬季升温较其它季节明显。采用Mann-Kendall趋势分析法和累计距平曲线对各时段的升温趋势变化进行了分析，升温自1986年开始至1997年有一个10年左右的波动期，随后在1997出现显著的突变过程，在与青藏高原整体趋势一致的基础上表现出区域自身的增温特点。降水呈增加趋势，但不如温度明显。海拔越高降水增加越明显，夏季降水增加较其它季节明显。根据气温和可利用降水变化特征，流域20世纪80年代开始进入增温增湿期，在20世纪90年代进入相对暖干期，本世纪前10年复转为暖湿期。
2017, 15(2):50-57.
摘要:
徒骇河流域缺水严重，水资源供需矛盾尖锐，而汛期雨量丰富且蓄滞工程较为完善，因此提出通过合理地调度使用主河道上的多级闸门来提高雨洪资源利用率以缓解供需矛盾的思路。选用MIKE11软件建立多级闸门调控下雨洪演进模拟模型，主要运用其中的水动力模型（HD）和降雨径流模型（NAM），并将两者进行耦合，设计了闸门全开、水位控制、水位差控制三种调度模式，结合典型年的选取，进行典型工况下雨洪演进模拟。基于模拟结果，利用水量调控计算方法对流域调控水量进行定量分析和比较，结果表明，通过对闸门的调度，可提高雨洪资源利用率，更大程度地解决流域水资源危机。
徒骇河流域缺水严重，水资源供需矛盾尖锐，而汛期雨量丰富且蓄滞工程较为完善，因此提出通过合理地调度使用主河道上的多级闸门来提高雨洪资源利用率以缓解供需矛盾的思路。选用MIKE11软件建立多级闸门调控下雨洪演进模拟模型，主要运用其中的水动力模型（HD）和降雨径流模型（NAM），并将两者进行耦合，设计了闸门全开、水位控制、水位差控制三种调度模式，结合典型年的选取，进行典型工况下雨洪演进模拟。基于模拟结果，利用水量调控计算方法对流域调控水量进行定量分析和比较，结果表明，通过对闸门的调度，可提高雨洪资源利用率，更大程度地解决流域水资源危机。
2017, 15(2):58-64.
摘要:
以典型水电站优化调度模型为基础，先采用单因素分析法对狼群算法单参数的敏感性进行了分析评价，以算法寻优效果达到最优为目标，得出了参数的有效取值范围；再采用正交实验与极差分析方法，对狼群算法多参数的敏感性进行了综合分析，同理得出了参数变化的敏感性主次序和参数最佳取值组合。实例的验证结果表明，研究选取的参数取值范围和最佳取值组合有效地提升了算法的优化性能，为狼群算法应用于水电站优化调度提供了参数选择依据。
以典型水电站优化调度模型为基础，先采用单因素分析法对狼群算法单参数的敏感性进行了分析评价，以算法寻优效果达到最优为目标，得出了参数的有效取值范围；再采用正交实验与极差分析方法，对狼群算法多参数的敏感性进行了综合分析，同理得出了参数变化的敏感性主次序和参数最佳取值组合。实例的验证结果表明，研究选取的参数取值范围和最佳取值组合有效地提升了算法的优化性能，为狼群算法应用于水电站优化调度提供了参数选择依据。
2017, 15(2):65-72.
摘要:
为了进一步探讨人类活动对流域径流演变特征的影响，以东南沿海晋江流域为例，基于1960年－2010年逐月径流、降水数据，应用Mann-Kendall趋势分析法、差积曲线-秩检验法和小波分析等方法，分析了径流的变化趋势、突变和周期；利用SCRCQ方法定量估算了气候变化和人类活动对石砻水文站年径流及年内分配特征变化的贡献率。结果表明：在跨流域调水和山美水库调蓄等人类活动影响下，石砻水文站年径流上升趋势较不受水库影响的安溪水文站明显，年内径流变化幅度更趋于平稳。径流序列主要存在6～7 a、11～12 a和20～21 a左右三个时间尺度的周期变化，与流域年降水周期变化基本保持一致，但20世纪80年代后石砻站周期变化与流域降水周期变化出现微弱差别。石砻站年径流序列在1982年发生变异，而安溪站年径流序列未发现明显变异；变异期内，以山美水库为主的人类活动对石砻站年径流、年内不均匀系数和集中度变化的贡献率分别为67.17%、84.76%和71.16%。
为了进一步探讨人类活动对流域径流演变特征的影响，以东南沿海晋江流域为例，基于1960年－2010年逐月径流、降水数据，应用Mann-Kendall趋势分析法、差积曲线-秩检验法和小波分析等方法，分析了径流的变化趋势、突变和周期；利用SCRCQ方法定量估算了气候变化和人类活动对石砻水文站年径流及年内分配特征变化的贡献率。结果表明：在跨流域调水和山美水库调蓄等人类活动影响下，石砻水文站年径流上升趋势较不受水库影响的安溪水文站明显，年内径流变化幅度更趋于平稳。径流序列主要存在6～7 a、11～12 a和20～21 a左右三个时间尺度的周期变化，与流域年降水周期变化基本保持一致，但20世纪80年代后石砻站周期变化与流域降水周期变化出现微弱差别。石砻站年径流序列在1982年发生变异，而安溪站年径流序列未发现明显变异；变异期内，以山美水库为主的人类活动对石砻站年径流、年内不均匀系数和集中度变化的贡献率分别为67.17%、84.76%和71.16%。
2017, 15(2):73-79.
摘要:
模型参数的敏感性分析是洪水预报的基础性工作。以中国洪水预报系统为平台，采用局部分析法，对MSKLOSS河道洪水演算模型参数进行敏感性分析，以提高洪水预报的精度。为提高MSKLOSS河道洪水演算模型的应用效率，考虑模型适用性、模拟分析方便性，选取海河南系河道下垫面接近现状条件的滹沱河黄壁庄-北中山、南运河岳城-蔡小庄“96?8”和大清河东茨村-新盖房“12?7”三场洪水资料对模型参数进行分析。分析表明：河道分段数、初始下渗率、下渗曲线指数和湿周等参数的敏感性较高，稳定下渗率的敏感性在洪水量级较小时相对较高，在参数优选和实时作业预报时需注意其初始范围的设定。
模型参数的敏感性分析是洪水预报的基础性工作。以中国洪水预报系统为平台，采用局部分析法，对MSKLOSS河道洪水演算模型参数进行敏感性分析，以提高洪水预报的精度。为提高MSKLOSS河道洪水演算模型的应用效率，考虑模型适用性、模拟分析方便性，选取海河南系河道下垫面接近现状条件的滹沱河黄壁庄-北中山、南运河岳城-蔡小庄“96?8”和大清河东茨村-新盖房“12?7”三场洪水资料对模型参数进行分析。分析表明：河道分段数、初始下渗率、下渗曲线指数和湿周等参数的敏感性较高，稳定下渗率的敏感性在洪水量级较小时相对较高，在参数优选和实时作业预报时需注意其初始范围的设定。
2017, 15(2):80-88.
摘要:
在密云水库上游控制流域建立SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型，根据实测水量-水质数据对模型的参数进行优化。识别流域土壤侵蚀和污染物关键区域，并对不同管理措施对流域水量-水质的影响进行定量研究。研究结果表明：密云水库流域土壤侵蚀强度较大的集中在流域中下游临近河道的区域；潮河流域非点源污染状况较为严重，潮河和白河总氮流失超高风险区分别占总面积的62.62%和43.09%，白河流域总磷均为低流失风险区，潮河流域总磷高流失风险区占17.81%；等高耕作和梯田种植对于产沙量和污染物都有较好的去除效果，其中等高耕作对于产沙量和总氮、总磷负荷的削减率，潮河分别为25.16%、10.79%和32.89%，白河为47.60%、34.92%和53.49%；通过对比退耕还林和退耕还草措施得知，退耕还林的效果更优。研究结果可为密云水库流域水土保持和水环境治理提供决策依据。
在密云水库上游控制流域建立SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型，根据实测水量-水质数据对模型的参数进行优化。识别流域土壤侵蚀和污染物关键区域，并对不同管理措施对流域水量-水质的影响进行定量研究。研究结果表明：密云水库流域土壤侵蚀强度较大的集中在流域中下游临近河道的区域；潮河流域非点源污染状况较为严重，潮河和白河总氮流失超高风险区分别占总面积的62.62%和43.09%，白河流域总磷均为低流失风险区，潮河流域总磷高流失风险区占17.81%；等高耕作和梯田种植对于产沙量和污染物都有较好的去除效果，其中等高耕作对于产沙量和总氮、总磷负荷的削减率，潮河分别为25.16%、10.79%和32.89%，白河为47.60%、34.92%和53.49%；通过对比退耕还林和退耕还草措施得知，退耕还林的效果更优。研究结果可为密云水库流域水土保持和水环境治理提供决策依据。
2017, 15(2):89-94.
摘要:
水华风险不仅是水利工程规划时需要考虑的环境问题，也是水利设施运营时不能忽视的监测项目。为了提高明渠水化风险等级预测的准确率，针对水华成因的不确定性和发展的时序性，基于动态朴素贝叶斯网络分类器提出一种应用于明渠的水华风险评估模型。模型用水华风险等级结点对应藻叶绿素a（Chla）的浓度，并考虑了9项影响水藻生长的因素。并采用主成分分析法，处理专家咨询结果，进行参数的设计。在苏州河道北门桥2011年6月初到9月初观测的53例连续监测数据上，与基于朴素贝叶斯网络分类器的评估模型进行比较实验。混淆矩阵显示对中等风险情况的预测识别率提高了15.625%，单尾配对t检验表明在显著性水平0.05时，两模型预测识别率差异显著。考虑了时序特征的基于动态贝叶斯网络分类器的评估模型对明渠中等水化风险的预测识别率提高显著。
水华风险不仅是水利工程规划时需要考虑的环境问题，也是水利设施运营时不能忽视的监测项目。为了提高明渠水化风险等级预测的准确率，针对水华成因的不确定性和发展的时序性，基于动态朴素贝叶斯网络分类器提出一种应用于明渠的水华风险评估模型。模型用水华风险等级结点对应藻叶绿素a（Chla）的浓度，并考虑了9项影响水藻生长的因素。并采用主成分分析法，处理专家咨询结果，进行参数的设计。在苏州河道北门桥2011年6月初到9月初观测的53例连续监测数据上，与基于朴素贝叶斯网络分类器的评估模型进行比较实验。混淆矩阵显示对中等风险情况的预测识别率提高了15.625%，单尾配对t检验表明在显著性水平0.05时，两模型预测识别率差异显著。考虑了时序特征的基于动态贝叶斯网络分类器的评估模型对明渠中等水化风险的预测识别率提高显著。
2017, 15(2):95-100.
摘要:
分析官厅水库夏季（8月份）叶绿素a浓度短时变化特征，对于水库水体富营养化研究具有重要意义。利用以分钟为步长的水温、水深及叶绿素a浓度实测数据及气象数据，对叶绿素a浓度垂向及昼夜变化特征进行了分析。结果表明：叶绿素a浓度最高值是表层浓度的1.5～2倍，其出现位置与温度跃层位置基本一致。叶绿素a浓度具有昼夜周期性变化特征。白昼，温度跃层以上叶绿素a浓度随水深增加逐渐增加，在温度跃层以下，随水深增加逐渐降低；夜间，温跃层以上叶绿素a浓度基本稳定不变，在温度跃层以下与白昼变化趋势相同。表层水体叶绿素a浓度夜间大于白天，且与光照及表层水温呈负相关。水库叶绿素a浓度短时分布特征主要与温度分层以及限制性营养盐磷的释放有关。
分析官厅水库夏季（8月份）叶绿素a浓度短时变化特征，对于水库水体富营养化研究具有重要意义。利用以分钟为步长的水温、水深及叶绿素a浓度实测数据及气象数据，对叶绿素a浓度垂向及昼夜变化特征进行了分析。结果表明：叶绿素a浓度最高值是表层浓度的1.5～2倍，其出现位置与温度跃层位置基本一致。叶绿素a浓度具有昼夜周期性变化特征。白昼，温度跃层以上叶绿素a浓度随水深增加逐渐增加，在温度跃层以下，随水深增加逐渐降低；夜间，温跃层以上叶绿素a浓度基本稳定不变，在温度跃层以下与白昼变化趋势相同。表层水体叶绿素a浓度夜间大于白天，且与光照及表层水温呈负相关。水库叶绿素a浓度短时分布特征主要与温度分层以及限制性营养盐磷的释放有关。
2017, 15(2):101-108.
摘要:
在半湿润气候环境下，围填海区的表层土壤正面临着复杂的盐渍化问题。本文以压实填土为研究对象，通过土槽模型再现了潜水蒸发与侧向壤中流共同作用下的盐分运移过程，以探明围填海区的盐渍土形成机制。结果表明，在蒸发作用驱使下盐分向上补给，表层土壤的初始积盐类型为CaSO4，海水对填土层的盐分补充导致积盐类型转变为CaCl2和NaCl。在陆相渗流作用下，填土中将形成相对稳定的渗流状态。自由水面线以上为积盐状态，盐分类型以CaCl2和MgSO4为主；自由水面线以下为脱盐状态，盐分类型以CaCl2和NaCl为主。土壤水盐的运移将改变酸碱度环境，pH值将随着含盐量的增加先下降后上升。在陆相地下水的补给下，填海造陆区的盐渍化防治工作应当重点关注地下存在挡水层或建筑物基础密集的地区。
在半湿润气候环境下，围填海区的表层土壤正面临着复杂的盐渍化问题。本文以压实填土为研究对象，通过土槽模型再现了潜水蒸发与侧向壤中流共同作用下的盐分运移过程，以探明围填海区的盐渍土形成机制。结果表明，在蒸发作用驱使下盐分向上补给，表层土壤的初始积盐类型为CaSO4，海水对填土层的盐分补充导致积盐类型转变为CaCl2和NaCl。在陆相渗流作用下，填土中将形成相对稳定的渗流状态。自由水面线以上为积盐状态，盐分类型以CaCl2和MgSO4为主；自由水面线以下为脱盐状态，盐分类型以CaCl2和NaCl为主。土壤水盐的运移将改变酸碱度环境，pH值将随着含盐量的增加先下降后上升。在陆相地下水的补给下，填海造陆区的盐渍化防治工作应当重点关注地下存在挡水层或建筑物基础密集的地区。
2017, 15(2):109-115.
摘要:
针对北方地区河流环境流量短缺和污染并存的现状，在综合考虑水质保护与水量维持的情况下界定了河流环境流量的概念和内涵，并探讨不同功能目标下河流环境流量的组成。通过分析河流水系特征及河段的空间结构特征，建立了改善河流水质所需环境流量计算模型，同时建立了Tennant和湿周模型计算河流生态系统所需环境流量。利用临颍高村桥的水文水质数据，对清潩河为改善河流水质和生态系统所需环境流量进行了初步评价，为河流应急补水提供了调控建议，并提出了河道应常年保持的流量水平。
针对北方地区河流环境流量短缺和污染并存的现状，在综合考虑水质保护与水量维持的情况下界定了河流环境流量的概念和内涵，并探讨不同功能目标下河流环境流量的组成。通过分析河流水系特征及河段的空间结构特征，建立了改善河流水质所需环境流量计算模型，同时建立了Tennant和湿周模型计算河流生态系统所需环境流量。利用临颍高村桥的水文水质数据，对清潩河为改善河流水质和生态系统所需环境流量进行了初步评价，为河流应急补水提供了调控建议，并提出了河道应常年保持的流量水平。
2017, 15(2):116-121.
摘要:
湿地面积不断萎缩导致自然湿地保护区生态功能持续减退，因此预测湿地面积变化对保护自然湿地具有十分重要的意义。本文以中国吉林省莫莫格湿地为研究对象，在分析影响湿地面积变化的主要因子基础上，考虑因子对湿地面积影响程度的差异，进行湿地面积预测。采用的预测方法为能较好地适应多因子预测问题的高度非线性特点的模糊推理方法，同时采用常用的多元回归分析方法进行莫莫格湿地面积预测，并将预测结果与模糊推理方法预测结果进行比较。研究结果表明：模糊推理方法模拟预测得到湿地面积合格率和预测精度均高于多元回归分析方法。该方法可在工程领域的多指标非线性预测、评价、聚类等研究中尝试使用。
湿地面积不断萎缩导致自然湿地保护区生态功能持续减退，因此预测湿地面积变化对保护自然湿地具有十分重要的意义。本文以中国吉林省莫莫格湿地为研究对象，在分析影响湿地面积变化的主要因子基础上，考虑因子对湿地面积影响程度的差异，进行湿地面积预测。采用的预测方法为能较好地适应多因子预测问题的高度非线性特点的模糊推理方法，同时采用常用的多元回归分析方法进行莫莫格湿地面积预测，并将预测结果与模糊推理方法预测结果进行比较。研究结果表明：模糊推理方法模拟预测得到湿地面积合格率和预测精度均高于多元回归分析方法。该方法可在工程领域的多指标非线性预测、评价、聚类等研究中尝试使用。
2017, 15(2):122-126.
摘要:
在城市建设的过程中，要加强供水河道抵御突发性污染事故的能力。以南渡江下游的海口市供水河道为例，建立突发性水污染事故的水动力水质模型，分析污染物到达龙塘取水口的时间及影响历时。提出在龙塘取水口上游建立节制闸和应急渠道，将上游突发水污染事故产生的污染物云团引排到应急渠道中的措施。水动力水质模拟结果表明，该措施可以有效减少南渡江河流中的污染物总量，使突发性水污染事故不会对供水河道的供水产生影响。
在城市建设的过程中，要加强供水河道抵御突发性污染事故的能力。以南渡江下游的海口市供水河道为例，建立突发性水污染事故的水动力水质模型，分析污染物到达龙塘取水口的时间及影响历时。提出在龙塘取水口上游建立节制闸和应急渠道，将上游突发水污染事故产生的污染物云团引排到应急渠道中的措施。水动力水质模拟结果表明，该措施可以有效减少南渡江河流中的污染物总量，使突发性水污染事故不会对供水河道的供水产生影响。
2017, 15(2):127-131.
摘要:
光滑粒子水动力学方法（SPH）是一种基于纯拉格朗日思想的无网格粒子方法，在众多科学和工程领域得到了初步应用。本文采用SPH方法对二维宽顶堰溢流进行了数值模拟，并利用机群进行并行计算来提高计算效率，将模拟数据与试验数据进行了对比。结果表明，SPH方法可以模拟出二维宽顶堰自由出流和淹没出流时水流流态、水跌、回流区、水跃现象，计算出溢流流量、流速等水力参数，并且采用数据拟合得出与理论相符的断面流速分布图。结果表明了SPH方法可以较好模拟二维宽顶堰溢流中的流速分布以及水面曲线。
光滑粒子水动力学方法（SPH）是一种基于纯拉格朗日思想的无网格粒子方法，在众多科学和工程领域得到了初步应用。本文采用SPH方法对二维宽顶堰溢流进行了数值模拟，并利用机群进行并行计算来提高计算效率，将模拟数据与试验数据进行了对比。结果表明，SPH方法可以模拟出二维宽顶堰自由出流和淹没出流时水流流态、水跌、回流区、水跃现象，计算出溢流流量、流速等水力参数，并且采用数据拟合得出与理论相符的断面流速分布图。结果表明了SPH方法可以较好模拟二维宽顶堰溢流中的流速分布以及水面曲线。
2017, 15(2):132-137.
摘要:
基于FLUENT软件的动网格更新技术和用户自定义函数功能实现了桥墩局部冲刷过程的三维动态模拟。以Melville经典冲刷试验为原型，建立数值模型。将河床面设置为主要的动边界，当床面结点瞬时剪应力大于临界剪应力时，结点位置下移，表现为冲刷，引入Van Rijn提出的沉积输运函数来控制河床面各结点的运动速度。数值模拟结果在流场形态，冲坑发生发展过程及冲坑形态均与试验结果较为吻合，模拟的冲坑深度略小于试验结果，误差约13%。误差产生的主要原因为基于雷诺平均N-S的湍流模型不能有效地反应钝形桥墩前端湍流脉动的影响。
基于FLUENT软件的动网格更新技术和用户自定义函数功能实现了桥墩局部冲刷过程的三维动态模拟。以Melville经典冲刷试验为原型，建立数值模型。将河床面设置为主要的动边界，当床面结点瞬时剪应力大于临界剪应力时，结点位置下移，表现为冲刷，引入Van Rijn提出的沉积输运函数来控制河床面各结点的运动速度。数值模拟结果在流场形态，冲坑发生发展过程及冲坑形态均与试验结果较为吻合，模拟的冲坑深度略小于试验结果，误差约13%。误差产生的主要原因为基于雷诺平均N-S的湍流模型不能有效地反应钝形桥墩前端湍流脉动的影响。
2017, 15(2):138-142.
摘要:
过渡过程计算分析对水电站安全运行极为重要。本文基于一维明渠和有压管道的非恒定流基本理论，针对某具有超长引水明渠的水电站，构建了“长引水明渠+压力前池+压力管道+机组”的过渡过程数学模型。根据边界条件，分别利用特征线法计算有压管道的瞬变过程和Preissmann隐式差分法计算明渠的瞬变过程。重点分析了本电站在机组甩负荷工况和增负荷工况下，引水明渠和压力前池中水位和流量的变化过程。并根据明渠浅水波传播慢的特点，针对电站增负荷工况，提出了该电站合理的运行调度方式，既保证了引水明渠及前池的最低水位满足安全运行要求，又保证了电站运行时一定的经济效益，可对类似的工程运行提供参考。
过渡过程计算分析对水电站安全运行极为重要。本文基于一维明渠和有压管道的非恒定流基本理论，针对某具有超长引水明渠的水电站，构建了“长引水明渠+压力前池+压力管道+机组”的过渡过程数学模型。根据边界条件，分别利用特征线法计算有压管道的瞬变过程和Preissmann隐式差分法计算明渠的瞬变过程。重点分析了本电站在机组甩负荷工况和增负荷工况下，引水明渠和压力前池中水位和流量的变化过程。并根据明渠浅水波传播慢的特点，针对电站增负荷工况，提出了该电站合理的运行调度方式，既保证了引水明渠及前池的最低水位满足安全运行要求，又保证了电站运行时一定的经济效益，可对类似的工程运行提供参考。
2017, 15(2):143-148.
摘要:
河道采砂会对附近跨/穿河建筑物的安全造成较大影响。针对实际工程中跨/穿河建筑物周边采砂安全距离的确定问题，搜集整理了国内外对于结构物附近采砂活动的相关规范，对采砂坑迁移及其对河床影响进行了系统地分析和综述，并结合前人的相关理论研究及物理实验研究结果，提出了计算跨/穿河建筑物上游安全采砂距离的公式。该公式可根据水流、泥沙及采沙坑尺寸等特征参数估算采砂坑的迁移影响范围，进而根据实际工程情况确定跨/穿河建筑物周边的安全采砂范围。该公式与现有的实际河道采砂坑迁移观测结果进行了对比验证，结果良好。最后，利用该公式对安阳河河段的倒虹吸工程上游河道采砂安全距离进行了实例分析，为规范工程所在河流上的采砂行为提供参考。
河道采砂会对附近跨/穿河建筑物的安全造成较大影响。针对实际工程中跨/穿河建筑物周边采砂安全距离的确定问题，搜集整理了国内外对于结构物附近采砂活动的相关规范，对采砂坑迁移及其对河床影响进行了系统地分析和综述，并结合前人的相关理论研究及物理实验研究结果，提出了计算跨/穿河建筑物上游安全采砂距离的公式。该公式可根据水流、泥沙及采沙坑尺寸等特征参数估算采砂坑的迁移影响范围，进而根据实际工程情况确定跨/穿河建筑物周边的安全采砂范围。该公式与现有的实际河道采砂坑迁移观测结果进行了对比验证，结果良好。最后，利用该公式对安阳河河段的倒虹吸工程上游河道采砂安全距离进行了实例分析，为规范工程所在河流上的采砂行为提供参考。
2017, 15(2):149-155.
摘要:
深井降水效果将影响水利工程的排水方案设计。为了分析黏土地基工程深井井点降水措施的有效性，结合无锡市生态休闲岛工程，根据地质勘测资料，通过建立渗流分析有限元模型，采用固定网格有限元非饱和渗流计算分析方法，分析了深井降水的非稳定渗流场，对比分析了试验井的排水量实测数据，研究结果表明深井降水具有较好的排水效果，提出了地基土层渗透性对渗流场有较大的影响，建议了采取合适的井深和井间距以保证深井降水效果，结果可为类似黏土地基排水措施提供设计参考。
深井降水效果将影响水利工程的排水方案设计。为了分析黏土地基工程深井井点降水措施的有效性，结合无锡市生态休闲岛工程，根据地质勘测资料，通过建立渗流分析有限元模型，采用固定网格有限元非饱和渗流计算分析方法，分析了深井降水的非稳定渗流场，对比分析了试验井的排水量实测数据，研究结果表明深井降水具有较好的排水效果，提出了地基土层渗透性对渗流场有较大的影响，建议了采取合适的井深和井间距以保证深井降水效果，结果可为类似黏土地基排水措施提供设计参考。
2017, 15(2):156-162.
摘要:
悬栅布置在消力池内，提高消力池消能效果的同时又受水流的冲刷和破坏，为研究水流对悬栅的稳定性影响情况，通过模型试验得到单、双层悬栅较优布置型式，并在较优布置型式下进行冲刷试验，同时采用RNG k~?双方程紊流模型进行数值模拟计算，对比验证试验结果，得到在单宽流量设计值q0=21.43 l/s所对应的消力池内单层悬栅较优布置型式为栅条数为11根、栅距为5.5 cm、栅高为10 cm，第1根悬栅受水流冲刷严重，稳定性影响较大；双层悬栅较优布置型式为栅条数为11根、栅距为12 cm、层距为4 cm，第1根悬栅和下层悬栅受水流冲刷严重，稳定性影响较大，可以为悬栅的结构设计提高依据。
悬栅布置在消力池内，提高消力池消能效果的同时又受水流的冲刷和破坏，为研究水流对悬栅的稳定性影响情况，通过模型试验得到单、双层悬栅较优布置型式，并在较优布置型式下进行冲刷试验，同时采用RNG k~?双方程紊流模型进行数值模拟计算，对比验证试验结果，得到在单宽流量设计值q0=21.43 l/s所对应的消力池内单层悬栅较优布置型式为栅条数为11根、栅距为5.5 cm、栅高为10 cm，第1根悬栅受水流冲刷严重，稳定性影响较大；双层悬栅较优布置型式为栅条数为11根、栅距为12 cm、层距为4 cm，第1根悬栅和下层悬栅受水流冲刷严重，稳定性影响较大，可以为悬栅的结构设计提高依据。
2017, 15(2):163-169.
摘要:
区域地面沉降是世界上很多城市都要面对的一种“城市病”。地下水过量开采是这一问题最普遍的原因，北京也因此出现了严重的地面沉降问题。为了全面认识地下水开采格局变化下的地面沉降发育分布的新特点，推动实现《北京地面沉降防治规划（2013-2020年）》中的“控沉目标”，本文对北京市从解放初期至今60多年间的地下水开采和地面沉降演变进行了时间和空间上的定性定量对比分析。结果表明：地面沉降的形成发展阶段与地下水开发利用阶段高度吻合；地面沉降中心区与地下水位降落漏斗区的时空变化高度相关；随着地下水开采深度整体上向地表以下更深层发展，主沉降层逐渐向深部（100m以下）地层转移，为地面沉降防控决策制定提供了依据。
区域地面沉降是世界上很多城市都要面对的一种“城市病”。地下水过量开采是这一问题最普遍的原因，北京也因此出现了严重的地面沉降问题。为了全面认识地下水开采格局变化下的地面沉降发育分布的新特点，推动实现《北京地面沉降防治规划（2013-2020年）》中的“控沉目标”，本文对北京市从解放初期至今60多年间的地下水开采和地面沉降演变进行了时间和空间上的定性定量对比分析。结果表明：地面沉降的形成发展阶段与地下水开发利用阶段高度吻合；地面沉降中心区与地下水位降落漏斗区的时空变化高度相关；随着地下水开采深度整体上向地表以下更深层发展，主沉降层逐渐向深部（100m以下）地层转移，为地面沉降防控决策制定提供了依据。
2017, 15(2):170-175.
摘要:
滑带土强度参数是滑坡评价及治理工程设计的关键参数。较为常见的取值方法是剖面反演，单剖面反演的结果为参数的多种组合，然而两个以上剖面反演则存在数学上超定问题，不存在唯一的解。本文基于最优化理论与方法，重点讨论了多剖面反演参数方程组出现超定问题时，将逆问题转化为正问题，构造目标函数，利用逐个修正法间接反演参数，获得最优的参数取值。实现得到综合反映滑带土特点并适用于各个剖面的强度参数的目标。文中以黄角树滑坡为例，结合室内试验和反演分析结果，确定参数取值范围，用逐个修正法对参数取值进行优化，得到的优化参数为c=9.76 kPa，φ=6.81 °，验证各剖面均与变形状态相符合。对滑坡防治工程中的滑带土参数取值问题具有一定借鉴意义。但该方法并不适用所有情况，仅在必须要获得一组综合参数的情况下，具有一定的合理性。
滑带土强度参数是滑坡评价及治理工程设计的关键参数。较为常见的取值方法是剖面反演，单剖面反演的结果为参数的多种组合，然而两个以上剖面反演则存在数学上超定问题，不存在唯一的解。本文基于最优化理论与方法，重点讨论了多剖面反演参数方程组出现超定问题时，将逆问题转化为正问题，构造目标函数，利用逐个修正法间接反演参数，获得最优的参数取值。实现得到综合反映滑带土特点并适用于各个剖面的强度参数的目标。文中以黄角树滑坡为例，结合室内试验和反演分析结果，确定参数取值范围，用逐个修正法对参数取值进行优化，得到的优化参数为c=9.76 kPa，φ=6.81 °，验证各剖面均与变形状态相符合。对滑坡防治工程中的滑带土参数取值问题具有一定借鉴意义。但该方法并不适用所有情况，仅在必须要获得一组综合参数的情况下，具有一定的合理性。
2017, 15(2):176-184.
摘要:
采用Fluent软件中的Realizable k-ε湍流模型与多孔介质阶跃面对不同流量下全自动鱼雷网式过滤器的清水流场进行数值模拟。结果表明：数值计算中进、出口间水头损失同物理试验的吻合程度较高，选择的数学模型具有较高的准确性和可靠性。对比不同流量下的计算结果可知，流量不同时过滤器内速度分布规律相同，压强分布规律也相同，但流量越大，水头损失越大，滤网内外侧的速度差、压强差也就越大；过滤器内的速度和压强分布越不均匀，结构有待进一步优化。
采用Fluent软件中的Realizable k-ε湍流模型与多孔介质阶跃面对不同流量下全自动鱼雷网式过滤器的清水流场进行数值模拟。结果表明：数值计算中进、出口间水头损失同物理试验的吻合程度较高，选择的数学模型具有较高的准确性和可靠性。对比不同流量下的计算结果可知，流量不同时过滤器内速度分布规律相同，压强分布规律也相同，但流量越大，水头损失越大，滤网内外侧的速度差、压强差也就越大；过滤器内的速度和压强分布越不均匀，结构有待进一步优化。
2017, 15(2):185-191.
摘要:
基坑设计土体参数的正确选取直接影响支护结构的位移和内力计算结果，特别是土体水平抗力比例系数m值对支护结构位移的影响最为显著。结合基坑开挖工程实例，通过材料性状与基坑开挖施工过程的平面有限差分法模拟，模拟计算基坑分布开挖过程结构的水平位移；通过分析诸多土体参数对基坑支护结构水平位移的影响程度，确定杨氏模量作为位移反分析所需获取的参数，构建实测位移与模拟计算位移之间的目标函数，反分析给出各层土的杨氏模量；基于弹性地基梁法推导的m值与杨氏模量的关系，给出反映实际侧向变形特性各层土的m值。研究结果为基坑工程设计参数的合理确定提供了一定理论参考依据，对有效控制基坑位移与变形具有重要的实践意义。
基坑设计土体参数的正确选取直接影响支护结构的位移和内力计算结果，特别是土体水平抗力比例系数m值对支护结构位移的影响最为显著。结合基坑开挖工程实例，通过材料性状与基坑开挖施工过程的平面有限差分法模拟，模拟计算基坑分布开挖过程结构的水平位移；通过分析诸多土体参数对基坑支护结构水平位移的影响程度，确定杨氏模量作为位移反分析所需获取的参数，构建实测位移与模拟计算位移之间的目标函数，反分析给出各层土的杨氏模量；基于弹性地基梁法推导的m值与杨氏模量的关系，给出反映实际侧向变形特性各层土的m值。研究结果为基坑工程设计参数的合理确定提供了一定理论参考依据，对有效控制基坑位移与变形具有重要的实践意义。
2017, 15(2):192-197.
摘要:
对土壤含水率、电导率和pH值等参数的实时、准确测定是实现精准灌溉的前提，本文对我国目前科研和生产中常用的几种土壤参数测定仪器进行实验室标定，分析这些仪器测试结果的可靠性。结果表明TDR和土壤电导率仪测定土壤含水率和电导率的精度较高、操作简单；土壤酸碱度仪和三合一测定土壤含水率具有较好的精度、且测定快速简单，稳定性好，在使用时根据土壤特性和作物品种确定适宜的灌水控制值，但三合一不适宜用来测定土壤pH值；四合一测定土壤含水率稳定性差；土壤电导率和含水率之间呈现为负相关关系，随着含水率的增大，电导率呈现下降的趋势。研究结果能够为作物生产中土壤参数测定仪器的选择提供参考依据。
对土壤含水率、电导率和pH值等参数的实时、准确测定是实现精准灌溉的前提，本文对我国目前科研和生产中常用的几种土壤参数测定仪器进行实验室标定，分析这些仪器测试结果的可靠性。结果表明TDR和土壤电导率仪测定土壤含水率和电导率的精度较高、操作简单；土壤酸碱度仪和三合一测定土壤含水率具有较好的精度、且测定快速简单，稳定性好，在使用时根据土壤特性和作物品种确定适宜的灌水控制值，但三合一不适宜用来测定土壤pH值；四合一测定土壤含水率稳定性差；土壤电导率和含水率之间呈现为负相关关系，随着含水率的增大，电导率呈现下降的趋势。研究结果能够为作物生产中土壤参数测定仪器的选择提供参考依据。
2017, 15(2):198-202.
摘要:
针对Hyperbola模型和Logistic模型的优缺点，提出Hyperbola-Logistic叠加模型，该叠加模型综合了两种单项预测模型的优点，以期达到高精度的预测结果。结合发电厂地基沉降现场观测数据，利用Hyperbola-Logistic叠加模型预测地基沉降，并与单项沉降预测模型的拟合结果进行比较分析。结果表明：与两种单项预测模型的预测结果相比较，叠加模型减小了系统误差，提高了整体的预测精度，拟合结果可靠，适用于发电厂地基沉降量的预测。新模型具有一定的适用性，是一种分析预测地基沉降的有效方法。
针对Hyperbola模型和Logistic模型的优缺点，提出Hyperbola-Logistic叠加模型，该叠加模型综合了两种单项预测模型的优点，以期达到高精度的预测结果。结合发电厂地基沉降现场观测数据，利用Hyperbola-Logistic叠加模型预测地基沉降，并与单项沉降预测模型的拟合结果进行比较分析。结果表明：与两种单项预测模型的预测结果相比较，叠加模型减小了系统误差，提高了整体的预测精度，拟合结果可靠，适用于发电厂地基沉降量的预测。新模型具有一定的适用性，是一种分析预测地基沉降的有效方法。
2017, 15(2):203-208.
摘要:
为了更加深入的研究水源热泵项目，介绍了某水源热泵项目概况及取退水方案，计算了夏季工况、冬季正常工况及冬季极端工况的取水量；建立了取退水部分三维模型图，采用CFX软件对3个工况下取退水对河流的影响进行了数值模拟，并分析了水源热泵项目的节能效果。研究结果表明：3个工况下退水水流均不会对河流A上游取水口周边温度场产生影响；河流B汇入河流A之前平均水温与河流A基础温度相比较，温升（降）低于1℃，退水不会对河流A产生影响；项目节能效果显著。通过研究水源热泵取退水对河流温度场的影响以及项目的节能效果，对水源热泵项目的设计与优化有一定参考作用。
为了更加深入的研究水源热泵项目，介绍了某水源热泵项目概况及取退水方案，计算了夏季工况、冬季正常工况及冬季极端工况的取水量；建立了取退水部分三维模型图，采用CFX软件对3个工况下取退水对河流的影响进行了数值模拟，并分析了水源热泵项目的节能效果。研究结果表明：3个工况下退水水流均不会对河流A上游取水口周边温度场产生影响；河流B汇入河流A之前平均水温与河流A基础温度相比较，温升（降）低于1℃，退水不会对河流A产生影响；项目节能效果显著。通过研究水源热泵取退水对河流温度场的影响以及项目的节能效果，对水源热泵项目的设计与优化有一定参考作用。
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