南水北调与水利科技（中英文）
2019年第17卷第4期文章目次
2019, 17(4):1-8.
摘要:
水资源和土地资源的开发利用程度及匹配关系决定了一个地区的经济发展规模和生态安全形势。为了客观地评价我国水土资源的空间匹配情况，以我国346个地市级行政区为研究对象，分析了2005年、2010年、2015年各地市级行政区的水资源开发利用率和土地资源开发利用率，并通过基尼系数法探讨了不同省级行政区的水土匹配特征。计算结果表明：华北平原、河西走廊和塔里木盆地西侧地区是我国水资源开发里程度最高的地区；东北平原、华北平原、关中平原、四川盆地以及广东沿海地区是我国土地资源开发利用程度最高的地区；甘肃、陕西、内蒙古和西藏是我国水土空间匹配状况差距最悬殊的省份，其中甘肃、陕西和内蒙古水土匹配差异悬殊是由于当地水资源无法支撑如此多的土地资源，西藏则是由于大量的水资源无法被当地短缺的土地资源充分利用。
水资源和土地资源的开发利用程度及匹配关系决定了一个地区的经济发展规模和生态安全形势。为了客观地评价我国水土资源的空间匹配情况，以我国346个地市级行政区为研究对象，分析了2005年、2010年、2015年各地市级行政区的水资源开发利用率和土地资源开发利用率，并通过基尼系数法探讨了不同省级行政区的水土匹配特征。计算结果表明：华北平原、河西走廊和塔里木盆地西侧地区是我国水资源开发里程度最高的地区；东北平原、华北平原、关中平原、四川盆地以及广东沿海地区是我国土地资源开发利用程度最高的地区；甘肃、陕西、内蒙古和西藏是我国水土空间匹配状况差距最悬殊的省份，其中甘肃、陕西和内蒙古水土匹配差异悬殊是由于当地水资源无法支撑如此多的土地资源，西藏则是由于大量的水资源无法被当地短缺的土地资源充分利用。
2019, 17(4):9-18.
摘要:
近年来在气候变化和人类活动共同影响下，海河流域径流出现了较为严重的减少趋势。为厘清气候变化和人类活动对不同类型流域径流变化的影响，分别以海河流域中受人类活动影响较为显著的漳河上游流域和受人类活动不显著的滦河上游流域作为研究对象，基于近60年的实测径流资料，验证了SWAT模型在海河典型流域的适用性；构建了基于SWAT模型的径流变化归因分析模型，分析了两种不同类型流域径流变化特点和两种影响因素的各自贡献率，进而系统分析并对比了不同驱动因素下两流域径流变化的差异特征。结果表明：近60年来两流域的径流均呈现下降的趋势，漳河上游以人类活动为主导因素，其贡献率为65%；滦河上游则以气候变化为主导因素，其贡献率为89%。相较于滦河上游流域，受人类活动影响显著的漳河上游流域流量值分布更为离散、下降更为明显，且对平水年和枯水年的影响更为显著。
近年来在气候变化和人类活动共同影响下，海河流域径流出现了较为严重的减少趋势。为厘清气候变化和人类活动对不同类型流域径流变化的影响，分别以海河流域中受人类活动影响较为显著的漳河上游流域和受人类活动不显著的滦河上游流域作为研究对象，基于近60年的实测径流资料，验证了SWAT模型在海河典型流域的适用性；构建了基于SWAT模型的径流变化归因分析模型，分析了两种不同类型流域径流变化特点和两种影响因素的各自贡献率，进而系统分析并对比了不同驱动因素下两流域径流变化的差异特征。结果表明：近60年来两流域的径流均呈现下降的趋势，漳河上游以人类活动为主导因素，其贡献率为65%；滦河上游则以气候变化为主导因素，其贡献率为89%。相较于滦河上游流域，受人类活动影响显著的漳河上游流域流量值分布更为离散、下降更为明显，且对平水年和枯水年的影响更为显著。
2019, 17(4):19-26.
摘要:
为了给洪泽湖及整个淮河下游地区的防汛抗旱决策提供技术支持，基于API模型和三水源新安江模型，采用各区分单元、入湖分单元分区间的方法，考虑水利工程以及大洪水期蓄滞洪区的应用情况，进行降雨径流预报与洪水过程研究。选取洪泽湖以上2000－2018年实测数据，对蚌埠控制区、蚌埠以下淮北控制区、蚌埠以下淮南控制区进行场次洪水模拟；基于水量平衡法，以反推入湖流量作为实测入流，各区采用马斯京根法预报洪水，构建入湖洪水预报方案。结果表明：各区两种模型模拟效果比较接近，均取得较好的预报精度，且对于流域内大洪水的模拟效果更理想。在涨洪段，分单元分区间的API模型和新安江模型在大洪水期均能有效的预报入湖洪水，模拟精度相当；在退水段且预报时段较长时，分单元分区间的新安江模型模拟精度高于API模型，并且模拟的洪水过程与反推入流过程更接近。
为了给洪泽湖及整个淮河下游地区的防汛抗旱决策提供技术支持，基于API模型和三水源新安江模型，采用各区分单元、入湖分单元分区间的方法，考虑水利工程以及大洪水期蓄滞洪区的应用情况，进行降雨径流预报与洪水过程研究。选取洪泽湖以上2000－2018年实测数据，对蚌埠控制区、蚌埠以下淮北控制区、蚌埠以下淮南控制区进行场次洪水模拟；基于水量平衡法，以反推入湖流量作为实测入流，各区采用马斯京根法预报洪水，构建入湖洪水预报方案。结果表明：各区两种模型模拟效果比较接近，均取得较好的预报精度，且对于流域内大洪水的模拟效果更理想。在涨洪段，分单元分区间的API模型和新安江模型在大洪水期均能有效的预报入湖洪水，模拟精度相当；在退水段且预报时段较长时，分单元分区间的新安江模型模拟精度高于API模型，并且模拟的洪水过程与反推入流过程更接近。
2019, 17(4):27-36.
摘要:
近年来TRMM卫星降雨数据的精度和适应性备受关注，以位于亚热带季风气候区的典型流域——北江飞来峡流域为研究区，利用24个实测站点降雨数据对TRMM数据集进行时空精度和准确性分析；采用CDD、CWD和RX5day等指标研究流域内极端持续性气候特征，并应用CoxStuart趋势分析法分析流域内极端持续性气候变化趋势，重点探讨TRMM降雨数据对持续性极端降雨情况的捕捉能力。所得结果如下：（1）时空精度分析表明TRMM在低纬度低海拔地区精度和准确性较好，而在高纬度且地形变化较大的地区则表现一般，容易出现虚报、误报现象；（2）持续极端气候方面，TRMM倾向于低估CWD及后汛期的RX5day，TRMM可捕捉到流域西部的持续干旱趋势，但难以捕捉到流域东南部持续性降雨显著增加的趋势。本研究所得结果可为流域内水资源管理和径流预测等提供一定科学依据，也可作为同纬度其他相似流域参考。
近年来TRMM卫星降雨数据的精度和适应性备受关注，以位于亚热带季风气候区的典型流域——北江飞来峡流域为研究区，利用24个实测站点降雨数据对TRMM数据集进行时空精度和准确性分析；采用CDD、CWD和RX5day等指标研究流域内极端持续性气候特征，并应用CoxStuart趋势分析法分析流域内极端持续性气候变化趋势，重点探讨TRMM降雨数据对持续性极端降雨情况的捕捉能力。所得结果如下：（1）时空精度分析表明TRMM在低纬度低海拔地区精度和准确性较好，而在高纬度且地形变化较大的地区则表现一般，容易出现虚报、误报现象；（2）持续极端气候方面，TRMM倾向于低估CWD及后汛期的RX5day，TRMM可捕捉到流域西部的持续干旱趋势，但难以捕捉到流域东南部持续性降雨显著增加的趋势。本研究所得结果可为流域内水资源管理和径流预测等提供一定科学依据，也可作为同纬度其他相似流域参考。
2019, 17(4):37-45.
摘要:
为分析降雨空间分布非一致性对城市内涝的影响，应用耦合了水文和水动力过程的数值模型，以陕西省西咸新区海绵城市部分核心试点区为研究区域，对不同重现期设计暴雨及离差系数C[WTB1X]v[WTBZ]条件下的内涝过程进行模拟，并对内涝积水总量峰值、重度内涝积水总量峰值及其与均匀降雨情况下的内涝积水削减进行对比分析。结果表明：相比于空间均匀降雨，各重现期下空间分布不均匀的内涝积水量均会减少。各重现期下， Cv值越大，即降雨越不均匀，相比于均匀情况内涝积水削减量越大。当Cv值为0.07、0.11、0.15及0.2时，积水总量削减率分别为1.94%~2.05%，3.00%~3.17%，4.08%~4.23%，4.86%~5.15%。重度内涝情况下，同一Cv值，相比于均匀情况内涝积水削减量随设计降雨重现期变长而增多，当Cv=0.07、Cv=0.11、Cv=0.15、Cv=0.20时，削减率的范围分别为2.00%~2.51%、2.60%~3.82%、3.66%~4.98%、3.80%~5.83%。研究结果揭示了降雨空间分布非一致性对内涝的影响规律，为城市内涝防治工作提供了理论依据。
为分析降雨空间分布非一致性对城市内涝的影响，应用耦合了水文和水动力过程的数值模型，以陕西省西咸新区海绵城市部分核心试点区为研究区域，对不同重现期设计暴雨及离差系数C[WTB1X]v[WTBZ]条件下的内涝过程进行模拟，并对内涝积水总量峰值、重度内涝积水总量峰值及其与均匀降雨情况下的内涝积水削减进行对比分析。结果表明：相比于空间均匀降雨，各重现期下空间分布不均匀的内涝积水量均会减少。各重现期下， Cv值越大，即降雨越不均匀，相比于均匀情况内涝积水削减量越大。当Cv值为0.07、0.11、0.15及0.2时，积水总量削减率分别为1.94%~2.05%，3.00%~3.17%，4.08%~4.23%，4.86%~5.15%。重度内涝情况下，同一Cv值，相比于均匀情况内涝积水削减量随设计降雨重现期变长而增多，当Cv=0.07、Cv=0.11、Cv=0.15、Cv=0.20时，削减率的范围分别为2.00%~2.51%、2.60%~3.82%、3.66%~4.98%、3.80%~5.83%。研究结果揭示了降雨空间分布非一致性对内涝的影响规律，为城市内涝防治工作提供了理论依据。
2019, 17(4):46-53.
摘要:
基于全国山洪灾害调查评价获取的山洪灾害防治断面临界雨量数据，依据流域产汇流原理充分考虑前期影响雨量Pa、临界雨量P和预警时段H对复合预警指标的不同影响，提出了由临界雨量推求复合预警指标的公式，并以江西婺源县为例说明了该公式的可行性及其应用过程，提出了一套完整的山洪灾害预警方案。结果表明：婺源县复合预警指标值的平均极差为5.4，平均变差系数为0.029，由临界雨量推求复合预警指标可行。将降雨开始时的前期影响雨量、实测或预报的雨量及其时段长代入公式得实时复合预警指标值，再与断面复合预警指标阈值比较，达到或超过预警阈值即发布山洪预警，否则根据后续降雨情况重新判断是否预警。该方法充分利用事发之前的已有信息，能计算任意时段预警值，可为山洪灾害预警提供一种新的有效方法。
基于全国山洪灾害调查评价获取的山洪灾害防治断面临界雨量数据，依据流域产汇流原理充分考虑前期影响雨量Pa、临界雨量P和预警时段H对复合预警指标的不同影响，提出了由临界雨量推求复合预警指标的公式，并以江西婺源县为例说明了该公式的可行性及其应用过程，提出了一套完整的山洪灾害预警方案。结果表明：婺源县复合预警指标值的平均极差为5.4，平均变差系数为0.029，由临界雨量推求复合预警指标可行。将降雨开始时的前期影响雨量、实测或预报的雨量及其时段长代入公式得实时复合预警指标值，再与断面复合预警指标阈值比较，达到或超过预警阈值即发布山洪预警，否则根据后续降雨情况重新判断是否预警。该方法充分利用事发之前的已有信息，能计算任意时段预警值，可为山洪灾害预警提供一种新的有效方法。
2019, 17(4):54-62.
摘要:
河北雄安新区的设立，引起了各界对雄安新区所在的大清河流域的广泛关注，特别是其水资源的变化特征与影响因素是了解雄安新区水资源情势的重要参考。研究解析了人类活动和气候变化对大清河流域上游径流过程的相对影响，采用SWAT模型模拟了大清河流域上游径流过程，并结合弹性系数法验证比对，分离了人类活动与气候变化对大清河流域上游径流过程的贡献率。结果表明，1981-2015年，大清河流域上游山区倒马关站及紫荆关站径流量均呈减少趋势，倒马关站及紫荆关站年径流量递减速率分别为0.10 m3/s及007 m3/s。人类活动为影响径流的主导因子，其贡献率为53.4%～60.8%；气候变化较人类活动影响径流稍小，其贡献率为39.2%～46.6%。研究结果可为支撑未来雄安新区建设区域水资源规划和管理提供依据。
河北雄安新区的设立，引起了各界对雄安新区所在的大清河流域的广泛关注，特别是其水资源的变化特征与影响因素是了解雄安新区水资源情势的重要参考。研究解析了人类活动和气候变化对大清河流域上游径流过程的相对影响，采用SWAT模型模拟了大清河流域上游径流过程，并结合弹性系数法验证比对，分离了人类活动与气候变化对大清河流域上游径流过程的贡献率。结果表明，1981-2015年，大清河流域上游山区倒马关站及紫荆关站径流量均呈减少趋势，倒马关站及紫荆关站年径流量递减速率分别为0.10 m3/s及007 m3/s。人类活动为影响径流的主导因子，其贡献率为53.4%～60.8%；气候变化较人类活动影响径流稍小，其贡献率为39.2%～46.6%。研究结果可为支撑未来雄安新区建设区域水资源规划和管理提供依据。
2019, 17(4):63-70.
摘要:
基于澄碧河流域坝首和平塘水文站1963－2014年逐日实测径流资料，计算其径流年内分配的不均匀系数、完全调节系数和集中度等八个特征指标，分析了近52 a来该流域径流年内分配的均匀度，在此基础上，采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验法和R/S分析法研究了澄碧河流域径流年内分配特征指数的变化趋势。结果表明：近52 a来澄碧河流域径流年内分配不均匀性较强，变化幅度较大；径流年内分配的的洛伦兹不对称系数呈现增加趋势，其余特征指标均呈现减少趋势；年内集中期主要在7月，流域径流年内分布不均匀的主要原因是个别月份径流量较大；八个特征指数的Hurst值均大于0.5，故可预测澄碧河流域径流年内分配的特征指数序列呈现正持续性，与过去整体变化趋势保持一致；随着时间推移，澄碧河流域径流年内分配不均匀性越来越低，逐渐由不均匀向相对均匀转变。
基于澄碧河流域坝首和平塘水文站1963－2014年逐日实测径流资料，计算其径流年内分配的不均匀系数、完全调节系数和集中度等八个特征指标，分析了近52 a来该流域径流年内分配的均匀度，在此基础上，采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验法和R/S分析法研究了澄碧河流域径流年内分配特征指数的变化趋势。结果表明：近52 a来澄碧河流域径流年内分配不均匀性较强，变化幅度较大；径流年内分配的的洛伦兹不对称系数呈现增加趋势，其余特征指标均呈现减少趋势；年内集中期主要在7月，流域径流年内分布不均匀的主要原因是个别月份径流量较大；八个特征指数的Hurst值均大于0.5，故可预测澄碧河流域径流年内分配的特征指数序列呈现正持续性，与过去整体变化趋势保持一致；随着时间推移，澄碧河流域径流年内分配不均匀性越来越低，逐渐由不均匀向相对均匀转变。
2019, 17(4):71-78.
摘要:
为全面分析碧流河水库流域降水和径流变化特征，根据流域内1958－2011年的日降水及径流资料，运用基尼系数法、R/S分析法和小波分析法分别分析了降水和径流的年内变化特征、年际变化趋势和周期性特征。结果表明：流域内降水和径流年内分配极度不均匀，年内分配过程呈单峰型，月降水峰值在20世纪80年代后有峰值后移的特点；多年降水量和径流量均有减少趋势，径流量的减少趋势更显著，说明除降水减少外，还受其它因素的影响，如各种人类活动等；降水径流序列都呈现丰枯交替变化周期，变化主周期均为12～16 a，可能与太阳黑子周期活动有关；20世纪80年代后的径流周期较降水震荡性减弱，说明径流周期变化还受除降水外的其它因素的影响。
为全面分析碧流河水库流域降水和径流变化特征，根据流域内1958－2011年的日降水及径流资料，运用基尼系数法、R/S分析法和小波分析法分别分析了降水和径流的年内变化特征、年际变化趋势和周期性特征。结果表明：流域内降水和径流年内分配极度不均匀，年内分配过程呈单峰型，月降水峰值在20世纪80年代后有峰值后移的特点；多年降水量和径流量均有减少趋势，径流量的减少趋势更显著，说明除降水减少外，还受其它因素的影响，如各种人类活动等；降水径流序列都呈现丰枯交替变化周期，变化主周期均为12～16 a，可能与太阳黑子周期活动有关；20世纪80年代后的径流周期较降水震荡性减弱，说明径流周期变化还受除降水外的其它因素的影响。
2019, 17(4):79-86.
摘要:
高时空分辨率的全球降水测量计划（Global Precipitation Measurement，GPM）是继热带降水观测计划（Tropical Rainfall Measuring Mission，TRMM）之后新一代的全球卫星降水产品，为全球气候变化、洪旱监测等研究工作提供了有力的数据支持。基于黄淮海平原2015年3月-2016年2月59个气象站点逐日降水数据，采用相关系数（CC）、相对误差（BIAS）、均方根误差（RMSE）3个指标在多时空尺度评估了GPM IMERG卫星降水产品在研究区的适用性。结果表明：日尺度上，GPM IMERG数据与站点数据拟合效果较好（CC=0.95），但GPM IMERG对降水高估1790%。月尺度上，6月-8月均方根误差最高，9个月份的相关系数均大于0.80；季节尺度上，除秋季的相关系数小于090外，其余季节的相关性均较高，夏季均方根误差最大。此外，GPM IMERG 还能较好地反映黄淮海平原由南到北降水量逐渐减少的空间分布格局。通过对比两种数据日降水时间序列，发现GPM IMERG降水产品与气象站点降水变化趋势较为一致。总体而言，GPM IMERG卫星降水产品与气象站点数据表现出较好的相关性，虽然存在轻微的高估现象，但能够以较高的精度和较小的误差估测降水。
高时空分辨率的全球降水测量计划（Global Precipitation Measurement，GPM）是继热带降水观测计划（Tropical Rainfall Measuring Mission，TRMM）之后新一代的全球卫星降水产品，为全球气候变化、洪旱监测等研究工作提供了有力的数据支持。基于黄淮海平原2015年3月-2016年2月59个气象站点逐日降水数据，采用相关系数（CC）、相对误差（BIAS）、均方根误差（RMSE）3个指标在多时空尺度评估了GPM IMERG卫星降水产品在研究区的适用性。结果表明：日尺度上，GPM IMERG数据与站点数据拟合效果较好（CC=0.95），但GPM IMERG对降水高估1790%。月尺度上，6月-8月均方根误差最高，9个月份的相关系数均大于0.80；季节尺度上，除秋季的相关系数小于090外，其余季节的相关性均较高，夏季均方根误差最大。此外，GPM IMERG 还能较好地反映黄淮海平原由南到北降水量逐渐减少的空间分布格局。通过对比两种数据日降水时间序列，发现GPM IMERG降水产品与气象站点降水变化趋势较为一致。总体而言，GPM IMERG卫星降水产品与气象站点数据表现出较好的相关性，虽然存在轻微的高估现象，但能够以较高的精度和较小的误差估测降水。
2019, 17(4):87-93.
摘要:
水资源安全系统是由自然、社会等因子组成的复杂系统，具有复杂和模糊的特征。综合考虑供水安全、社会安全、经济安全、生态环境安全4个方面的水资源安全问题，基于网络层次分析法 (ANP) ，对水资源安全评价的主要控制因素进行网络层次划分和权重计算，并结合灰色关联分析法 (GRA) 建立了水资源安全综合评价模型。应用此评价模型对贵州省2008-2015年的水资源安全状态进行等级评价。结果表明：2008-2015年间贵州省水资源安全总体处于相对稳定状态，属较安全状态和临界安全状态范围，且安全状态等级呈现稳步上升的趋势。该评价结果与实际情况相符，说明采用GRA-ANP模型的水资源安全综合评价方法是合理有效的，该评价方法及结果可为区域水资源安全评价以及水资源开发利用提供借鉴和参考。
水资源安全系统是由自然、社会等因子组成的复杂系统，具有复杂和模糊的特征。综合考虑供水安全、社会安全、经济安全、生态环境安全4个方面的水资源安全问题，基于网络层次分析法 (ANP) ，对水资源安全评价的主要控制因素进行网络层次划分和权重计算，并结合灰色关联分析法 (GRA) 建立了水资源安全综合评价模型。应用此评价模型对贵州省2008-2015年的水资源安全状态进行等级评价。结果表明：2008-2015年间贵州省水资源安全总体处于相对稳定状态，属较安全状态和临界安全状态范围，且安全状态等级呈现稳步上升的趋势。该评价结果与实际情况相符，说明采用GRA-ANP模型的水资源安全综合评价方法是合理有效的，该评价方法及结果可为区域水资源安全评价以及水资源开发利用提供借鉴和参考。
2019, 17(4):94-103.
摘要:
在分析河北省水权改革现状基础上，结合河北省地下水超采综合试点推进进度，采用“边研究边示范边总结”的研究思路，从分配方法、关键问题、确权步骤三方面对河北省水权确权方法进行了研究，提出了具有普适性的河北省水权确权方法，开展了河北省水权确权实践探索，分析总结了水权确权工作的意义。研究成果可为河北省开展水权改革提供技术支撑，为华北乃至全国层面推进水权确权工作提供可借鉴经验。
在分析河北省水权改革现状基础上，结合河北省地下水超采综合试点推进进度，采用“边研究边示范边总结”的研究思路，从分配方法、关键问题、确权步骤三方面对河北省水权确权方法进行了研究，提出了具有普适性的河北省水权确权方法，开展了河北省水权确权实践探索，分析总结了水权确权工作的意义。研究成果可为河北省开展水权改革提供技术支撑，为华北乃至全国层面推进水权确权工作提供可借鉴经验。
2019, 17(4):104-114.
摘要:
我国是世界上化肥施用量最大的国家，化肥施用强度高且利用率低。统计我国化肥施用量与施用强度的数据，与主要发达国家的情况进行对比分析，结果表明：我国农用化肥施用折纯量近30年来增长了3.4倍，氮、磷肥施用强度是发达国家的3～5倍，化肥施用利用效率不到发达国家的50%。化肥过量施用导致地表水富营养化和地下水硝酸盐污染等水环境问题。农业生产对化肥的过度依赖和面源污染法律制度约束的缺失是造成化肥过量施用并成为面源污染的主要成因。建议通过建立环境质量与国家农业支持保护补贴、土地承包权和经营权挂钩的制度约束，控制化肥过量施用；同时引导大众参与，促进消费升级，由市场需求倒逼农业生产者采取环保措施，减少农业面源污染，从而实现粮食安全与水环境安全的协调发展。
我国是世界上化肥施用量最大的国家，化肥施用强度高且利用率低。统计我国化肥施用量与施用强度的数据，与主要发达国家的情况进行对比分析，结果表明：我国农用化肥施用折纯量近30年来增长了3.4倍，氮、磷肥施用强度是发达国家的3～5倍，化肥施用利用效率不到发达国家的50%。化肥过量施用导致地表水富营养化和地下水硝酸盐污染等水环境问题。农业生产对化肥的过度依赖和面源污染法律制度约束的缺失是造成化肥过量施用并成为面源污染的主要成因。建议通过建立环境质量与国家农业支持保护补贴、土地承包权和经营权挂钩的制度约束，控制化肥过量施用；同时引导大众参与，促进消费升级，由市场需求倒逼农业生产者采取环保措施，减少农业面源污染，从而实现粮食安全与水环境安全的协调发展。
2019, 17(4):115-122.
摘要:
针对内陆干旱草原区水资源日益短缺，开展区内草地生态需水的研究，可为区域草原生态建设规划和水资源配置提供参考。选取肃南裕固族自治县作为内陆干旱草原区的典型代表区，采用联合国粮农组织（FAO）推荐的干旱区受破坏非完全覆盖的天然植被生态需水计算方法，研究了区域植被生长季（3月－10月）参考作物蒸散发量随时间的趋势性变化及其空间分布特征，分析了不同草地类型生态需水定额和有效降雨量的特征关系，并通过对各乡镇天然草地生态需水量与生态缺水量计算发现：肃南县在不同水文年均存在一定的生态缺水现象，明花乡表现最为严重，生态环境脆弱，应积极改变牧区发展模式，保护草地生态系统的和谐与稳定。
针对内陆干旱草原区水资源日益短缺，开展区内草地生态需水的研究，可为区域草原生态建设规划和水资源配置提供参考。选取肃南裕固族自治县作为内陆干旱草原区的典型代表区，采用联合国粮农组织（FAO）推荐的干旱区受破坏非完全覆盖的天然植被生态需水计算方法，研究了区域植被生长季（3月－10月）参考作物蒸散发量随时间的趋势性变化及其空间分布特征，分析了不同草地类型生态需水定额和有效降雨量的特征关系，并通过对各乡镇天然草地生态需水量与生态缺水量计算发现：肃南县在不同水文年均存在一定的生态缺水现象，明花乡表现最为严重，生态环境脆弱，应积极改变牧区发展模式，保护草地生态系统的和谐与稳定。
2019, 17(4):123-128.
摘要:
针对南水北调中线干渠存在的藻类增殖风险问题，基于氮磷等营养物质及藻类孢子的大气沉降为汇入源的前提假设，采用沃伦韦德尔模型以及河南、山东、京津冀地区氮沉降平均值及全国磷沉降平均值，对中线干渠全线的营养物质累积趋势进行了估算。结果表明，渠水到达监测点三里屯后，渠水中的营养物质累积浓度会超过富营养化阈值；综合考虑大气中藻类孢子沉降的影响，结合藻类增殖的Monod模型，对文献报道的中线藻类数量空间分布数值进行了拟合，估算出中线干渠藻类生长速率在0.21~0.46个/d范围内波动，取得了相对中值误差为23.71%的估测结果；并在此基础上，提出了可提高预测结果精确度的监测方案。
针对南水北调中线干渠存在的藻类增殖风险问题，基于氮磷等营养物质及藻类孢子的大气沉降为汇入源的前提假设，采用沃伦韦德尔模型以及河南、山东、京津冀地区氮沉降平均值及全国磷沉降平均值，对中线干渠全线的营养物质累积趋势进行了估算。结果表明，渠水到达监测点三里屯后，渠水中的营养物质累积浓度会超过富营养化阈值；综合考虑大气中藻类孢子沉降的影响，结合藻类增殖的Monod模型，对文献报道的中线藻类数量空间分布数值进行了拟合，估算出中线干渠藻类生长速率在0.21~0.46个/d范围内波动，取得了相对中值误差为23.71%的估测结果；并在此基础上，提出了可提高预测结果精确度的监测方案。
2019, 17(4):129-137.
摘要:
地下水环境质量的准确评价可降低由水质不确定性导致的农业水管理决策风险，对于指导区域发展绿色农业、清洁生产等均具有重要的实践意义。针对ELM会随机产生输入层与隐含层的连接权值和隐含层阈值，导致网络泛化能力降低以及过度拟合引起的评价结果失真问题，提出一种基于粒子群算法优化极限学习机的地下水水质综合评价模型。选取黑龙江省建三江地区为研究区域，通过典型农业机井中地下水体的实地采样，利用构建的PSOELM模型对地下水水质进行综合评价。结果表明：PSOELM模型拟合性高于传统的ELM模型和RBF模型，并提高了区域地下水水质的模拟评价效果。建三江地区下辖的15个农场，整体地下水水质较好。研究区范围内地下水水质等级呈现出集中式分布特点，地下水综合水质较差的农场集中在研究区中东部，水质较好的农场集中在研究区的东西两侧。建三江地区地下水水质地域性规律主要与化肥施用量有关。为此，在保障粮食安全与用水安全的同时实现清洁生产应注意控制化肥的使用量，积极探索作物高产新举措。
地下水环境质量的准确评价可降低由水质不确定性导致的农业水管理决策风险，对于指导区域发展绿色农业、清洁生产等均具有重要的实践意义。针对ELM会随机产生输入层与隐含层的连接权值和隐含层阈值，导致网络泛化能力降低以及过度拟合引起的评价结果失真问题，提出一种基于粒子群算法优化极限学习机的地下水水质综合评价模型。选取黑龙江省建三江地区为研究区域，通过典型农业机井中地下水体的实地采样，利用构建的PSOELM模型对地下水水质进行综合评价。结果表明：PSOELM模型拟合性高于传统的ELM模型和RBF模型，并提高了区域地下水水质的模拟评价效果。建三江地区下辖的15个农场，整体地下水水质较好。研究区范围内地下水水质等级呈现出集中式分布特点，地下水综合水质较差的农场集中在研究区中东部，水质较好的农场集中在研究区的东西两侧。建三江地区地下水水质地域性规律主要与化肥施用量有关。为此，在保障粮食安全与用水安全的同时实现清洁生产应注意控制化肥的使用量，积极探索作物高产新举措。
2019, 17(4):138-148.
摘要:
植被对调节流域水文过程、维持生态平衡具有重要作用，分析汉江上游植被变化和驱动因子具有重要价值。采用MODIS/Terra的NDVI数据和Land Cover数据分析了汉江上游不同土地利用类型的NDVI的变化规律，结合气象数据和DMSP灯光数据分析了气候变化和人类活动对植被NDVI的影响，分析了植被指数变化的主导性驱动因子。结果表明，2001－2017年汉江上游NDVI整体上呈增加趋势，年均NDVI介于0.5～0.62之间；同种土地利用类型的NDVI年际变化不大，不同土地利用类型的NDVI变化趋势基本一致，NDVI从高到低依次为落叶阔叶林、混交林、草地、农用地、灌丛、常绿针叶林。月平均最高气温是影响月NDVI变化的主导因子，夏季NDVI变化与日照时数和降水量关系较大，冬季NDVI变化与气温相关性较高。气温和降水与NDVI年变化的相关系数高于平均灯光强度变化，即年尺度上气象因素对植被变化的影响高于人类活动。
植被对调节流域水文过程、维持生态平衡具有重要作用，分析汉江上游植被变化和驱动因子具有重要价值。采用MODIS/Terra的NDVI数据和Land Cover数据分析了汉江上游不同土地利用类型的NDVI的变化规律，结合气象数据和DMSP灯光数据分析了气候变化和人类活动对植被NDVI的影响，分析了植被指数变化的主导性驱动因子。结果表明，2001－2017年汉江上游NDVI整体上呈增加趋势，年均NDVI介于0.5～0.62之间；同种土地利用类型的NDVI年际变化不大，不同土地利用类型的NDVI变化趋势基本一致，NDVI从高到低依次为落叶阔叶林、混交林、草地、农用地、灌丛、常绿针叶林。月平均最高气温是影响月NDVI变化的主导因子，夏季NDVI变化与日照时数和降水量关系较大，冬季NDVI变化与气温相关性较高。气温和降水与NDVI年变化的相关系数高于平均灯光强度变化，即年尺度上气象因素对植被变化的影响高于人类活动。
2019, 17(4):149-155.
摘要:
大坝廊道析出物是坝基水对基岩及混凝土等侵蚀作用的产物，其形成与演变可能对大坝运行安全产生不利影响。石漫滩水库除险加固前其廊道内广泛分布各类析出物，为探明其物质组成并分析来源，对析出物及其附近渗漏水进行了采样分析，对析出物分别采用X射线衍射和荧光光谱分析方法确定其矿物和化学组成，并通过水化学图示和模型计算等方法研究渗漏水的化学组成及演变。结果表明，分布最广泛的白色析出物主要化学组分为CaO和烧失量、矿物组分为方解石，其来自于坝体混凝土中水泥结石的溶解与再沉淀，而部分黑色析出物主要化学组分为MnO，来源于坝基水对基岩中锰质胶结物的化学侵蚀。分析结果结合扬压力等观测资料，可为除险加固工程中坝体及坝基对应补强提供科学依据。
大坝廊道析出物是坝基水对基岩及混凝土等侵蚀作用的产物，其形成与演变可能对大坝运行安全产生不利影响。石漫滩水库除险加固前其廊道内广泛分布各类析出物，为探明其物质组成并分析来源，对析出物及其附近渗漏水进行了采样分析，对析出物分别采用X射线衍射和荧光光谱分析方法确定其矿物和化学组成，并通过水化学图示和模型计算等方法研究渗漏水的化学组成及演变。结果表明，分布最广泛的白色析出物主要化学组分为CaO和烧失量、矿物组分为方解石，其来自于坝体混凝土中水泥结石的溶解与再沉淀，而部分黑色析出物主要化学组分为MnO，来源于坝基水对基岩中锰质胶结物的化学侵蚀。分析结果结合扬压力等观测资料，可为除险加固工程中坝体及坝基对应补强提供科学依据。
2019, 17(4):156-164.
摘要:
为研究高海拔地区日照对箱式渡槽的热力效应分布特征，为箱式渡槽结构的设计和施工提供指导，根据热传导理论及水工渡槽的温度边界条件对某高海拔地区箱式渡槽利用ANSYS进行了日照辐射的热力分布仿真分析，得出其各壁板总体温度呈外高内低的二次曲线分布状态，壁板温度应力表现为外表面受压内表面受拉的分布状态，横向与竖向最大温度拉应力分别出现于顶板内侧与腹板内侧，最大温度压应力出现于顶板与腹板外侧，各壁板内外表面的温度应力呈先增后减趋势。因此，在进行箱式渡槽结构的设计和施工中通过配置温度钢筋、施加横向预应力或增加表面隔热措施来改善渡槽在日照作用下的热力分布状态，保证结构安全运行。
为研究高海拔地区日照对箱式渡槽的热力效应分布特征，为箱式渡槽结构的设计和施工提供指导，根据热传导理论及水工渡槽的温度边界条件对某高海拔地区箱式渡槽利用ANSYS进行了日照辐射的热力分布仿真分析，得出其各壁板总体温度呈外高内低的二次曲线分布状态，壁板温度应力表现为外表面受压内表面受拉的分布状态，横向与竖向最大温度拉应力分别出现于顶板内侧与腹板内侧，最大温度压应力出现于顶板与腹板外侧，各壁板内外表面的温度应力呈先增后减趋势。因此，在进行箱式渡槽结构的设计和施工中通过配置温度钢筋、施加横向预应力或增加表面隔热措施来改善渡槽在日照作用下的热力分布状态，保证结构安全运行。
2019, 17(4):165-171.
摘要:
柴坪水电站坝址距离河床弯道较近，地质条件相对较差，大坝采用的消能方式为面流消能，使得水电站下泄水流流态比较复杂，下游河床冲刷剧烈，因此需要对水电站进行整体水工模型试验，证明水电站设计能够满足工程运行要求。研究发现溢流坝下泄水流的主流偏向右岸，对水电站下游右岸河床产生严重冲刷，对大坝的稳定性与工程安全运行造成影响，需要对水电站体型进行优化。研究采用在水电站右导墙处增加贴角，延长溢流坝左边孔左闸墩，同时去掉溢流坝左侧导墙的方式，迫使溢流坝下泄水流主流偏向河道中间。优化方案使下游河床冲刷减弱，降低了河床冲刷对大坝整体稳定性的影响，满足水电站工程运行要求，可以为类似工程提供设计参考。
柴坪水电站坝址距离河床弯道较近，地质条件相对较差，大坝采用的消能方式为面流消能，使得水电站下泄水流流态比较复杂，下游河床冲刷剧烈，因此需要对水电站进行整体水工模型试验，证明水电站设计能够满足工程运行要求。研究发现溢流坝下泄水流的主流偏向右岸，对水电站下游右岸河床产生严重冲刷，对大坝的稳定性与工程安全运行造成影响，需要对水电站体型进行优化。研究采用在水电站右导墙处增加贴角，延长溢流坝左边孔左闸墩，同时去掉溢流坝左侧导墙的方式，迫使溢流坝下泄水流主流偏向河道中间。优化方案使下游河床冲刷减弱，降低了河床冲刷对大坝整体稳定性的影响，满足水电站工程运行要求，可以为类似工程提供设计参考。
2019, 17(4):172-177.
摘要:
以驷马山中弱膨胀土为研究对象，以水泥作为改性材料，通过室内常规三轴试验，研究水泥改性膨胀土的强度与变形特性。试验结果表明：掺入水泥后，能提高膨胀土的塑限，降低塑限指数和自由膨胀率；水泥改性膨胀土三轴应力应变曲线存在弹性、非线性强化、应力软化等三个阶段，并随围压的增大，由软化型逐渐向硬化型发展；峰值强度、残余强度均随围压的增大而增大，试样为剪切破坏形态，剪切破坏角符合摩尔-库伦理论计算值。
以驷马山中弱膨胀土为研究对象，以水泥作为改性材料，通过室内常规三轴试验，研究水泥改性膨胀土的强度与变形特性。试验结果表明：掺入水泥后，能提高膨胀土的塑限，降低塑限指数和自由膨胀率；水泥改性膨胀土三轴应力应变曲线存在弹性、非线性强化、应力软化等三个阶段，并随围压的增大，由软化型逐渐向硬化型发展；峰值强度、残余强度均随围压的增大而增大，试样为剪切破坏形态，剪切破坏角符合摩尔-库伦理论计算值。
2019, 17(4):178-184.
摘要:
农业节水区划是区域农业规划的前提。针对河北省水资源匮乏的问题，选取灌溉需水指数、农田生产潜力、作物净初级生产力、土壤类型、地下水利用情况、地形地貌、人口及GDP等8项指标，通过ArcGIS的空间分析功能结合主成分分析法，构建了河北省节水区划模型，对河北省进行合理的农业节水区划，以提高灌溉水利用效率和农业生产效率。结果显示，河北省各县/区间模型评价结果差异明显，根据模型评分将河北省149个县/区划分为农业节水急切发展区、农业节水重要发展区和农业节水暂缓发展区3类区域，总体上河北省东南部农业节水建设需求高于西北部。最后根据各类区域特点，提出了各区存在的问题及未来发展建议。
农业节水区划是区域农业规划的前提。针对河北省水资源匮乏的问题，选取灌溉需水指数、农田生产潜力、作物净初级生产力、土壤类型、地下水利用情况、地形地貌、人口及GDP等8项指标，通过ArcGIS的空间分析功能结合主成分分析法，构建了河北省节水区划模型，对河北省进行合理的农业节水区划，以提高灌溉水利用效率和农业生产效率。结果显示，河北省各县/区间模型评价结果差异明显，根据模型评分将河北省149个县/区划分为农业节水急切发展区、农业节水重要发展区和农业节水暂缓发展区3类区域，总体上河北省东南部农业节水建设需求高于西北部。最后根据各类区域特点，提出了各区存在的问题及未来发展建议。
2019, 17(4):185-192.
摘要:
为研究全贯流泵(电机泵)的性能，采用CFD软件对全贯流泵模型装置进行三维流动数值模拟，分析了全贯流泵内部流态和整体性能。结果表明：全贯流泵模型装置在各个工况下前导叶进口流速均匀度均在97%以上、叶轮进口流速均匀度均在91%以上，均匀度足以保证水泵性能。进水喇叭管、前导叶水力损失小，后导叶、出水喇叭管水力损失大。出水喇叭管出口断面流速分布不均匀，流态差。该装置最高效率为69.47%，对应工况流量为290 L/s时，扬程为4.855 m。在各个工况下,全贯流泵模型装置扬程比对照轴流泵装置扬程小，效率比对照轴流泵装置效率低，消耗的轴功率比对照轴流泵装置消耗的轴功率多。全贯流泵管路短，出水喇叭管出口流速大，扩散不充分，水力损失大，这是全贯流泵装置效率低的主要原因。
为研究全贯流泵(电机泵)的性能，采用CFD软件对全贯流泵模型装置进行三维流动数值模拟，分析了全贯流泵内部流态和整体性能。结果表明：全贯流泵模型装置在各个工况下前导叶进口流速均匀度均在97%以上、叶轮进口流速均匀度均在91%以上，均匀度足以保证水泵性能。进水喇叭管、前导叶水力损失小，后导叶、出水喇叭管水力损失大。出水喇叭管出口断面流速分布不均匀，流态差。该装置最高效率为69.47%，对应工况流量为290 L/s时，扬程为4.855 m。在各个工况下,全贯流泵模型装置扬程比对照轴流泵装置扬程小，效率比对照轴流泵装置效率低，消耗的轴功率比对照轴流泵装置消耗的轴功率多。全贯流泵管路短，出水喇叭管出口流速大，扩散不充分，水力损失大，这是全贯流泵装置效率低的主要原因。
2019, 17(4):193-201.
摘要:
为探明黄河石嘴山站的来水来沙过程，便于海勃湾水库的水沙调度，根据1951-2016年的水沙数据，采用非线性统计等方法分析了黄河石嘴山站的水沙序列变化及发展趋势。结果表明：石嘴山站水沙年内分配不均匀，20世纪60年代变化剧烈；66 a来年径流量与年输沙量均呈显著性减少趋势，且具有正持续性，持续影响时间约8 a、10 a；水沙序列分别于1986年、1968年发生突变，突变原因与黄河上游大型水库的运用密切相关；龙羊峡、刘家峡水库分别对径流和泥沙的影响显著，二者联合运用后，石嘴山站流量基本处于2 000 m3/s以下，水沙分配趋于均匀；不同时期的水沙关系重新调整，但均不显著；石嘴山站多年平均含沙量及多年平均来沙系数均较刘家峡水库运用前明显降低，但在龙、刘两水库联合运用后基本不变。
为探明黄河石嘴山站的来水来沙过程，便于海勃湾水库的水沙调度，根据1951-2016年的水沙数据，采用非线性统计等方法分析了黄河石嘴山站的水沙序列变化及发展趋势。结果表明：石嘴山站水沙年内分配不均匀，20世纪60年代变化剧烈；66 a来年径流量与年输沙量均呈显著性减少趋势，且具有正持续性，持续影响时间约8 a、10 a；水沙序列分别于1986年、1968年发生突变，突变原因与黄河上游大型水库的运用密切相关；龙羊峡、刘家峡水库分别对径流和泥沙的影响显著，二者联合运用后，石嘴山站流量基本处于2 000 m3/s以下，水沙分配趋于均匀；不同时期的水沙关系重新调整，但均不显著；石嘴山站多年平均含沙量及多年平均来沙系数均较刘家峡水库运用前明显降低，但在龙、刘两水库联合运用后基本不变。
2019, 17(4):202-208.
摘要:
为评价河北省太行山区经济林水源涵养功能，选择梯田栽植的苹果、核桃、樱桃、板栗、杏5种经济林，采用室内浸水法和环刀法等研究其林下枯落物和土壤的持水特性和持水效益，分析其水文效应。结果表明：枯落物蓄积量表现为杏（3.42 t/hm2）＜樱桃（3.69 t/hm2）＜苹果（4.07 t/hm2）＜板栗（7.11 t/hm2）＜核桃（8.28 t/hm2）；板栗林下枯落物最大持水量（17.07 t/hm2）最大，枯落物的持水量与持水时间正相关呈对数函数关系，持水速率与持水时间呈幂函数关系；至于林下枯落物有效拦蓄量，板栗林最大(14.37 t/hm2)。5种经济林林下土壤容重均值在1.40～1.52 g/cm3，随深度增加而增大；土壤的最大持水量均值在856.01～946.41 t/hm2，其排序与总孔隙度一致，依次为苹果＜核桃＜樱桃＜板栗＜杏；有效持水量均值在185.82～329.03 t/hm2，排序与非毛管孔隙度一致，依次为樱桃＜苹果＜核桃＜板栗＜杏。
为评价河北省太行山区经济林水源涵养功能，选择梯田栽植的苹果、核桃、樱桃、板栗、杏5种经济林，采用室内浸水法和环刀法等研究其林下枯落物和土壤的持水特性和持水效益，分析其水文效应。结果表明：枯落物蓄积量表现为杏（3.42 t/hm2）＜樱桃（3.69 t/hm2）＜苹果（4.07 t/hm2）＜板栗（7.11 t/hm2）＜核桃（8.28 t/hm2）；板栗林下枯落物最大持水量（17.07 t/hm2）最大，枯落物的持水量与持水时间正相关呈对数函数关系，持水速率与持水时间呈幂函数关系；至于林下枯落物有效拦蓄量，板栗林最大(14.37 t/hm2)。5种经济林林下土壤容重均值在1.40～1.52 g/cm3，随深度增加而增大；土壤的最大持水量均值在856.01～946.41 t/hm2，其排序与总孔隙度一致，依次为苹果＜核桃＜樱桃＜板栗＜杏；有效持水量均值在185.82～329.03 t/hm2，排序与非毛管孔隙度一致，依次为樱桃＜苹果＜核桃＜板栗＜杏。
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