南水北调与水利科技（中英文）
2020年第18卷第4期文章目次
2020, 18(4):1-7.
摘要:
基于幸福河的概念, 构建包含流域自然属性、社会经济属性、人水和谐关系等 3 个方面 26 项指标的幸福河评价指标体系, 以幸福河指数来表示幸福河的评价结果, 并根据需求层次论将幸福河指数划分为基本需求层次、发展需求层次、和谐需求层次。以黄河流域为例, 采用模糊综合评价法, 建立黄河幸福河评价模型, 得出黄河的幸福河指数需求层次。结果显示, 黄河上游和中游的幸福河指数达到发展需求层次, 下游的幸福河指数为基本需求层次, 全河尚未达到和谐发展需求层次。幸福河评价指标体系的构建为科学评价幸福河提供了参考,丰富了幸福河的理论研究。
基于幸福河的概念, 构建包含流域自然属性、社会经济属性、人水和谐关系等 3 个方面 26 项指标的幸福河评价指标体系, 以幸福河指数来表示幸福河的评价结果, 并根据需求层次论将幸福河指数划分为基本需求层次、发展需求层次、和谐需求层次。以黄河流域为例, 采用模糊综合评价法, 建立黄河幸福河评价模型, 得出黄河的幸福河指数需求层次。结果显示, 黄河上游和中游的幸福河指数达到发展需求层次, 下游的幸福河指数为基本需求层次, 全河尚未达到和谐发展需求层次。幸福河评价指标体系的构建为科学评价幸福河提供了参考,丰富了幸福河的理论研究。
2020, 18(4):8-16.
摘要:
为准确核算和评估黄河生态流量, 以黄河干流吉迈、唐乃亥、贵德、兰州、石嘴山、龙门、花园口和利津为研究对象, 运用 6 种水文学方法分析生态流量过程, 评估 1956- 2013 年各断面生态流量赤字及其成因。研究表明: 生态流 量核算对方法选择较为敏感, 其中 Q 90_Q50 法的计算结果远高于其他 5 种方法; 黄河干流 8 个断面的生态流量为 ( 47± 9) 、( 273 ±59) 、( 273 ± 53) 、( 456±103) 、( 433± 94) 、( 473± 124) 、( 639 ±172) 和( 727 ± 160) m3 / s, 占天然径流 量的 36% ~ 43% , 其中 5- 11 月占全年生态流量的 70% ~ 77% ; 在过去近 60 年, 1985- 2003 年是黄河干流存在生态流量赤字最为严重的时期, 吉迈、唐乃亥、贵德和兰州断面的生态流量赤字主要发生在枯水期, 而石嘴山、龙门和花园口断面主要发生在丰水期, 利津断面集中在上半年; 人类耗水是造成生态流量赤字的最重要的原因, 其次为气候变化。未来要加强用不同方法全面评估黄河干流、支流的生态流量, 推动“精准”节水, 完善水量调度方案, 最大程度地减少生态流量赤字风险。
为准确核算和评估黄河生态流量, 以黄河干流吉迈、唐乃亥、贵德、兰州、石嘴山、龙门、花园口和利津为研究对象, 运用 6 种水文学方法分析生态流量过程, 评估 1956- 2013 年各断面生态流量赤字及其成因。研究表明: 生态流 量核算对方法选择较为敏感, 其中 Q 90_Q50 法的计算结果远高于其他 5 种方法; 黄河干流 8 个断面的生态流量为 ( 47± 9) 、( 273 ±59) 、( 273 ± 53) 、( 456±103) 、( 433± 94) 、( 473± 124) 、( 639 ±172) 和( 727 ± 160) m3 / s, 占天然径流 量的 36% ~ 43% , 其中 5- 11 月占全年生态流量的 70% ~ 77% ; 在过去近 60 年, 1985- 2003 年是黄河干流存在生态流量赤字最为严重的时期, 吉迈、唐乃亥、贵德和兰州断面的生态流量赤字主要发生在枯水期, 而石嘴山、龙门和花园口断面主要发生在丰水期, 利津断面集中在上半年; 人类耗水是造成生态流量赤字的最重要的原因, 其次为气候变化。未来要加强用不同方法全面评估黄河干流、支流的生态流量, 推动“精准”节水, 完善水量调度方案, 最大程度地减少生态流量赤字风险。
2020, 18(4):17-38.
摘要:
为分析土地利用变化的内部特征及驱动机制, 从土地利用整体格局、土地利用转移方向、转移程度和土地利用单一动态度方面出发, 全面分析近 40 年以来窟野河流域土地利用的时空变化特征, 并利用 SPSS 软件系统地阐述了其驱动机制。主要结果表明: 目前, 该流域各土地类型面积占比为草地> 耕地> 煤矿用地> 林地> 沙地> 居住用地> 水域> 未利用土地, 耕地主要分布在研究区中部和东南部, 煤矿用地主要分布在河流沿岸; 在研究时段内, 煤矿用地作为动态度最高的土地利用类型, 其面积大幅增加, 主要流入源为草地和耕地, 该流域煤炭的大规模开采已严重影响到该流域的植被覆盖情况以及农业生产活动; 经济的高速发展, 尤其是第二、第三产业的壮大是导致该流域煤矿用地和居住用地发生明显变化最主要的驱动因子, 而耕地、林地、草地和水域的面积变化也与其息息相关, 但变化幅度相对较小; 此外, 人口作为重要因素之一, 也在土地利用的变化过程中起到了较为明显的推动作用。
为分析土地利用变化的内部特征及驱动机制, 从土地利用整体格局、土地利用转移方向、转移程度和土地利用单一动态度方面出发, 全面分析近 40 年以来窟野河流域土地利用的时空变化特征, 并利用 SPSS 软件系统地阐述了其驱动机制。主要结果表明: 目前, 该流域各土地类型面积占比为草地> 耕地> 煤矿用地> 林地> 沙地> 居住用地> 水域> 未利用土地, 耕地主要分布在研究区中部和东南部, 煤矿用地主要分布在河流沿岸; 在研究时段内, 煤矿用地作为动态度最高的土地利用类型, 其面积大幅增加, 主要流入源为草地和耕地, 该流域煤炭的大规模开采已严重影响到该流域的植被覆盖情况以及农业生产活动; 经济的高速发展, 尤其是第二、第三产业的壮大是导致该流域煤矿用地和居住用地发生明显变化最主要的驱动因子, 而耕地、林地、草地和水域的面积变化也与其息息相关, 但变化幅度相对较小; 此外, 人口作为重要因素之一, 也在土地利用的变化过程中起到了较为明显的推动作用。
2020, 18(4):39-53.
摘要:
以黄河源区植被为研究对象, 应用 MODIS13Q1 遥感数据、DEM 数据、气象数据以及土地利用类型图, 采用基于高程分段的研究方法对研究区 NDVI( 归一化植被指数) 与水热条件空间分布特征进行深入探究。根据 NDVI 随 高程分布特征, 将研究区划分为高程段? ( < 3 400 m) , 高程段ò ( 3 400~ 4 200 m) 和高程段ó ( > 4 200 m) 。在各 高程段内分析植被分布格局、NDVI 与水热条件分布特征、NDVI 与水热因子响应关系。结果表明: 黄河源区内主要 植被类型为草地, 其面积占源区总面积 75% , 林地面积占比为 7% , 农田面积仅占 1% 。高程段? 内主要植被类型 为农田和草地, 高程段ò内主要植被类型为林地和草地, 高程段ó 内基本只有草地。3 种不同类型植被 NDVI 平均值 大小为林地> 草地> 农田。气温表现为梯度递减的空间分布格局, 降水量呈现从东南向西北递减的趋势。高程段 ? 属干旱区域, 高程段ò 属湿热区域, 高程段ó 属干冷区域。3 个高程段内水热组合条件最好的是高程段 ò , 高程 段ó 水热条件较差。植被 NDVI 在不同高程段内受水热因子的驱动作用不同。高程段 ? 和高程段 ó 内降水量较 低, NDVI主要驱动因子是降水量, 高程段ò 的降水量丰沛, 影响 NDVI 的主要因子是气温。
以黄河源区植被为研究对象, 应用 MODIS13Q1 遥感数据、DEM 数据、气象数据以及土地利用类型图, 采用基于高程分段的研究方法对研究区 NDVI( 归一化植被指数) 与水热条件空间分布特征进行深入探究。根据 NDVI 随 高程分布特征, 将研究区划分为高程段? ( < 3 400 m) , 高程段ò ( 3 400~ 4 200 m) 和高程段ó ( > 4 200 m) 。在各 高程段内分析植被分布格局、NDVI 与水热条件分布特征、NDVI 与水热因子响应关系。结果表明: 黄河源区内主要 植被类型为草地, 其面积占源区总面积 75% , 林地面积占比为 7% , 农田面积仅占 1% 。高程段? 内主要植被类型 为农田和草地, 高程段ò内主要植被类型为林地和草地, 高程段ó 内基本只有草地。3 种不同类型植被 NDVI 平均值 大小为林地> 草地> 农田。气温表现为梯度递减的空间分布格局, 降水量呈现从东南向西北递减的趋势。高程段 ? 属干旱区域, 高程段ò 属湿热区域, 高程段ó 属干冷区域。3 个高程段内水热组合条件最好的是高程段 ò , 高程 段ó 水热条件较差。植被 NDVI 在不同高程段内受水热因子的驱动作用不同。高程段 ? 和高程段 ó 内降水量较 低, NDVI主要驱动因子是降水量, 高程段ò 的降水量丰沛, 影响 NDVI 的主要因子是气温。
2020, 18(4):54-70.
摘要:
以省级行政区为研究对象, 以 2017 年为研究时段, 分析我国社会水循环过程耗能及电力生产耗水。结果显示: 2017 年我国社会水循环过程耗电总量为10 8281 1亿 kW· h, 占当年我国全社会用电总量的 17. 2% , 终端用水是 最大的耗能环节; 2017 年我国电力生产过程耗水量为 65.7 亿 m3 , 占当年全社会耗水总量的 2% ; 火电是我国最耗水的电源, 其耗水量占全国电力开发耗水总量的 78% 。基于计算结果, 提出了实现能源水协同安全的相关建议。
以省级行政区为研究对象, 以 2017 年为研究时段, 分析我国社会水循环过程耗能及电力生产耗水。结果显示: 2017 年我国社会水循环过程耗电总量为10 8281 1亿 kW· h, 占当年我国全社会用电总量的 17. 2% , 终端用水是 最大的耗能环节; 2017 年我国电力生产过程耗水量为 65.7 亿 m3 , 占当年全社会耗水总量的 2% ; 火电是我国最耗水的电源, 其耗水量占全国电力开发耗水总量的 78% 。基于计算结果, 提出了实现能源水协同安全的相关建议。
2020, 18(4):71-80.
摘要:
针对温度植被干旱指数特征空间的非线性现象, 研究以 Modis 数据为数据源, 以河北省为研究区, 通过引入表观热惯量, 提出双指数联合( DICIM) 的土壤含水量反演模型用以改进 TVDI 指数特征空间的非线性问题。研究分别采用 TVDI 和 DICIM 模型对 6 月上中旬的土壤含水量进行反演, 对比低植被区土壤含水量反演的空间差异性, 并通过误差统计验证模型的反演能力。结果表明: 在低植被区, DICIM 模型反演的土壤含水量比 TVDI 反演的土壤含水量特征明显, 反演值更加接近于实测值。经误差统计分析发现基于 DICIM 模型反演的 10 cm 深度的土壤含 水量值相比于 TVDI 指数反演的土壤含水量值平均绝对误差低 0.26% ~ 0.50% , 均方根误差低 0.28% ~ 0.73% , 相对均方根误差低 0.73% ~ 5.54% , 平均相对误差低 1.31% ~ 3.27% , 且基于 DICIM 模型的反演值与10 cm 深度土壤含水量实测值的相关系数R 值都在0.65 左右。可见, 提出的 DICIM 模型综合了ATI 和TVDI 模型的优势, 提高了 TVDI 指数的反演能力。
针对温度植被干旱指数特征空间的非线性现象, 研究以 Modis 数据为数据源, 以河北省为研究区, 通过引入表观热惯量, 提出双指数联合( DICIM) 的土壤含水量反演模型用以改进 TVDI 指数特征空间的非线性问题。研究分别采用 TVDI 和 DICIM 模型对 6 月上中旬的土壤含水量进行反演, 对比低植被区土壤含水量反演的空间差异性, 并通过误差统计验证模型的反演能力。结果表明: 在低植被区, DICIM 模型反演的土壤含水量比 TVDI 反演的土壤含水量特征明显, 反演值更加接近于实测值。经误差统计分析发现基于 DICIM 模型反演的 10 cm 深度的土壤含 水量值相比于 TVDI 指数反演的土壤含水量值平均绝对误差低 0.26% ~ 0.50% , 均方根误差低 0.28% ~ 0.73% , 相对均方根误差低 0.73% ~ 5.54% , 平均相对误差低 1.31% ~ 3.27% , 且基于 DICIM 模型的反演值与10 cm 深度土壤含水量实测值的相关系数R 值都在0.65 左右。可见, 提出的 DICIM 模型综合了ATI 和TVDI 模型的优势, 提高了 TVDI 指数的反演能力。
2020, 18(4):81-86.
摘要:
将新安江模型、萨克拉门托模型及 TOPMODEL 应用在 3 个不同的湿润地区山区小流域, 将洪峰相对误差及峰现时间误差作为预报精度主要评价指标, 分析不同水文模型在各流域的精度及适用性。结果表明: 在南阳河流域, 新安江模型略优于另外两种模型, 但 3 种模型总体精度均不高; 在雾渡河流域, 新安江模型精度较高, 萨克拉门托模型次之, TOPMODEL 精度最低; 茅坪河流域资料匮乏, 仅有的 6 场洪水全部用于模型率定, 3 种模型均能达到预报精度要求。综合比较后发现, 新安江模型在 3 个研究流域预报精度最高。
将新安江模型、萨克拉门托模型及 TOPMODEL 应用在 3 个不同的湿润地区山区小流域, 将洪峰相对误差及峰现时间误差作为预报精度主要评价指标, 分析不同水文模型在各流域的精度及适用性。结果表明: 在南阳河流域, 新安江模型略优于另外两种模型, 但 3 种模型总体精度均不高; 在雾渡河流域, 新安江模型精度较高, 萨克拉门托模型次之, TOPMODEL 精度最低; 茅坪河流域资料匮乏, 仅有的 6 场洪水全部用于模型率定, 3 种模型均能达到预报精度要求。综合比较后发现, 新安江模型在 3 个研究流域预报精度最高。
2020, 18(4):87-96.
摘要:
以济南市主城区范围为研究区, 通过现场调研、遥感解译和划分标记的手段获取并探究其不透水地表分布。 研究发现, 济南市主城区范围内绿化率达到 33.9% , 不透水面积占比为65.3% 。采用 HIMS2SWMM 模型进行小时尺度径流模拟, 据此探究济南市主城区范围内各行政区不透水地表格局下其径流系数的变化情况。以 2016 年 7- 8 月降雨作为输入, 整个研究区共降水 125.23 mm, 下渗量为 36.33 mm, 产生的径流量为 88.9 mm, 整个济南市主城区总体径流系数为 0. 71。各用地类型的不透水面占比与径流系数有较强的线性关系, 其变化分为阈值型和渐变型。对于阈值型用地类型, 可进行较为集中的绿化措施或 LID 措施; 对于渐变型用地类型, 可采用放缓的逐步绿化或 LID 措施, 在集中改善阈值型用地类型的不透水面占比的同时, 辅以较小范围的改善措施, 以达到较为经济有效的防止内涝目的。
以济南市主城区范围为研究区, 通过现场调研、遥感解译和划分标记的手段获取并探究其不透水地表分布。 研究发现, 济南市主城区范围内绿化率达到 33.9% , 不透水面积占比为65.3% 。采用 HIMS2SWMM 模型进行小时尺度径流模拟, 据此探究济南市主城区范围内各行政区不透水地表格局下其径流系数的变化情况。以 2016 年 7- 8 月降雨作为输入, 整个研究区共降水 125.23 mm, 下渗量为 36.33 mm, 产生的径流量为 88.9 mm, 整个济南市主城区总体径流系数为 0. 71。各用地类型的不透水面占比与径流系数有较强的线性关系, 其变化分为阈值型和渐变型。对于阈值型用地类型, 可进行较为集中的绿化措施或 LID 措施; 对于渐变型用地类型, 可采用放缓的逐步绿化或 LID 措施, 在集中改善阈值型用地类型的不透水面占比的同时, 辅以较小范围的改善措施, 以达到较为经济有效的防止内涝目的。
2020, 18(4):97-103.
摘要:
蒸散发可以反映气候变化对水资源的影响状况, 根据拉萨河流域两个站点 1955- 2018 年的逐日气象数据, 采用 FAO2562Penman-Monteith 公式计算潜在蒸散发( ET0 ) , 进而采用敏感性分析、Mann-Kendall 趋势检验、气候倾向率及小波分析等方法对拉萨河流域 ET0 的变化特征及其影响因素进行分析。对比两个站点的变化规律, 结果表明: 流域 ET0 整体对最高温度最为敏感, 最高温度的贡献率最大, 气象因子的敏感系数年内变幅为相对湿度> 最高 温度> 风速> 日照时数> 最低温度; 流域 ET0 的日变化趋势为每 10 年增加 0.03 mm, Mann-Kendall 检验流域 ET0 增长并不显著; 流域的 ET0 在 25~ 30 a 尺度上周期振荡明显, 出现了 7 次循环交替。
蒸散发可以反映气候变化对水资源的影响状况, 根据拉萨河流域两个站点 1955- 2018 年的逐日气象数据, 采用 FAO2562Penman-Monteith 公式计算潜在蒸散发( ET0 ) , 进而采用敏感性分析、Mann-Kendall 趋势检验、气候倾向率及小波分析等方法对拉萨河流域 ET0 的变化特征及其影响因素进行分析。对比两个站点的变化规律, 结果表明: 流域 ET0 整体对最高温度最为敏感, 最高温度的贡献率最大, 气象因子的敏感系数年内变幅为相对湿度> 最高 温度> 风速> 日照时数> 最低温度; 流域 ET0 的日变化趋势为每 10 年增加 0.03 mm, Mann-Kendall 检验流域 ET0 增长并不显著; 流域的 ET0 在 25~ 30 a 尺度上周期振荡明显, 出现了 7 次循环交替。
2020, 18(4):104-110.
摘要:
Assessment of water quality by firefly algorithm based on BP neural network model ( FA-BP model) is built. In this model, the ev aluation index function is constructed by BP Artificial Neural Network Algorithm ( BP model) , and Firefly Algorithm ( FA model) is intr oduced to optimize weight values and thresholds to find the optimal solution. Fuzzy Comprehensive Evaluation method, Grey Incidence Analysis Algorithm and FA-BP model will be applied to evaluate the water quality of the five main rivers in Liany ungang City including Longwei, Yudai, Dapu, Paidan, and Dong yan River. The results show that the Fuzzy Comprehensive Evaluation method is difficult to use for slight pollution rivers with several slightly over standard indexes. It will be easy to ignore the impact of ex treme indexes by Grey Incidence Analysis Algorithm. FA-BP model solves the shortcomings of the two methods. The evaluation results pr ovide an important reference for the formulation of reasonable measures. It is a relatively comprehensive evaluation method and has agood a pplication prospect in water qualit yevaluation.
Assessment of water quality by firefly algorithm based on BP neural network model ( FA-BP model) is built. In this model, the ev aluation index function is constructed by BP Artificial Neural Network Algorithm ( BP model) , and Firefly Algorithm ( FA model) is intr oduced to optimize weight values and thresholds to find the optimal solution. Fuzzy Comprehensive Evaluation method, Grey Incidence Analysis Algorithm and FA-BP model will be applied to evaluate the water quality of the five main rivers in Liany ungang City including Longwei, Yudai, Dapu, Paidan, and Dong yan River. The results show that the Fuzzy Comprehensive Evaluation method is difficult to use for slight pollution rivers with several slightly over standard indexes. It will be easy to ignore the impact of ex treme indexes by Grey Incidence Analysis Algorithm. FA-BP model solves the shortcomings of the two methods. The evaluation results pr ovide an important reference for the formulation of reasonable measures. It is a relatively comprehensive evaluation method and has agood a pplication prospect in water qualit yevaluation.
2020, 18(4):111-120.
摘要:
With the gradual attention of the state to the protection of natural ecological environment, the planning and layout of the nature reserve will overlap with some coal mine areas. In order to strengthen the construction of ecological civilization, it is necessary to study the impact of mining on the ecological environment of the nature reserve. Through the methods of GIS and RS, and evaluation o f ecological protection index system, the differences and impacts of ecological environment changes before and after the planning of the nature reserve are analyzed. The results show that since 2002, the effect of water collection and artificial soil and water conservation measures on improving the ecological environment of vegetation are obvious, the dominant species of vegetation type in the overlapping area of coal mine and nature reserve have changed from grass vegetation to shrub vegetation, inwhich the area of arbor forest land has increased significantly, the veetationcoverage in the overlapping area has also increased considerably . The intensity of soil erosion has decreased year by year after mining the coal resources. Postharvest hydraulic erosion intensity is mainly below mild, and the area of artificial soil and water conservation has increased significantly. T he negative impact of the ground subsidence caused by coal mining on the ecological environment is less than the positive effect brought by artificial soil and waterconservation measures, and it is generally developing in a more stable direction. The ecological protection status index increased fr om 32. 98 to 45.94, and the change degree of ecological protection status in nature reserves is 12.9 ≥10. T he ecological protection status of the nature reserve improved significantly. On the basis of ecological environment protection and restoration measures in the nature reserve, coal mines need to further study the comprehensive impact of human activitieson the ecological environment of the nature reserve.
With the gradual attention of the state to the protection of natural ecological environment, the planning and layout of the nature reserve will overlap with some coal mine areas. In order to strengthen the construction of ecological civilization, it is necessary to study the impact of mining on the ecological environment of the nature reserve. Through the methods of GIS and RS, and evaluation o f ecological protection index system, the differences and impacts of ecological environment changes before and after the planning of the nature reserve are analyzed. The results show that since 2002, the effect of water collection and artificial soil and water conservation measures on improving the ecological environment of vegetation are obvious, the dominant species of vegetation type in the overlapping area of coal mine and nature reserve have changed from grass vegetation to shrub vegetation, inwhich the area of arbor forest land has increased significantly, the veetationcoverage in the overlapping area has also increased considerably . The intensity of soil erosion has decreased year by year after mining the coal resources. Postharvest hydraulic erosion intensity is mainly below mild, and the area of artificial soil and water conservation has increased significantly. T he negative impact of the ground subsidence caused by coal mining on the ecological environment is less than the positive effect brought by artificial soil and waterconservation measures, and it is generally developing in a more stable direction. The ecological protection status index increased fr om 32. 98 to 45.94, and the change degree of ecological protection status in nature reserves is 12.9 ≥10. T he ecological protection status of the nature reserve improved significantly. On the basis of ecological environment protection and restoration measures in the nature reserve, coal mines need to further study the comprehensive impact of human activitieson the ecological environment of the nature reserve.
2020, 18(4):121-129.
摘要:
利用 Landsat 遥感影像, 采用面向对象分类法, 获取 30 年( 1985- 2015) 序列的吉林省湖泊空间分布图。基于 GIS 通过时间动态度指数、空间分布矢量密度指数以及多个景观指数对湖泊演变的时空动态特征进行系统分析。 结果表明: 30 年间吉林省湖泊面积总体呈萎缩趋势, 面积由2 667.12 km2 减少到2 131. 25 km2 , 湖泊数量减少了 72 个, 减少比例为 13. 74% ; 吉林省湖泊资源以小型湖泊( 0~ < 10 km2 ) 为主, 占比超过 90% , 30 年间不同面积等级的湖泊数量均有所减少, 其中小型湖泊减少了 63 个, 占 13.04% ; 空间分布矢量密度显示吉林省湖泊资源的分布呈现显著的分区特点, 其中东部湖泊资源稀少且密度指数最低, 湖泊数量增加了 10.39% , 但总体面积减少了 10.83 km2 ; 西部湖泊资源丰富, 以小型湖泊为主, 30 年间湖泊数量和面积均显著减少, 面积减少 266.85 km2 , 数量减少 25. 54% , 中部湖泊资源变化波动较大, 面积总体减少 237. 75 km2 , 数量减少 5. 33% 。
利用 Landsat 遥感影像, 采用面向对象分类法, 获取 30 年( 1985- 2015) 序列的吉林省湖泊空间分布图。基于 GIS 通过时间动态度指数、空间分布矢量密度指数以及多个景观指数对湖泊演变的时空动态特征进行系统分析。 结果表明: 30 年间吉林省湖泊面积总体呈萎缩趋势, 面积由2 667.12 km2 减少到2 131. 25 km2 , 湖泊数量减少了 72 个, 减少比例为 13. 74% ; 吉林省湖泊资源以小型湖泊( 0~ < 10 km2 ) 为主, 占比超过 90% , 30 年间不同面积等级的湖泊数量均有所减少, 其中小型湖泊减少了 63 个, 占 13.04% ; 空间分布矢量密度显示吉林省湖泊资源的分布呈现显著的分区特点, 其中东部湖泊资源稀少且密度指数最低, 湖泊数量增加了 10.39% , 但总体面积减少了 10.83 km2 ; 西部湖泊资源丰富, 以小型湖泊为主, 30 年间湖泊数量和面积均显著减少, 面积减少 266.85 km2 , 数量减少 25. 54% , 中部湖泊资源变化波动较大, 面积总体减少 237. 75 km2 , 数量减少 5. 33% 。
2020, 18(4):130-140.
摘要:
选取北方典型岩溶裂隙含水系统, 利用水文地球化学方法和统计学方法分析其地下水水化学特征及其影响因素, 结果表明: 沿着地下水主径流路径, 地下水水化学类型种类逐年增加, 除水岩作用外影响水化学类型的 Ca2+ 、 Cl- 、Na+ 、SO4 2- 多来源生活污水、工业废水和生活垃圾, 且地下水中挥发性有机污染物的检出及 NO3 - 、VOCs 时空输入的多变性, 表明区内地下水水化学持续受到人类活动的影响; 利用比例系数法和因子分析法等获知影响地下水水化学的主要过程为水岩相互作用、阳离子交替吸附作用及溶滤作用, 综合分析水化学类型和聚类分析可解译出监测点接收的物质组分及来源、地下水水化学动态变化过程及影响因素
选取北方典型岩溶裂隙含水系统, 利用水文地球化学方法和统计学方法分析其地下水水化学特征及其影响因素, 结果表明: 沿着地下水主径流路径, 地下水水化学类型种类逐年增加, 除水岩作用外影响水化学类型的 Ca2+ 、 Cl- 、Na+ 、SO4 2- 多来源生活污水、工业废水和生活垃圾, 且地下水中挥发性有机污染物的检出及 NO3 - 、VOCs 时空输入的多变性, 表明区内地下水水化学持续受到人类活动的影响; 利用比例系数法和因子分析法等获知影响地下水水化学的主要过程为水岩相互作用、阳离子交替吸附作用及溶滤作用, 综合分析水化学类型和聚类分析可解译出监测点接收的物质组分及来源、地下水水化学动态变化过程及影响因素
2020, 18(4):141-146.
摘要:
基于详细的野外调查, 对汶川县雁门乡雁洛村发育的大型堆积体的基本特征、形成及演化过程进行较深入研究, 结果表明: 雁洛堆积体为残坡积、崩坡积、类黄土堆积以及滑坡堆积等 4 部分组成的复合堆积, 平面上可分 2 个 大区、6 个次级区; 结合侧缘基岩变形迹象以及 UDEC 数值模拟对滑坡的形成机制进行分析, 其变形破坏模式为弯 曲2拉裂模式; 雁洛堆积体演化经历早更新世宽谷期黄土堆积阶段, 中、晚更新世峡谷期谷坡卸荷变形阶段, 峡谷区 滑坡形成阶段, 全新世堆积体复活变形阶段等 4 个阶段。
基于详细的野外调查, 对汶川县雁门乡雁洛村发育的大型堆积体的基本特征、形成及演化过程进行较深入研究, 结果表明: 雁洛堆积体为残坡积、崩坡积、类黄土堆积以及滑坡堆积等 4 部分组成的复合堆积, 平面上可分 2 个 大区、6 个次级区; 结合侧缘基岩变形迹象以及 UDEC 数值模拟对滑坡的形成机制进行分析, 其变形破坏模式为弯 曲2拉裂模式; 雁洛堆积体演化经历早更新世宽谷期黄土堆积阶段, 中、晚更新世峡谷期谷坡卸荷变形阶段, 峡谷区 滑坡形成阶段, 全新世堆积体复活变形阶段等 4 个阶段。
2020, 18(4):149-158.
摘要:
分析现有的侧向无界条件下垂向环流井水动力场数学模型与解析解, 基于 MODFLOW 建立侧向有界条件下 的数值模型, 模拟多组不同抽注流量和抽注段间距的情景, 绘制水头误差分布图、前向追踪流线图和地下水流量占 比图, 通过对比分析论证了侧向边界对水头、流线形态和流量占比的影响。结果表明: 随着流量增大以及抽注段间 距增大, 垂向环流井水动力场循环范围增大, 边界对垂向环流井水动力场影响逐渐明显, 流线越接近侧向边界, 其形 态由椭圆形趋近于矩形, 且最外围均衡区内地下水交换量占比降低趋势明显; 提出无量纲参数, 进一步定量地分析 侧向边界对流场的影响。
分析现有的侧向无界条件下垂向环流井水动力场数学模型与解析解, 基于 MODFLOW 建立侧向有界条件下 的数值模型, 模拟多组不同抽注流量和抽注段间距的情景, 绘制水头误差分布图、前向追踪流线图和地下水流量占 比图, 通过对比分析论证了侧向边界对水头、流线形态和流量占比的影响。结果表明: 随着流量增大以及抽注段间 距增大, 垂向环流井水动力场循环范围增大, 边界对垂向环流井水动力场影响逐渐明显, 流线越接近侧向边界, 其形 态由椭圆形趋近于矩形, 且最外围均衡区内地下水交换量占比降低趋势明显; 提出无量纲参数, 进一步定量地分析 侧向边界对流场的影响。
2020, 18(4):159-166.
摘要:
锦屏一级水电站为世界最高的双曲拱坝, 为了保证坝体的安全运行, 以库区谷幅伸缩变形为研究对象, 分别分析谷幅在前期开挖阶段、初期蓄水阶段和长期蓄水阶段的伸缩变形特征以及主要影响因素。研究结果表明: 在前期开挖阶段, 谷幅处于收缩变形加速期, 变形速率在每月- 0.65 mm 左右, 变形量达到 40 mm; 初期蓄水阶段, 谷幅的收缩变形速率在每月- 0.5 mm 左右, 变形速率有减小的趋势; 长期蓄水阶段, 库区蓄水水位在1 880 m - 1 800 m- 1 880 m之间循环了 4 个周期, 从前 2 个周期可以看出库区谷幅的伸缩变形与水位的变化表现出一定的滞后特征; 随着蓄水时间的增长, 谷幅逐渐只产生微量的收缩2拉伸变形。分析谷幅变形的主要影响因素可以发现, 在前期开挖阶段谷幅变形主要由开挖后的卸荷回弹造成, 后期蓄水阶段谷幅伸缩变形主要由左岸坡体的结构变形所产生。
锦屏一级水电站为世界最高的双曲拱坝, 为了保证坝体的安全运行, 以库区谷幅伸缩变形为研究对象, 分别分析谷幅在前期开挖阶段、初期蓄水阶段和长期蓄水阶段的伸缩变形特征以及主要影响因素。研究结果表明: 在前期开挖阶段, 谷幅处于收缩变形加速期, 变形速率在每月- 0.65 mm 左右, 变形量达到 40 mm; 初期蓄水阶段, 谷幅的收缩变形速率在每月- 0.5 mm 左右, 变形速率有减小的趋势; 长期蓄水阶段, 库区蓄水水位在1 880 m - 1 800 m- 1 880 m之间循环了 4 个周期, 从前 2 个周期可以看出库区谷幅的伸缩变形与水位的变化表现出一定的滞后特征; 随着蓄水时间的增长, 谷幅逐渐只产生微量的收缩2拉伸变形。分析谷幅变形的主要影响因素可以发现, 在前期开挖阶段谷幅变形主要由开挖后的卸荷回弹造成, 后期蓄水阶段谷幅伸缩变形主要由左岸坡体的结构变形所产生。
2020, 18(4):167-177.
摘要:
分析伊犁河谷西部平原区地质条件与水文地质条件, 结合 2017、2018 年研究区内采集的 220 组地表水及地下 水样品的水化学、D、18O、3 H 及 CFCs 等指标测试结果, 以伊犁河南北岸 2 个典型剖面为重点, 分析了区域地下水环境同位素和水化学的空间分布特征。伊犁河谷西部平原区地下水主要接受山区降水补给, 地形地貌和含水层岩性变化是控制区内地下水循环最主要的影响因素, 区内地下水循环表现为多级次的循环演化特点, 以伊犁河为界, 伊犁河谷西部平原区南北两侧地下水水流系统可划分为局部、中间和区域等 3 个级次的地下水流系统。不同级次的 地下水水流系统在循环范围和深度上存在一定差异。
分析伊犁河谷西部平原区地质条件与水文地质条件, 结合 2017、2018 年研究区内采集的 220 组地表水及地下 水样品的水化学、D、18O、3 H 及 CFCs 等指标测试结果, 以伊犁河南北岸 2 个典型剖面为重点, 分析了区域地下水环境同位素和水化学的空间分布特征。伊犁河谷西部平原区地下水主要接受山区降水补给, 地形地貌和含水层岩性变化是控制区内地下水循环最主要的影响因素, 区内地下水循环表现为多级次的循环演化特点, 以伊犁河为界, 伊犁河谷西部平原区南北两侧地下水水流系统可划分为局部、中间和区域等 3 个级次的地下水流系统。不同级次的 地下水水流系统在循环范围和深度上存在一定差异。
2020, 18(4):178-184.
摘要:
为探究涝渍胁迫下农田生态系统碳平衡关系, 在五道沟实验站设立典型试验区, 以冬小麦拔节期为研究时段开展控制试验, 设置涝、渍试验组和正常试验组, 测量不同情景下冬小麦碳通量, 并分析其变化趋势。研究结果表明: 在正常情景下, 拔节期冬小麦碳通量表现为碳汇, 13 时碳通量最低, 晴天碳通量低于阴雨天, 连续阴雨天后的初晴日碳通量大幅降低; 涝渍情景可以降低拔节期冬小麦的碳通量, 其中涝水情景的影响更为明显, 第 3 d 后涝渍情 景对冬小麦碳通量影响明显减弱。碳通量随温度呈三次曲线变化, 在正常和渍水情景下冬小麦碳通量在 7 ℃左右 达到最高点; 在涝水情景下 5 ℃ 左右达到最高点。拔节期碳的累积主要用于植株茎部生长, 渍水 3 d 为降低碳通量 且不影响植株生长的最佳时点。研究成果可为维持农田生态系统碳平衡和建设生态灌区提供科学依据。
为探究涝渍胁迫下农田生态系统碳平衡关系, 在五道沟实验站设立典型试验区, 以冬小麦拔节期为研究时段开展控制试验, 设置涝、渍试验组和正常试验组, 测量不同情景下冬小麦碳通量, 并分析其变化趋势。研究结果表明: 在正常情景下, 拔节期冬小麦碳通量表现为碳汇, 13 时碳通量最低, 晴天碳通量低于阴雨天, 连续阴雨天后的初晴日碳通量大幅降低; 涝渍情景可以降低拔节期冬小麦的碳通量, 其中涝水情景的影响更为明显, 第 3 d 后涝渍情 景对冬小麦碳通量影响明显减弱。碳通量随温度呈三次曲线变化, 在正常和渍水情景下冬小麦碳通量在 7 ℃左右 达到最高点; 在涝水情景下 5 ℃ 左右达到最高点。拔节期碳的累积主要用于植株茎部生长, 渍水 3 d 为降低碳通量 且不影响植株生长的最佳时点。研究成果可为维持农田生态系统碳平衡和建设生态灌区提供科学依据。
2020, 18(4):185-194.
摘要:
利用河北平原区 5 个县域及周边的雨量站、气象站和农气站资料, 综合考虑降水、土壤和作物特性, 提出修正的 SCS2CN 模型用于计算作物有效降水量, 采用 FAO 推荐的 Penman-Monteith 公式和作物系数法计算作物需水量, 探讨研究区不同水文年份作物灌溉需水量的时空分布特性。结果表明, 研究区冬小麦2夏玉米连作多年平均作 物有效降水量、作物需水量和灌溉需水量分别为 389、736 和 347 mm, 丰水年、平水年和枯水年冬小麦-夏玉米连作灌溉需水量分别为 321、382 和 423 mm。冬小麦生育期灌溉需水量 271~ 350 mm, 返青-拔节期、拔节-抽穗期和抽穗-成熟期灌溉需水量各占全生育期的 26% 、26% 和 29% ; 夏玉米全生育期灌溉需水量 0~ 49 mm, 抽雄期和成熟期分别占全生育期的 52% 和 48% 。作物有效降水量空间分布, 石家庄 3 县西高东低, 邯郸 2 县西低东高; 作物需水量 石家庄 3 县高于邯郸 2 县; 研究区灌溉需水量空间分布不均, 大致呈带状分布。
利用河北平原区 5 个县域及周边的雨量站、气象站和农气站资料, 综合考虑降水、土壤和作物特性, 提出修正的 SCS2CN 模型用于计算作物有效降水量, 采用 FAO 推荐的 Penman-Monteith 公式和作物系数法计算作物需水量, 探讨研究区不同水文年份作物灌溉需水量的时空分布特性。结果表明, 研究区冬小麦2夏玉米连作多年平均作 物有效降水量、作物需水量和灌溉需水量分别为 389、736 和 347 mm, 丰水年、平水年和枯水年冬小麦-夏玉米连作灌溉需水量分别为 321、382 和 423 mm。冬小麦生育期灌溉需水量 271~ 350 mm, 返青-拔节期、拔节-抽穗期和抽穗-成熟期灌溉需水量各占全生育期的 26% 、26% 和 29% ; 夏玉米全生育期灌溉需水量 0~ 49 mm, 抽雄期和成熟期分别占全生育期的 52% 和 48% 。作物有效降水量空间分布, 石家庄 3 县西高东低, 邯郸 2 县西低东高; 作物需水量 石家庄 3 县高于邯郸 2 县; 研究区灌溉需水量空间分布不均, 大致呈带状分布。
20 封冻期渠系运行方式
2020, 18(4):195-201.
摘要:
为研究系运行方式与冰塞二者之间的关系, 以流速、傅汝德数、水位偏差等参数作为指标, 在常规运行方式选择方面, 认为上游常水位运行造成的冰塞风险最小, 下游常水位运行在封冻时闸门调控及时, 等体积运行方式中庸; 封冻渠池在封冻时, 该渠池运行方式由下游常水位切换为等体积, 造成渠系的水位偏差、水力响应过程中的最大流 速与傅汝德数等指标均较始终保持下游常水位小, 模拟工况下的上游水位偏差减小近 50% , 最大流速降低约 61 5% , 表明运行方式切换更有利于维持渠系在封冻时的稳定和减小冰塞风险。因此, 推荐封冻渠池在封冻时由下游常水位切换至等体积运行。
为研究系运行方式与冰塞二者之间的关系, 以流速、傅汝德数、水位偏差等参数作为指标, 在常规运行方式选择方面, 认为上游常水位运行造成的冰塞风险最小, 下游常水位运行在封冻时闸门调控及时, 等体积运行方式中庸; 封冻渠池在封冻时, 该渠池运行方式由下游常水位切换为等体积, 造成渠系的水位偏差、水力响应过程中的最大流 速与傅汝德数等指标均较始终保持下游常水位小, 模拟工况下的上游水位偏差减小近 50% , 最大流速降低约 61 5% , 表明运行方式切换更有利于维持渠系在封冻时的稳定和减小冰塞风险。因此, 推荐封冻渠池在封冻时由下游常水位切换至等体积运行。
2020, 18(4):202-208.
摘要:
为研究复杂应力条件下湖相软土的力学性质及破坏规律, 对鄱阳湖区典型软土进行等加载速率( 0.01 mm/ min) 下, 基质吸力分别为 0.50、100、200 kPa, 净围压为 100、200、300 kPa 的标准应力途径 GDS 三轴剪切试验, 得到湖相软土的三轴剪切应力-应变曲线、基质吸力与偏应力的关系、围压与偏应力的关系, 并根据Fredlund 双应力变量强度理论分析鄱阳湖区软土在不同基质吸力、不同围压下的土体抗剪强度变化规律。结果表明: 在相同基质吸力条件 下, 鄱阳湖区软土非饱和强度在低应变范围内( < 8% ) , 抗剪强度随着应变的快速增加, 在高应变范围内, 强度增速放缓; 在相同围压条件下, 强度与吸力基本呈正相关线性关系, 其基质吸力相关角为 6.6°, 处于低吸力范围内; 在 4 种基质吸力条件下, 其内摩擦角的范围为 21. 8°~ 26. 2°, 总黏聚力范围为 16. 7~ 44. 4 kPa。结合双应力变量强度理论, 提出鄱阳湖区湖相土的抗强度理论公式。
为研究复杂应力条件下湖相软土的力学性质及破坏规律, 对鄱阳湖区典型软土进行等加载速率( 0.01 mm/ min) 下, 基质吸力分别为 0.50、100、200 kPa, 净围压为 100、200、300 kPa 的标准应力途径 GDS 三轴剪切试验, 得到湖相软土的三轴剪切应力-应变曲线、基质吸力与偏应力的关系、围压与偏应力的关系, 并根据Fredlund 双应力变量强度理论分析鄱阳湖区软土在不同基质吸力、不同围压下的土体抗剪强度变化规律。结果表明: 在相同基质吸力条件 下, 鄱阳湖区软土非饱和强度在低应变范围内( < 8% ) , 抗剪强度随着应变的快速增加, 在高应变范围内, 强度增速放缓; 在相同围压条件下, 强度与吸力基本呈正相关线性关系, 其基质吸力相关角为 6.6°, 处于低吸力范围内; 在 4 种基质吸力条件下, 其内摩擦角的范围为 21. 8°~ 26. 2°, 总黏聚力范围为 16. 7~ 44. 4 kPa。结合双应力变量强度理论, 提出鄱阳湖区湖相土的抗强度理论公式。
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