南水北调与水利科技（中英文）
2020年第18卷第5期文章目次
2020, 18(5):1-12.
摘要:
采用分位点回归模型分析洪水预报的不确定性, 提供洪水预报倾向值( 预报概率分布的中位数) 和 90% 置信度的预报区间成果, 实现了洪水概率预报。基于/ 精度2可靠性0 联合评价指标对分位点回归模型计算的预报倾向值 和预报区间成果进行了评估。在信江流域梅港站的应用结果表明: 基于分位点回归模型提供的倾向值定值预报结 果可进一步提升洪水预报的精度; 同时该模型提供的 90% 预报区间结果具有较高的覆盖率( 约 90% ) 且离散度较小 ( 小于 01 20) , 表明预报区间以较窄的宽度包含了绝大多数的实测值, 预报可靠性较强。
采用分位点回归模型分析洪水预报的不确定性, 提供洪水预报倾向值( 预报概率分布的中位数) 和 90% 置信度的预报区间成果, 实现了洪水概率预报。基于/ 精度2可靠性0 联合评价指标对分位点回归模型计算的预报倾向值 和预报区间成果进行了评估。在信江流域梅港站的应用结果表明: 基于分位点回归模型提供的倾向值定值预报结 果可进一步提升洪水预报的精度; 同时该模型提供的 90% 预报区间结果具有较高的覆盖率( 约 90% ) 且离散度较小 ( 小于 01 20) , 表明预报区间以较窄的宽度包含了绝大多数的实测值, 预报可靠性较强。
2020, 18(5):13-37.
摘要:
在生态优先、绿色发展前提下, 提出生态需水差分整合移动平均自回归预测模型( autor egressive integrated moving average model, ARIMA) , 据此在生态需水确权的基础上进行流域预留水权确权, 并在水权确权的基础上 探索水权期权交易模式下预留发展水权再配置方案, 实现跨流域水资源优化配置的同时规避水权买卖双方风险, 为跨流域特殊水权的确权与再配置提供参考。研究表明: 受气候、政策的影响区域生态需水量呈现出较大变化; 南水北调中线受水区天津和河北不具备自备预留发展水量的能力, 需要依靠流域调度中心的统一协调; 流域调度中心可以根据预测年预留发展水量的使用风险情况进行价格方案的灵活配置, 实现预留发展水量经济与社会效益的最优化。
在生态优先、绿色发展前提下, 提出生态需水差分整合移动平均自回归预测模型( autor egressive integrated moving average model, ARIMA) , 据此在生态需水确权的基础上进行流域预留水权确权, 并在水权确权的基础上 探索水权期权交易模式下预留发展水权再配置方案, 实现跨流域水资源优化配置的同时规避水权买卖双方风险, 为跨流域特殊水权的确权与再配置提供参考。研究表明: 受气候、政策的影响区域生态需水量呈现出较大变化; 南水北调中线受水区天津和河北不具备自备预留发展水量的能力, 需要依靠流域调度中心的统一协调; 流域调度中心可以根据预测年预留发展水量的使用风险情况进行价格方案的灵活配置, 实现预留发展水量经济与社会效益的最优化。
2020, 18(5):38-56.
摘要:
针对洪水灾害风险评价中单一赋权法存在一定局限性和风险等级难以客观划分的问题, 提出改进组合赋权-模糊聚类算法, 开展洪水灾害风险评价研究。考虑洪灾危险性、敏感性和易损性等 3 个方面筛选构建评价指标体系, 并分别采用直觉模糊层次分析法和 VC-CRITIC 法赋予主、客观权重, 通过改进博弈论组合赋权法计算最优组合权重, 加权计算不同评价单元洪灾风险度, 利用高斯混合模型模糊聚类算法划分区域洪水灾害风险等级。以茨南淝左片防洪保护区遭遇淮河干流百年一遇洪水为例进行洪灾风险评价算法应用研究, 结果表明: 极高风险区和 高风险区共占保护区总面积的 24. 87 % , 基本为淹没水深较大、地形位指数较低和社会经济价值较高的区域。评价结果较为合理可靠, 所提改进组合赋权2模糊聚类算法可为防洪保护区洪水灾害风险评价和防灾减灾决策提供技术支持。
针对洪水灾害风险评价中单一赋权法存在一定局限性和风险等级难以客观划分的问题, 提出改进组合赋权-模糊聚类算法, 开展洪水灾害风险评价研究。考虑洪灾危险性、敏感性和易损性等 3 个方面筛选构建评价指标体系, 并分别采用直觉模糊层次分析法和 VC-CRITIC 法赋予主、客观权重, 通过改进博弈论组合赋权法计算最优组合权重, 加权计算不同评价单元洪灾风险度, 利用高斯混合模型模糊聚类算法划分区域洪水灾害风险等级。以茨南淝左片防洪保护区遭遇淮河干流百年一遇洪水为例进行洪灾风险评价算法应用研究, 结果表明: 极高风险区和 高风险区共占保护区总面积的 24. 87 % , 基本为淹没水深较大、地形位指数较低和社会经济价值较高的区域。评价结果较为合理可靠, 所提改进组合赋权2模糊聚类算法可为防洪保护区洪水灾害风险评价和防灾减灾决策提供技术支持。
2020, 18(5):57-65.
摘要:
综合现有文献研究成果, 基于元数据分析方法研究不同植被的适宜、极限生态地下水位埋深。选择乔木、灌木 和草本等 3 种植被类型中的 13 种植物, 分析适宜、极限生态地下水位埋深的统计分布、生物多样性和丰富度指数, 推求生态地下水位埋深与植物根系和土壤质地的关系, 得出: 西北地区适宜和极限生态地下水位埋深均值分别为 2. 9、5. 5 m, 控制范围分别为 2. 3~ 3. 9、4. 0~ 7. 2 m; 适宜、极限生态地下水位埋深与植物根系具有显著的相关关系, 适宜生态地下水位埋深还取决于植物根系伸展速率与地下水位埋深下降速率的相对关系; 土壤质地控制毛细管上升高度及地下水位埋深以上水分供给能力, 是确定生态地下水位埋深的重要因子。
综合现有文献研究成果, 基于元数据分析方法研究不同植被的适宜、极限生态地下水位埋深。选择乔木、灌木 和草本等 3 种植被类型中的 13 种植物, 分析适宜、极限生态地下水位埋深的统计分布、生物多样性和丰富度指数, 推求生态地下水位埋深与植物根系和土壤质地的关系, 得出: 西北地区适宜和极限生态地下水位埋深均值分别为 2. 9、5. 5 m, 控制范围分别为 2. 3~ 3. 9、4. 0~ 7. 2 m; 适宜、极限生态地下水位埋深与植物根系具有显著的相关关系, 适宜生态地下水位埋深还取决于植物根系伸展速率与地下水位埋深下降速率的相对关系; 土壤质地控制毛细管上升高度及地下水位埋深以上水分供给能力, 是确定生态地下水位埋深的重要因子。
2020, 18(5):66-73.
摘要:
利用 GRACE( gravity recovery and climate experiment) 卫星 2003- 2013 年资料分析了华北地区陆地水储量变化, 并与同时间段的 CPC( climate prediction center) 、GLDAS( global land data assimilation system) 水文模型进行比较, GRACE 与 CPC 和 GLDAS 的相关系数分别为 0.679、0.817, GRACE 与 GLDAS 相关性更强。得出结论: 2003- 2013 年华北地区陆地水减少, 变化率为- 1. 8 km3 / a, 扣除地表水后, 地下水变化率为- 1. 3 km3 / a。其中, 2003- 2004 年地下水有所增加, 2005- 2013 年下降, 2010 年以后下降趋势变缓。GRACE 反演与水文模型模拟结 果显示, 2006、2009 年的等效水柱高( equivalent water heig ht , EWH) 均明显小于长期平均值, 并且 GRACE 最值对应月份异常, 对比国家统计局数据分析结果, 这两年水资源总量、地表水资源量、地下水资源量处于低谷区, 这与同年发生的自然灾害相对应。
利用 GRACE( gravity recovery and climate experiment) 卫星 2003- 2013 年资料分析了华北地区陆地水储量变化, 并与同时间段的 CPC( climate prediction center) 、GLDAS( global land data assimilation system) 水文模型进行比较, GRACE 与 CPC 和 GLDAS 的相关系数分别为 0.679、0.817, GRACE 与 GLDAS 相关性更强。得出结论: 2003- 2013 年华北地区陆地水减少, 变化率为- 1. 8 km3 / a, 扣除地表水后, 地下水变化率为- 1. 3 km3 / a。其中, 2003- 2004 年地下水有所增加, 2005- 2013 年下降, 2010 年以后下降趋势变缓。GRACE 反演与水文模型模拟结 果显示, 2006、2009 年的等效水柱高( equivalent water heig ht , EWH) 均明显小于长期平均值, 并且 GRACE 最值对应月份异常, 对比国家统计局数据分析结果, 这两年水资源总量、地表水资源量、地下水资源量处于低谷区, 这与同年发生的自然灾害相对应。
2020, 18(5):74-83.
摘要:
为揭示鄱阳湖和洞庭湖水文特征并综合分析其影响因素对湖泊水资源管理及江湖关系, 以两湖水系统为研究对象, 采用非参数秩次相关检验法( Mann2Kendall M2K) 分析方法和近 30 年两湖2流域2长江水位和流量长序列数据集, 解析湖泊水文变化特征、趋势和程度, 并通过两湖水文的对比来系统分析长江中游大型通江湖泊水文变化规律及其影响因素, 旨在对两湖流域水资源的整体认识和把控, 丰富对江-河-湖复杂水系统作用机制与内涵的深入理解。结果表明: 两湖水位在近 30 年总体上呈“上升-非稳定状态-下降” 3 个变化阶段。2003 年前, 鄱阳湖和洞庭湖水位总体呈上升趋势, 且在 1980- 2000 年间基本处于不稳定的波动状态, 2003 年后两湖水位呈明显的下降趋势。 Mann-Kendall 分析得出: 两湖水位可能在 2005 年左右发生明显突变, 且鄱阳湖和洞庭湖水位与之前相比, 最大降 幅分别可达 9. 4% 和 3. 4% , 表明两湖水位变化的趋势程度存在差异, 鄱阳湖水情变化的敏感程度要强于洞庭湖。 对长江干流的补水期洞庭湖为 4- 10 月, 鄱阳湖为 3- 8 月, 表明两湖对长江干流水文的不同调节补偿作用。
为揭示鄱阳湖和洞庭湖水文特征并综合分析其影响因素对湖泊水资源管理及江湖关系, 以两湖水系统为研究对象, 采用非参数秩次相关检验法( Mann2Kendall M2K) 分析方法和近 30 年两湖2流域2长江水位和流量长序列数据集, 解析湖泊水文变化特征、趋势和程度, 并通过两湖水文的对比来系统分析长江中游大型通江湖泊水文变化规律及其影响因素, 旨在对两湖流域水资源的整体认识和把控, 丰富对江-河-湖复杂水系统作用机制与内涵的深入理解。结果表明: 两湖水位在近 30 年总体上呈“上升-非稳定状态-下降” 3 个变化阶段。2003 年前, 鄱阳湖和洞庭湖水位总体呈上升趋势, 且在 1980- 2000 年间基本处于不稳定的波动状态, 2003 年后两湖水位呈明显的下降趋势。 Mann-Kendall 分析得出: 两湖水位可能在 2005 年左右发生明显突变, 且鄱阳湖和洞庭湖水位与之前相比, 最大降 幅分别可达 9. 4% 和 3. 4% , 表明两湖水位变化的趋势程度存在差异, 鄱阳湖水情变化的敏感程度要强于洞庭湖。 对长江干流的补水期洞庭湖为 4- 10 月, 鄱阳湖为 3- 8 月, 表明两湖对长江干流水文的不同调节补偿作用。
2020, 18(5):84-93.
摘要:
基于两种高时空分辨率的 1951- 2015 年日降雨序列数据, 选择 11 个极端降雨指数, 采用 Mann-Kendall( M- K) 检验法和极点对称模态分解法, 分析了广西极端降雨事件的多尺度非线性时空演变特征。结果表明: 1951 - 2015 年广西 11 个极端降雨指数除连续湿润日 CWD、中雨日数 R10总体呈现下降趋势外, 其余 9 个指数均呈现较显著的增强趋势; 广西连续干日指数 CDD 高值区位于桂东和桂西, 其余指数均呈现出从桂东北及南部向桂西南、桂西北递减的空间分布特征; 各极端降雨指数显示, 广西极端降雨演变多在 2008- 2010 年发生显著的突变; 广西极端降雨演变存在 2. 85~ 3. 34 a 和 5. 34~ 9. 19 a 的年际准周期, 存在 10. 09~ 17. 11 a 和 22. 35~ 35. 62 a 的年代际准周期, 其多重周期的波动振荡主要以极端降雨的年际变化贡献为主。
基于两种高时空分辨率的 1951- 2015 年日降雨序列数据, 选择 11 个极端降雨指数, 采用 Mann-Kendall( M- K) 检验法和极点对称模态分解法, 分析了广西极端降雨事件的多尺度非线性时空演变特征。结果表明: 1951 - 2015 年广西 11 个极端降雨指数除连续湿润日 CWD、中雨日数 R10总体呈现下降趋势外, 其余 9 个指数均呈现较显著的增强趋势; 广西连续干日指数 CDD 高值区位于桂东和桂西, 其余指数均呈现出从桂东北及南部向桂西南、桂西北递减的空间分布特征; 各极端降雨指数显示, 广西极端降雨演变多在 2008- 2010 年发生显著的突变; 广西极端降雨演变存在 2. 85~ 3. 34 a 和 5. 34~ 9. 19 a 的年际准周期, 存在 10. 09~ 17. 11 a 和 22. 35~ 35. 62 a 的年代际准周期, 其多重周期的波动振荡主要以极端降雨的年际变化贡献为主。
2020, 18(5):94-101.
摘要:
依据袁河流域水系分布结合乡镇与水系等特点划分计算单元, 从考虑工程与不考虑工程两方面分析袁河流域水资源供需平衡的时空变化, 重点分析流域重要城镇所在单元的水资源供需平衡, 以提高流域水资源规划管理工作的实用性。结果表明: 不考虑工程的特枯年( 95% 来水频率) 流域水资源无法满足需水, 2025 年缺水率 6.7% , 2035 年缺水率 7.7% ; 考虑工程的特枯年流域缺水更加严重, 2025 年缺水率 16.6% , 2035 年缺水率 17.5% 。流域严重缺 水城镇主要集中在干流沿岸, 其中, 芦溪镇、袁州区市区、分宜镇、渝水区市区等 4 个重要城镇是流域内缺水严重地区, 年内水资源供需平衡的时间差异化明显。
依据袁河流域水系分布结合乡镇与水系等特点划分计算单元, 从考虑工程与不考虑工程两方面分析袁河流域水资源供需平衡的时空变化, 重点分析流域重要城镇所在单元的水资源供需平衡, 以提高流域水资源规划管理工作的实用性。结果表明: 不考虑工程的特枯年( 95% 来水频率) 流域水资源无法满足需水, 2025 年缺水率 6.7% , 2035 年缺水率 7.7% ; 考虑工程的特枯年流域缺水更加严重, 2025 年缺水率 16.6% , 2035 年缺水率 17.5% 。流域严重缺 水城镇主要集中在干流沿岸, 其中, 芦溪镇、袁州区市区、分宜镇、渝水区市区等 4 个重要城镇是流域内缺水严重地区, 年内水资源供需平衡的时间差异化明显。
2020, 18(5):102-108.
摘要:
洪涝灾害是松花江流域的主要自然灾害之一, 尤其是嫩江、松花江( 以下称为两江) 交汇处时常出现洪水遭遇 而造成的大洪水现象。以两江洪水在三岔河口附近的遭遇现象作为工程背景, 基于两江历史洪水资料分别采用统 计学方法及 Copula 函数 2 种方法从定性和定量的角度综合分析两江洪水的洪峰遭遇及洪水过程遭遇情况, 为提高 两江的防洪能力提供有力帮助。通过研究发现: 两江洪水以小量级洪水遭遇居多, 且遭遇发生在 8 月 7 日左右的概率最大; 通过计算还得到两江在同频率洪水下每日的遭遇风险以及遭遇概率最大时两江在不同频率洪水组合下的遭遇概率。采用 2 种方法所得的遭遇规律相同, 结论可信。洪水遭遇可通过上游水量调节等方式予以避免。
洪涝灾害是松花江流域的主要自然灾害之一, 尤其是嫩江、松花江( 以下称为两江) 交汇处时常出现洪水遭遇 而造成的大洪水现象。以两江洪水在三岔河口附近的遭遇现象作为工程背景, 基于两江历史洪水资料分别采用统 计学方法及 Copula 函数 2 种方法从定性和定量的角度综合分析两江洪水的洪峰遭遇及洪水过程遭遇情况, 为提高 两江的防洪能力提供有力帮助。通过研究发现: 两江洪水以小量级洪水遭遇居多, 且遭遇发生在 8 月 7 日左右的概率最大; 通过计算还得到两江在同频率洪水下每日的遭遇风险以及遭遇概率最大时两江在不同频率洪水组合下的遭遇概率。采用 2 种方法所得的遭遇规律相同, 结论可信。洪水遭遇可通过上游水量调节等方式予以避免。
10 南水北调西线工程方案优化
2020, 18(5):109-114.
摘要:
通过收集调研大量水文、地质、水资源、工程技术资料, 在现有研究基础上论述西线工程方案优化, 提出工程研 究面临的主要问题; 利用多指标比对法, 从西线工程调水断面下移自流方案和抽水方案入手, 通过调水河流可调水 量、环境影响、移民范围、投资费用和经济效益等指标探讨方案的优劣, 论证工程下移自流方案的可行性与优越性。 同时, 为减轻调水对生态、环境、社会等方面的影响, 分析并拟定金沙江、雅砻江、大渡河多年平均年调水总量为 170 亿 m3。研究成果可为未来工程建设决策提供重要技术依据。
通过收集调研大量水文、地质、水资源、工程技术资料, 在现有研究基础上论述西线工程方案优化, 提出工程研 究面临的主要问题; 利用多指标比对法, 从西线工程调水断面下移自流方案和抽水方案入手, 通过调水河流可调水 量、环境影响、移民范围、投资费用和经济效益等指标探讨方案的优劣, 论证工程下移自流方案的可行性与优越性。 同时, 为减轻调水对生态、环境、社会等方面的影响, 分析并拟定金沙江、雅砻江、大渡河多年平均年调水总量为 170 亿 m3。研究成果可为未来工程建设决策提供重要技术依据。
2020, 18(5):115-122.
摘要:
借鉴水轮机尾水管水力设计标准化的成功经验, 为使优秀的前置竖井式贯流泵装置在我国低扬程及特低扬程 泵站得到更多更好地应用, 对前置竖井式贯流泵装置流道水力设计标准化进行了较为深入地研究。按满足工程应 用实际需要和分档方案不过于繁多的原则, 在常用值取值范围内对进、出水流道水力设计系列方案进行合理分档; 以竖井宽度和水泵名义平均流速为关键参数, 将进水流道划分为 24 种水力设计标准化方案; 以出水流道出口断面宽度和水泵名义平均流速为关键参数, 将出水流道划分为 17 种水力设计标准化方案; 经优化水力设计计算, 所述进水流道 24 种方案和出水流道 17 种方案的水力性能优异。前置竖井式贯流泵装置流道水力设计标准化研究工作在国内外尚属首次, 对提高低扬程泵站的设计水平具有重要意义。
借鉴水轮机尾水管水力设计标准化的成功经验, 为使优秀的前置竖井式贯流泵装置在我国低扬程及特低扬程 泵站得到更多更好地应用, 对前置竖井式贯流泵装置流道水力设计标准化进行了较为深入地研究。按满足工程应 用实际需要和分档方案不过于繁多的原则, 在常用值取值范围内对进、出水流道水力设计系列方案进行合理分档; 以竖井宽度和水泵名义平均流速为关键参数, 将进水流道划分为 24 种水力设计标准化方案; 以出水流道出口断面宽度和水泵名义平均流速为关键参数, 将出水流道划分为 17 种水力设计标准化方案; 经优化水力设计计算, 所述进水流道 24 种方案和出水流道 17 种方案的水力性能优异。前置竖井式贯流泵装置流道水力设计标准化研究工作在国内外尚属首次, 对提高低扬程泵站的设计水平具有重要意义。
2020, 18(5):123-129.
摘要:
为实现大坝长久稳定的安全服役, 避免监测资料中的粗差对大坝安全监测结果产生影响, 需要对监测数据中的粗差进行剔除。由于目前的粗差识别方法依旧会造成粗差漏判、误判情况的发生, 通过模仿人工识别数据粗差的过程, 运用程序设计语言, 提出一种基于图像处理技术的自动化粗差识别方法。首先对依据监测数据绘制出的散点图进行高斯模糊和二值化处理, 再提取主要趋势线, 最后识别出监测数据中的粗差点并进行剔除。选取某实际工程大坝监测资料, 运用该方法对其进行粗差识别, 并与传统 3R 识别准则的粗差识别效果进行对比。算例结果表明: 该方法对数据粗差的识别效果更加显著, 避免了粗差漏判情况的发生, 对粗差的剔除更彻底; 利用该方法识别后得到的统计模型复相关系数为 0.999, 标准差为 0.192, 模型精度更高, 也更符合工程实际情况。因此, 该方法具有一定的工程应用前景和实用价值。
为实现大坝长久稳定的安全服役, 避免监测资料中的粗差对大坝安全监测结果产生影响, 需要对监测数据中的粗差进行剔除。由于目前的粗差识别方法依旧会造成粗差漏判、误判情况的发生, 通过模仿人工识别数据粗差的过程, 运用程序设计语言, 提出一种基于图像处理技术的自动化粗差识别方法。首先对依据监测数据绘制出的散点图进行高斯模糊和二值化处理, 再提取主要趋势线, 最后识别出监测数据中的粗差点并进行剔除。选取某实际工程大坝监测资料, 运用该方法对其进行粗差识别, 并与传统 3R 识别准则的粗差识别效果进行对比。算例结果表明: 该方法对数据粗差的识别效果更加显著, 避免了粗差漏判情况的发生, 对粗差的剔除更彻底; 利用该方法识别后得到的统计模型复相关系数为 0.999, 标准差为 0.192, 模型精度更高, 也更符合工程实际情况。因此, 该方法具有一定的工程应用前景和实用价值。
2020, 18(5):130-138.
摘要:
黄河宁夏平罗四排口“Ω”型河道“裁弯取直”工程的实施, 引发了该段河道河床边界条件的剧烈改变。为了掌握工程运行后该段人工开挖引河中水流运动、泥沙运移以及河床迁移演变的发育、演化规律, 项目组多次赴平罗黄 河四排口进行现场考察与实地取样、测量。根据所研究河段初始地形、流场分布情况以及初步预测的河床变形规律布设了一系列淤积测验断面, 随后多次对其展开现场实测, 得到了该段河道的河床演变规律、悬移质泥沙粒径和含沙量的分布情况与岸边丁坝影响下河道主流的演进变化规律。依据实测结果计算、分析了工程运行初期河床的平均冲淤变化程度( 1.6077 m) 和河段整体冲刷量( 356.4908万 m3) , 根据分析结果提出了进一步加固丁坝群后左岸岸坡的建议。
黄河宁夏平罗四排口“Ω”型河道“裁弯取直”工程的实施, 引发了该段河道河床边界条件的剧烈改变。为了掌握工程运行后该段人工开挖引河中水流运动、泥沙运移以及河床迁移演变的发育、演化规律, 项目组多次赴平罗黄 河四排口进行现场考察与实地取样、测量。根据所研究河段初始地形、流场分布情况以及初步预测的河床变形规律布设了一系列淤积测验断面, 随后多次对其展开现场实测, 得到了该段河道的河床演变规律、悬移质泥沙粒径和含沙量的分布情况与岸边丁坝影响下河道主流的演进变化规律。依据实测结果计算、分析了工程运行初期河床的平均冲淤变化程度( 1.6077 m) 和河段整体冲刷量( 356.4908万 m3) , 根据分析结果提出了进一步加固丁坝群后左岸岸坡的建议。
2020, 18(5):139-143.
摘要:
分析突扩水跃的水力特性, 给出水跃方程的简化解。在分析突然扩散式水跃段流态的基础上对回流水深作出假设, 考虑水跃扩散比对回流水深的影响, 运用动量守恒定律建立突然扩散式水跃方程。通过级数展开方法, 推导 出突然扩散式水跃方程的显式简化解, 并给出有关参数的经验公式。突扩比 β= 1.0 时简化解与试验结果的平均误差为 1.924% , 在 3.0< Fr 1 < 9.0 范围内二元水跃经典解与简化解误差随着水流弗劳德数 Fr1 的增加而减小, 最大误差小于 3.001% , 简化解能够与试验和二元水跃经典解吻合很好。在不同扩散比情况下, 简化解与试验结果的平均误差为 5.511% , 说明具有良好的精度。因此, 可以应用它进行泄水建筑物下游水力计算。
分析突扩水跃的水力特性, 给出水跃方程的简化解。在分析突然扩散式水跃段流态的基础上对回流水深作出假设, 考虑水跃扩散比对回流水深的影响, 运用动量守恒定律建立突然扩散式水跃方程。通过级数展开方法, 推导 出突然扩散式水跃方程的显式简化解, 并给出有关参数的经验公式。突扩比 β= 1.0 时简化解与试验结果的平均误差为 1.924% , 在 3.0< Fr 1 < 9.0 范围内二元水跃经典解与简化解误差随着水流弗劳德数 Fr1 的增加而减小, 最大误差小于 3.001% , 简化解能够与试验和二元水跃经典解吻合很好。在不同扩散比情况下, 简化解与试验结果的平均误差为 5.511% , 说明具有良好的精度。因此, 可以应用它进行泄水建筑物下游水力计算。
2020, 18(5):144-150.
摘要:
为得到某大型混流泵站进出水流道最优设计方案, 基于 CFX 软件, 对进出水流道内水流流态进行数值模拟研究。以泵站进出水流道初步设计方案为基础, 对流道型线进行优化研究: 通过调整进水流道断面参数, 得出进水流道优化方案; 通过改变虹吸式出水流道上升角与下降角, 得到水力损失最小的出水流道型式。最终结果表明: 当进水流道流速和流道长度、断面面积和流道长度的关系曲线光滑无突变时, 流道内无不良流态, 符合优化设计要求; 当出水流道上升角为22°下降角为 29°时, 泵站出水流道流速分布较为均匀、水力损失最小。由此得出所选泵站最优设计方案。所得结果对大中型泵站的流道优化有指导作用。
为得到某大型混流泵站进出水流道最优设计方案, 基于 CFX 软件, 对进出水流道内水流流态进行数值模拟研究。以泵站进出水流道初步设计方案为基础, 对流道型线进行优化研究: 通过调整进水流道断面参数, 得出进水流道优化方案; 通过改变虹吸式出水流道上升角与下降角, 得到水力损失最小的出水流道型式。最终结果表明: 当进水流道流速和流道长度、断面面积和流道长度的关系曲线光滑无突变时, 流道内无不良流态, 符合优化设计要求; 当出水流道上升角为22°下降角为 29°时, 泵站出水流道流速分布较为均匀、水力损失最小。由此得出所选泵站最优设计方案。所得结果对大中型泵站的流道优化有指导作用。
2020, 18(5):151-156.
摘要:
针对某灌溉泵站水泵多机组运行时输水管道中产生涡带、涡流及水力脉动等流体现象, 致使泵站厂房产生较大振动的问题, 通过建立泵站厂房结构的三维有限元模型, 应用 ABAQUS 软件和 Lanczos 方法提取泵站厂房 结构模态, 分析泵站厂房的自振频率和振型, 探究厂房产生振动的振源和振动成因, 从而确定泵站厂房可能振源 的产生机理、频率特征, 并与该泵站机组主要激振源频率的理论计算值校核分析, 确定振源。结果显示: 该泵站机 组激振源频率和厂房结构的若干阶自振频率存在共振现象。此研究成果可为该泵站厂房维修和补强加固提供理论依据。
针对某灌溉泵站水泵多机组运行时输水管道中产生涡带、涡流及水力脉动等流体现象, 致使泵站厂房产生较大振动的问题, 通过建立泵站厂房结构的三维有限元模型, 应用 ABAQUS 软件和 Lanczos 方法提取泵站厂房 结构模态, 分析泵站厂房的自振频率和振型, 探究厂房产生振动的振源和振动成因, 从而确定泵站厂房可能振源 的产生机理、频率特征, 并与该泵站机组主要激振源频率的理论计算值校核分析, 确定振源。结果显示: 该泵站机 组激振源频率和厂房结构的若干阶自振频率存在共振现象。此研究成果可为该泵站厂房维修和补强加固提供理论依据。
2020, 18(5):157-164.
摘要:
以会仙岩溶湿地的核心区域为研究对象, 基于研究区的地质条件和水文地质条件, 概化出水文地质概念模型, 运用 Visual MODFLOW 软件对会仙湿地地下水的分布特征进行数值模拟, 经模型识别与验证, 其模拟水位与观测水位取得较好的拟合效果。结果表明: 研究区地下水总体呈自北向南递减趋势流动, 北部补给区地下水位最高, 西南部排泄区地下水位最低, 南北地下水位平均差值为 7.34 m; 水位动态变化受降雨强度影响较大, 呈现出明显的季节性变化规律; 南部分水塘、睦洞湖等排泄带水源补给充足, 地下水位变幅不超过 1 m, 北部补给区的水位变幅在 3 m 以上; 经水均衡计算, 模拟期的地下水总补给量为 44 272. 92 万 m3 / a, 其中降雨入渗补给量占 76.85% , 地下水的总排泄量为 42 723. 06 万 m3 / a, 地下水开采量与蒸发量分别占 33. 86% 、36. 63% ; 研究区在模拟期内总体处于正均衡状态, 但处于负均衡的枯水月份占到 2/ 3, 湿地的退化直接影响其防洪调蓄和保水、蓄水能力, 使“ 旱期过旱、涝期过涝” 现象极为显著。
以会仙岩溶湿地的核心区域为研究对象, 基于研究区的地质条件和水文地质条件, 概化出水文地质概念模型, 运用 Visual MODFLOW 软件对会仙湿地地下水的分布特征进行数值模拟, 经模型识别与验证, 其模拟水位与观测水位取得较好的拟合效果。结果表明: 研究区地下水总体呈自北向南递减趋势流动, 北部补给区地下水位最高, 西南部排泄区地下水位最低, 南北地下水位平均差值为 7.34 m; 水位动态变化受降雨强度影响较大, 呈现出明显的季节性变化规律; 南部分水塘、睦洞湖等排泄带水源补给充足, 地下水位变幅不超过 1 m, 北部补给区的水位变幅在 3 m 以上; 经水均衡计算, 模拟期的地下水总补给量为 44 272. 92 万 m3 / a, 其中降雨入渗补给量占 76.85% , 地下水的总排泄量为 42 723. 06 万 m3 / a, 地下水开采量与蒸发量分别占 33. 86% 、36. 63% ; 研究区在模拟期内总体处于正均衡状态, 但处于负均衡的枯水月份占到 2/ 3, 湿地的退化直接影响其防洪调蓄和保水、蓄水能力, 使“ 旱期过旱、涝期过涝” 现象极为显著。
2020, 18(5):165-173.
摘要:
以安阳市某地下水源热泵系统为研究对象, 采用水均衡法预测压采量上升后安阳市地下水水位变化趋势, 并构建研究区地下水位变化条件下的井群抽回灌地下水水2热耦合模型, 将不同井群布局方案对地下水流场与温度场的影响进行量化, 同时采用优化理论建立井群调控模型对井群布局方案进行优选。研究结果表明: 压采量为 3 000 万 m3 时, 地下水位将上升 5.7 m, 此时抽水井相间的直线布局方案的综合效益最大; 当压采量上升至 5 000 万 m3 时, 地下水位将上升 8.4 m, 此时抽水井异侧的矩形布局方案的综合效益最大。
以安阳市某地下水源热泵系统为研究对象, 采用水均衡法预测压采量上升后安阳市地下水水位变化趋势, 并构建研究区地下水位变化条件下的井群抽回灌地下水水2热耦合模型, 将不同井群布局方案对地下水流场与温度场的影响进行量化, 同时采用优化理论建立井群调控模型对井群布局方案进行优选。研究结果表明: 压采量为 3 000 万 m3 时, 地下水位将上升 5.7 m, 此时抽水井相间的直线布局方案的综合效益最大; 当压采量上升至 5 000 万 m3 时, 地下水位将上升 8.4 m, 此时抽水井异侧的矩形布局方案的综合效益最大。
2020, 18(5):174-181.
摘要:
为查明深埋于 240 m 以下总厚度达 660 m 的多个大厚度含水层的渗透系数、涌水量、水质等参数, 基于钻孔 岩心和测井资料划分 6 个抽水试段, 利用分层抽水试验进行取样和计算相关参数。研究表明: 研究区洛河组和环 河组平均渗透系数均为上段小于下段, 同一含水岩组上下段含水层之间几乎没有水力联系; 洛河组上段含水层富 含锶优质淡水资源, 可作为城镇集中水源地的目标开采层, 同时要防止过度开采导致水质变差; 单孔多层段含水 层分层抽水试验不仅可以精确获取大厚度含水层的水文地质参数, 还对厘清含水层间越流关系及合理规划地下水开发 利用具有重要意义。
为查明深埋于 240 m 以下总厚度达 660 m 的多个大厚度含水层的渗透系数、涌水量、水质等参数, 基于钻孔 岩心和测井资料划分 6 个抽水试段, 利用分层抽水试验进行取样和计算相关参数。研究表明: 研究区洛河组和环 河组平均渗透系数均为上段小于下段, 同一含水岩组上下段含水层之间几乎没有水力联系; 洛河组上段含水层富 含锶优质淡水资源, 可作为城镇集中水源地的目标开采层, 同时要防止过度开采导致水质变差; 单孔多层段含水 层分层抽水试验不仅可以精确获取大厚度含水层的水文地质参数, 还对厘清含水层间越流关系及合理规划地下水开发 利用具有重要意义。
2020, 18(5):182-192.
摘要:
为深入探究气象要素与夏玉米产量的关系, 根据逐日气象数据、逐年作物数据, 采用气候倾向率、M2K 突变检验及相关性检验等方法对河北省夏玉米气象产量及相关气象要素变化特征进行分析, 在此基础上探讨两者相关性 及作用程度。结果显示: 河北省平均、最高、最低气温呈显著上升趋势, 日照时数、降水量、相对湿度、风速则呈显著下降趋势; 1960- 2017 年河北省夏玉米气象产量以每 10 年- 568 kg/ hm2 速度显著减少; 气象产量与平均气温、最 高气温、最低气温负相关, 与日照时数、降水量、相对湿度、风速正相关; 降水量、最低气温、风速是影响河北省夏玉米气象产量的关键气象要素, 最高气温和日照时数对夏玉米气象产量影响较小。研究成果可为优化农业资源结构, 促进地区农业可持续发展提供理论支撑。
为深入探究气象要素与夏玉米产量的关系, 根据逐日气象数据、逐年作物数据, 采用气候倾向率、M2K 突变检验及相关性检验等方法对河北省夏玉米气象产量及相关气象要素变化特征进行分析, 在此基础上探讨两者相关性 及作用程度。结果显示: 河北省平均、最高、最低气温呈显著上升趋势, 日照时数、降水量、相对湿度、风速则呈显著下降趋势; 1960- 2017 年河北省夏玉米气象产量以每 10 年- 568 kg/ hm2 速度显著减少; 气象产量与平均气温、最 高气温、最低气温负相关, 与日照时数、降水量、相对湿度、风速正相关; 降水量、最低气温、风速是影响河北省夏玉米气象产量的关键气象要素, 最高气温和日照时数对夏玉米气象产量影响较小。研究成果可为优化农业资源结构, 促进地区农业可持续发展提供理论支撑。
2020, 18(5):193-201.
摘要:
研究采用 LMDI( logarithmic mean divisia index) 指数分解模型, 将“十一五”“十二五”时期西北 5 省( 自治区) 农业虚拟水变化的驱动因素分解为结构效应、强度效应、经济效应和需求效应等, 并分别探究不同效应对虚拟水增长的贡献情况及其时空差异。结果显示: 农业虚拟水含量在产品结构分布上, 畜牧产品> 三大主粮> 经济作物。从 时间角度来看, 2006- 2015 年全区域农业虚拟水含量呈先上升、再下降、再上升的趋势, 经济效应和强度效应分别 是虚拟水含量变化的主要促进因素和主要抑制因素, 总体上, 经济效应> 强度效应> 结构效应> 需求效应。“十一 五”时期, 该区域虚拟水含量变化主要受地区经济增长的影响;“十二五”时期, 农业生产结构调整对虚拟水含量增长的抑制作用逐渐增强。从空间角度来看, 2006- 2015 年 5 省( 自治区) 虚拟水变化的总效应省际差异显著, 新疆正 向效应最强, 为 194.26 亿 m3 , 其次为宁夏、青海和陕西, 负向效应中甘肃最强, 下降了 94.11 亿 m3。据此, 从改进 农业生产技术、调整生产结构及水生态补偿等方面提出建议, 以提高水资源利用率, 促进区域经济生态协调发展。
研究采用 LMDI( logarithmic mean divisia index) 指数分解模型, 将“十一五”“十二五”时期西北 5 省( 自治区) 农业虚拟水变化的驱动因素分解为结构效应、强度效应、经济效应和需求效应等, 并分别探究不同效应对虚拟水增长的贡献情况及其时空差异。结果显示: 农业虚拟水含量在产品结构分布上, 畜牧产品> 三大主粮> 经济作物。从 时间角度来看, 2006- 2015 年全区域农业虚拟水含量呈先上升、再下降、再上升的趋势, 经济效应和强度效应分别 是虚拟水含量变化的主要促进因素和主要抑制因素, 总体上, 经济效应> 强度效应> 结构效应> 需求效应。“十一 五”时期, 该区域虚拟水含量变化主要受地区经济增长的影响;“十二五”时期, 农业生产结构调整对虚拟水含量增长的抑制作用逐渐增强。从空间角度来看, 2006- 2015 年 5 省( 自治区) 虚拟水变化的总效应省际差异显著, 新疆正 向效应最强, 为 194.26 亿 m3 , 其次为宁夏、青海和陕西, 负向效应中甘肃最强, 下降了 94.11 亿 m3。据此, 从改进 农业生产技术、调整生产结构及水生态补偿等方面提出建议, 以提高水资源利用率, 促进区域经济生态协调发展。
2020, 18(5):202-208.
摘要:
为确定适宜多砾石砂土浅埋式滴灌苜蓿的灌溉制度, 试验设定 5 种灌水定额( 22. 5、 30.0、 37.5、 45.0 和 52.5 mm) 并以地面灌为对照组( CK) , 研究灌水定额对浅埋式滴灌苜蓿耗水规律和产量的影响。结果表明: 不同灌水定额下各茬苜蓿的耗水强度为第 2 茬> 第 1 茬> 第 3 茬, 且均在孕蕾期达到峰值。各茬苜蓿的总耗水量表现为第 2 茬> 第 3 茬> 第 1 茬, 且耗水量分别在分枝期、初花期及孕蕾期最高。灌水定额大于 45.0 mm 时, 耗水强度增加趋势不明显且与地面灌( CK) 相近。45.0 mm 灌水定额与地面灌( CK) 间的耗水量差异不显著( P < 0.05) 。高灌水定 额( 45.0、52.5 mm) 与地面灌( CK) 之间的总耗水量、总产量以及总水分利用效率差异不显著, 与低灌水定额( 22.5、 30.0、37.5 mm) 差异显著( P < 0.05) , 且各茬苜蓿此三项指标的差异性一致。总产量与总水分利用效率在灌水定额 为 45.0 mm 处达到最大, 与地面灌( CK) 相比分别增加了 9.05% 、14.54% 。选用 45.0 mm 灌水定额和 54.0 mm 灌溉定额作为多砾石砂土浅埋式滴灌苜蓿灌溉制度较为合适。
为确定适宜多砾石砂土浅埋式滴灌苜蓿的灌溉制度, 试验设定 5 种灌水定额( 22. 5、 30.0、 37.5、 45.0 和 52.5 mm) 并以地面灌为对照组( CK) , 研究灌水定额对浅埋式滴灌苜蓿耗水规律和产量的影响。结果表明: 不同灌水定额下各茬苜蓿的耗水强度为第 2 茬> 第 1 茬> 第 3 茬, 且均在孕蕾期达到峰值。各茬苜蓿的总耗水量表现为第 2 茬> 第 3 茬> 第 1 茬, 且耗水量分别在分枝期、初花期及孕蕾期最高。灌水定额大于 45.0 mm 时, 耗水强度增加趋势不明显且与地面灌( CK) 相近。45.0 mm 灌水定额与地面灌( CK) 间的耗水量差异不显著( P < 0.05) 。高灌水定 额( 45.0、52.5 mm) 与地面灌( CK) 之间的总耗水量、总产量以及总水分利用效率差异不显著, 与低灌水定额( 22.5、 30.0、37.5 mm) 差异显著( P < 0.05) , 且各茬苜蓿此三项指标的差异性一致。总产量与总水分利用效率在灌水定额 为 45.0 mm 处达到最大, 与地面灌( CK) 相比分别增加了 9.05% 、14.54% 。选用 45.0 mm 灌水定额和 54.0 mm 灌溉定额作为多砾石砂土浅埋式滴灌苜蓿灌溉制度较为合适。
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