南水北调与水利科技（中英文）
2021年第19卷第5期文章目次
2021, 19(5):833-842.
摘要:
为探讨海绵城市建设中低影响开发(low impact development,LID)措施对城市降雨径流的影响，以深圳市光明区某居民小区为研究对象，通过建立区域SWMM模型，分析不同LID措施及其组合对城市雨洪过程的影响。利用研究区几场典型的降雨径流数据对模型校核验证，结果表明：构建的SWMM模型可以较好地模拟研究区降雨径流过程，纳什效率系数为0.868，峰值流量相对误差0.186，模型模拟效果较好；LID对径流峰值和总量都有削减作用，并在一定程度上延缓峰现时间，且LID布设面积越大，LID对径流的削减效果越明显；组合布设方案对径流的调控效果优于单独布设方案，单独布设方案中径流量削减效果最好的是透水铺装，峰值流量调控效果最好的是绿色屋顶，下沉式绿地的径流调控效果在三者中最差。因此，LID布设结构以及布设面积均对城市降雨径流产生影响，合理布设LID在一定程度上可以有效缓解城市内涝。
为探讨海绵城市建设中低影响开发(low impact development,LID)措施对城市降雨径流的影响，以深圳市光明区某居民小区为研究对象，通过建立区域SWMM模型，分析不同LID措施及其组合对城市雨洪过程的影响。利用研究区几场典型的降雨径流数据对模型校核验证，结果表明：构建的SWMM模型可以较好地模拟研究区降雨径流过程，纳什效率系数为0.868，峰值流量相对误差0.186，模型模拟效果较好；LID对径流峰值和总量都有削减作用，并在一定程度上延缓峰现时间，且LID布设面积越大，LID对径流的削减效果越明显；组合布设方案对径流的调控效果优于单独布设方案，单独布设方案中径流量削减效果最好的是透水铺装，峰值流量调控效果最好的是绿色屋顶，下沉式绿地的径流调控效果在三者中最差。因此，LID布设结构以及布设面积均对城市降雨径流产生影响，合理布设LID在一定程度上可以有效缓解城市内涝。
2021, 19(5):843-852.
摘要:
利用黄河源区9个气象站1997—2018年的逐日气温、地表温度和冻土深度资料，使用线性趋势分析法，基于ArcGIS的反距离权重插值法、高程插值法和相关系数法，对黄河源区温度和季节性冻土最大冻结深度以及封冻期起止时间进行分析，研究最大冻结深度与温度的相关关系。结果表明：黄河源区季节性冻土的最大冻结深度分布具有较明显的纬度分带性和垂直分布性，纬度较高地区大于纬度较低地区，海拔较高地区大于海拔较低地区。同时纬度高海拔高的地区相较于纬度低海拔低的地区来说，冻土冻结起始日出现的更早，解冻日出现的更晚，封冻期更长;黄河源区季节性冻土的冻结起止时间均发生了变化，大致表现为冻结起始时间延后，冻结消融时间提前，封冻期缩短，不同地区变化幅度有所不同，源区平均缩短速率为8 d/（10 a）。近20年来，源区绝大部分地区气温、地温和负积温均呈现不同程度的上升趋势，冻土最大冻结深度呈波动减小的趋势，最大冻土深度和冬季平均气温地温、周期内平均气温地温、负积温均呈负相关关系，其对负积温的响应最为显著，相关系数R=-0.762 7。这说明负积温每上升100 ℃，最大冻土深度将减少7.07 cm
利用黄河源区9个气象站1997—2018年的逐日气温、地表温度和冻土深度资料，使用线性趋势分析法，基于ArcGIS的反距离权重插值法、高程插值法和相关系数法，对黄河源区温度和季节性冻土最大冻结深度以及封冻期起止时间进行分析，研究最大冻结深度与温度的相关关系。结果表明：黄河源区季节性冻土的最大冻结深度分布具有较明显的纬度分带性和垂直分布性，纬度较高地区大于纬度较低地区，海拔较高地区大于海拔较低地区。同时纬度高海拔高的地区相较于纬度低海拔低的地区来说，冻土冻结起始日出现的更早，解冻日出现的更晚，封冻期更长;黄河源区季节性冻土的冻结起止时间均发生了变化，大致表现为冻结起始时间延后，冻结消融时间提前，封冻期缩短，不同地区变化幅度有所不同，源区平均缩短速率为8 d/（10 a）。近20年来，源区绝大部分地区气温、地温和负积温均呈现不同程度的上升趋势，冻土最大冻结深度呈波动减小的趋势，最大冻土深度和冬季平均气温地温、周期内平均气温地温、负积温均呈负相关关系，其对负积温的响应最为显著，相关系数R=-0.762 7。这说明负积温每上升100 ℃，最大冻土深度将减少7.07 cm
2021, 19(5):853-861.
摘要:
为真实反映地区水资源承载状况，需要从产业结构和商品贸易的角度分析地区虚拟水消费情况。以北京市为研究区，基于北京市投入产出表，对比分析2007、2012、2017年不同生产部门用水系数、虚拟水终端消费和贸易情况以及部门间虚拟水转移量。结果表明：随着北京市节水工作的推进，各部门的直接用水系数减小，近10年北京市虚拟水终端消费量减少14%；作为虚拟水净流入城市，北京市虚拟水净流入量为29.79 亿m3，占虚拟水终端消费量的64.7%，其中农业和服务业分别是虚拟水最大净流入和净流出的部门；农业制造业、农业服务业、制造业建筑业、制造业服务业具有很强的虚拟水输出输入关系，未来北京市节水工作不仅要减少农业的生产规模，而且要减少制造业、建筑业和服务业的产品消耗，减少终端消费浪费。
为真实反映地区水资源承载状况，需要从产业结构和商品贸易的角度分析地区虚拟水消费情况。以北京市为研究区，基于北京市投入产出表，对比分析2007、2012、2017年不同生产部门用水系数、虚拟水终端消费和贸易情况以及部门间虚拟水转移量。结果表明：随着北京市节水工作的推进，各部门的直接用水系数减小，近10年北京市虚拟水终端消费量减少14%；作为虚拟水净流入城市，北京市虚拟水净流入量为29.79 亿m3，占虚拟水终端消费量的64.7%，其中农业和服务业分别是虚拟水最大净流入和净流出的部门；农业制造业、农业服务业、制造业建筑业、制造业服务业具有很强的虚拟水输出输入关系，未来北京市节水工作不仅要减少农业的生产规模，而且要减少制造业、建筑业和服务业的产品消耗，减少终端消费浪费。
2021, 19(5):862-873.
摘要:
以滦河流域为研究对象，对流域2018年GPM（global precipitation measurement mission）降水产品适用性进行评估；利用降水与海拔、经纬度和归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）之间的相关性，构建基于PSO-BP（particle swarm optimization-back propagation）的GPM降水空间降尺度模型，得到2018年滦河流域空间分辨率1 km的降水数据。[JP]结果表明：原始GPM降水产品可以较准确地表达滦河流域降水，但总体存在降水量高估现象；以国家气象中心降水产品CGDPA（China gauge-based daily precipitation analysis）数据为基准，对空间降尺度前后的降水数据进行精度评估，发现在年、季和月不同时间尺度上，空间降尺度后的降水数据与CGDPA数据相关性更高，均方根误差更小，相对偏差值控制在±10%以内，[JP]这说明降尺度后降水数据空间分辨率和精度都更高。
以滦河流域为研究对象，对流域2018年GPM（global precipitation measurement mission）降水产品适用性进行评估；利用降水与海拔、经纬度和归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）之间的相关性，构建基于PSO-BP（particle swarm optimization-back propagation）的GPM降水空间降尺度模型，得到2018年滦河流域空间分辨率1 km的降水数据。[JP]结果表明：原始GPM降水产品可以较准确地表达滦河流域降水，但总体存在降水量高估现象；以国家气象中心降水产品CGDPA（China gauge-based daily precipitation analysis）数据为基准，对空间降尺度前后的降水数据进行精度评估，发现在年、季和月不同时间尺度上，空间降尺度后的降水数据与CGDPA数据相关性更高，均方根误差更小，相对偏差值控制在±10%以内，[JP]这说明降尺度后降水数据空间分辨率和精度都更高。
2021, 19(5):874-882.
摘要:
基于2003—2019年GRACE陆地水储量变化数据和全球陆地水文模型（global land data assimilation system,GLDAS）数据反演京津冀地下水储量变化，运用时空分析方法对地下水等效水高变化进行时空演变特征分析。在空间变化上，整个京津冀地下水等效水高变化速率约为-51.77 mm/a，其中：北京市变化速率最低，约为-38.15 mm/a；天津市变化速率最高，约为-62.85 mm/a；河北省变化速率与区域平均变化水平相当，约为-52.42 mm/a。基于Sen Slope和Mann-Kendall非参数检验法分析得出西部、西南部和中部地区地下水等效水高下降[JP]趋势最明显，东北部下降趋势最小。在时间变化上，地下水等效水高变化具有一定的季节性规律：夏季变化速率最大，约为-75.99 mm/a；冬季变化速率最小，约为-37.24 mm/a；春秋两季的变化速率大致相同，分别为-52.34 mm/a和-48.21 mm/a。在影响因素分析中，人类活动是引起京津冀地区地下水等效水高变化的主要因素。研究结果可为科学掌握京津冀地下水储量时空变化规律提供数据支撑。
基于2003—2019年GRACE陆地水储量变化数据和全球陆地水文模型（global land data assimilation system,GLDAS）数据反演京津冀地下水储量变化，运用时空分析方法对地下水等效水高变化进行时空演变特征分析。在空间变化上，整个京津冀地下水等效水高变化速率约为-51.77 mm/a，其中：北京市变化速率最低，约为-38.15 mm/a；天津市变化速率最高，约为-62.85 mm/a；河北省变化速率与区域平均变化水平相当，约为-52.42 mm/a。基于Sen Slope和Mann-Kendall非参数检验法分析得出西部、西南部和中部地区地下水等效水高下降[JP]趋势最明显，东北部下降趋势最小。在时间变化上，地下水等效水高变化具有一定的季节性规律：夏季变化速率最大，约为-75.99 mm/a；冬季变化速率最小，约为-37.24 mm/a；春秋两季的变化速率大致相同，分别为-52.34 mm/a和-48.21 mm/a。在影响因素分析中，人类活动是引起京津冀地区地下水等效水高变化的主要因素。研究结果可为科学掌握京津冀地下水储量时空变化规律提供数据支撑。
2021, 19(5):883-893.
摘要:
应用统计学和水均衡原理对济南市区1997—2016年地下水水位实测数据进行分析，研究济南市区地下水埋深动态演变特征及其成因。结果表明：近20年来市区地下水埋深增大趋势得到明显遏制，目前地下水埋深呈稳健减小趋势，市区平均埋深减小2.527 m，多年平均减小速率为0.133 m/a，地下水埋深减小率空间变化特征表现为由东北向西南衰减，其中，历下区党家庄镇区域地下水埋深减小率最高达到0.667 m/a，长清区张夏镇区域地下水埋深增大率最低为0.115 m/a；地下水埋深与降水补给和人工开采直接相关，地下水埋深年内变化呈季节性波动，历下区位于地下水补给区，对补给或开采的响应程度表现最为敏感，而位于地下水排泄区的天桥区响应程度最为缓慢；在2003年采取大规模节水保泉措施后，地下水开采量减少约3亿m3/a，市区地下水蓄变量由2003年以前的负均衡(-2.7亿m3/a)转变至2003年以后的正均衡状态(0.8亿m3/a)，行政干预措施效果明显。研究成果可为制定节水保泉方案措施提供科学依据和技术支撑。
应用统计学和水均衡原理对济南市区1997—2016年地下水水位实测数据进行分析，研究济南市区地下水埋深动态演变特征及其成因。结果表明：近20年来市区地下水埋深增大趋势得到明显遏制，目前地下水埋深呈稳健减小趋势，市区平均埋深减小2.527 m，多年平均减小速率为0.133 m/a，地下水埋深减小率空间变化特征表现为由东北向西南衰减，其中，历下区党家庄镇区域地下水埋深减小率最高达到0.667 m/a，长清区张夏镇区域地下水埋深增大率最低为0.115 m/a；地下水埋深与降水补给和人工开采直接相关，地下水埋深年内变化呈季节性波动，历下区位于地下水补给区，对补给或开采的响应程度表现最为敏感，而位于地下水排泄区的天桥区响应程度最为缓慢；在2003年采取大规模节水保泉措施后，地下水开采量减少约3亿m3/a，市区地下水蓄变量由2003年以前的负均衡(-2.7亿m3/a)转变至2003年以后的正均衡状态(0.8亿m3/a)，行政干预措施效果明显。研究成果可为制定节水保泉方案措施提供科学依据和技术支撑。
2021, 19(5):894-899,929.
摘要:
相空间相似点模型是一种基于混沌理论的预测方法，提出“量”-“型”耦合的相似性识别技术对该方法进行改进。将以欧氏距离描述两个相点的空间接近程度定义为相点的“量”相似，以累积单位阶跃函数描述两个相点的内部结构相似程度定义为相点的“型”相似，建立双目标相似点寻优模型并采用宽容分层序列法求解，实现混沌预测。以丹江口水库流域月降雨序列为研究对象，对改进方法进行应用研究。结果表明，相较于原模型，新方法的预测精度有较明显提高，以逐月降雨预报为例，相对误差（取绝对值后的平均值）从44%降低到23%。改进后的混沌“量”-“型”相似预测模型有效可行，为月降雨预报提供了一种新途径。
相空间相似点模型是一种基于混沌理论的预测方法，提出“量”-“型”耦合的相似性识别技术对该方法进行改进。将以欧氏距离描述两个相点的空间接近程度定义为相点的“量”相似，以累积单位阶跃函数描述两个相点的内部结构相似程度定义为相点的“型”相似，建立双目标相似点寻优模型并采用宽容分层序列法求解，实现混沌预测。以丹江口水库流域月降雨序列为研究对象，对改进方法进行应用研究。结果表明，相较于原模型，新方法的预测精度有较明显提高，以逐月降雨预报为例，相对误差（取绝对值后的平均值）从44%降低到23%。改进后的混沌“量”-“型”相似预测模型有效可行，为月降雨预报提供了一种新途径。
2021, 19(5):900-909.
摘要:
利用遥感技术分析沧州市1990、2000、2010和2019年等4个年份中在5月和10月的坑塘水水面面积，通过典型坑塘定位监测、区域调查取样结合ArcGIS软件分析坑塘水水质周年的变化与空间分布特征，综合坑塘水水量水质时空变化特征和主要作物需水特征评估典型年份研究区坑塘水的灌溉保障能力。研究结果表明：沧州市坑塘水体的空间分布呈东多西少的格局，坑塘水体的含盐量亦呈现东高西低的趋势。从时间分布来看，近30年来坑塘蓄水量总体呈增长趋势。通过影响因素分析，明确降水与蒸发是影响研究区坑塘水体增长的主要驱动因子，距离渤海的远近与地形地势是影响坑塘水含盐量分布格局的主要因素。沧州市坑塘多年平均蓄水量达到6.02亿m3，典型年份沧州市坑塘水分别能保障6 807 km2的冬小麦拔节期灌溉与7 104 km2的冬灌面积。坑塘水作为农业灌溉水源对于缓解河北低平原区水资源短缺意义重大。
利用遥感技术分析沧州市1990、2000、2010和2019年等4个年份中在5月和10月的坑塘水水面面积，通过典型坑塘定位监测、区域调查取样结合ArcGIS软件分析坑塘水水质周年的变化与空间分布特征，综合坑塘水水量水质时空变化特征和主要作物需水特征评估典型年份研究区坑塘水的灌溉保障能力。研究结果表明：沧州市坑塘水体的空间分布呈东多西少的格局，坑塘水体的含盐量亦呈现东高西低的趋势。从时间分布来看，近30年来坑塘蓄水量总体呈增长趋势。通过影响因素分析，明确降水与蒸发是影响研究区坑塘水体增长的主要驱动因子，距离渤海的远近与地形地势是影响坑塘水含盐量分布格局的主要因素。沧州市坑塘多年平均蓄水量达到6.02亿m3，典型年份沧州市坑塘水分别能保障6 807 km2的冬小麦拔节期灌溉与7 104 km2的冬灌面积。坑塘水作为农业灌溉水源对于缓解河北低平原区水资源短缺意义重大。
2021, 19(5):910-920.
摘要:
利用海河流域及其子流域漳河流域的实测站点资料，采用皮尔逊相关系数、均方根误差、平均绝对误差以及相对偏差作为评价指标，对CRU(climate research unit)数据降水产品的月尺度降水数据在海河与漳河流域的适用性进行评估分析，结果表明：CRU数据在海河子流域漳河流域的适用性好于整个海河流域，各项评价结果均达到预期期望；突变性与周期性规律检验结果与以往基于实测数据分析结果相符；从相关系数角度来看，应用于2个流域的CRU数据在1990年之前整体表现良好，但在1990年后海河流域的相关系数显著下降。综上CRU数据可应用于海河流域与漳河流域的气候变化背景下水文过程模拟与分析，但应用于海河流域实测站点数据的还原时，应充分考虑其年际表现不一的问题。
利用海河流域及其子流域漳河流域的实测站点资料，采用皮尔逊相关系数、均方根误差、平均绝对误差以及相对偏差作为评价指标，对CRU(climate research unit)数据降水产品的月尺度降水数据在海河与漳河流域的适用性进行评估分析，结果表明：CRU数据在海河子流域漳河流域的适用性好于整个海河流域，各项评价结果均达到预期期望；突变性与周期性规律检验结果与以往基于实测数据分析结果相符；从相关系数角度来看，应用于2个流域的CRU数据在1990年之前整体表现良好，但在1990年后海河流域的相关系数显著下降。综上CRU数据可应用于海河流域与漳河流域的气候变化背景下水文过程模拟与分析，但应用于海河流域实测站点数据的还原时，应充分考虑其年际表现不一的问题。
10 黄河内蒙古段冰盖厚度模拟
2021, 19(5):921-929.
摘要:
基于原型观测数据对黄河内蒙古段的冰盖厚度进行模拟,通过引入Colburn类比法计算冰盖下的热通量，在热力学方程中引入河流流量、水流流速、水位河道坡降、冰盖糙率等因素，改进基于Stefan公式的度日法冰厚计算模型。采用巴彦高勒至头道拐河段4个测站的原型观测数据率定该冰厚计算模型的相关参数，并通过气温、水温数据进行冰厚计算。结果表明：改进后的冰厚计算模型在计算结果的精度上达到1.97％，相比于Stefan模型的14.99％、统一度日法模型的4.77％、动水冰厚辐射冰冻度日法模型的14.98％，精度上有所提升，冰厚变化趋势与现场原型观测趋势一致;根据累积气温值与气温序列特征分析2006—2017年的头道拐测站气温数据，提取冬季累积气温值最大的2009—2010年进行冰厚计算，模型计算结果精度为734％。[JP]改进模型在正常天气条件和极端天气条件下的冰厚计算结果均保持较高的精度，研究结果可为极端天气条件下研究区的冰厚计算提供理论依据。
基于原型观测数据对黄河内蒙古段的冰盖厚度进行模拟,通过引入Colburn类比法计算冰盖下的热通量，在热力学方程中引入河流流量、水流流速、水位河道坡降、冰盖糙率等因素，改进基于Stefan公式的度日法冰厚计算模型。采用巴彦高勒至头道拐河段4个测站的原型观测数据率定该冰厚计算模型的相关参数，并通过气温、水温数据进行冰厚计算。结果表明：改进后的冰厚计算模型在计算结果的精度上达到1.97％，相比于Stefan模型的14.99％、统一度日法模型的4.77％、动水冰厚辐射冰冻度日法模型的14.98％，精度上有所提升，冰厚变化趋势与现场原型观测趋势一致;根据累积气温值与气温序列特征分析2006—2017年的头道拐测站气温数据，提取冬季累积气温值最大的2009—2010年进行冰厚计算，模型计算结果精度为734％。[JP]改进模型在正常天气条件和极端天气条件下的冰厚计算结果均保持较高的精度，研究结果可为极端天气条件下研究区的冰厚计算提供理论依据。
2021, 19(5):930-940.
摘要:
为了“诊断”华北平原典型灌区农田水循环的“病症”和“病状”，在解析灌区农田水循环结构的基础上，提出农田健康水循环的概念，选用层次分析熵权组合法计算权重，构建灌区尺度农田水循环健康评价体系；分别采用综合指数法和改进的灰色关联分析对比评价军留灌区2010—2019年农田水循环健康状况。指标评价结果显示:军留灌区在灌溉水质、化肥及农药非点源污染、灌溉水利用系数等方面多呈现“病态”，结果为“一般”及以上的指标总个数由2010年的4个增长至2019年的9个；维度评价结果显示，退排水子过程的健康状况最差，基本处于“病态”，水源、取输水子过程、用耗水子过程的水循环健康状况得到逐年提升。总体而言，军留灌区水循环状态近10年得到了逐年改善，并且2种方法的维度或综合评价结果的变化趋势基本一致。研究结果可为华北平原灌区精细化管理和绿色高质量发展提供科学依据和决策参考。
为了“诊断”华北平原典型灌区农田水循环的“病症”和“病状”，在解析灌区农田水循环结构的基础上，提出农田健康水循环的概念，选用层次分析熵权组合法计算权重，构建灌区尺度农田水循环健康评价体系；分别采用综合指数法和改进的灰色关联分析对比评价军留灌区2010—2019年农田水循环健康状况。指标评价结果显示:军留灌区在灌溉水质、化肥及农药非点源污染、灌溉水利用系数等方面多呈现“病态”，结果为“一般”及以上的指标总个数由2010年的4个增长至2019年的9个；维度评价结果显示，退排水子过程的健康状况最差，基本处于“病态”，水源、取输水子过程、用耗水子过程的水循环健康状况得到逐年提升。总体而言，军留灌区水循环状态近10年得到了逐年改善，并且2种方法的维度或综合评价结果的变化趋势基本一致。研究结果可为华北平原灌区精细化管理和绿色高质量发展提供科学依据和决策参考。
2021, 19(5):941-949.
摘要:
利用1980—2016年郭家屯水文站和三道河子水文站逐月流量数据，综合运用QP法、Tenant法、频率曲线法、典型水文频率年法、NGPRP(norther great plains resources program)法、近10年最枯月月平均流量法、TEXAS法等7种水文学方法，根据滦河丰水时段和枯水时段内不同月份径流量的特点，精细划分出相关断面每个月份生态基流取值的上限和下限，对相关断面的生态基流量进行测算和分析，得出三道河子断面生态基流取值1.10～6.06 m3/s为宜,郭家屯断面生态基流取值0.78~5.66 m3/s为宜。用上述确定的生态基流值对2个断面37年的逐月流量进行检验，结果表明:2个断面37年大部分月份生态基流都能得到保证，12月、1月和2月2个断面生态基流保证率相对较低，而对于生态基流保证率低的月份，建议通过合理划分水权、科学调度工程、建立监控体系等措施保障生态用水。
利用1980—2016年郭家屯水文站和三道河子水文站逐月流量数据，综合运用QP法、Tenant法、频率曲线法、典型水文频率年法、NGPRP(norther great plains resources program)法、近10年最枯月月平均流量法、TEXAS法等7种水文学方法，根据滦河丰水时段和枯水时段内不同月份径流量的特点，精细划分出相关断面每个月份生态基流取值的上限和下限，对相关断面的生态基流量进行测算和分析，得出三道河子断面生态基流取值1.10～6.06 m3/s为宜,郭家屯断面生态基流取值0.78~5.66 m3/s为宜。用上述确定的生态基流值对2个断面37年的逐月流量进行检验，结果表明:2个断面37年大部分月份生态基流都能得到保证，12月、1月和2月2个断面生态基流保证率相对较低，而对于生态基流保证率低的月份，建议通过合理划分水权、科学调度工程、建立监控体系等措施保障生态用水。
2021, 19(5):950-959,971.
摘要:
采用河北省平原区粮食生产大县宁晋县1982—2018年冬小麦产量数据和对应气象数据，对其进行Mann-Kendall（M-K）趋势检验和Sen斜率分析，利用HP滤波法将冬小麦产量分离为气候产量和趋势产量，筛选产量变化较大的年份并揭示主要气象影响因子，进而分析冬小麦产量与气候变化的关系。研究结果表明：冬小麦生育期平均气温、最高气温和最低气温均呈显著上升趋势，上升幅度分别为0.05、0.03和0.07 ℃/a，平均风速呈显著下降趋势，下降幅度为-0.01 m·s-1·a-1；冬小麦实际产量多年平均值为5 330 kg/hm2，实际产量和趋势产量均呈显著上升趋势，气候产量无明显变化趋势，但是变化范围为-1 245~1 376kg/hm2（-41%~26%），说明年际间变化较大；分析典型高产年和低产年气候要素对冬小麦产量的影响，发现播种返青期极端低温（1986年12月8日和9日日最低气温达到-21.2 ℃，1993年1月14—25日最低气温平均值达到-14.1 ℃），拔节-抽穗期补灌不及时（1993年）以及种植后期降水量过多（2008年）会导致小麦减产，日照时数的提高和播种-拔节期气温的升高有利于小麦高产；不同年份造成减产的主导气象要素不同表明了气候要素对小麦减产的复杂性，而不同年份造成增产的主导气象要素相似则表明了气候要素对小麦增产的一致性。
采用河北省平原区粮食生产大县宁晋县1982—2018年冬小麦产量数据和对应气象数据，对其进行Mann-Kendall（M-K）趋势检验和Sen斜率分析，利用HP滤波法将冬小麦产量分离为气候产量和趋势产量，筛选产量变化较大的年份并揭示主要气象影响因子，进而分析冬小麦产量与气候变化的关系。研究结果表明：冬小麦生育期平均气温、最高气温和最低气温均呈显著上升趋势，上升幅度分别为0.05、0.03和0.07 ℃/a，平均风速呈显著下降趋势，下降幅度为-0.01 m·s-1·a-1；冬小麦实际产量多年平均值为5 330 kg/hm2，实际产量和趋势产量均呈显著上升趋势，气候产量无明显变化趋势，但是变化范围为-1 245~1 376kg/hm2（-41%~26%），说明年际间变化较大；分析典型高产年和低产年气候要素对冬小麦产量的影响，发现播种返青期极端低温（1986年12月8日和9日日最低气温达到-21.2 ℃，1993年1月14—25日最低气温平均值达到-14.1 ℃），拔节-抽穗期补灌不及时（1993年）以及种植后期降水量过多（2008年）会导致小麦减产，日照时数的提高和播种-拔节期气温的升高有利于小麦高产；不同年份造成减产的主导气象要素不同表明了气候要素对小麦减产的复杂性，而不同年份造成增产的主导气象要素相似则表明了气候要素对小麦增产的一致性。
2021, 19(5):960-971.
摘要:
黑龙江省西部地区频发的干旱情况影响该地区农业水循环与粮食安全，研究玉米水分供需关系对于理解该地区干旱机理有重要意义。根据FAO-56单作物系数法，计算玉米生育期参考作物蒸散量(ET0)、作物需水量(ETc)和灌溉需水量(Ir)，依托CROPWAT模型制定灌溉制度，并通过计算作物水分盈亏指数(CW)分析玉米水分盈余情况。结果表明：1960—2015年黑龙江省西部玉米生育期ET0和ETc呈下降趋势，有效降水量(Pe)、Ir和CW呈上升趋势；平均ET0、ETc、Pe和Ir分别为639.64、438.13、224.40和273.87 mm；由于不同水文年干旱条件不同，Pe并不能在所有年份满足玉米水分需求，丰水年、平水年、枯水年和特枯水年的平均净灌溉定额分别为152.43、236.33、276.53和353.47 mm。黑龙江省西部玉米生育期水分供需关系的研究和灌溉制度的制定有助于区域水资源调控和农业发展
黑龙江省西部地区频发的干旱情况影响该地区农业水循环与粮食安全，研究玉米水分供需关系对于理解该地区干旱机理有重要意义。根据FAO-56单作物系数法，计算玉米生育期参考作物蒸散量(ET0)、作物需水量(ETc)和灌溉需水量(Ir)，依托CROPWAT模型制定灌溉制度，并通过计算作物水分盈亏指数(CW)分析玉米水分盈余情况。结果表明：1960—2015年黑龙江省西部玉米生育期ET0和ETc呈下降趋势，有效降水量(Pe)、Ir和CW呈上升趋势；平均ET0、ETc、Pe和Ir分别为639.64、438.13、224.40和273.87 mm；由于不同水文年干旱条件不同，Pe并不能在所有年份满足玉米水分需求，丰水年、平水年、枯水年和特枯水年的平均净灌溉定额分别为152.43、236.33、276.53和353.47 mm。黑龙江省西部玉米生育期水分供需关系的研究和灌溉制度的制定有助于区域水资源调控和农业发展
2021, 19(5):972-981.
摘要:
以贵州尖山营滑坡为工程背景，通过对深度学习的总结与分析，建立多层感知器模型以对该滑坡危险区范围进行非线性预测研究。通过对深度神经网络算法的优化，构建64-128-32-1四层多层感知器模型，并以滑坡最大高差、滑坡体积、滑源区坡度、坡脚坡度、地层倾角作为输入量，以滑坡最大水平运动距离作为输出量对该模型进行训练，实现影响因素与运动距离的非线性映射。根据对贵州省尖山营滑坡调查和研究，尖山营滑坡区域面积约648 700 m2，体积约1 200万 m3，属于特大型滑坡。依据最优模型对该滑坡进行滑距预测，滑坡平面直线距离1 769 m区域内为危险区域。
以贵州尖山营滑坡为工程背景，通过对深度学习的总结与分析，建立多层感知器模型以对该滑坡危险区范围进行非线性预测研究。通过对深度神经网络算法的优化，构建64-128-32-1四层多层感知器模型，并以滑坡最大高差、滑坡体积、滑源区坡度、坡脚坡度、地层倾角作为输入量，以滑坡最大水平运动距离作为输出量对该模型进行训练，实现影响因素与运动距离的非线性映射。根据对贵州省尖山营滑坡调查和研究，尖山营滑坡区域面积约648 700 m2，体积约1 200万 m3，属于特大型滑坡。依据最优模型对该滑坡进行滑距预测，滑坡平面直线距离1 769 m区域内为危险区域。
2021, 19(5):982-989.
摘要:
为科学合理评价西北地区调水工程中渡槽在运行期的安全状态，分析渡槽在运行期间影响安全运行的各种病害问题，结合西北地区渡槽在运营期普遍存在的病害问题，选取13个渡槽病害评价指标建立渡槽病害安全性评价指标体系，采用改进粒子群优化算法（improved particle swarm optimization，IPSO）优化投影寻踪模型（projection pursuit，PP）最佳投影方向，确定渡槽各评价指标的权重，并结合逻辑斯蒂曲线函数，识别各渡槽病害评价等级。运用该优化模型以“引大入秦”工程中6个典型的渡槽为研究对象进行实证分析，得到2、4、14和15号渡槽病害评价等级为B级，5号和6号渡槽病害等级为C级。评价结果切合工程实际情况，与PSO-PP和DE-PP模型的评价结果相吻合，并且该模型优化效果高于后两者，表明IPSO-PP评价模型及方法能确保评价结果的可靠性和客观性，可用于渡槽病害安全性评价的研究。
为科学合理评价西北地区调水工程中渡槽在运行期的安全状态，分析渡槽在运行期间影响安全运行的各种病害问题，结合西北地区渡槽在运营期普遍存在的病害问题，选取13个渡槽病害评价指标建立渡槽病害安全性评价指标体系，采用改进粒子群优化算法（improved particle swarm optimization，IPSO）优化投影寻踪模型（projection pursuit，PP）最佳投影方向，确定渡槽各评价指标的权重，并结合逻辑斯蒂曲线函数，识别各渡槽病害评价等级。运用该优化模型以“引大入秦”工程中6个典型的渡槽为研究对象进行实证分析，得到2、4、14和15号渡槽病害评价等级为B级，5号和6号渡槽病害等级为C级。评价结果切合工程实际情况，与PSO-PP和DE-PP模型的评价结果相吻合，并且该模型优化效果高于后两者，表明IPSO-PP评价模型及方法能确保评价结果的可靠性和客观性，可用于渡槽病害安全性评价的研究。
2021, 19(5):990-998.1006.
摘要:
红旗渠曙光渡槽多年运行后出现不同程度破损，存在一定安全隐患。基于ABAQUS软件，建立渡槽三维有限元计算模型，采用均质化理论对三维渡槽结构模型进行静力计算，分析渡槽结构的应力和位移，复核渡槽基础沉降，同时考虑差异荷载及温度荷载对渡槽结构的影响，综合评价该渡槽的结构安全。研究结果表明:各槽墩压应力最大值主要分布在墩台和槽墩的接触部位，拉应力最大值均出现在槽墩墩台底部，最大压应力和拉应力分别为2.90 MPa和2.29 MPa，槽墩局部范围出现应力集中；槽墩最大沉降值为1.57 mm，各相邻墩台沉降差最大值为1.07 mm，差异荷载造成的应力集中与温度荷载叠加效应会对槽墩中部产生一定影响。综合认定该渡槽结构安全为B级。
红旗渠曙光渡槽多年运行后出现不同程度破损，存在一定安全隐患。基于ABAQUS软件，建立渡槽三维有限元计算模型，采用均质化理论对三维渡槽结构模型进行静力计算，分析渡槽结构的应力和位移，复核渡槽基础沉降，同时考虑差异荷载及温度荷载对渡槽结构的影响，综合评价该渡槽的结构安全。研究结果表明:各槽墩压应力最大值主要分布在墩台和槽墩的接触部位，拉应力最大值均出现在槽墩墩台底部，最大压应力和拉应力分别为2.90 MPa和2.29 MPa，槽墩局部范围出现应力集中；槽墩最大沉降值为1.57 mm，各相邻墩台沉降差最大值为1.07 mm，差异荷载造成的应力集中与温度荷载叠加效应会对槽墩中部产生一定影响。综合认定该渡槽结构安全为B级。
2021, 19(5):999-1006.
摘要:
利用实验室清水条件下桥墩局部冲刷的试验数据，采用支持向量机（suppcrt vector machine,SVM）和BP(back propagation)神经网络的方法，基于量纲分析原理，对影响桥墩局部冲刷产生的相关因子进行分析。将试验数据的3/4作为预测模型的训练数据集、1/4作为预测模型的测试数据集。模型的输入因子有水流弗劳德数Fr、水深与墩径之比h/D、床沙中值粒径与墩径之比d50/D、冰盖下表面糙率与床面糙率之比ni/nb,输出因子为冲刷坑深度ds。采用相关系数（r）、均方根误差（δRMSE）、平均绝对百分比误差（δMAPE）、确定系数（R2）作为预测结果的评价指标，并将预测结果与试验结果做了比较。BP神经网络模型和SVM模型在预测明流条件下桥墩局部冲刷坑深度时，预测结果的r分别为0.89和0.88、MAPE分别为38.8%和31%；在预测冰盖条件下冲刷坑深度时，预测结果的r分别为0.78和0.73、MAPE分别为43%和46%。结果表明BP神经网络和SVM模型预测明流及冰盖条件下桥墩局部冲刷坑深度时具有较高的精度。
利用实验室清水条件下桥墩局部冲刷的试验数据，采用支持向量机（suppcrt vector machine,SVM）和BP(back propagation)神经网络的方法，基于量纲分析原理，对影响桥墩局部冲刷产生的相关因子进行分析。将试验数据的3/4作为预测模型的训练数据集、1/4作为预测模型的测试数据集。模型的输入因子有水流弗劳德数Fr、水深与墩径之比h/D、床沙中值粒径与墩径之比d50/D、冰盖下表面糙率与床面糙率之比ni/nb,输出因子为冲刷坑深度ds。采用相关系数（r）、均方根误差（δRMSE）、平均绝对百分比误差（δMAPE）、确定系数（R2）作为预测结果的评价指标，并将预测结果与试验结果做了比较。BP神经网络模型和SVM模型在预测明流条件下桥墩局部冲刷坑深度时，预测结果的r分别为0.89和0.88、MAPE分别为38.8%和31%；在预测冰盖条件下冲刷坑深度时，预测结果的r分别为0.78和0.73、MAPE分别为43%和46%。结果表明BP神经网络和SVM模型预测明流及冰盖条件下桥墩局部冲刷坑深度时具有较高的精度。
2021, 19(5):1007-1013,1023.
摘要:
基于模型试验结果，研究突扩式跌坎消力池底板脉动压强特性，分析突扩式跌坎消力池及非突扩跌坎消力池底板脉动压强的幅值特性、相关特性和频谱特性。分析结果表明：突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强最大值均出现在池首位置，且呈沿程衰减趋势；突扩式跌坎消力池能显著降低底板的脉动压强水平，突扩比1.3时最大值降低了63%，突扩比1.6时最大值降低了42%；突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强概率密度基本符合正态分布；在冲击区，突扩式跌坎消力池底板脉动压强空间积分尺度较非突扩式有显著降低，即其消力池内涡旋保持性有所降低；与非突扩式相比，突扩式跌坎消力池底板冲击区脉动压强优势频率向高频移动
基于模型试验结果，研究突扩式跌坎消力池底板脉动压强特性，分析突扩式跌坎消力池及非突扩跌坎消力池底板脉动压强的幅值特性、相关特性和频谱特性。分析结果表明：突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强最大值均出现在池首位置，且呈沿程衰减趋势；突扩式跌坎消力池能显著降低底板的脉动压强水平，突扩比1.3时最大值降低了63%，突扩比1.6时最大值降低了42%；突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强概率密度基本符合正态分布；在冲击区，突扩式跌坎消力池底板脉动压强空间积分尺度较非突扩式有显著降低，即其消力池内涡旋保持性有所降低；与非突扩式相比，突扩式跌坎消力池底板冲击区脉动压强优势频率向高频移动
20 溹泸河河道入渗能力试验
2021, 19(5):1014-1,023.
摘要:
“引黄入冀”工程冬四月引水存在与当地灌溉时间严重不匹配的问题，如何科学储存和利用宝贵的引黄河水资源，是急需研究和解决的问题，而地下水库则是科学合理储存水资源的有效途径之一。选择南宫市溹泸河河道，进行河道入渗能力大型试验研究，利用水均衡法计算溹泸河河道入渗能力，分析入渗能力的大小对地下水位变化幅度的影响，计算溹泸河北段河道入渗场适宜的引水流量。结果表明:动水条件稳定的入渗能力为0.13 m/d，静水条件稳定的入渗能力为0.11 m/d;溹泸河北段的合理引水流量为0.48 m3/s;入渗初期地下水位响应滞后时间较长，随着入渗时间的延长，地下水位响应滞后时间缩短，且地下水位增速变缓。通过试验研究，获取了南宫市规划地下水库建设论证需要的重要水文地质参数，为南宫市规划地下水库的科学建设提供技术理论支撑，为古河道带区地下水库河道入渗方式的研究提供理论基础。
“引黄入冀”工程冬四月引水存在与当地灌溉时间严重不匹配的问题，如何科学储存和利用宝贵的引黄河水资源，是急需研究和解决的问题，而地下水库则是科学合理储存水资源的有效途径之一。选择南宫市溹泸河河道，进行河道入渗能力大型试验研究，利用水均衡法计算溹泸河河道入渗能力，分析入渗能力的大小对地下水位变化幅度的影响，计算溹泸河北段河道入渗场适宜的引水流量。结果表明:动水条件稳定的入渗能力为0.13 m/d，静水条件稳定的入渗能力为0.11 m/d;溹泸河北段的合理引水流量为0.48 m3/s;入渗初期地下水位响应滞后时间较长，随着入渗时间的延长，地下水位响应滞后时间缩短，且地下水位增速变缓。通过试验研究，获取了南宫市规划地下水库建设论证需要的重要水文地质参数，为南宫市规划地下水库的科学建设提供技术理论支撑，为古河道带区地下水库河道入渗方式的研究提供理论基础。
2021, 19(5):1024-1031,1040.
摘要:
以渭河拦河闸为例，基于ADINA有限元分析软件，建立拦河闸三维有限元模型，采用振型分解反应谱法对闸室结构进行地震动响应计算分析，并根据计算结果对拦河闸进行抗震安全评价。计算结果表明：拦河闸闸室结构前5阶振型主要体现为横梁和机架桥结构的振动，符合一般规律；边孔横梁与机架桥联接部位以及机架桥与闸墩联接部位出现了较大拉应力，其最大拉应力数值超过了混凝土动态抗拉强度标准值，但考虑局部配筋量后，拉应力数值满足安全需求；在地震作用最不利工况下，拦河闸整体闸室结构抗滑稳定安全因数为1.68，满足安全需求；拦河闸抗震安全满足标准要求，其抗震等级评定为A级。
以渭河拦河闸为例，基于ADINA有限元分析软件，建立拦河闸三维有限元模型，采用振型分解反应谱法对闸室结构进行地震动响应计算分析，并根据计算结果对拦河闸进行抗震安全评价。计算结果表明：拦河闸闸室结构前5阶振型主要体现为横梁和机架桥结构的振动，符合一般规律；边孔横梁与机架桥联接部位以及机架桥与闸墩联接部位出现了较大拉应力，其最大拉应力数值超过了混凝土动态抗拉强度标准值，但考虑局部配筋量后，拉应力数值满足安全需求；在地震作用最不利工况下，拦河闸整体闸室结构抗滑稳定安全因数为1.68，满足安全需求；拦河闸抗震安全满足标准要求，其抗震等级评定为A级。
2021, 19(5):1032-1040.
摘要:
为明确前置挡墙对水库下泄水温及坝前水温分布的影响，以董箐水库为例，构建三维水温-水动力数学模型。模拟不同挡墙高程下的下泄水温和坝前水温分布,分析前置挡墙高程与下泄水温、坝前水温分布间的变化规律。结果表明,下泄水温的改善效果与挡墙高程密切相关:挡墙高程低于取水口高程时，挡墙高程的变化对下泄水温几乎无影响；挡墙高程高于取水口高程一定高度时，挡墙高程越高，下泄水温越高；挡墙高程480 m时，4月下泄水温最大升温1.11 ℃。下泄水温的提高度与挡墙和取水口位置对应的坝前垂向水温差线性相关。坝前垂向水温分布也受挡墙的影响，挡墙高程高于取水口高程一定高度时，随着挡墙高程的增加，分层期温跃层厚度增加位置上升。下泄水温的改善效果与挡墙高程的关系较为复杂，下泄水温提高度增长较快位置分别出现在挡墙高程471 m和475 m处。考虑方案的工程可行性，挡墙高程471 m为改善下泄水温的最优选择。研究可为前置挡墙的设计及工程优化提供方法和参考。
为明确前置挡墙对水库下泄水温及坝前水温分布的影响，以董箐水库为例，构建三维水温-水动力数学模型。模拟不同挡墙高程下的下泄水温和坝前水温分布,分析前置挡墙高程与下泄水温、坝前水温分布间的变化规律。结果表明,下泄水温的改善效果与挡墙高程密切相关:挡墙高程低于取水口高程时，挡墙高程的变化对下泄水温几乎无影响；挡墙高程高于取水口高程一定高度时，挡墙高程越高，下泄水温越高；挡墙高程480 m时，4月下泄水温最大升温1.11 ℃。下泄水温的提高度与挡墙和取水口位置对应的坝前垂向水温差线性相关。坝前垂向水温分布也受挡墙的影响，挡墙高程高于取水口高程一定高度时，随着挡墙高程的增加，分层期温跃层厚度增加位置上升。下泄水温的改善效果与挡墙高程的关系较为复杂，下泄水温提高度增长较快位置分别出现在挡墙高程471 m和475 m处。考虑方案的工程可行性，挡墙高程471 m为改善下泄水温的最优选择。研究可为前置挡墙的设计及工程优化提供方法和参考。
微信公众号二维码
手机版网站二维码
南水北调与水利科技（中英文） ® 2024 版权所有