南水北调与水利科技

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  • 基于降尺度模型(SDSM)大汶河流域气候变化和预测
    李新颖 赵强 姚天 沈振涛 冉鹏羽
    录用日期: 2021-04-06
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    摘要: 背景:大汶河气候变化和预测,对了解该流域未来水资源的变化、指导水资源的合理利用具有重要的意义。 方法:根据大汶河流域1966-2017年六个气象站点的日气温和降水数据,采用线性趋势、Mann-Kendall检验、小波分析等方法分析了该地区的气温和降水时空变化趋势。此外,基于CanESM2模式下的RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5三种排放情景,采用降尺度模型(SDSM)对大汶河流域的未来气候变化进行了比较分析。 结果:(1)在1966-2017年间,大汶河流域气温呈上升趋势,趋势率为0.0323mm/a,且1994年和1996年为气温突变点,主要振荡周期为28年。流域年降水量呈上升趋势,趋势率为0.9541mm/a,分别在1989年、2011年、2015年发生突变,主要振荡周期为22年。(2)气温历史和未来的空间分布皆以中北部为中心向周边上升,而降水的历史和未来的空间分布则恰恰相反。(3)在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种情景下,月平均最高气温分别上升0.42℃、0.50℃、0.74℃,月平均最低气温分别上升0.47℃、0.58℃、0.94℃,月均降水量分别上升3.63mm、4.39mm和3.91mm。另外,三种情况下的升温趋势均表现为近期<中期<远期。月最高气温在6月、10月和11月的升幅最大;月最低气温在6月和11月的升幅最大;降水在7月和8月的升幅最大。(4)在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景中,未来最高气温将分别增加0.01°C/10a、0.06°C/10a和0.15°C/10a;未来最低气温将分别增加0.03°C / 10a、0.06°C/10a和0.17°C/10a。未来降水量将分别增加3.37mm/10a、0.53 mm/10a和-2.07 mm / 10a。未来年最高气温在三种情景下升温表现为近期<中期<远期;未来年月最低气温在RCP2.6情景下升温幅度不明显,在RCP4.5和RCP8.5情景下的升温幅度表现为近期<中期<远期;未来降水量在三种情景下的三个时期的增长幅度均不明显,波动范围都比较大。 结论:(1)大汶河流域向着暖湿化趋势方向发展,年均气温和年均降水皆有所升高。1966-2017年,大汶河流域气温呈显著上升趋势(p<0.01)。(2)不同情景下的未来最高气温、未来最低气温和未来降雨量的空间分布与历史数据相比无明显差异。(3)未来三种情景下,大汶河流域月最高气温、月最低气温和月降水量总体呈上升趋势。未来月最高气温和月最低气温随着时间尺度的增大而升高。6月和11月为升幅最高的月份;而未来月降水量在7月和8月的升幅最高。(4)大汶河流域未来年最高气温和最低气温随着排放量和时间尺度的增加而升高。未来年均降水量趋势没有明显变化,没有明显的增减趋势。但是,在所有情况下,未来降水的波动范围都比较大,这表现了未来降水量在未来仍有很明显的不确定性。
    趵突泉泉域边界性质及其对泉域水均衡的影响研究
    束龙仓 张曼琦 李虎 倪寒茜 武朝军 陈媛 王小博 余亚飞
    录用日期: 2021-04-01
    [摘要](4) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    泉域边界位置及边界性质的准确确定是建立正确的水文地质概念模型的重要前提,是泉域地下水资源量计算结果可靠性的根本保证。本文针对当前趵突泉泉域的边界争议,利用数值模型对断裂—分水岭边界性质进行研究,并采用水量均衡法和数值法两种方法,对两种边界条件下的水均衡进行计算,结果表明:在对断裂—分水岭边界确定的趵突泉泉域进行数值模拟时,需要充分考虑地表水与地下水之间密切的水力联系以及两者之间的转化关系,对降水入渗补给量进行合理折算,提高水均衡计算的准确性。两种边界条件下,趵突泉泉域水均衡情况差异较小。水量均衡法结果表明断裂边界泉域与断裂—分水岭边界泉域的均衡差分别为3626.0万m3/a和3061.4万m3/a;而利用数值法,均衡差分别为4467.1万m3/a和3699.6万m3/a。本研究结果可以推进趵突泉泉域边界条件的研究,为趵突泉泉域建立正确的水文地质概念模型提供了科学依据。
    低调节性能水库防洪优化调度分段试算法改进
    王翌旭 刘强 钟平安 赵克明 姚超宇
    录用日期: 2021-03-29
    [摘要](2) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    低调节性能水库库容小,水库水位对出库过程变化敏感,调洪演算中水库水位频繁触及控制水位的上下边界,造成出库流量过程产生剧烈波动,影响最优解的可操作性。基于水库实时防洪调度的操作流程,以最大化实时调洪库容为准则,提出了腾库预泄段、过渡维持段、削峰蓄洪段、安全消落段、期末消落段五阶段划分原则;以最大削峰准则为目标,构建了各分段优化出库过程的确定方法,形成了低调节性能水库防洪优化调度改进分段试算法。以富春江水库为对象,开展了改进分段试算法模拟调度,并与原分段试算法进行对比。实例结果表明,改进分段试算法与原分段试算法相比优势明显:①克服了原方法调洪计算中频繁突破库容、泄流能力上下限的问题,算法稳定性能良好;②减少了闸门操作频次,增强了优化调度方案的可操作性;③削峰效果更加显著,同等条件下削峰率提升13.3%。
    大型竖井贯流泵压力脉动及轴系模态优化分析
    方国材 郭绘娟 胡大明 石俊峰 郑源 阚阚 杨剑锋
    录用日期: 2021-03-10
    [摘要](4) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    为研究某大型竖井贯流泵的稳定性,通过ANSYS Workbench软件对流道进行全数值模拟,以研究水泵的压力脉动分布规律和轴系模态分析。在转轮进口和转轮出口截面分别设置监测点,计算结果表明,贯流泵转轮进口及出口处监测点的压力脉动时域图呈现出周期性。压力脉动的主频多为转频和转轮倍频,而压力脉动幅值有随着扬程增大而增大的趋势。转轮出口幅值比进口低,转轮有稳定水流的作用。转轮转动是形成轴向水推力的主要因素,轴向力和径向力随着水头的增大而明显增大。部分动能传递给了水体,轴系在水体中固有频率下降,但是下降较小,干湿模态的高阶频率基本一致。对比非定常计算结果和模态分析结果,与转轮的固有频率差距较大,不容易引起共振,满足结构强度要求。模态优化结果显示,随着直径的增大,轴系各阶的固有频率出现逐渐增大的趋势;而增长主轴长度,各阶的固有频率出现逐渐减小的趋势但会导致各阶的固有频率随之增大。其中增长轴承长度以及增大轴直径的变化对固有频率的影响更为明显,1阶频率分别增大83%和18%。研究结果为贯流泵装置水力设计和稳定性分析提供一定的参考。
    基于贝叶斯网络的黄河径流预测
    赵菲菲 张青青 张宇 石旭芳 钟德钰
    录用日期: 2021-03-03
    [摘要](2) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    本文基于黄河流域1979-2018年的ERA-Interim再分析气象与水文数据,以及CMIP5中10个气候模式下3种典型浓度路径(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)的全球气候变化数据,采用离散的数据处理方法,建立了黄河流域贝叶斯网络模型,推断了黄河流域近40余年来气候要素对径流的影响概率,预测了黄河流域未来径流量。结果表明:1979-2018年黄河天然径流量呈减小趋势,基于贝叶斯网络分区间概率预测预报的径流量也呈减小趋势;黄河流域的不同区间(高、中、低)径流量对气候的敏感程度不同,但径流始终与降水相关性最高;在RCP2.6情景下,黄河流域未来20年、60年的径流量为585.50亿m3,588.57亿m3;在RCP4.5情景下,其值为585.42亿m3,587.53亿m3;在RCP8.5情景下,其值为593.50亿m3,585.11亿m3。
    地基GPS的大气可降水量反演精度验证
    曹寿凯 魏加华 乔 禛 朱晓梅 柏文文
    录用日期: 2021-03-02
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    青藏高原海拔差异大、地面探空站点稀少且分布不均,导致水汽探测时空分辨率低,而高精度和高时空分辨率的水汽探测资料是提高区域降水预报精准度的前提。地基全球定位系统(ground-based global positioning system, GPS)水汽探测是对探空的有效补充,本文利用青藏高原5个典型GPS和探空站点数据,基于姚宜斌模型分析GPS探测大气可降水量(precipitable water vapor, PWV)的精度及影响因素。结果表明:5个GPS站与临近探空站的探测精度相当,均方根误差在2~3 mm,反演结果可以用于分析代表区域的PWV;基于GPS反演PWV,零时刻探测精度优于十二时的值,冬季的探测精度优于夏季,可能受到地面温度和大气可降水量的影响。未来可以结合探空和GPS资料进行水汽反演,为青藏高原水汽条件和降水预报提供数据支撑。
    北京玉泉山泉恢复方案
    沈媛媛 郭高轩 欧志亮 辛宝东 南英华 王丽亚 王树芳 刘久荣
    录用日期: 2021-03-01
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    在分析区域水文地质条件基础上,构建了地下水流系统数值模拟模型。通过地下水系统均衡分析,提出泉水恢复的主要影响因素为河流渗漏补给和地下水的人工开采。以泉水恢复出流为目标进行了玉泉山泉恢复方案研究。结果表明,现状地下水系统呈负均衡,要实现泉水复涌需要同时采取地下水减采和人工回补措施。分别提出了以2030年和2050年为泉水恢复时间,以及不同人工回灌条件下的泉水恢复方案。若在永定河山峡段增加河道渗漏量0.8×108 m3/a,同时地下水压采至现状的71%,玉泉山泉水有望在2050年恢复出流;若地下水压减至现状的45%,则泉水将在2030年恢复出流。考虑到城市发展建设现状,地下水系统恢复的过程中需考虑恢复的适宜水位。
    基于水化学和环境同位素的准格尔煤田地下水循环特征
    李双慧 黄选明 朱宏军 朱开鹏 杨建 张泽源
    录用日期: 2021-02-23
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    为揭示准格尔煤田地区地下水循环特征,运用水化学技术、水汽轨迹模型和环境同位素等方法分析不同水体水化学特征、环境同位素特征、大气降水主要来源、地表水及地下水转化关系。结果表明:地表水矿化度低,呈弱碱-偏碱性,水化学类型以HCO3?SO4?Cl-Ca型水为主;地下水整体矿化度低,偏弱碱性,主要以HCO3-Na?Ca型、Cl-Na型、HCO3-Ca?Mg型、HCO3?Cl-Na型水为主;黄河水δD平均值为-79.6‰、δ18O平均值为-10.47‰,第四系地下水δD平均值为-66.25‰、δ18O平均值为-9.1‰,白垩系地下水δD值为-70.6‰、δ18O值为-9.3‰,石炭-二叠系地下水δD平均值为-77.07‰、δ18O平均值为-9.9‰,寒武-奥陶系地下水δD平均值为-75.73‰、δ18O平均值为-10.06‰;大气降水受极地气团和季风影响,主要来源为西风带水汽、地表水和地下水水汽蒸发再循环;断层带、褶皱轴部裂隙带为不同含水层间主要导水通道,大气降水和黄河为地下水主要补给来源;高承压水头寒武-奥陶系岩溶裂隙水越流补给第四系松散孔隙水和砂岩裂隙水,第四系松散孔隙水通过地层间不整合接触面裂隙发育带向下补给石炭-二叠系砂岩裂隙水,黄河水对寒武-奥陶系地下水的补给比例受地质构造发育的影响较大。
    基于水足迹理论的北京市水资源安全及驱动力研究
    王丽川 侯保灯 周毓彦 陈晓清 王欣
    录用日期: 2021-02-03
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    水资源是城市发展过程中的重要资源,为了探究城市化进程中水资源利用状况,以期实现城市水资源高效利用,为制定科学合理的水资源优化配置提供理论依据。以北京市为例,基于水足迹理论与LDMI模型,计算分析了2003-2018年水足迹变化以及经济、技术和人口对水足迹变化的驱动效应。结果显示:北京市水足迹变化分为两个阶段,第一阶段在2003-2011年为波动阶段,第二阶段在2012-2018年为下降阶段,水足迹变化呈良性发展,但进口依赖度较高,需要进一步优化内部水资源利用效率和产业结构,保障水资源生态安全,水资源利用效率持续增加,可持续性增强,生态安全有所改善,但仍处于严重超载状态,北京市城市化过程中应注意经济发展和人口增加带来的水资源消耗的增加,从而实现水资源可持续利用。水资源变化驱动因素的影响程度为:技术效应>经济效应>人口效应。
    珠海市饮用水水源藻类问题分析与解决方案
    凌艳晨 苏宇亮 胡克武 袁汉鸿 吴 斌 黄洪波 方 黎 吴 杰 黄天寅 敖秀玮 孙文俊
    录用日期: 2021-02-03
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    为探究珠海市多水源供水体系下存在的水源水质问题,特别是藻类问题,采用单因子分析法评价了2016-2019年珠海市四座典型水库的数项水质指标,并采用统计学方法分析了水库水中藻类的时空分布特征;采用双变量分析及逐步回归分析的方法研究了10项水质指标与藻类密度间的相关性。基于对水质数据的分析,研究发现,珠海市水源水存在较为突出的高藻密度及高嗅味问题,其中,藻密度从春季开始普遍出现上升,而嗅味物质的含量则秋冬季达到峰值,二者存在较为明显的季节性变化。回归分析的结果表明,影响水库藻密度的主要因素有总氮、高锰酸盐指数和五日生化需氧量;影响嗅味物质产生的主要因素有氨氮、高锰酸盐指数和浊度;控制水库水体的氨氮和有机物含量可以有效减少藻类数量,改善嗅味物质的产生。建立了拟合优度较高的回归模型可以用于初步预测水库水质。通过点、面源污染的控制,调节水库水体流态,结合臭氧活性炭、紫外高级氧化等深度处理技术的应用,可以有效解决珠海市水源水存在的高藻及嗅味问题。

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