南水北调与水利科技（中英文）
2016年第14卷第1期文章目次
2016, 14(1):1-9.
摘要:
依据土地利用指数( land use index ) 、栖息地质量指数( QHEI) 和水质参数构建一个综合指数( ILWHQ) , 用于 浑太河流域参照点的定量筛选。结果表明, 太子河流域支流小汤河上游、太子河南支的5 个采样点为参照点 ( ILWH Q [ 2; T13, T15, T16, T17, T 18) 。根据2012 年浑太河流域68 个采样点的鱼类数据, 对35 个候选参数进行 主成分分析、判别能力、逐步回归分析和Pearson 相关性分析, 确定了鲤科鱼类种类数( F5) 、底栖鱼类个体比例 ( F12) 、杂食性鱼类比例( F14) 、耐受性鱼类个体比例( F22) 可以作为基本要素构建F2IBI 指标体系, 即采用比值法统 一各生物参数量纲, 将各个生物参数分值加和得到F2IBI 指数值。利用构建的F2IBI 指数开展浑太河流域河流健康 状况评价。发现太子河流域41 个点位中, 5 个为健康, 11 个为亚健康, 8 个为一般, 9 个为较差, 8 个为极差。浑河 的23 个点位中, 5 个为亚健康, 6 个点位为一般, 6 个为较差, 6 个为极差。太子河流域较差和极差的点位共占 411 5%, 浑河流域较差和极差点位共占521 2%, 说明相比于太子河流域, 浑河流域的健康状况较差。
依据土地利用指数( land use index ) 、栖息地质量指数( QHEI) 和水质参数构建一个综合指数( ILWHQ) , 用于 浑太河流域参照点的定量筛选。结果表明, 太子河流域支流小汤河上游、太子河南支的5 个采样点为参照点 ( ILWH Q [ 2; T13, T15, T16, T17, T 18) 。根据2012 年浑太河流域68 个采样点的鱼类数据, 对35 个候选参数进行 主成分分析、判别能力、逐步回归分析和Pearson 相关性分析, 确定了鲤科鱼类种类数( F5) 、底栖鱼类个体比例 ( F12) 、杂食性鱼类比例( F14) 、耐受性鱼类个体比例( F22) 可以作为基本要素构建F2IBI 指标体系, 即采用比值法统 一各生物参数量纲, 将各个生物参数分值加和得到F2IBI 指数值。利用构建的F2IBI 指数开展浑太河流域河流健康 状况评价。发现太子河流域41 个点位中, 5 个为健康, 11 个为亚健康, 8 个为一般, 9 个为较差, 8 个为极差。浑河 的23 个点位中, 5 个为亚健康, 6 个点位为一般, 6 个为较差, 6 个为极差。太子河流域较差和极差的点位共占 411 5%, 浑河流域较差和极差点位共占521 2%, 说明相比于太子河流域, 浑河流域的健康状况较差。
2016, 14(1):10-17.
摘要:
水质响应系数是计算水环境容量, 进而明确排污责任主体的重要基础。以一维对流扩散方程为基础, 基于线 性叠加原理, 推导了水质响应系数矩阵, 探讨了基于综合水动力水质模型的水功能区水质响应系数矩阵高效计算方 法。基于H EC2RAS 模型建立了辽河干流水动力水质模型, 据此计算了辽河干流水功能区水质响应系数矩阵。结 果表明: 基于综合水动力水质模型的水功能区水质响应系数矩阵高效计算方法可显著提高计算效率, 而且HEC2 RAS 模型不仅在水动力模拟方面优势显著, 在水质模拟方面亦表现出良好特性。较之公式法, 基于综合水动力水 质模型计算水功能区水质响应系数可以显著提高计算精度。
水质响应系数是计算水环境容量, 进而明确排污责任主体的重要基础。以一维对流扩散方程为基础, 基于线 性叠加原理, 推导了水质响应系数矩阵, 探讨了基于综合水动力水质模型的水功能区水质响应系数矩阵高效计算方 法。基于H EC2RAS 模型建立了辽河干流水动力水质模型, 据此计算了辽河干流水功能区水质响应系数矩阵。结 果表明: 基于综合水动力水质模型的水功能区水质响应系数矩阵高效计算方法可显著提高计算效率, 而且HEC2 RAS 模型不仅在水动力模拟方面优势显著, 在水质模拟方面亦表现出良好特性。较之公式法, 基于综合水动力水 质模型计算水功能区水质响应系数可以显著提高计算精度。
2016, 14(1):18-24.
摘要:
人类活动影响下的地下水环境研究已成为当前和未来一段时间内国内外研究的热门领域。文章发展了人类 活动影响下的地下水环境的定义, 扩展了其内涵。在人类活动影响下, 地下水环境是一个同时具有自然属性和社会 属性的概念, 一切与地下水直接和间接相关的自然作用和社会作用均应归到地下水环境的研究范畴之内。通过梳 理人类活动导致的主要地下水环境问题, 以及地下水环境研究中几种常用方法, 基于调查) 评价) 试验) 预测) 监 测) 管理框架, 初步建立了人类活动下地下水环境研究的方法体系, 对于促进地下水环境领域的相关研究具有重要 的科学意义。
人类活动影响下的地下水环境研究已成为当前和未来一段时间内国内外研究的热门领域。文章发展了人类 活动影响下的地下水环境的定义, 扩展了其内涵。在人类活动影响下, 地下水环境是一个同时具有自然属性和社会 属性的概念, 一切与地下水直接和间接相关的自然作用和社会作用均应归到地下水环境的研究范畴之内。通过梳 理人类活动导致的主要地下水环境问题, 以及地下水环境研究中几种常用方法, 基于调查) 评价) 试验) 预测) 监 测) 管理框架, 初步建立了人类活动下地下水环境研究的方法体系, 对于促进地下水环境领域的相关研究具有重要 的科学意义。
2016, 14(1):25-29.
摘要:
面向长距离输水工程快速应对油类突发水污染事件的需求, 以梯形输水明渠为例, 采取二维水动力和溢油数 值模拟以及物理模型试验相结合的手段, 开展溢油运移特性数值模拟与试验研究。研究成果表明: 由于梯形输水明 渠过流宽度上的流速分布变化较大, 油污染发生后, 油膜纵向长度取决于渠道中间流速, 其变化率可表达为渠道中 间流速的01 5 倍; 溢油位置、风场及渠道边坡系数对油膜纵向长度影响很小。研究结果可快速预测明渠溢油污染范 围, 为污染物的应急处置与调控提供技术支持。
面向长距离输水工程快速应对油类突发水污染事件的需求, 以梯形输水明渠为例, 采取二维水动力和溢油数 值模拟以及物理模型试验相结合的手段, 开展溢油运移特性数值模拟与试验研究。研究成果表明: 由于梯形输水明 渠过流宽度上的流速分布变化较大, 油污染发生后, 油膜纵向长度取决于渠道中间流速, 其变化率可表达为渠道中 间流速的01 5 倍; 溢油位置、风场及渠道边坡系数对油膜纵向长度影响很小。研究结果可快速预测明渠溢油污染范 围, 为污染物的应急处置与调控提供技术支持。
2016, 14(1):30-36.
摘要:
研究黄河内蒙古段十大孔兑( 以下简称十大孔兑) 流域土地利用变化, 对于区域生态环境建设和水土保持效果 评价有重要意义。根据1980 年、1998 年、2010 年3 期遥感影像解译的土地利用数据, 采用土地利用动态变化和土 地利用转移矩阵, 系统分析了十大孔兑流域1980 年以来的土地利用变化时空特征。结果表明: 研究区以耕地、草地 和未利用地为主要土地利用类型, 1980 年以来草地面积逐渐增加, 未利用地面积逐渐减少, 1998 年- 2010 年较 1980 年- 1998 年的土地利用变化幅度和变化速度提高。1980 年- 1998 年和1998 年- 2010 年, 土地利用转移方 向主要是未利用地向低、中覆盖草地转化, 低覆盖草地向中、高覆盖草地转化, 中覆盖草地向高覆盖草地转化, 该转 化主要分布在流域的上中游, 以流域东部和西部最明显。1980 年- 1998 年间低覆盖草地向中、高覆盖草地转化比 例较高, 1998 年- 2010 年间未利用地向低、中覆盖草地转化比例较高。分析认为, 1980 年以来十大孔兑流域城镇 化水平提高, 林草水保措施力度增强、成效显著, 区域生态环境改善, 特别是国家实施/ 退耕还林( 草)0 生态修复政策 后, 生态环境改善效果更为突出。
研究黄河内蒙古段十大孔兑( 以下简称十大孔兑) 流域土地利用变化, 对于区域生态环境建设和水土保持效果 评价有重要意义。根据1980 年、1998 年、2010 年3 期遥感影像解译的土地利用数据, 采用土地利用动态变化和土 地利用转移矩阵, 系统分析了十大孔兑流域1980 年以来的土地利用变化时空特征。结果表明: 研究区以耕地、草地 和未利用地为主要土地利用类型, 1980 年以来草地面积逐渐增加, 未利用地面积逐渐减少, 1998 年- 2010 年较 1980 年- 1998 年的土地利用变化幅度和变化速度提高。1980 年- 1998 年和1998 年- 2010 年, 土地利用转移方 向主要是未利用地向低、中覆盖草地转化, 低覆盖草地向中、高覆盖草地转化, 中覆盖草地向高覆盖草地转化, 该转 化主要分布在流域的上中游, 以流域东部和西部最明显。1980 年- 1998 年间低覆盖草地向中、高覆盖草地转化比 例较高, 1998 年- 2010 年间未利用地向低、中覆盖草地转化比例较高。分析认为, 1980 年以来十大孔兑流域城镇 化水平提高, 林草水保措施力度增强、成效显著, 区域生态环境改善, 特别是国家实施/ 退耕还林( 草)0 生态修复政策 后, 生态环境改善效果更为突出。
2016, 14(1):37-41.
摘要:
地下水水源地污染预警是集中城镇供水的地下水资源保护和管理的重要依据。为了控制地下水污染, 使地下 水保护更具预见性和主动性, 提出了基于水质现状和污染风险的地下水水源地污染预警思路。水质现状是预警基 础, 决定预警的起始状态; 污染风险考虑了污染源载荷风险和污染危害性, 反映人类活动对地下水的影响, 决定区域 污染状况的发展变化。以浑河冲洪积扇饮用水水源地为例, 通过各因子的评价和叠加分析得到地下水水源地污染 预警值, 结果显示浑河冲洪积扇地区大部分水源地存在不同程度的污染警情。研究结果可为当地地下水水源地保 护提供依据。
地下水水源地污染预警是集中城镇供水的地下水资源保护和管理的重要依据。为了控制地下水污染, 使地下 水保护更具预见性和主动性, 提出了基于水质现状和污染风险的地下水水源地污染预警思路。水质现状是预警基 础, 决定预警的起始状态; 污染风险考虑了污染源载荷风险和污染危害性, 反映人类活动对地下水的影响, 决定区域 污染状况的发展变化。以浑河冲洪积扇饮用水水源地为例, 通过各因子的评价和叠加分析得到地下水水源地污染 预警值, 结果显示浑河冲洪积扇地区大部分水源地存在不同程度的污染警情。研究结果可为当地地下水水源地保 护提供依据。
2016, 14(1):42-49.
摘要:
为明确东北黑土区稻田土壤氮素渗漏规律, 在典型黑土区开展了基于农田水平衡的小区试验, 分析了不同灌 溉方式和施氮水平条件下稻田土壤渗漏水中三氮浓度变化情况, 并结合农田水平衡方程计算出了不同水肥条件下 的氮素淋失总量。结果表明, 渗漏水中铵态氮、硝态氮和总氮浓度与施氮量呈正相关关系, 控制灌溉和浅湿灌溉分 别可以减少硝态氮渗漏浓度111 89%和141 15%; 常规灌溉方式下每公顷每增加1 kg 施氮量( 折合成纯氮) , 氮素淋 失量增加01 117 5 kg , 控制灌溉和浅湿灌溉则分别增加01 035 9 kg 和01 055 7 kg ; 在水稻全生育期, 控制灌溉氮素淋 失总量最小, 平均为41 51 kg / hm2 , 约是常规灌溉的1/ 3、浅湿灌溉的1/ 2。综合分析认为, 浅湿灌溉是适用性更高 的灌溉方式, 理论合理施肥量为1371 30 kg / hm2 。
为明确东北黑土区稻田土壤氮素渗漏规律, 在典型黑土区开展了基于农田水平衡的小区试验, 分析了不同灌 溉方式和施氮水平条件下稻田土壤渗漏水中三氮浓度变化情况, 并结合农田水平衡方程计算出了不同水肥条件下 的氮素淋失总量。结果表明, 渗漏水中铵态氮、硝态氮和总氮浓度与施氮量呈正相关关系, 控制灌溉和浅湿灌溉分 别可以减少硝态氮渗漏浓度111 89%和141 15%; 常规灌溉方式下每公顷每增加1 kg 施氮量( 折合成纯氮) , 氮素淋 失量增加01 117 5 kg , 控制灌溉和浅湿灌溉则分别增加01 035 9 kg 和01 055 7 kg ; 在水稻全生育期, 控制灌溉氮素淋 失总量最小, 平均为41 51 kg / hm2 , 约是常规灌溉的1/ 3、浅湿灌溉的1/ 2。综合分析认为, 浅湿灌溉是适用性更高 的灌溉方式, 理论合理施肥量为1371 30 kg / hm2 。
2016, 14(1):50-53.
摘要:
非一致性水文频率分析中, 为了刻画未来环境变化对水文极值分布函数的影响, 常假定分布函数中的分布参 数随时间或其它因子变化, 这就导致了某一量级洪水在未来发生的可能性每年均不同, 是随时间变化的, 使得现行 水文频率分析框架中熟于理解的重现期/ 设计值概念难于应用。为此, 提出/ 等可靠度0 概念, 即假定在工程的设计 使用寿命期内, 非一致条件下的频率分析结果与平稳条件下的成果应具有相同的水文设计可靠度, 由此可以继续采 用现行水文频率分析框架中的重现期与可靠度的概念探讨非一致条件下频率分析中设计值的估计问题, 并建立了 一致/ 非一致性条件下计算方法的联系, 保证了非一致性条件下水文设计成果与现行工程采用的成果之间的衔接与 协调。
非一致性水文频率分析中, 为了刻画未来环境变化对水文极值分布函数的影响, 常假定分布函数中的分布参 数随时间或其它因子变化, 这就导致了某一量级洪水在未来发生的可能性每年均不同, 是随时间变化的, 使得现行 水文频率分析框架中熟于理解的重现期/ 设计值概念难于应用。为此, 提出/ 等可靠度0 概念, 即假定在工程的设计 使用寿命期内, 非一致条件下的频率分析结果与平稳条件下的成果应具有相同的水文设计可靠度, 由此可以继续采 用现行水文频率分析框架中的重现期与可靠度的概念探讨非一致条件下频率分析中设计值的估计问题, 并建立了 一致/ 非一致性条件下计算方法的联系, 保证了非一致性条件下水文设计成果与现行工程采用的成果之间的衔接与 协调。
2016, 14(1):54-58.
摘要:
通过发展新安江模型中非饱和带、饱和含水层水量平衡计算及入渗补给、潜水蒸发、河流2地下水水量交换动 态模拟功能, 在对作物灌溉需水量的估算基础上, 利用河流流量和地下水埋深观测资料进行模型反演, 实现对灌溉 开采量的估算。在淮北平原沙颖河流域井灌区应用表明, 该方法不仅较好地模拟河川径流和地下水埋深动态变化, 而且较好地估算出灌溉开采量动态变化过程及其对地下水埋深的影响。地下水开采量估算及地下水位动态变化对 地下水控制管理具有重要价值。
通过发展新安江模型中非饱和带、饱和含水层水量平衡计算及入渗补给、潜水蒸发、河流2地下水水量交换动 态模拟功能, 在对作物灌溉需水量的估算基础上, 利用河流流量和地下水埋深观测资料进行模型反演, 实现对灌溉 开采量的估算。在淮北平原沙颖河流域井灌区应用表明, 该方法不仅较好地模拟河川径流和地下水埋深动态变化, 而且较好地估算出灌溉开采量动态变化过程及其对地下水埋深的影响。地下水开采量估算及地下水位动态变化对 地下水控制管理具有重要价值。
2016, 14(1):59-66.
摘要:
针对滨海地区水资源系统的特点, 以加权相对总缺水深度最小和系统供水总成本最小为目标, 建立了平原河 网、平原水库群和远距离调水工程体系的水资源多目标优化调度模型; 利用多目标粒子群算法( MOPSO) 求解, 提出 了各类约束条件的处理方法, 并得到非劣解集; 采用距理想解欧拉距离最小准则, 得到最好权衡两个目标的最佳协 调解, 并取得相应的调度结果。以江苏沿海为背景开展实证研究, 验证了所建模型和求解方法的有效性。
针对滨海地区水资源系统的特点, 以加权相对总缺水深度最小和系统供水总成本最小为目标, 建立了平原河 网、平原水库群和远距离调水工程体系的水资源多目标优化调度模型; 利用多目标粒子群算法( MOPSO) 求解, 提出 了各类约束条件的处理方法, 并得到非劣解集; 采用距理想解欧拉距离最小准则, 得到最好权衡两个目标的最佳协 调解, 并取得相应的调度结果。以江苏沿海为背景开展实证研究, 验证了所建模型和求解方法的有效性。
2016, 14(1):67-71.
摘要:
基于Penman2Monteit h 公式和Budyko 假设, 利用白洋淀流域1960 年- 2011 年的气象、水文资料, 计算分析 了该流域潜在蒸散量与实际蒸散量的长期变化趋势, 并初步分析了实际蒸散量变化与降水变化、潜在蒸散量变化的 关系。结果表明: 过去52 年白洋淀流域潜在蒸散量和实际蒸散量分别以101 3 mm/ ( 10a) 和111 6 mm/ ( 10a) 的速度 呈下降趋势; 年代际变化分析表明, 潜在蒸散量的下降趋势在不同年代际间具有持续性, 而实际蒸散量则表现为波 动下降, 其波动性受降水波动的影响, 年实际蒸散量的变化与年降水的变化呈正相关关系( R2 = 01 99) , 与潜在蒸散 量的变化呈负相关关系( R2 = 01 37) , 即降水量的变化对实际蒸散量的变化起主要控制作用。
基于Penman2Monteit h 公式和Budyko 假设, 利用白洋淀流域1960 年- 2011 年的气象、水文资料, 计算分析 了该流域潜在蒸散量与实际蒸散量的长期变化趋势, 并初步分析了实际蒸散量变化与降水变化、潜在蒸散量变化的 关系。结果表明: 过去52 年白洋淀流域潜在蒸散量和实际蒸散量分别以101 3 mm/ ( 10a) 和111 6 mm/ ( 10a) 的速度 呈下降趋势; 年代际变化分析表明, 潜在蒸散量的下降趋势在不同年代际间具有持续性, 而实际蒸散量则表现为波 动下降, 其波动性受降水波动的影响, 年实际蒸散量的变化与年降水的变化呈正相关关系( R2 = 01 99) , 与潜在蒸散 量的变化呈负相关关系( R2 = 01 37) , 即降水量的变化对实际蒸散量的变化起主要控制作用。
2016, 14(1):72-77.
摘要:
江苏沿海开发对于缓解江苏地区人多地少的矛盾、补充耕地资源不足与加快长三角产业发展具有重要作用。 但是, 江苏沿海开发也对水资源需求产生重大而深远的影响, 使得水资源保障面临巨大挑战, 因此建立信息及时可 靠、模型切实有效、会商简洁高效的系统来支持沿海围垦区水资源管理决策是非常必要的。采用Java 语言编写, 基 于Or acle 数据库和GIS 技术, 以C/ S 与B/ S 相结合的结构模式构建起来一个面向决策者和管理人员的决策支持系 统, 其中包括信息管理与查询子系统、用水预测子系统、来水预测子系统、水量调度子系统与决策会商子系统五部 分。沿海围垦区水资源管理决策系统的开发与研究对于优化江苏沿海水资源供需格局, 破解江苏沿海水资源保障 难题具有重大意义, 也具有广泛的推广应用前景。
江苏沿海开发对于缓解江苏地区人多地少的矛盾、补充耕地资源不足与加快长三角产业发展具有重要作用。 但是, 江苏沿海开发也对水资源需求产生重大而深远的影响, 使得水资源保障面临巨大挑战, 因此建立信息及时可 靠、模型切实有效、会商简洁高效的系统来支持沿海围垦区水资源管理决策是非常必要的。采用Java 语言编写, 基 于Or acle 数据库和GIS 技术, 以C/ S 与B/ S 相结合的结构模式构建起来一个面向决策者和管理人员的决策支持系 统, 其中包括信息管理与查询子系统、用水预测子系统、来水预测子系统、水量调度子系统与决策会商子系统五部 分。沿海围垦区水资源管理决策系统的开发与研究对于优化江苏沿海水资源供需格局, 破解江苏沿海水资源保障 难题具有重大意义, 也具有广泛的推广应用前景。
2016, 14(1):78-83.
摘要:
随机森林是21 世纪提出的基于分类树的算法, 在处理大数据集中具有明显优势, 首度将其应用在降水长期预 报中。以长江中下游地区1 月份降水预报为例, 运用随机森林模型构建原则, 在74 项大气环流因子以及前期月降 水中筛选模型预报因子, 进行长期降水量预报, 并将其与神经网络模型预报效果进行对比, 发现随机森林的泛化误 差为13%, 预报准确率达到75%, 而神经网络的预报准确率仅为67%。此外, 本研究还对长江中下游地区的汛期 降水量进行了长期预报, 结果表明, 随机森林模型进行降水量长期预报中模拟和预报的效果令人满意, 值得进一步 研究和应用。
随机森林是21 世纪提出的基于分类树的算法, 在处理大数据集中具有明显优势, 首度将其应用在降水长期预 报中。以长江中下游地区1 月份降水预报为例, 运用随机森林模型构建原则, 在74 项大气环流因子以及前期月降 水中筛选模型预报因子, 进行长期降水量预报, 并将其与神经网络模型预报效果进行对比, 发现随机森林的泛化误 差为13%, 预报准确率达到75%, 而神经网络的预报准确率仅为67%。此外, 本研究还对长江中下游地区的汛期 降水量进行了长期预报, 结果表明, 随机森林模型进行降水量长期预报中模拟和预报的效果令人满意, 值得进一步 研究和应用。
2016, 14(1):84-89.
摘要:
基于1991 年- 2008 年香溪河流域降雨量和径流量资料, 将最大熵2Copula(M EC) 方法应用于流域降雨- 径流 相关性分析中。结果表明: MEC 方法生成的边缘分布能够有效拟合降雨量和径流量的观测值, 且在边缘分布确定 的过程中无需对线型进行假设, 以均值、标准差、偏度和峰度作为约束也能够很好的体现变量的统计特征; Gumbel2 Ho ug aard Copula 函数对于降雨量和径流量联合分布的拟合效果较好; 香溪河流域降雨量和径流量存在上尾相关 性, 这对防洪排涝有着重要的作用, 同时也为流域工程规划设计工作提供了参考依据。
基于1991 年- 2008 年香溪河流域降雨量和径流量资料, 将最大熵2Copula(M EC) 方法应用于流域降雨- 径流 相关性分析中。结果表明: MEC 方法生成的边缘分布能够有效拟合降雨量和径流量的观测值, 且在边缘分布确定 的过程中无需对线型进行假设, 以均值、标准差、偏度和峰度作为约束也能够很好的体现变量的统计特征; Gumbel2 Ho ug aard Copula 函数对于降雨量和径流量联合分布的拟合效果较好; 香溪河流域降雨量和径流量存在上尾相关 性, 这对防洪排涝有着重要的作用, 同时也为流域工程规划设计工作提供了参考依据。
2016, 14(1):90-95.
摘要:
近年来我国旱涝事件呈现出广发和频发趋势, 严重破坏了水资源供需平衡, 极大地制约着国民经济的快速发 展。依据汾渭平原水文、气象和历史旱灾资料, 划分了干旱事件等级, 绘制了干旱事件图谱, 分析发现汾渭平原近年 来发生干旱事件的频次越来越密集。利用汾河平原和渭河平原长序列年降水资料( 1951 年- 2012 年) , 基于SPI 法 计算结果, 分析了两平原降水的丰枯异步性和旱涝事件的重现期, 印证了汾渭平原可以进行旱涝/ 空间集合应对0 的 条件, 为进一步优化晋陕两省水资源配置提供了有力的技术支撑。
近年来我国旱涝事件呈现出广发和频发趋势, 严重破坏了水资源供需平衡, 极大地制约着国民经济的快速发 展。依据汾渭平原水文、气象和历史旱灾资料, 划分了干旱事件等级, 绘制了干旱事件图谱, 分析发现汾渭平原近年 来发生干旱事件的频次越来越密集。利用汾河平原和渭河平原长序列年降水资料( 1951 年- 2012 年) , 基于SPI 法 计算结果, 分析了两平原降水的丰枯异步性和旱涝事件的重现期, 印证了汾渭平原可以进行旱涝/ 空间集合应对0 的 条件, 为进一步优化晋陕两省水资源配置提供了有力的技术支撑。
2016, 14(1):96-101.
摘要:
以汉江上游丹江口流域为研究区域, 通过降雨2气象遥相关分析从74 项大气环流因子中筛选出预报因子, 建 立月降雨量与预报因子间的多元线性回归模型, 根据大气环流因子对月降雨量进行预报, 并构建研究区域的 SWAT 模型, 以预报的月降雨量作为模型输入, 实现月径流量的预报。以2012 年逐月降雨及径流为例, 模型对降 雨和径流预报的合格率均约为83%, 预报效果较好。研究表明, 根据降雨量2大气环流因子的统计相关关系预报月 降雨, 并结合水文模型进行径流预报, 对研究区域具有一定的适用性。
以汉江上游丹江口流域为研究区域, 通过降雨2气象遥相关分析从74 项大气环流因子中筛选出预报因子, 建 立月降雨量与预报因子间的多元线性回归模型, 根据大气环流因子对月降雨量进行预报, 并构建研究区域的 SWAT 模型, 以预报的月降雨量作为模型输入, 实现月径流量的预报。以2012 年逐月降雨及径流为例, 模型对降 雨和径流预报的合格率均约为83%, 预报效果较好。研究表明, 根据降雨量2大气环流因子的统计相关关系预报月 降雨, 并结合水文模型进行径流预报, 对研究区域具有一定的适用性。
2016, 14(1):102-108.
摘要:
随着社会经济的发展, 在中小河流发展通航及生态旅游越来越受到重视, 鉴于传统的升船机和船闸结构复杂、 投资大且自然和谐性差, 提出了一种新型扶梯式双向水力升船机, 其结构简单、操作方便, 完全靠水力驱动, 环保节 能, 具有良好的经济实用性。为了分析该种升船机的运行稳定性, 建立了船体2缆绳2承船厢2水体的流固耦合数值模 型, 模拟分析了升船机运行过程中厢内水体和船体晃动的规律, 探究了提高运行稳定性的措施。分析发现, 厢内船 体的晃动位移和承船厢受到的动水压力均在减速阶段出现峰值, 晃动位移峰值与停船加速度的大小几乎成正比, 且 不受厢内水深变化的影响; 水体晃动的频率与厢内水深有关, 与停船加速度无关。据此, 在承船厢内设置垂向挡板、 T 型挡板可在一定程度上减少厢内船体的晃动位移, 而在承船厢内设置纵向、横向缆绳可以明显减少厢内船体的晃 动位移, 并且纵向缆绳的减晃效果好于横向缆绳。
随着社会经济的发展, 在中小河流发展通航及生态旅游越来越受到重视, 鉴于传统的升船机和船闸结构复杂、 投资大且自然和谐性差, 提出了一种新型扶梯式双向水力升船机, 其结构简单、操作方便, 完全靠水力驱动, 环保节 能, 具有良好的经济实用性。为了分析该种升船机的运行稳定性, 建立了船体2缆绳2承船厢2水体的流固耦合数值模 型, 模拟分析了升船机运行过程中厢内水体和船体晃动的规律, 探究了提高运行稳定性的措施。分析发现, 厢内船 体的晃动位移和承船厢受到的动水压力均在减速阶段出现峰值, 晃动位移峰值与停船加速度的大小几乎成正比, 且 不受厢内水深变化的影响; 水体晃动的频率与厢内水深有关, 与停船加速度无关。据此, 在承船厢内设置垂向挡板、 T 型挡板可在一定程度上减少厢内船体的晃动位移, 而在承船厢内设置纵向、横向缆绳可以明显减少厢内船体的晃 动位移, 并且纵向缆绳的减晃效果好于横向缆绳。
2016, 14(1):109-113.
摘要:
运用自行研制的试验装置对水下不同结构参数的自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能进行试验, 研究了喷嘴的 上下喷嘴直径、腔径和腔长等不同的组合配比对喷嘴吸气量的影响, 以及喷嘴吸气量对喷嘴冲击性能的影响。结果 表明: 喷嘴吸气是提高水下自激脉冲射流冲击性能的有效途径, 喷嘴的相对冲击力随着喷嘴吸气量的增加而提高; 在较优的喷嘴结构参数配比范围内, 喷嘴的吸气比率最大; 最佳吸气比率的喷嘴面积比、相对腔长和相对腔径配比 范围分别为3. 5~ 4. 0、8~ 9、11~ 12. 5。
运用自行研制的试验装置对水下不同结构参数的自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能进行试验, 研究了喷嘴的 上下喷嘴直径、腔径和腔长等不同的组合配比对喷嘴吸气量的影响, 以及喷嘴吸气量对喷嘴冲击性能的影响。结果 表明: 喷嘴吸气是提高水下自激脉冲射流冲击性能的有效途径, 喷嘴的相对冲击力随着喷嘴吸气量的增加而提高; 在较优的喷嘴结构参数配比范围内, 喷嘴的吸气比率最大; 最佳吸气比率的喷嘴面积比、相对腔长和相对腔径配比 范围分别为3. 5~ 4. 0、8~ 9、11~ 12. 5。
19 心墙坝浸润线简化计算方法
2016, 14(1):114-118.
摘要:
通过理论分析和数值计算, 在考虑坝体与防渗墙的相对渗透系数关系的基础上, 提出了估算心墙坝坝体浸润 线的一种简化计算方法, 给出了浸润线位置的拟合公式。以白鸭山水库大坝为例, 将该简化方法与有限元法的计算 结果进行对比, 表明该简化方法合理、可行。这一简化计算方法可大大减少中小型水库大坝在进行除险加固方案比 选时的计算工作量。
通过理论分析和数值计算, 在考虑坝体与防渗墙的相对渗透系数关系的基础上, 提出了估算心墙坝坝体浸润 线的一种简化计算方法, 给出了浸润线位置的拟合公式。以白鸭山水库大坝为例, 将该简化方法与有限元法的计算 结果进行对比, 表明该简化方法合理、可行。这一简化计算方法可大大减少中小型水库大坝在进行除险加固方案比 选时的计算工作量。
2016, 14(1):119-123.
摘要:
为拓展压实水泥土在黄土地基处理中的应用, 以水泥掺量、粉煤灰掺量和含水量为因素, 设计L9 ( 34 ) 正交试 验方案, 击实试验法成样, 试验研究了压实水泥黄土28 d 和56 d 的力学特性, 分析了各因素对水泥土的干密度、强 度和弹性模量的作用规律、作用机理, 弹性模量与强度的关系。结果表明: 粉煤灰掺量对压实水泥黄土的干密度影 响极显著, 含水量的影响显著, 水泥掺量的影响不显著。水泥黄土的最大干密度和最优含水量应考虑粉煤灰掺量的 影响, 可不考虑水泥掺量的影响。粉煤灰能显著提高压实水泥黄土的强度和弹性模量, 尤其是后期强度。水泥掺量 对压实水泥黄土两个龄期的强度和弹性模量影响均极显著, 粉煤灰掺量的后期影响极显著, 含水量的影响显著。
为拓展压实水泥土在黄土地基处理中的应用, 以水泥掺量、粉煤灰掺量和含水量为因素, 设计L9 ( 34 ) 正交试 验方案, 击实试验法成样, 试验研究了压实水泥黄土28 d 和56 d 的力学特性, 分析了各因素对水泥土的干密度、强 度和弹性模量的作用规律、作用机理, 弹性模量与强度的关系。结果表明: 粉煤灰掺量对压实水泥黄土的干密度影 响极显著, 含水量的影响显著, 水泥掺量的影响不显著。水泥黄土的最大干密度和最优含水量应考虑粉煤灰掺量的 影响, 可不考虑水泥掺量的影响。粉煤灰能显著提高压实水泥黄土的强度和弹性模量, 尤其是后期强度。水泥掺量 对压实水泥黄土两个龄期的强度和弹性模量影响均极显著, 粉煤灰掺量的后期影响极显著, 含水量的影响显著。
2016, 14(1):124-130.
摘要:
针对物理模型试验难以得到详细的流速、压强等水力参数数据问题, 利用流体力学软件FLUENT 建立RNG k- E双方程紊流模型进行数值模拟, 得到消力池内最大水深、流态、流速以及压强等水力参数, 通过数学模型计算 值与物理模型试验值对比分析以及数值模拟计算值之间对比分析, 结果表明: 数学模型计算值与物理模型试验值吻 合较好, 且布置双层悬栅时, 计算值与试验值误差较小; 双层悬栅使水流产生漩涡的能力较强, 从而使水流对护坦冲 击较小, 护坦处涌浪降低, 对压强变化影响较大, 说明双层悬栅具有更好的消波稳流作用。
针对物理模型试验难以得到详细的流速、压强等水力参数数据问题, 利用流体力学软件FLUENT 建立RNG k- E双方程紊流模型进行数值模拟, 得到消力池内最大水深、流态、流速以及压强等水力参数, 通过数学模型计算 值与物理模型试验值对比分析以及数值模拟计算值之间对比分析, 结果表明: 数学模型计算值与物理模型试验值吻 合较好, 且布置双层悬栅时, 计算值与试验值误差较小; 双层悬栅使水流产生漩涡的能力较强, 从而使水流对护坦冲 击较小, 护坦处涌浪降低, 对压强变化影响较大, 说明双层悬栅具有更好的消波稳流作用。
2016, 14(1):131-135.
摘要:
对长距离高落差重力流供水工程中阀门动作规律进行了研究, 分析了关阀的水锤特性, 运用特征线法推导了 在已知阀门关闭规律时管道首相水锤压力的解析公式以及在已知管道控制压力时阀门最快直线关闭规律的解析公 式, 并结合数值计算对公式的正确性进行检验。结果表明: 推导出的首相水锤压力解析公式和水锤直线关阀规律解 析公式计算均与数值计算结果吻合较好, 精度较高, 可为高落差重力流供水工程的管道设计及运行调度提供参考。
对长距离高落差重力流供水工程中阀门动作规律进行了研究, 分析了关阀的水锤特性, 运用特征线法推导了 在已知阀门关闭规律时管道首相水锤压力的解析公式以及在已知管道控制压力时阀门最快直线关闭规律的解析公 式, 并结合数值计算对公式的正确性进行检验。结果表明: 推导出的首相水锤压力解析公式和水锤直线关阀规律解 析公式计算均与数值计算结果吻合较好, 精度较高, 可为高落差重力流供水工程的管道设计及运行调度提供参考。
2016, 14(1):136-142.
摘要:
PH C2钢管组合桩因抗腐蚀、贯入性能好, 在高桩码头开始推广使用。但是其上部是PH C 管桩, 下部是钢管 桩, 两者桩径不同, 弹性模量和密度等差异很大, 荷载在桩体中的传递呈现出不同的作用机理, 传统计算方法无法直 接应用于其竖向承载力计算, 而且该桩型竖向荷载传递机理研究未见报道, 导致PH C2钢管组合桩竖向荷载设计缺 少机理依据。运用FLAC3D 软件并基于镇江扬中长江沿岸地区地质条件, 对PH C2钢管组合桩进行竖向静载数值计 算, 同时考虑土体软化特性、桩土接触特性及沉降大变形问题, 对/ 接桩部位埋深0 、/ 接桩部位面积0 问题进行研究。 分析其不同组合下对桩身极限承载力的影响以及桩身轴力、侧摩阻力分布规律。结果表明, 镇江扬中长江沿岸地区 打入的PH C2钢管组合桩是端承摩擦桩; 接桩部位埋深与面积会影响极限承载力和桩体失稳后沉降值大小; 桩身轴 力在接桩部位发生较大衰减; 桩侧摩阻力随深度变化较复杂; 整桩侧摩阻力极值出现在接桩部位。
PH C2钢管组合桩因抗腐蚀、贯入性能好, 在高桩码头开始推广使用。但是其上部是PH C 管桩, 下部是钢管 桩, 两者桩径不同, 弹性模量和密度等差异很大, 荷载在桩体中的传递呈现出不同的作用机理, 传统计算方法无法直 接应用于其竖向承载力计算, 而且该桩型竖向荷载传递机理研究未见报道, 导致PH C2钢管组合桩竖向荷载设计缺 少机理依据。运用FLAC3D 软件并基于镇江扬中长江沿岸地区地质条件, 对PH C2钢管组合桩进行竖向静载数值计 算, 同时考虑土体软化特性、桩土接触特性及沉降大变形问题, 对/ 接桩部位埋深0 、/ 接桩部位面积0 问题进行研究。 分析其不同组合下对桩身极限承载力的影响以及桩身轴力、侧摩阻力分布规律。结果表明, 镇江扬中长江沿岸地区 打入的PH C2钢管组合桩是端承摩擦桩; 接桩部位埋深与面积会影响极限承载力和桩体失稳后沉降值大小; 桩身轴 力在接桩部位发生较大衰减; 桩侧摩阻力随深度变化较复杂; 整桩侧摩阻力极值出现在接桩部位。
2016, 14(1):143-148.
摘要:
南水北调中线工程通水后, 将有部分结余水量用于补给潮白河地下水调蓄区。由于南方地表水( 以下简称南 水) 与北京当地地下水的水质存在一定差异, 回灌过程中很有可能发生水岩相互作用。研究以潮白河地下水回灌区 为例, 通过静态摇瓶实验和水文地球化学模拟等研究方法, 对南水补给北京深层地下水过程中产生的水岩作用过程 和水质影响程度进行分析评价。研究结果表明: 南水回灌过程中, 地下水的主要离子成分会受到硝化作用、阳离子 交换作用及包气带矿物质溶解等作用的综合影响。两种水混合过程中, 土壤矿物相中的方解石和白云石不断溶解, Ca2+ 、Mg2+ 浓度逐渐升高, 反应过程中还伴随强烈的阳离子交换作用, 主要为Na+ 与Ca2+ 、M g2+ 的交换。南水比 例越大, 溶解氧促进硝化作用越明显; 在硝化作用和碳酸平衡的共同影响下, 地下水的pH 值呈现先降低后升高的 趋势。
南水北调中线工程通水后, 将有部分结余水量用于补给潮白河地下水调蓄区。由于南方地表水( 以下简称南 水) 与北京当地地下水的水质存在一定差异, 回灌过程中很有可能发生水岩相互作用。研究以潮白河地下水回灌区 为例, 通过静态摇瓶实验和水文地球化学模拟等研究方法, 对南水补给北京深层地下水过程中产生的水岩作用过程 和水质影响程度进行分析评价。研究结果表明: 南水回灌过程中, 地下水的主要离子成分会受到硝化作用、阳离子 交换作用及包气带矿物质溶解等作用的综合影响。两种水混合过程中, 土壤矿物相中的方解石和白云石不断溶解, Ca2+ 、Mg2+ 浓度逐渐升高, 反应过程中还伴随强烈的阳离子交换作用, 主要为Na+ 与Ca2+ 、M g2+ 的交换。南水比 例越大, 溶解氧促进硝化作用越明显; 在硝化作用和碳酸平衡的共同影响下, 地下水的pH 值呈现先降低后升高的 趋势。
2016, 14(1):149-154.
摘要:
根据西安市区地下水位监测资料, 分析了地下位动态变化特征, 并以水文地质分区为单元, 对水位动态的影响 因素( 降水和开采) 进行了研究。结果表明: 1965 年- 2010 年西安市地下水位整体呈下降趋势; 降水量对地下水位 的影响主要体现在丰水年水位回升或下降速率减缓, 枯水年水位下降速率加剧, 不同水文地质分区水位变化与降水 量变化的相关程度不同; 开采量对地下水位的影响体现在随着开采量增加, 地下水位下降, 但同样的开采量下, 各个 水文地质分区水位下降幅度不同; 最后, 运用灰色关联度分析水位变化的主导因素, 结果表明, 地下水开采是西安市 区地下水位变化的主导因素。
根据西安市区地下水位监测资料, 分析了地下位动态变化特征, 并以水文地质分区为单元, 对水位动态的影响 因素( 降水和开采) 进行了研究。结果表明: 1965 年- 2010 年西安市地下水位整体呈下降趋势; 降水量对地下水位 的影响主要体现在丰水年水位回升或下降速率减缓, 枯水年水位下降速率加剧, 不同水文地质分区水位变化与降水 量变化的相关程度不同; 开采量对地下水位的影响体现在随着开采量增加, 地下水位下降, 但同样的开采量下, 各个 水文地质分区水位下降幅度不同; 最后, 运用灰色关联度分析水位变化的主导因素, 结果表明, 地下水开采是西安市 区地下水位变化的主导因素。
2016, 14(1):155-160.
摘要:
库区滑坡失稳易引起堵江事件, 而堵江堰塞坝的高度则直接影响水库能否正常运营调度, 特别是对中小型水 库而言。综合前人对滑坡堵江的研究成果, 以西南山区某中型水库库区滑坡堆积体为研究对象, 假设滑坡失稳堵江 为完全堵江, 对滑坡堵江可能性进行预测, 着重选取三种方法对滑坡堵江的高度进行预测, 并讨论了滑坡堵江的负 效应, 从而完成对库区滑坡堵江的风险性预判。以此初步建立了针对山区中小型水库滑坡堵江预测的研究思路, 以 期为此类问题的分析提供参考。
库区滑坡失稳易引起堵江事件, 而堵江堰塞坝的高度则直接影响水库能否正常运营调度, 特别是对中小型水 库而言。综合前人对滑坡堵江的研究成果, 以西南山区某中型水库库区滑坡堆积体为研究对象, 假设滑坡失稳堵江 为完全堵江, 对滑坡堵江可能性进行预测, 着重选取三种方法对滑坡堵江的高度进行预测, 并讨论了滑坡堵江的负 效应, 从而完成对库区滑坡堵江的风险性预判。以此初步建立了针对山区中小型水库滑坡堵江预测的研究思路, 以 期为此类问题的分析提供参考。
2016, 14(1):161-164.
摘要:
海绵城市和智慧城市都是新一代的城市管理理念, 都是为了让城市变得更加美好。将智慧城市的智慧化理念 融入到海绵城市之中, 实现海绵城市的智慧化, 对于加快推进海绵城市的建设步伐和更好更高效地发挥海绵城市的 作用, 有很重要的意义。本文首先介绍了海绵城市的智慧化理念, 然后从海绵城市的规划建设、运行管理和绩效评 价三个阶段分别探讨了智慧化理念在海绵城市中的应用, 以期为智慧的海绵城市发展提供一些借鉴和启示。
海绵城市和智慧城市都是新一代的城市管理理念, 都是为了让城市变得更加美好。将智慧城市的智慧化理念 融入到海绵城市之中, 实现海绵城市的智慧化, 对于加快推进海绵城市的建设步伐和更好更高效地发挥海绵城市的 作用, 有很重要的意义。本文首先介绍了海绵城市的智慧化理念, 然后从海绵城市的规划建设、运行管理和绩效评 价三个阶段分别探讨了智慧化理念在海绵城市中的应用, 以期为智慧的海绵城市发展提供一些借鉴和启示。
2016, 14(1):165-171.
摘要:
为了探索理论和实用性兼顾的水污染物排污权初始分配价格的定价方法, 在对现有排污权定价模型分析的基 础上, 通过对环境容量的资源性和价值性的探讨, 建立了支付意愿定价模型和租金分配定价模型。以河南省为例, 水污染物( 以COD 和氨氮为例) 排污权初始分配价格计算结果为: 支付意愿定价模型核算出的COD 排污权价格为 3 463 元/ t, 氨氮排污权价格为4 329 元/ t; 租金分配定价模型核算出的COD 排污权价格为4 499 元/ t, 氨氮排污权 价格为9 122 元/ t。两种定价模型均具有一定可行性, 但租金分配定价模型的定价理论更为合理, 定价结果更为可 靠, 因此推荐以租金分配定价模型为主, 以支付意愿定价模型为辅来进行水污染物初始排污权的价格制定。
为了探索理论和实用性兼顾的水污染物排污权初始分配价格的定价方法, 在对现有排污权定价模型分析的基 础上, 通过对环境容量的资源性和价值性的探讨, 建立了支付意愿定价模型和租金分配定价模型。以河南省为例, 水污染物( 以COD 和氨氮为例) 排污权初始分配价格计算结果为: 支付意愿定价模型核算出的COD 排污权价格为 3 463 元/ t, 氨氮排污权价格为4 329 元/ t; 租金分配定价模型核算出的COD 排污权价格为4 499 元/ t, 氨氮排污权 价格为9 122 元/ t。两种定价模型均具有一定可行性, 但租金分配定价模型的定价理论更为合理, 定价结果更为可 靠, 因此推荐以租金分配定价模型为主, 以支付意愿定价模型为辅来进行水污染物初始排污权的价格制定。
2016, 14(1):172-177.
摘要:
考虑到经济产业结构调整和用水效率控制对社会水循环过程调控的重要性, 以江苏沿海开发区域内的盐城市 为研究区, 根据其社会经济现状与发展计划、水资源开发利用战略与目标、节水型社会建设规划方案等实际情况, 采 用水资源利用驱动因素分析法和数学规划解析法相结合的手段, 建立了纳入驱动因素分解效应量化值的非线性规 划模型, 计算了2010- 2015 年研究区基于用水总量控制的社会经济发展规模、产业结构比例及其用水效率的合理 方案。最后, 根据计算成果, 分析了研究区产业结构、用水定额、经济水平与人口规模四个因素对区域用水总量变化 的影响。
考虑到经济产业结构调整和用水效率控制对社会水循环过程调控的重要性, 以江苏沿海开发区域内的盐城市 为研究区, 根据其社会经济现状与发展计划、水资源开发利用战略与目标、节水型社会建设规划方案等实际情况, 采 用水资源利用驱动因素分析法和数学规划解析法相结合的手段, 建立了纳入驱动因素分解效应量化值的非线性规 划模型, 计算了2010- 2015 年研究区基于用水总量控制的社会经济发展规模、产业结构比例及其用水效率的合理 方案。最后, 根据计算成果, 分析了研究区产业结构、用水定额、经济水平与人口规模四个因素对区域用水总量变化 的影响。
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