南水北调与水利科技（中英文）
2019年第17卷第5期文章目次
2019, 17(5):1-10.
摘要:
河流水权确权是水资源高效利用的重要措施。基于Hydro30全球高精度河网，以青海省县级行政单元为基本确权单元，提出了确权单元多年平均径流量、多年平均生态环境需水量、未来需水量预测、用水总量控制红线划定等计算和分配方法。首次将河流生态环境需水量分为河流最小生态环境需水量和河流适宜生态环境需水量；利用分解比例法和需水量调节法划定了确权单元用水总量控制红线；基于用水总量控制红线、未来需水量、河流水资源可利用量和地下水取水量确定了确权单元的取水权；确权单元内各条河流的取水权根据尊重历史用水与现状用水原则、生态公平原则、公平与效率原则、可持续利用原则、优化配置原则等综合确定。对于河流自产水量不能满足用水需求的确权单元，在取水量上限为用水总量控制红线的前提下，确权单元可以利用流域内上游过境水。获得了青海省46个确权单元2020年和2030年河流最大取水权和适宜取水权（以西宁市河流水权确权为例）。首次在县级单元对河流取水权进行了确权，可为其他地区河流水权确权提供借鉴。
河流水权确权是水资源高效利用的重要措施。基于Hydro30全球高精度河网，以青海省县级行政单元为基本确权单元，提出了确权单元多年平均径流量、多年平均生态环境需水量、未来需水量预测、用水总量控制红线划定等计算和分配方法。首次将河流生态环境需水量分为河流最小生态环境需水量和河流适宜生态环境需水量；利用分解比例法和需水量调节法划定了确权单元用水总量控制红线；基于用水总量控制红线、未来需水量、河流水资源可利用量和地下水取水量确定了确权单元的取水权；确权单元内各条河流的取水权根据尊重历史用水与现状用水原则、生态公平原则、公平与效率原则、可持续利用原则、优化配置原则等综合确定。对于河流自产水量不能满足用水需求的确权单元，在取水量上限为用水总量控制红线的前提下，确权单元可以利用流域内上游过境水。获得了青海省46个确权单元2020年和2030年河流最大取水权和适宜取水权（以西宁市河流水权确权为例）。首次在县级单元对河流取水权进行了确权，可为其他地区河流水权确权提供借鉴。
2019, 17(5):11-19.
摘要:
以中国山洪水文模型为基础，综合考虑前期影响雨量、累积雨量、降雨强度及雨型分布、地形地貌等因素的影响，提出了基于分布式水文模型的小流域动态临界雨量预警指标分析方法。以四川省不同水文分区3个典型小流域（赶场、西宁和新生流域）为例，评估了该指标用于小流域山洪预警的精度。研究表明：(1)中国山洪水文模型在研究区内具有较好的适用性，3个小流域率定期和验证期的山洪模拟合格率均在90%以上；(2)以1 h、3 h和6 h为预警时段，赶场、西宁和新生流域的临界雨量分别为20~250 mm、12~160 mm、6~140 mm；(3)不同预警时段下，3个小流域山洪预警的合格率达到80%以上。研究成果可为小流域山洪预警提供理论支持和技术支撑。
以中国山洪水文模型为基础，综合考虑前期影响雨量、累积雨量、降雨强度及雨型分布、地形地貌等因素的影响，提出了基于分布式水文模型的小流域动态临界雨量预警指标分析方法。以四川省不同水文分区3个典型小流域（赶场、西宁和新生流域）为例，评估了该指标用于小流域山洪预警的精度。研究表明：(1)中国山洪水文模型在研究区内具有较好的适用性，3个小流域率定期和验证期的山洪模拟合格率均在90%以上；(2)以1 h、3 h和6 h为预警时段，赶场、西宁和新生流域的临界雨量分别为20~250 mm、12~160 mm、6~140 mm；(3)不同预警时段下，3个小流域山洪预警的合格率达到80%以上。研究成果可为小流域山洪预警提供理论支持和技术支撑。
2019, 17(5):20-28.
摘要:
以深圳市民治片区为研究对象，建立了基于SWMM模型和二维水动力学模型的城市雨洪水文水动力耦合模型，并采用历史调研资料对所构建的城市雨洪模型进行验证，结果表明该模型具有良好的精度和可靠性。利用所构建的城市雨洪模型模拟分析民治片区内涝情况，根据致灾因子和受灾体情况建立民治片区内涝风险评估指标体系，利用ArcGIS技术和层次分析法对民治片区内涝灾害进行风险评价，风险评价结果表明城市内涝灾害风险主要受淹没情况影响，民治片区高风险区主要集中在民强社区、民治社区、新牛社区内民治河沿河下游区域，低风险区主要分布在远离民治河的民乐社区、民泰社区和大岭社区。
以深圳市民治片区为研究对象，建立了基于SWMM模型和二维水动力学模型的城市雨洪水文水动力耦合模型，并采用历史调研资料对所构建的城市雨洪模型进行验证，结果表明该模型具有良好的精度和可靠性。利用所构建的城市雨洪模型模拟分析民治片区内涝情况，根据致灾因子和受灾体情况建立民治片区内涝风险评估指标体系，利用ArcGIS技术和层次分析法对民治片区内涝灾害进行风险评价，风险评价结果表明城市内涝灾害风险主要受淹没情况影响，民治片区高风险区主要集中在民强社区、民治社区、新牛社区内民治河沿河下游区域，低风险区主要分布在远离民治河的民乐社区、民泰社区和大岭社区。
2019, 17(5):29-36.
摘要:
为分析和评估区域水资源可持续发展状态，以水资源生态足迹系统的框架体系作为基础，引入水资源足迹广度与深度，区分水资源流量资本与存量资本，结合北京市实际情况，在现有人口和水资源条件下，计算水资源生态承载力的同时探讨改进的差分自回归移动平均模型ARIMA与广义神经网络GRNN的组合模型在水资源生态足迹中的拟合预测效果。结果显示：北京市长期处于水资源赤字这种不安全状态下，研究期内水资源足迹深度均大于1，平均水资源生态足迹为 0.169 hm2/cap，约是平均水资源生态承载力的2倍，万元工业增加值用水量、万元GDP用水量、万元农业增加值用水量三个指标是影响北京市水资源生态足迹的重要因素。ARIMA（3，2，1)与GRNN耦合模型对北京市水资源生态足迹的拟合及预测效果优于单纯的ARIMA模型，其预测结果可为北京市水资源更有效地进行保护和配置提供参考。
为分析和评估区域水资源可持续发展状态，以水资源生态足迹系统的框架体系作为基础，引入水资源足迹广度与深度，区分水资源流量资本与存量资本，结合北京市实际情况，在现有人口和水资源条件下，计算水资源生态承载力的同时探讨改进的差分自回归移动平均模型ARIMA与广义神经网络GRNN的组合模型在水资源生态足迹中的拟合预测效果。结果显示：北京市长期处于水资源赤字这种不安全状态下，研究期内水资源足迹深度均大于1，平均水资源生态足迹为 0.169 hm2/cap，约是平均水资源生态承载力的2倍，万元工业增加值用水量、万元GDP用水量、万元农业增加值用水量三个指标是影响北京市水资源生态足迹的重要因素。ARIMA（3，2，1)与GRNN耦合模型对北京市水资源生态足迹的拟合及预测效果优于单纯的ARIMA模型，其预测结果可为北京市水资源更有效地进行保护和配置提供参考。
2019, 17(5):37-43.
摘要:
中国中小流域地区洪水灾害频发，探究新型城市雨洪模型是当下的研究热点。通过耦合水文模型与二维水动力模型的方法，使得在模拟城市下垫面洪水淹没情况的同时，又能使模拟达到较快的运算速度。以泉州市梅溪流域为例，探究耦合模型在中国中小流域范围应用的可行性。结果表明，耦合模型模拟水量平衡误差极小，淹没水深结果与验证值吻合较好。根据对淹没水深图与达最大水深时间图的分析，得到区域范围洪水的空间分布及时间分布，可为中小流域洪水治理提供决策支持。但中小流域水文数据匮乏一定程度上限制了模型的可靠性。
中国中小流域地区洪水灾害频发，探究新型城市雨洪模型是当下的研究热点。通过耦合水文模型与二维水动力模型的方法，使得在模拟城市下垫面洪水淹没情况的同时，又能使模拟达到较快的运算速度。以泉州市梅溪流域为例，探究耦合模型在中国中小流域范围应用的可行性。结果表明，耦合模型模拟水量平衡误差极小，淹没水深结果与验证值吻合较好。根据对淹没水深图与达最大水深时间图的分析，得到区域范围洪水的空间分布及时间分布，可为中小流域洪水治理提供决策支持。但中小流域水文数据匮乏一定程度上限制了模型的可靠性。
2019, 17(5):44-49.
摘要:
为进一步提高中长期径流预报精度，以兰西水文站1959-2014年径流深数据为例，分别利用灰色模型和BP神经网络模型对径流深数据进行预测，采用马尔可夫链推求状态概率对预测结果校正，用最小二乘法对双模型校正结果进行耦合。模型所得组合校正预测结果通过平均相对误差、均方差和合格率进行统计描述，校正后的组合预测结果平均相对误差和均方差分别为12.72%和11.70，均要优于灰色模型和BP神经网络模型且90.91%的预报结果满足相对误差小于20%的控制条件。可见，耦合模型能有效规避单一模型已存在的缺点，基于马尔可夫链的修正结果可使预测精度进一步提升。因此，本研究提供的组合校正模型在一定程度上具有更好的拟合效果和预报精度，是一种具有实用价值的预测模型。
为进一步提高中长期径流预报精度，以兰西水文站1959-2014年径流深数据为例，分别利用灰色模型和BP神经网络模型对径流深数据进行预测，采用马尔可夫链推求状态概率对预测结果校正，用最小二乘法对双模型校正结果进行耦合。模型所得组合校正预测结果通过平均相对误差、均方差和合格率进行统计描述，校正后的组合预测结果平均相对误差和均方差分别为12.72%和11.70，均要优于灰色模型和BP神经网络模型且90.91%的预报结果满足相对误差小于20%的控制条件。可见，耦合模型能有效规避单一模型已存在的缺点，基于马尔可夫链的修正结果可使预测精度进一步提升。因此，本研究提供的组合校正模型在一定程度上具有更好的拟合效果和预报精度，是一种具有实用价值的预测模型。
2019, 17(5):50-55.
摘要:
为研究区域降水时间特征，提高年降水量预测精度，采用Morlet小波对黄山市1957－2016年的年降水量周期进行分析，并基于1957－2011年的年降水量构建了ARIMA模型和小波与ARIMA组合模型，分别对该市2012－2016年的年降水量进行了预测及对比分析。结果表明：黄山市近60 a年降水量主要受28 a、13 a、5 a的周期波动影响；采用ARIMA及组合模型预测2012－2016年年降水量的平均相对误差绝对值分别为19.8%和12.3%，组合模型的拟合和预测效果更优；两种方法对2012年、2015年和2016年的年降水量预测误差均较大，可能是这几年降水受ENSO事件影响，降水机制异于常年，致模型预测误差较大。结果可为区域中长期水文预报提供科学依据，对区域旱涝灾害预警管理具有一定应用价值。
为研究区域降水时间特征，提高年降水量预测精度，采用Morlet小波对黄山市1957－2016年的年降水量周期进行分析，并基于1957－2011年的年降水量构建了ARIMA模型和小波与ARIMA组合模型，分别对该市2012－2016年的年降水量进行了预测及对比分析。结果表明：黄山市近60 a年降水量主要受28 a、13 a、5 a的周期波动影响；采用ARIMA及组合模型预测2012－2016年年降水量的平均相对误差绝对值分别为19.8%和12.3%，组合模型的拟合和预测效果更优；两种方法对2012年、2015年和2016年的年降水量预测误差均较大，可能是这几年降水受ENSO事件影响，降水机制异于常年，致模型预测误差较大。结果可为区域中长期水文预报提供科学依据，对区域旱涝灾害预警管理具有一定应用价值。
2019, 17(5):56-63.
摘要:
高精度的水位预测能为防洪决策、水资源管理等提供重要的调度依据，减少洪旱灾害损失。为提高预报精度，提出一种基于小波分析的NARX神经网络模型（DWT-NARX），综合考虑洪泽湖入湖流量、出湖流量、周边用水、前期水位等因素，对洪泽湖日水位进行预报，并与BP神经网络、NARX神经网络模型进行比较。结果表明，三种模型在短历时预报中均取得了较好的模拟预测效果。当预见期为1或2天时，Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.9，合格率大于85%；当预见期超过3 d，NARX模型在水位变幅较大的时段预测结果变差，BP模型出现严重的震荡现象，NARX和DWT-NARX模型结果均优于BP神经网络，DWT-NARX在整体上结果最优。研究成果可为洪泽湖的水位预报提供一定的参考价值。
高精度的水位预测能为防洪决策、水资源管理等提供重要的调度依据，减少洪旱灾害损失。为提高预报精度，提出一种基于小波分析的NARX神经网络模型（DWT-NARX），综合考虑洪泽湖入湖流量、出湖流量、周边用水、前期水位等因素，对洪泽湖日水位进行预报，并与BP神经网络、NARX神经网络模型进行比较。结果表明，三种模型在短历时预报中均取得了较好的模拟预测效果。当预见期为1或2天时，Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.9，合格率大于85%；当预见期超过3 d，NARX模型在水位变幅较大的时段预测结果变差，BP模型出现严重的震荡现象，NARX和DWT-NARX模型结果均优于BP神经网络，DWT-NARX在整体上结果最优。研究成果可为洪泽湖的水位预报提供一定的参考价值。
2019, 17(5):64-70.
摘要:
SCS-CN (Soil Conservation Service Curve Number) 模型是广泛应用经验性水文模型，其模型参数的确定与空间尺度效应对径流模拟结果有着重要的影响。选取淮河上游为研究区，分析SCS-CN模型参数的敏感性并对模型进行改进，探讨了9种栅格尺度（100～2 000 m）下径流模拟结果的空间尺度效应。研究结果表明：SCSCN模型输入参数中，系数b的敏感性高于初损系数(λ)，将参数b值作为模型需要修正的参数；随着空间尺度增加，下垫面各要素的尺度变化使得参数b呈指数递减趋势；模型模拟精度的最佳空间尺度范围是250～500 m尺度。
SCS-CN (Soil Conservation Service Curve Number) 模型是广泛应用经验性水文模型，其模型参数的确定与空间尺度效应对径流模拟结果有着重要的影响。选取淮河上游为研究区，分析SCS-CN模型参数的敏感性并对模型进行改进，探讨了9种栅格尺度（100～2 000 m）下径流模拟结果的空间尺度效应。研究结果表明：SCSCN模型输入参数中，系数b的敏感性高于初损系数(λ)，将参数b值作为模型需要修正的参数；随着空间尺度增加，下垫面各要素的尺度变化使得参数b呈指数递减趋势；模型模拟精度的最佳空间尺度范围是250～500 m尺度。
2019, 17(5):71-80.
摘要:
沙颍河周口闸的建成运行，使得下游河流水文情势发生较大改变，对其水生态系统结构功能产生了显著影响。为定量评价周口段的水文情势变化，选取周口水文站1951-2016年的日径流资料，采用RVA法评估水闸建成前后33个水文指标的改变度及其生态影响。结果表明：（1）1975年后，人类活动尤其是周口闸的运行对沙颍河干流水文情势影响加剧，月均流量均呈明显下降趋势，河道内多次出现断流情况；（2）周口站的整体水文改变度为42.23%，属于中度改变，其中11月月均流量、最小1 d流量出现时间和流量下降率受到的影响最为强烈，为高度改变；（3）沙颍河流域水资源供需矛盾突出，水闸的运行调度对水生态系统的稳定性产生不利影响，迫切需要对沙颍河进行生态修复，对河流流量适时调整，实现区域经济和水生态系统协调发展。
沙颍河周口闸的建成运行，使得下游河流水文情势发生较大改变，对其水生态系统结构功能产生了显著影响。为定量评价周口段的水文情势变化，选取周口水文站1951-2016年的日径流资料，采用RVA法评估水闸建成前后33个水文指标的改变度及其生态影响。结果表明：（1）1975年后，人类活动尤其是周口闸的运行对沙颍河干流水文情势影响加剧，月均流量均呈明显下降趋势，河道内多次出现断流情况；（2）周口站的整体水文改变度为42.23%，属于中度改变，其中11月月均流量、最小1 d流量出现时间和流量下降率受到的影响最为强烈，为高度改变；（3）沙颍河流域水资源供需矛盾突出，水闸的运行调度对水生态系统的稳定性产生不利影响，迫切需要对沙颍河进行生态修复，对河流流量适时调整，实现区域经济和水生态系统协调发展。
2019, 17(5):81-89.
摘要:
选择内蒙河套灌区义长灌域作为研究区，利用研究区67眼监测井的地下水埋深资料，采用传统统计学、地统计学和灰色关联分析法，对灌域1990-2015年地下水埋深的时空变异性及其主控因素进行了分析，结果表明：（1）义长灌域26 a来潜水位下降近0.4 m，平均下降速率1.6 cm/a；（2）义长灌域26 a地下水埋深的最优变异函数有高斯、指数和球状模型，以高斯模型为主，区域地下水埋深具有较强的空间相关性，变程多在5～7 km；（3）空间插值结果表明，不同时期地下水埋深的空间分布存在一定的差异性，但总体上以1.5～2.5 m范围为主，平均占比60%；（4）根据灰色关联分析法和偏相关分析，发现蒸发量和地下水补给量是义长灌域地下水埋深的主要驱动因素。
选择内蒙河套灌区义长灌域作为研究区，利用研究区67眼监测井的地下水埋深资料，采用传统统计学、地统计学和灰色关联分析法，对灌域1990-2015年地下水埋深的时空变异性及其主控因素进行了分析，结果表明：（1）义长灌域26 a来潜水位下降近0.4 m，平均下降速率1.6 cm/a；（2）义长灌域26 a地下水埋深的最优变异函数有高斯、指数和球状模型，以高斯模型为主，区域地下水埋深具有较强的空间相关性，变程多在5～7 km；（3）空间插值结果表明，不同时期地下水埋深的空间分布存在一定的差异性，但总体上以1.5～2.5 m范围为主，平均占比60%；（4）根据灰色关联分析法和偏相关分析，发现蒸发量和地下水补给量是义长灌域地下水埋深的主要驱动因素。
2019, 17(5):90-99.
摘要:
流域水污染负荷估算及污染源解析是流域水环境治理的基础性工作。采用监测和统计数据，综合考虑点源和非点源污染，估算2016年御河流域水污染负荷。在地理信息系统支持下，基于流域数字高程模型和监测断面位置将流域划分为6个控制单元，提出了入河系数的估算方法，分析了各控制单元各类污染源的贡献。结果表明：2016年COD、NH3-N和TP入河量分别为7 299.52 t/a、1 163.56 t/a和124.46 t/a，其中分别有70.04%、86.45%和68.00%来源于点源污染。污染物主要来自十里河上游和御河上游，未收集的点源是御河最主要的污染源，对COD、NH3-N和TP贡献率分别达到46%、80%和49%。研究结果为山西省御河流域水环境治理提供了科学依据。
流域水污染负荷估算及污染源解析是流域水环境治理的基础性工作。采用监测和统计数据，综合考虑点源和非点源污染，估算2016年御河流域水污染负荷。在地理信息系统支持下，基于流域数字高程模型和监测断面位置将流域划分为6个控制单元，提出了入河系数的估算方法，分析了各控制单元各类污染源的贡献。结果表明：2016年COD、NH3-N和TP入河量分别为7 299.52 t/a、1 163.56 t/a和124.46 t/a，其中分别有70.04%、86.45%和68.00%来源于点源污染。污染物主要来自十里河上游和御河上游，未收集的点源是御河最主要的污染源，对COD、NH3-N和TP贡献率分别达到46%、80%和49%。研究结果为山西省御河流域水环境治理提供了科学依据。
2019, 17(5):100-107.
摘要:
为确定影响江苏南水北调供水区水质的关键因素，开展江苏南水北调供水区的水质驱动力研究。立足江苏南水北调区域特点，针对水质污染治理成效，从经济社会发展水平、产业发展规模、水资源承载能力、典型污染物排放规模、水污染治理投资、生态环境政策6个方面选择驱动因素，建立24个自变量表征指标系。运用Step-Wise回归分析方法，得出水质驱动因素最优回归方程，结果表明：生活服务业用水量和COD区域排放量对水质影响最显著；在正向驱动因素中灌溉渠系水利用率及区域水污染治理投资对水质的影响最大。据此提出针对性水质改善对策建议，包括：分类量化污染排放当量及其长效管理责任，“倒逼”地方政府加大水污染治理投资；通过提高水价促进农业节水，减少农业污染物的携带性排放；优化水污染管制政策，严禁生活服务业污水直接排放；强化河道内源治理，控制淤积性污染扩散等。
为确定影响江苏南水北调供水区水质的关键因素，开展江苏南水北调供水区的水质驱动力研究。立足江苏南水北调区域特点，针对水质污染治理成效，从经济社会发展水平、产业发展规模、水资源承载能力、典型污染物排放规模、水污染治理投资、生态环境政策6个方面选择驱动因素，建立24个自变量表征指标系。运用Step-Wise回归分析方法，得出水质驱动因素最优回归方程，结果表明：生活服务业用水量和COD区域排放量对水质影响最显著；在正向驱动因素中灌溉渠系水利用率及区域水污染治理投资对水质的影响最大。据此提出针对性水质改善对策建议，包括：分类量化污染排放当量及其长效管理责任，“倒逼”地方政府加大水污染治理投资；通过提高水价促进农业节水，减少农业污染物的携带性排放；优化水污染管制政策，严禁生活服务业污水直接排放；强化河道内源治理，控制淤积性污染扩散等。
2019, 17(5):108-114.
摘要:
流域污染负荷分配是实施流域精细化管理的重要措施。在指标选取过程中，为了定量描述评价指标对流域污染负荷分配的重要性，引入随机森林算法对各指标作重要性评价，依据重要性程度筛选涵盖全部影响因素的评价指标，并进一步确定各指标权重。将评价指标体系与环境基尼系数模型相结合，构建污染负荷分配耦[JP]合模型，并以清潩河流域（许昌段）为例，制定基于控制单元的COD负荷分配方案。结果表明，满足重要性评分要求的指标分别是居民人均收入、单位GDP污水产生量、工业企业水消费量、地表水资源量、控制单元面积，评分分别为13.97、9.65、8.77、5.21、1.09。依据耦合模型制定的2020年清潩河流域（许昌段）各控制单元COD负荷分配方案中，控制单元QYH3的削减量和削减率均最大，分别为617.14 t/a和30.44 %。分配方案基本符合流域实际，结果较为科学合理。
流域污染负荷分配是实施流域精细化管理的重要措施。在指标选取过程中，为了定量描述评价指标对流域污染负荷分配的重要性，引入随机森林算法对各指标作重要性评价，依据重要性程度筛选涵盖全部影响因素的评价指标，并进一步确定各指标权重。将评价指标体系与环境基尼系数模型相结合，构建污染负荷分配耦[JP]合模型，并以清潩河流域（许昌段）为例，制定基于控制单元的COD负荷分配方案。结果表明，满足重要性评分要求的指标分别是居民人均收入、单位GDP污水产生量、工业企业水消费量、地表水资源量、控制单元面积，评分分别为13.97、9.65、8.77、5.21、1.09。依据耦合模型制定的2020年清潩河流域（许昌段）各控制单元COD负荷分配方案中，控制单元QYH3的削减量和削减率均最大，分别为617.14 t/a和30.44 %。分配方案基本符合流域实际，结果较为科学合理。
2019, 17(5):115-123.
摘要:
为分析Gree-Ampt和稳渗两种入渗模型对城市内涝的影响，以陕西省西咸新区沣西新城核心区为研究区域，应用基于水文及水动力方法的城市雨洪过程数值模型模拟城市暴雨致涝过程。以Green-Ampt入渗模型计算产流，模拟研究区内涝积水过程，发现计算数据与实测数据吻合度高，内涝积水点均实现精确的模拟。计算了1 a、2 a、5 a、10 a、20 a、50 a 6种不同重现期设计降雨在两种不同入渗模型下的内涝积水总量与总面积的变化，结果表明：城市内涝积水达到峰值时，不同降雨重现期下GreenAmpt入渗下相较于稳渗内涝积水总量分别减少28.41%、26.49%、26.39%、21.04%、17.28%、15.02%，Ⅲ级及以上内涝积水总面积分别减少31.5%、28.6%、28.3%、20.7%、16.3%、12.7%。本研究应用不同入渗模型揭示了内涝积水程度在不同降雨重现期下的变化规律，对更合理地开展数值模型模拟以及城市雨洪管理工作具有重要借鉴意义。
为分析Gree-Ampt和稳渗两种入渗模型对城市内涝的影响，以陕西省西咸新区沣西新城核心区为研究区域，应用基于水文及水动力方法的城市雨洪过程数值模型模拟城市暴雨致涝过程。以Green-Ampt入渗模型计算产流，模拟研究区内涝积水过程，发现计算数据与实测数据吻合度高，内涝积水点均实现精确的模拟。计算了1 a、2 a、5 a、10 a、20 a、50 a 6种不同重现期设计降雨在两种不同入渗模型下的内涝积水总量与总面积的变化，结果表明：城市内涝积水达到峰值时，不同降雨重现期下GreenAmpt入渗下相较于稳渗内涝积水总量分别减少28.41%、26.49%、26.39%、21.04%、17.28%、15.02%，Ⅲ级及以上内涝积水总面积分别减少31.5%、28.6%、28.3%、20.7%、16.3%、12.7%。本研究应用不同入渗模型揭示了内涝积水程度在不同降雨重现期下的变化规律，对更合理地开展数值模型模拟以及城市雨洪管理工作具有重要借鉴意义。
2019, 17(5):124-130.
摘要:
明确不同地区地下水污染的组分和成因，可为针对性的制定地下水资源管理制度、改善水质提供保障。由于城区和郊县经济发展水平和地下水资源开发利用模式差别较大，水污染程度和污染组分可能存在较大差异。以郑州市的金水区和巩义为例，运用主成分分析法对两者地下水污染状况进行评价。结果表明：巩义市地下水主要污染组分以硝酸盐等有机污染物为主，金水区以硫酸盐、氨氮等有机污染物为主。造成这种现象的主要原因是巩义市工矿企业、农田较多，金水区农田、工矿企业较少而生活污水排放比重较大。根据两个地区不同的地下水污染状况和成因，就地下水资源保护和管理提出针对性的建议。
明确不同地区地下水污染的组分和成因，可为针对性的制定地下水资源管理制度、改善水质提供保障。由于城区和郊县经济发展水平和地下水资源开发利用模式差别较大，水污染程度和污染组分可能存在较大差异。以郑州市的金水区和巩义为例，运用主成分分析法对两者地下水污染状况进行评价。结果表明：巩义市地下水主要污染组分以硝酸盐等有机污染物为主，金水区以硫酸盐、氨氮等有机污染物为主。造成这种现象的主要原因是巩义市工矿企业、农田较多，金水区农田、工矿企业较少而生活污水排放比重较大。根据两个地区不同的地下水污染状况和成因，就地下水资源保护和管理提出针对性的建议。
2019, 17(5):131-138.
摘要:
水环境承载力评价对于区域的水环境与人类社会经济的健康可持续发展具有重要的意义。为研究保定市水环境承载力状况，应用相关性分析和主成分分析相结合的方法筛选出10个评价指标，建立了遗传算法（GA）优化BP神经网络(BP-NN)的GA-NN评价模型，并与BP-NN评价模型对比，最后应用评价模型进行评价。结果显示：2001－2016年保定市水环境承载力呈现提高趋势，虽然水环境承载力水平有所提高，但仍处于较弱承载水平。与未经优化的BP-NN相比，GA-NN评价模型的拟合精度更高，拟合误差更加稳定，泛化能力更强，可作为一种简洁有效的水环境承载力评价方法。
水环境承载力评价对于区域的水环境与人类社会经济的健康可持续发展具有重要的意义。为研究保定市水环境承载力状况，应用相关性分析和主成分分析相结合的方法筛选出10个评价指标，建立了遗传算法（GA）优化BP神经网络(BP-NN)的GA-NN评价模型，并与BP-NN评价模型对比，最后应用评价模型进行评价。结果显示：2001－2016年保定市水环境承载力呈现提高趋势，虽然水环境承载力水平有所提高，但仍处于较弱承载水平。与未经优化的BP-NN相比，GA-NN评价模型的拟合精度更高，拟合误差更加稳定，泛化能力更强，可作为一种简洁有效的水环境承载力评价方法。
2019, 17(5):139-147.
摘要:
大控蚌温泉位于云南省云县，地处滇藏地热带。温泉区附近断裂发育，主要的热储层岩性为临沧花岗岩。泉水共有五个主要泉眼，水温88.3～96 ℃。地下热水中主要阳离子为K+ 、Na+ 、Ca2+ 和Mg2+，主要阴离子为Cl-、SO42-和HCO3-，水化学类型为HCO3-Na型；热水矿化度0.625～0.702 g/L，pH值为6.7～9，[JP]偏硅酸含量为161.1～261 mg /L，F- 含量为5.85～16.1 mg /L。根据δ2H和δ18O稳定同位素分析得知温泉水源为大气降水；估算出热水补给高程约为1 800 m；估算补给区温度约为3.6～7.2 ℃；热储温度约为143～181 ℃；循环深度约为2 858～3 496 m。综合分析得出大控蚌温泉成因模式为大气降水在周围山区补给区入渗补给，地下水向深大断裂带汇集，在经历深循环过程获得深部热流加热后沿导水断裂带上涌，在上升的过程中与浅部冷水发生混合，最终以高温沸泉和喷泉出露地表。
大控蚌温泉位于云南省云县，地处滇藏地热带。温泉区附近断裂发育，主要的热储层岩性为临沧花岗岩。泉水共有五个主要泉眼，水温88.3～96 ℃。地下热水中主要阳离子为K+ 、Na+ 、Ca2+ 和Mg2+，主要阴离子为Cl-、SO42-和HCO3-，水化学类型为HCO3-Na型；热水矿化度0.625～0.702 g/L，pH值为6.7～9，[JP]偏硅酸含量为161.1～261 mg /L，F- 含量为5.85～16.1 mg /L。根据δ2H和δ18O稳定同位素分析得知温泉水源为大气降水；估算出热水补给高程约为1 800 m；估算补给区温度约为3.6～7.2 ℃；热储温度约为143～181 ℃；循环深度约为2 858～3 496 m。综合分析得出大控蚌温泉成因模式为大气降水在周围山区补给区入渗补给，地下水向深大断裂带汇集，在经历深循环过程获得深部热流加热后沿导水断裂带上涌，在上升的过程中与浅部冷水发生混合，最终以高温沸泉和喷泉出露地表。
2019, 17(5):148-155.
摘要:
基于2015年8月在研究区采集的81个地下水化学和同位素数据，分析了塔城盆地北区承压水化学类型分布特征，并结合研究区水文地质条件，采用背景比拟法、Gibbs图、氘盈余模型、离子比值法、氯碱指数及钠吸附比等水化学分析方法，分析了地下水化学形成作用及其演化机制。结果表明：承压含水层普遍赋存水质较好的淡水，水化学类型以HCO3-Ca型（Ca·Mg型、Ca·Na型）水为主。随地下水径流方向，承压水TDS及水化学类型呈较好的水平分带规律，即从承压水的上游区，沿区域地下水流向，地下水TDS逐渐升高，水化学类型由HCO3-Ca型水，演化为SO4·HCO3-Ca·Na型和SO4-Ca·Na型水。承压水化学特征，主要受水岩作用控制，蒸发作用对其影响有限，而且基本未受人类活动影响。整体上，在上游区，承压水化学组成主要受碳酸盐矿物和正向阳离子交替吸附作用的影响，而在中、下游区主要受石膏溶解影响。在个别径流路径上，正向阳离子交替吸附作用对地下水化学组成的影响超过矿物溶滤作用。
基于2015年8月在研究区采集的81个地下水化学和同位素数据，分析了塔城盆地北区承压水化学类型分布特征，并结合研究区水文地质条件，采用背景比拟法、Gibbs图、氘盈余模型、离子比值法、氯碱指数及钠吸附比等水化学分析方法，分析了地下水化学形成作用及其演化机制。结果表明：承压含水层普遍赋存水质较好的淡水，水化学类型以HCO3-Ca型（Ca·Mg型、Ca·Na型）水为主。随地下水径流方向，承压水TDS及水化学类型呈较好的水平分带规律，即从承压水的上游区，沿区域地下水流向，地下水TDS逐渐升高，水化学类型由HCO3-Ca型水，演化为SO4·HCO3-Ca·Na型和SO4-Ca·Na型水。承压水化学特征，主要受水岩作用控制，蒸发作用对其影响有限，而且基本未受人类活动影响。整体上，在上游区，承压水化学组成主要受碳酸盐矿物和正向阳离子交替吸附作用的影响，而在中、下游区主要受石膏溶解影响。在个别径流路径上，正向阳离子交替吸附作用对地下水化学组成的影响超过矿物溶滤作用。
2019, 17(5):156-165.
摘要:
中国黄土高原地区农业灌溉面积较大，使得地下水位显著上升。在甘肃省黑方台地区，因灌溉引起的黄土滑坡灾害达几十起，通过野外调查和数值模拟对黑方台滑坡灾害与地下水的响应规律进行研究。黑台地区滑坡具有明显的地貌演化特征，在此基础上，建立黑台水文地质数值模型。模拟结果表明，黄土泥流型滑坡的发生会影响地下水系统的边界条件，通过不断扩大的渗透面增加黑台地下水系统的排泄量，同时，因为塬面面积的变小进而减小地下水系统总的补给量。在给定的补给量的条件下，黑台地下水位首先随着滑坡的持续发生达到峰值，然后降低到接近2004年的水位，达到近似稳定状态，此时滑坡的累计体积达到了4 600万m3。考虑到2004年的地下水位仍然高到足够引发泥流型滑坡灾害，此时黑台的塬面面积将会减少至7.8 km2以下。如果不采取有效的措施，滑坡还会继续发生，研究区的滑坡灾害风险将会持续很长时间。
中国黄土高原地区农业灌溉面积较大，使得地下水位显著上升。在甘肃省黑方台地区，因灌溉引起的黄土滑坡灾害达几十起，通过野外调查和数值模拟对黑方台滑坡灾害与地下水的响应规律进行研究。黑台地区滑坡具有明显的地貌演化特征，在此基础上，建立黑台水文地质数值模型。模拟结果表明，黄土泥流型滑坡的发生会影响地下水系统的边界条件，通过不断扩大的渗透面增加黑台地下水系统的排泄量，同时，因为塬面面积的变小进而减小地下水系统总的补给量。在给定的补给量的条件下，黑台地下水位首先随着滑坡的持续发生达到峰值，然后降低到接近2004年的水位，达到近似稳定状态，此时滑坡的累计体积达到了4 600万m3。考虑到2004年的地下水位仍然高到足够引发泥流型滑坡灾害，此时黑台的塬面面积将会减少至7.8 km2以下。如果不采取有效的措施，滑坡还会继续发生，研究区的滑坡灾害风险将会持续很长时间。
2019, 17(5):166-171.
摘要:
大型隧道涌水常发生于岩溶发育地区，在传统认为缺水、贫水的红层地区实属罕见。飞仙关隧道作为雅康高速公路关键性控制工程之一，在施工至K23+708标段时发生特大涌突水，涌水量高达1.74×106 mL/s，经过一个周期性涌水，稳定流量约为3.48×105 mL/s。以飞仙关隧道为例，结合前人对隧道涌水的水化学分析成果，采用自主研发的专门用于模拟隧道涌水过程的渗流试验槽装置，将飞仙关隧道K23+658～883段（225 m）原型按一定比例缩小为模型，选取飞仙关向斜两个典型剖面进行物理模拟试验。通过对试验涌水量的拟合分析，对比隧道实测涌水特征，验证了顺层顺轴向、顺层绕轴向两种涌水模式，确定了涌水来源与通道。试验结果表明该模型稳定可靠，研究方法及结果对今后类似工程的研究具有指导和借鉴意义。
大型隧道涌水常发生于岩溶发育地区，在传统认为缺水、贫水的红层地区实属罕见。飞仙关隧道作为雅康高速公路关键性控制工程之一，在施工至K23+708标段时发生特大涌突水，涌水量高达1.74×106 mL/s，经过一个周期性涌水，稳定流量约为3.48×105 mL/s。以飞仙关隧道为例，结合前人对隧道涌水的水化学分析成果，采用自主研发的专门用于模拟隧道涌水过程的渗流试验槽装置，将飞仙关隧道K23+658～883段（225 m）原型按一定比例缩小为模型，选取飞仙关向斜两个典型剖面进行物理模拟试验。通过对试验涌水量的拟合分析，对比隧道实测涌水特征，验证了顺层顺轴向、顺层绕轴向两种涌水模式，确定了涌水来源与通道。试验结果表明该模型稳定可靠，研究方法及结果对今后类似工程的研究具有指导和借鉴意义。
2019, 17(5):172-179.
摘要:
滹沱河冲洪积扇含水层是石家庄市重要的地下水源，在城市供水安全保障中发挥着重要作用。开展地下水化学演变特征及影响因素分析，可科学的识别人为活动对地下水化学的影响，从而为保障地下水安全提供重要依据。通过水化学方法和多元统计方法，对研究区109组地下水和7组地表水样品的16组化学指标进行分析研究。结果表明，地下水HCO3和HCO3·SO4型水在全区分布广泛，HCO3·Cl和Cl·HCO3型水主要分布在滹沱河冲洪积扇顶部的南部区域及滹沱河以北的藁城-无极一带。不同时段地下水化学数据对比分析结果显示，研究区地下水化学类型种类由少变多，呈现复杂化的演变特征，且受人类活动影响的地下水化学类型分布范围呈增加趋势。主成分分析结果显示，研究区地下水化学演化主要受控于地下水超采和水岩作用，其次为污水入渗和粪肥渗滤。
滹沱河冲洪积扇含水层是石家庄市重要的地下水源，在城市供水安全保障中发挥着重要作用。开展地下水化学演变特征及影响因素分析，可科学的识别人为活动对地下水化学的影响，从而为保障地下水安全提供重要依据。通过水化学方法和多元统计方法，对研究区109组地下水和7组地表水样品的16组化学指标进行分析研究。结果表明，地下水HCO3和HCO3·SO4型水在全区分布广泛，HCO3·Cl和Cl·HCO3型水主要分布在滹沱河冲洪积扇顶部的南部区域及滹沱河以北的藁城-无极一带。不同时段地下水化学数据对比分析结果显示，研究区地下水化学类型种类由少变多，呈现复杂化的演变特征，且受人类活动影响的地下水化学类型分布范围呈增加趋势。主成分分析结果显示，研究区地下水化学演化主要受控于地下水超采和水岩作用，其次为污水入渗和粪肥渗滤。
2019, 17(5):180-187.
摘要:
不同的洪水组合样本反映的干、支流洪水变量相关性是不一样的，对防洪设计存在着一定的影响。以桂平航运枢纽水闸为例，运用Copula函数构建干流浔江年最大洪峰与支流郁江年最大洪峰、浔江年最大洪峰与相应时段郁江流量、郁江年最大洪峰与相应时段浔江流量3种洪水组合样本的联合分布，在此基础上随机模拟洪水组合经调洪计算推求防洪水位，对比这3种洪水组合样本对防洪设计的影响。研究表明：3种洪水组合样本联合分布拟合最佳的Copula函数均为Clayton Copula；浔江年最大洪峰与相应郁江洪峰流量组合样本得到的防洪水位更加合理，既不高估洪水风险也不会低估洪水风险，在经济性与安全性之间取得了较好地平衡，该组合样本推求的100 a一遇防洪水位为43.54 m，相比采用经验方法确定的原设计洪水位43.48 m更安全。Copula-Monte Carlo法考虑了干、支流洪水间相关性以及洪水组合与调洪耦合的关系，设计结果更合理。
不同的洪水组合样本反映的干、支流洪水变量相关性是不一样的，对防洪设计存在着一定的影响。以桂平航运枢纽水闸为例，运用Copula函数构建干流浔江年最大洪峰与支流郁江年最大洪峰、浔江年最大洪峰与相应时段郁江流量、郁江年最大洪峰与相应时段浔江流量3种洪水组合样本的联合分布，在此基础上随机模拟洪水组合经调洪计算推求防洪水位，对比这3种洪水组合样本对防洪设计的影响。研究表明：3种洪水组合样本联合分布拟合最佳的Copula函数均为Clayton Copula；浔江年最大洪峰与相应郁江洪峰流量组合样本得到的防洪水位更加合理，既不高估洪水风险也不会低估洪水风险，在经济性与安全性之间取得了较好地平衡，该组合样本推求的100 a一遇防洪水位为43.54 m，相比采用经验方法确定的原设计洪水位43.48 m更安全。Copula-Monte Carlo法考虑了干、支流洪水间相关性以及洪水组合与调洪耦合的关系，设计结果更合理。
2019, 17(5):188-193.
摘要:
针对混凝土坝变形预测模型中环境量与效应量之间复杂的非线性问题，以及单支持向量机(SVM)模型预测精度不高的问题，提出一种AdaBoost-SVM的混凝土坝变形预测模型，该模型采用结构风险最小化的原则，并借鉴提升算法强化学习的思想，从而提高模型的学习性能，达到增强模型泛化能力和预测精度的目的。结合实例，经过AdaBoost-SVM预测模型对混凝土坝位移原型监测数据进行训练及预测，并将预测结果与单支持向量机模型的预测结果进行对比，结果显示：基于AdaBoostSVM预测模型得到的均方差为0.5565，平均误差绝对值为0.40，预测精度比单支持向量机模型高出一个数量级；而且相较于单支持向量机预测模型，强化后的模型在预测时段表现出更好的稳定性。该模型综合了提升算法与支持向量机各自的优势，可作为混凝土坝变形预测的一种有效方法。
针对混凝土坝变形预测模型中环境量与效应量之间复杂的非线性问题，以及单支持向量机(SVM)模型预测精度不高的问题，提出一种AdaBoost-SVM的混凝土坝变形预测模型，该模型采用结构风险最小化的原则，并借鉴提升算法强化学习的思想，从而提高模型的学习性能，达到增强模型泛化能力和预测精度的目的。结合实例，经过AdaBoost-SVM预测模型对混凝土坝位移原型监测数据进行训练及预测，并将预测结果与单支持向量机模型的预测结果进行对比，结果显示：基于AdaBoostSVM预测模型得到的均方差为0.5565，平均误差绝对值为0.40，预测精度比单支持向量机模型高出一个数量级；而且相较于单支持向量机预测模型，强化后的模型在预测时段表现出更好的稳定性。该模型综合了提升算法与支持向量机各自的优势，可作为混凝土坝变形预测的一种有效方法。
2019, 17(5):194-201.
摘要:
黄土增湿过程是黄土持水特性与增湿变形特性相互影响的过程。已有的土水特征曲线模型主要描述土体的含水状态与吸力的相关关系，无法全面反映增湿过程中黄土的持水特性与变形特性。因此在固结仪上开展了新疆原状黄土的分级增湿试验研究，试验中引入能够全面反映土体含水状态和变形情况的“增湿水平”这一变量，并用增湿水平和吸力表征黄土土水特征曲线模型。结果表明：各竖向压力作用下增湿过程中，半常用对数坐标系下原状黄土增湿水平与吸力关系曲线形状相似，均明显的分为初期平缓段和陡降段两个阶段；竖向压力对增湿水平与吸力关系曲线的影响主要体现在初始吸力与陡降段斜率的不同，可以归一化为幂函数形式；为此建立了以增湿水平和吸力表征的土水特征曲线模型。并将该模型用于其他地区黄土，验证了所建模型适用于原状黄土的初始含水率和吸力状态、不同初始含水率的压缩状态，以及重塑黄土在压力作用下的增湿变形状态。
黄土增湿过程是黄土持水特性与增湿变形特性相互影响的过程。已有的土水特征曲线模型主要描述土体的含水状态与吸力的相关关系，无法全面反映增湿过程中黄土的持水特性与变形特性。因此在固结仪上开展了新疆原状黄土的分级增湿试验研究，试验中引入能够全面反映土体含水状态和变形情况的“增湿水平”这一变量，并用增湿水平和吸力表征黄土土水特征曲线模型。结果表明：各竖向压力作用下增湿过程中，半常用对数坐标系下原状黄土增湿水平与吸力关系曲线形状相似，均明显的分为初期平缓段和陡降段两个阶段；竖向压力对增湿水平与吸力关系曲线的影响主要体现在初始吸力与陡降段斜率的不同，可以归一化为幂函数形式；为此建立了以增湿水平和吸力表征的土水特征曲线模型。并将该模型用于其他地区黄土，验证了所建模型适用于原状黄土的初始含水率和吸力状态、不同初始含水率的压缩状态，以及重塑黄土在压力作用下的增湿变形状态。
2019, 17(5):202-208.
摘要:
水电工程项目群建设过程中风险管理是一个多方合作联合供应的复杂系统，其中资源冲突是施工企业风险管理过程中最为关键的风险。针对资源冲突风险的复杂性和不确定性，引入集对分析理论，提出基于五元联系数的水电工程项目群资源冲突风险评价及预测模型。根据水电工程项目群资源冲突特征建立资源冲突风险评价体系，通过熵权法估计各评价指标权重，运用五元联系数建立同异反风险评价预测模型进行静态风险评价，用偏联系数动态预测风险发展趋势。以某河流流域干流上游河段的水电站为例，运用模型进行分析。结果表明，该水电站资源冲突风险等级较低，整体上呈现风险逐渐降低的趋势，但其中各子风险呈现波浪式的发展趋势，与实际情况相符，验证了该模型的可行性。
水电工程项目群建设过程中风险管理是一个多方合作联合供应的复杂系统，其中资源冲突是施工企业风险管理过程中最为关键的风险。针对资源冲突风险的复杂性和不确定性，引入集对分析理论，提出基于五元联系数的水电工程项目群资源冲突风险评价及预测模型。根据水电工程项目群资源冲突特征建立资源冲突风险评价体系，通过熵权法估计各评价指标权重，运用五元联系数建立同异反风险评价预测模型进行静态风险评价，用偏联系数动态预测风险发展趋势。以某河流流域干流上游河段的水电站为例，运用模型进行分析。结果表明，该水电站资源冲突风险等级较低，整体上呈现风险逐渐降低的趋势，但其中各子风险呈现波浪式的发展趋势，与实际情况相符，验证了该模型的可行性。
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