南水北调与水利科技（中英文）
2021年第19卷第2期文章目次
2021, 19(2):209-216.
摘要:
立足于黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略（以下简称“黄河国家战略”）实施与黄河河南段高质量发展需求，依据不同目的或研究需求，将黄河河南段空间研究范围划分为干流流经区、流域区、供水区、战略实施区以及全行政区；分析资源-生态-经济-社会复合系统耦合关系及多维目标任务，以目标为导向，以研究重点问题、核心技术、关键内容为主体，构建高质量发展路径优选研究框架；剖析亟待解决的4个重点问题和亟待突破的3个核心技术，从4个方面详细论述路径优选研究关键内容，并初步构想对应研究思路。研究成果不仅可以指导黄河流域区域尺度高质量发展路径优选，而且可以应用于其他区域高质量发展研究和路径优选实践。
立足于黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略（以下简称“黄河国家战略”）实施与黄河河南段高质量发展需求，依据不同目的或研究需求，将黄河河南段空间研究范围划分为干流流经区、流域区、供水区、战略实施区以及全行政区；分析资源-生态-经济-社会复合系统耦合关系及多维目标任务，以目标为导向，以研究重点问题、核心技术、关键内容为主体，构建高质量发展路径优选研究框架；剖析亟待解决的4个重点问题和亟待突破的3个核心技术，从4个方面详细论述路径优选研究关键内容，并初步构想对应研究思路。研究成果不仅可以指导黄河流域区域尺度高质量发展路径优选，而且可以应用于其他区域高质量发展研究和路径优选实践。
2021, 19(2):217-225,236.
摘要:
通过对黄河流域水资源与人口经济配置的空间特征进行分析，以干流和13条主要支流为单元对黄河流域水 资源开发利用程度进行评价；以70个地级行政区为单元对水资源和水环境承载状况进行评价；基于水资源禀赋及 供用水、经济社会、粮食和能源、水资源承载状况、水环境承载状况构建空间均衡状态评价指标体系，基于多指标综 合评价法开展黄河流域空间均衡状态分析。结果表明，黄河流域 74% 的面积处于“不均衡”和“极不均衡”状态，空间处于“极不均衡”状态的区域主要分布在上游宁蒙河段、中游汾渭平原及下游河道滩区。
通过对黄河流域水资源与人口经济配置的空间特征进行分析，以干流和13条主要支流为单元对黄河流域水 资源开发利用程度进行评价；以70个地级行政区为单元对水资源和水环境承载状况进行评价；基于水资源禀赋及 供用水、经济社会、粮食和能源、水资源承载状况、水环境承载状况构建空间均衡状态评价指标体系，基于多指标综 合评价法开展黄河流域空间均衡状态分析。结果表明，黄河流域 74% 的面积处于“不均衡”和“极不均衡”状态，空间处于“极不均衡”状态的区域主要分布在上游宁蒙河段、中游汾渭平原及下游河道滩区。
2021, 19(2):226-236.
摘要:
选择对气候变化和人类活动极为敏感的黄河中游为研究区，采用集成模型输出统计方法（EMOS）对多源遥感降水数据（CHIRPS、CMORPH、PERSIANN-CDR和TMPA 3B42）进行数据融合，并对其基本统计性能和降水等级性能进行评估。研究发现：采用EMOS数据融合方法获得的降水数据集可更好地捕捉观测降水的空间分布和年际均值，其基本统计性能（δBIAS=-3.4%；δRMSE=13.1 mm；γKGE=0.233）明显优越于4种独立的遥感降水产品、4种产品的均值（MME）以及采用分位数映射法（QM）获取的数据集，但各统计指标存在较大的空间差异性；EMOS方法获得降水数据集显著地改善了对中雨的检测性能（探测率DPOD=0.38）；相对MME，EMOS对大雨的综合探测能力（关键成功指数ECSI)提高了12%，表明该方法对高强度降水的正确检测能力更具优势。基于EMOS多源数据融合方法获得的高精度数据集，可为黄河中游典型生态恢复区的极端降水水沙关系研究提供科学支撑，具有较好的科学价值和应用前景。
选择对气候变化和人类活动极为敏感的黄河中游为研究区，采用集成模型输出统计方法（EMOS）对多源遥感降水数据（CHIRPS、CMORPH、PERSIANN-CDR和TMPA 3B42）进行数据融合，并对其基本统计性能和降水等级性能进行评估。研究发现：采用EMOS数据融合方法获得的降水数据集可更好地捕捉观测降水的空间分布和年际均值，其基本统计性能（δBIAS=-3.4%；δRMSE=13.1 mm；γKGE=0.233）明显优越于4种独立的遥感降水产品、4种产品的均值（MME）以及采用分位数映射法（QM）获取的数据集，但各统计指标存在较大的空间差异性；EMOS方法获得降水数据集显著地改善了对中雨的检测性能（探测率DPOD=0.38）；相对MME，EMOS对大雨的综合探测能力（关键成功指数ECSI)提高了12%，表明该方法对高强度降水的正确检测能力更具优势。基于EMOS多源数据融合方法获得的高精度数据集，可为黄河中游典型生态恢复区的极端降水水沙关系研究提供科学支撑，具有较好的科学价值和应用前景。
2021, 19(2):237-245.
摘要:
运用线性滑动平均、Mann-Kendall非参数趋势检验、Sen′s坡度、小波分析及多元线性回归方法，选取济南市24个降水站点45年（1972—2016年）逐日降水资料，分析了济南市在年和季节尺度上的降水特征以及降水量的决定性影响因素。结果表明：年降水量以8.23 mm/(10 a)的速率增加，且呈现出丰枯交替的变化周期，最大主周期为10 a；降水量主要集中在夏季，占全年降水量的64.5%，冬季降水占比最小，占全年降水量的3.4%，春、夏和冬季降水具有不显著增加趋势，秋季的降水量具有不显著下降趋势；降水量的年际、春夏季变化主要受降水强度变化的影响；秋冬季变化则主要受降水频率变化的影响。
运用线性滑动平均、Mann-Kendall非参数趋势检验、Sen′s坡度、小波分析及多元线性回归方法，选取济南市24个降水站点45年（1972—2016年）逐日降水资料，分析了济南市在年和季节尺度上的降水特征以及降水量的决定性影响因素。结果表明：年降水量以8.23 mm/(10 a)的速率增加，且呈现出丰枯交替的变化周期，最大主周期为10 a；降水量主要集中在夏季，占全年降水量的64.5%，冬季降水占比最小，占全年降水量的3.4%，春、夏和冬季降水具有不显著增加趋势，秋季的降水量具有不显著下降趋势；降水量的年际、春夏季变化主要受降水强度变化的影响；秋冬季变化则主要受降水频率变化的影响。
2021, 19(2):246-254.
摘要:
气候变化和人类活动影响使得部分地区水文系列资料的一致性受到影响，从而使得这些地区逐渐变成缺资料地区或无资料地区，无资料地区水文预测（PUB）问题一直是国际水文的研究热点，而山丘区的无资料小流域PUB更是其中的难点之一。分别选取了资料条件相对丰富的江苏省北部的黑林、南部的横山水库、中田舍等3个代表性的山丘区小流域，通过考虑前期30 d降雨量、增加经流曲线数（curve number,CN)分级和对SCS模型的常数项进行修正，得到适用于江苏省山丘区小流域的SCS产流模型；并将其与基于地形地貌参数的Nash汇流模型结合，构建了山丘区小流域的SCS-Nash水文模型，并选取江苏中部的中田舍小流域进行验证。结果表明:构建的SCS-Nash模型具有较好的适用性，可为研究区域小流域的PUB问题提供参考。
气候变化和人类活动影响使得部分地区水文系列资料的一致性受到影响，从而使得这些地区逐渐变成缺资料地区或无资料地区，无资料地区水文预测（PUB）问题一直是国际水文的研究热点，而山丘区的无资料小流域PUB更是其中的难点之一。分别选取了资料条件相对丰富的江苏省北部的黑林、南部的横山水库、中田舍等3个代表性的山丘区小流域，通过考虑前期30 d降雨量、增加经流曲线数（curve number,CN)分级和对SCS模型的常数项进行修正，得到适用于江苏省山丘区小流域的SCS产流模型；并将其与基于地形地貌参数的Nash汇流模型结合，构建了山丘区小流域的SCS-Nash水文模型，并选取江苏中部的中田舍小流域进行验证。结果表明:构建的SCS-Nash模型具有较好的适用性，可为研究区域小流域的PUB问题提供参考。
2021, 19(2):255-262.
摘要:
水资源是基础性自然资源和战略性经济资源，水资源利用效率有效反映了水资源开发使用情况，提高水资源利用效率可以促进经济可持续发展。将河南省18个地市2009—2018年劳动力、固定资产投资、用水量作为投入指标，GDP和污水排放量作为产出指标，分别利用SBM-DEA模型和Malmquist指数对18个地市水资源利用效率进行分析，并采用Tobit模型系统分析了影响因素。研究可得：从相对效率分析看，郑州市水资源利用效率最优，豫中和豫西地区水资源用水效率次之，各区域间水资源利用效率差距随时间推移呈逐步缩小趋势；从绝对效率分析看，河南省水资源利用效率年均增长2.7%，技术进步变化指数年均增长3.1%，技术水平的提高是河南省水资源利用效率增长的主要因素；用水效率影响因素分析结果显示，第一产业比重和农业用水比重是影响河南省水资源利用效率的主要因素，其中第一产业比重增大会提升水资源利用效率，农业用水比重增大则会降低水资源利用效率。研究成果可为河南省实现高效用水提供依据。
水资源是基础性自然资源和战略性经济资源，水资源利用效率有效反映了水资源开发使用情况，提高水资源利用效率可以促进经济可持续发展。将河南省18个地市2009—2018年劳动力、固定资产投资、用水量作为投入指标，GDP和污水排放量作为产出指标，分别利用SBM-DEA模型和Malmquist指数对18个地市水资源利用效率进行分析，并采用Tobit模型系统分析了影响因素。研究可得：从相对效率分析看，郑州市水资源利用效率最优，豫中和豫西地区水资源用水效率次之，各区域间水资源利用效率差距随时间推移呈逐步缩小趋势；从绝对效率分析看，河南省水资源利用效率年均增长2.7%，技术进步变化指数年均增长3.1%，技术水平的提高是河南省水资源利用效率增长的主要因素；用水效率影响因素分析结果显示，第一产业比重和农业用水比重是影响河南省水资源利用效率的主要因素，其中第一产业比重增大会提升水资源利用效率，农业用水比重增大则会降低水资源利用效率。研究成果可为河南省实现高效用水提供依据。
2021, 19(2):263-272.
摘要:
为研究中国南北过渡带水面蒸发的时空变化及对其趋势进行预测，利用气候倾向率、Mann-Kendall（M-K）趋势检验法、灰色关联分析法和R/S分析法对中国气象数据网南北过渡带43个气象站1980—2017年的水面蒸发量、平均气温、相对湿度、平均风速、日照时数等的日数据进行分析。结果表明：从时间上看，研究期内的南北过渡带年平均水面蒸发量呈较显著上升趋势，气候倾向率为19.3 mm/（10 a）且在1994年前后发生了突变，水面蒸发量由减小趋势转为上升趋势，年代平均水面蒸发量也逐步增加,季节上升趋势夏季较显著而春季、冬季、秋季不显著;从空间上看，气候倾向率在研究区内中部和东北部较低，其他地区较高;水面蒸发量上升的主要原因为平均气温的升高。在未来一段时间内，南北过渡带水面蒸发量将继续上升。
为研究中国南北过渡带水面蒸发的时空变化及对其趋势进行预测，利用气候倾向率、Mann-Kendall（M-K）趋势检验法、灰色关联分析法和R/S分析法对中国气象数据网南北过渡带43个气象站1980—2017年的水面蒸发量、平均气温、相对湿度、平均风速、日照时数等的日数据进行分析。结果表明：从时间上看，研究期内的南北过渡带年平均水面蒸发量呈较显著上升趋势，气候倾向率为19.3 mm/（10 a）且在1994年前后发生了突变，水面蒸发量由减小趋势转为上升趋势，年代平均水面蒸发量也逐步增加,季节上升趋势夏季较显著而春季、冬季、秋季不显著;从空间上看，气候倾向率在研究区内中部和东北部较低，其他地区较高;水面蒸发量上升的主要原因为平均气温的升高。在未来一段时间内，南北过渡带水面蒸发量将继续上升。
2021, 19(2):273-280.
摘要:
运用多区域对数平均迪氏分解方法(logarithmic mean divisia index,LMDI)分解模型，从区域及时空变化角度，对比分析广东省21市人口变迁、城镇化等因素对生活用水变化的驱动效应，探究不同地区城镇化发展对于用水产生的影响机制。结果表明：研究期内，广东省生活用水总量稳中有增，其中城镇生活用水量逐年增加，年均增长率1.4%；新型城镇化建设以来，农村生活用水量降低，人均生活用水量呈逐年下降趋势；分区域看，各地区城镇生活用水量占生活用水总量比重不断增加，尤以粤北地区增加最为明显，城镇生活用水比重由2009年的43.8%增长至2018年的52.8%；人口变化效应是导致生活用水总量增加的最主要的正向驱动指标，其次为人口分布与城乡结构效应；而用水强度效应是负向驱动指标，延缓了生活用水总量的增加。城乡结构效应对珠三角城市群生活用水量增加呈正影响，而与非珠三角地区生活用水总量呈负影响。
运用多区域对数平均迪氏分解方法(logarithmic mean divisia index,LMDI)分解模型，从区域及时空变化角度，对比分析广东省21市人口变迁、城镇化等因素对生活用水变化的驱动效应，探究不同地区城镇化发展对于用水产生的影响机制。结果表明：研究期内，广东省生活用水总量稳中有增，其中城镇生活用水量逐年增加，年均增长率1.4%；新型城镇化建设以来，农村生活用水量降低，人均生活用水量呈逐年下降趋势；分区域看，各地区城镇生活用水量占生活用水总量比重不断增加，尤以粤北地区增加最为明显，城镇生活用水比重由2009年的43.8%增长至2018年的52.8%；人口变化效应是导致生活用水总量增加的最主要的正向驱动指标，其次为人口分布与城乡结构效应；而用水强度效应是负向驱动指标，延缓了生活用水总量的增加。城乡结构效应对珠三角城市群生活用水量增加呈正影响，而与非珠三角地区生活用水总量呈负影响。
2021, 19(2):281-292.
摘要:
为研究现有水位提取方法优劣性，指导未来在不同场景的应用，通过对比传统雷达、合成孔径雷达和其他高度计的优劣，综述全波形和基于子波的重跟踪算法研究进展，综合发现合成孔径雷达高度计精度更高，激光高度计具有小足迹的绝对优势，宽刈幅高度计可提高数据覆盖度。狭窄主波峰和多回波波峰一致重跟踪算法适用于地形平坦的大中型河湖，基于波形分类的目标波形重跟踪和双峰校正法适用于大型湖泊，多子波多权重阈值法适用于地形复杂的大中型河流，TIC算法适用于山区狭窄河流。目前，基于星载高度计提取水位，在山区河流和中小水体监测方面还存在局限，组建卫星星座，提高监测数据的连续性、覆盖度，发展高精度智能算法，是未来重点发展方向。
为研究现有水位提取方法优劣性，指导未来在不同场景的应用，通过对比传统雷达、合成孔径雷达和其他高度计的优劣，综述全波形和基于子波的重跟踪算法研究进展，综合发现合成孔径雷达高度计精度更高，激光高度计具有小足迹的绝对优势，宽刈幅高度计可提高数据覆盖度。狭窄主波峰和多回波波峰一致重跟踪算法适用于地形平坦的大中型河湖，基于波形分类的目标波形重跟踪和双峰校正法适用于大型湖泊，多子波多权重阈值法适用于地形复杂的大中型河流，TIC算法适用于山区狭窄河流。目前，基于星载高度计提取水位，在山区河流和中小水体监测方面还存在局限，组建卫星星座，提高监测数据的连续性、覆盖度，发展高精度智能算法，是未来重点发展方向。
2021, 19(2):293-300.
摘要:
针对现有研究对降雨预报精度评价大多着眼于测站或流域的总量误差，很少考虑降雨预报的空间分布、时程分配误差这一问题，提出一种综合时程、空间、总量等3个维度的降雨预报精度评价方法。在量级上，建立以相对误差为基础的量级评价指标；在空间上，引入容差区间，考虑全流域网格后得出空间分布评价指标；在时程上，采用确定性系数评价时程的匹配度，得到时程分配评价指标。选取甬江流域近年的预报和实测数据为例，采用上述方法对多种数值预报模式的进行了综合评价。结果表明:提出的评价方法能够挖掘出传统评价方法未充分关注的时程分配等要素。因此，该方法能够较好地基于防汛场景需求评价流域降雨预报精度，也可为多种预报模式的融合应用提供依据。
针对现有研究对降雨预报精度评价大多着眼于测站或流域的总量误差，很少考虑降雨预报的空间分布、时程分配误差这一问题，提出一种综合时程、空间、总量等3个维度的降雨预报精度评价方法。在量级上，建立以相对误差为基础的量级评价指标；在空间上，引入容差区间，考虑全流域网格后得出空间分布评价指标；在时程上，采用确定性系数评价时程的匹配度，得到时程分配评价指标。选取甬江流域近年的预报和实测数据为例，采用上述方法对多种数值预报模式的进行了综合评价。结果表明:提出的评价方法能够挖掘出传统评价方法未充分关注的时程分配等要素。因此，该方法能够较好地基于防汛场景需求评价流域降雨预报精度，也可为多种预报模式的融合应用提供依据。
2021, 19(2):301-316,341.
摘要:
为了解决傍河地下水污染问题，在通州某水系新建傍河污染地下水立体循环修复示范工程。利用GMS软件中的Modflow模块和RT3D模块建立地下水流溶质运移耦合模型，预测不同工况下地下水水质修复效果。模拟显示：在开挖河道不减渗立体循环水量10 000 m3/d的工况下，10年后其沿岸地下水氨氮质量浓度由Ⅴ类降到Ⅲ类，局部为Ⅱ类；在减渗条件下，自然入渗量仅为2 000 m3/d，无法形成地下水立体循环，10年后其沿岸地下水氨氮质量浓度为Ⅳ类，局部仍为Ⅴ类。因此，开挖河道河床不采用黏土减渗，傍河污染地下水抽出-自然入渗可形成立体循环，水质修复效果显著。
为了解决傍河地下水污染问题，在通州某水系新建傍河污染地下水立体循环修复示范工程。利用GMS软件中的Modflow模块和RT3D模块建立地下水流溶质运移耦合模型，预测不同工况下地下水水质修复效果。模拟显示：在开挖河道不减渗立体循环水量10 000 m3/d的工况下，10年后其沿岸地下水氨氮质量浓度由Ⅴ类降到Ⅲ类，局部为Ⅱ类；在减渗条件下，自然入渗量仅为2 000 m3/d，无法形成地下水立体循环，10年后其沿岸地下水氨氮质量浓度为Ⅳ类，局部仍为Ⅴ类。因此，开挖河道河床不采用黏土减渗，傍河污染地下水抽出-自然入渗可形成立体循环，水质修复效果显著。
2021, 19(2):317-324,399.
摘要:
为克服传统河流水质评价方法结果失真、水质标准均化和主观任意性影响较大等缺点，选取2014—2016年大清河14个监测断面8个评价指标，运用改进模糊数学法与单因子评价法相结合的方法，进行水环境综合质量评价。结果显示：2014年及2015年不符合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类功能区标准的断面为新盖房、望亭、码头、焦庄及安州断面，占该年监测断面的35.7%；2016年不符合标准的断面为码头断面，占该年监测断面的7.14%。其中，氨氮和总磷为监测断面的主要污染因子，氨氮平均超标6.78倍，总磷平均超标3.51倍。利用各级水质标准上下限的中间值作为评价标准，改进的模糊数学评价模型更具区分度，河流水环境质量评价结果更为准确可靠，可为流域水污染控制提供科学依据。
为克服传统河流水质评价方法结果失真、水质标准均化和主观任意性影响较大等缺点，选取2014—2016年大清河14个监测断面8个评价指标，运用改进模糊数学法与单因子评价法相结合的方法，进行水环境综合质量评价。结果显示：2014年及2015年不符合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类功能区标准的断面为新盖房、望亭、码头、焦庄及安州断面，占该年监测断面的35.7%；2016年不符合标准的断面为码头断面，占该年监测断面的7.14%。其中，氨氮和总磷为监测断面的主要污染因子，氨氮平均超标6.78倍，总磷平均超标3.51倍。利用各级水质标准上下限的中间值作为评价标准，改进的模糊数学评价模型更具区分度，河流水环境质量评价结果更为准确可靠，可为流域水污染控制提供科学依据。
2021, 19(2):325-333.
摘要:
为保障妫水河入官厅水库入流水质达标，分析水质成因，分步制订水质改善措施。采用MIKE21耦合植物作用的Ecolab生态水质模型，对妫水河下游入官厅水库断面至东大桥断面、支流三里河水域进行模拟。通过对丰水期和枯水期监测数据及模拟结果进行分析，流域上游来流水量及水质、区间污染源及河流湿地等自净作用是影响官厅水库入流水质的主要原因，其中：妫水河入流污染负荷对水库入流水质贡献率最大，丰枯水期氨氮、总磷和总氮的贡献率分别为18.32%～45.76%、9.31%～31.17%和29.34%～67.56%;区间入河污染源氨氮、总磷和总氮削减率分别为19.41%、31.31%和24.94%;丰枯水期河道自净对氨氮、总磷和总氮削减率分别为44.85%～61.29%、51.40%～77.92%和8.40%～23.06%。为改善官厅水库入流水质，在流经城市区的妫水河下游及三里河修建了河流湿地公园，对区域污染源进行截污，使得入库水质可达到Ⅲ类水。为长远确保官厅水库的水质，控制来流水质和加强流域治理是关键，同时营造岸带湿地，对水质改善有积极的作用。研究结果及方法可为水库污染防治及负荷量削减提供理论依据。
为保障妫水河入官厅水库入流水质达标，分析水质成因，分步制订水质改善措施。采用MIKE21耦合植物作用的Ecolab生态水质模型，对妫水河下游入官厅水库断面至东大桥断面、支流三里河水域进行模拟。通过对丰水期和枯水期监测数据及模拟结果进行分析，流域上游来流水量及水质、区间污染源及河流湿地等自净作用是影响官厅水库入流水质的主要原因，其中：妫水河入流污染负荷对水库入流水质贡献率最大，丰枯水期氨氮、总磷和总氮的贡献率分别为18.32%～45.76%、9.31%～31.17%和29.34%～67.56%;区间入河污染源氨氮、总磷和总氮削减率分别为19.41%、31.31%和24.94%;丰枯水期河道自净对氨氮、总磷和总氮削减率分别为44.85%～61.29%、51.40%～77.92%和8.40%～23.06%。为改善官厅水库入流水质，在流经城市区的妫水河下游及三里河修建了河流湿地公园，对区域污染源进行截污，使得入库水质可达到Ⅲ类水。为长远确保官厅水库的水质，控制来流水质和加强流域治理是关键，同时营造岸带湿地，对水质改善有积极的作用。研究结果及方法可为水库污染防治及负荷量削减提供理论依据。
2021, 19(2):334-341.
摘要:
为探究钱塘江（杭州段）浮游藻类季节动态及其与环境因子的关系，于2018年1—12月对4个主要监测点位进行了月度采样调查。结果表明:浮游藻类总叶绿素质量浓度月均值为1.74～22.86 μg/L，蓝藻叶绿素质量浓度月均值为0.02～10.82 μg/L，全年浮游藻类组成以蓝藻和硅甲藻为主。环境因子主要选取了水温、水体pH值、浊度、电导率、溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）共9项水质参数。浮游藻类叶绿素质量浓度受水体理化因子影响较大，按月均值分析：总叶绿素质量浓度及绿藻叶绿素质量浓度均与水体温度显著正相关，蓝藻叶绿素质量浓度与水体温度极显著正相关；按季节平均值分析，硅甲藻叶绿素质量浓度与总磷质量浓度极显著负相关。由此可见，水温与总磷是影响钱塘江（杭州段）浮游藻类季节动态的主要环境因子。对主要环境因子和重要点位进行分类管理、联动监测和比对监测，尽可能防控环境风险，才能更好地实现浮游藻类环境监测分析的预警功能。
为探究钱塘江（杭州段）浮游藻类季节动态及其与环境因子的关系，于2018年1—12月对4个主要监测点位进行了月度采样调查。结果表明:浮游藻类总叶绿素质量浓度月均值为1.74～22.86 μg/L，蓝藻叶绿素质量浓度月均值为0.02～10.82 μg/L，全年浮游藻类组成以蓝藻和硅甲藻为主。环境因子主要选取了水温、水体pH值、浊度、电导率、溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）共9项水质参数。浮游藻类叶绿素质量浓度受水体理化因子影响较大，按月均值分析：总叶绿素质量浓度及绿藻叶绿素质量浓度均与水体温度显著正相关，蓝藻叶绿素质量浓度与水体温度极显著正相关；按季节平均值分析，硅甲藻叶绿素质量浓度与总磷质量浓度极显著负相关。由此可见，水温与总磷是影响钱塘江（杭州段）浮游藻类季节动态的主要环境因子。对主要环境因子和重要点位进行分类管理、联动监测和比对监测，尽可能防控环境风险，才能更好地实现浮游藻类环境监测分析的预警功能。
2021, 19(2):342-351.
摘要:
社会经济的发展影响着工业用水量，为揭示两者发展关系利用环境库兹涅茨曲线（environmental Kuznets curve，EKC）进行拟合并预测。以宁夏为例，利用1980—2013年工业用水数据，采用参数和移动平均回归拟合，判断工业用水环境库兹涅茨曲线形状；并采取对数平均迪氏指数法（logarithmic mean Divisia index，LMDI）将工业用水影响效应分解为用水效率效应、产业结构效应和经济规模效应，定量解析宁夏工业用水环境库兹涅茨曲线形成机制；最后采用灰色预测模型定量预测宁夏未来工业用水EKC曲线的发展，探究其今后可能演变趋势。结果表明:1980—2013年宁夏工业用水EKC曲线为先增后减再增的“N”形曲线；根据LMDI分解结果，1994—1997年以及2004—2013年经济规模扩大所增用水量大于用水效率和产业结构效应所减用水量，用水量呈上升趋势，1997—2004年，工业用水强度继续提高以及产业结构朝节水方向的调整，使得两者所减水量高于经济规模扩大所增水量，用水量持续下降并在2004年达最低值，曲线由此呈“N”形；通过实际值和预测发现，未来宁夏工业用水EKC曲线呈下降趋势，EKC曲线形状的发展存在“M”形的可能。综合对宁夏工业用水EKC曲线的分析，揭示其形成原因和发展趋势，对宁夏水资源高效合理利用以及未来工业节水具有重要意义。
社会经济的发展影响着工业用水量，为揭示两者发展关系利用环境库兹涅茨曲线（environmental Kuznets curve，EKC）进行拟合并预测。以宁夏为例，利用1980—2013年工业用水数据，采用参数和移动平均回归拟合，判断工业用水环境库兹涅茨曲线形状；并采取对数平均迪氏指数法（logarithmic mean Divisia index，LMDI）将工业用水影响效应分解为用水效率效应、产业结构效应和经济规模效应，定量解析宁夏工业用水环境库兹涅茨曲线形成机制；最后采用灰色预测模型定量预测宁夏未来工业用水EKC曲线的发展，探究其今后可能演变趋势。结果表明:1980—2013年宁夏工业用水EKC曲线为先增后减再增的“N”形曲线；根据LMDI分解结果，1994—1997年以及2004—2013年经济规模扩大所增用水量大于用水效率和产业结构效应所减用水量，用水量呈上升趋势，1997—2004年，工业用水强度继续提高以及产业结构朝节水方向的调整，使得两者所减水量高于经济规模扩大所增水量，用水量持续下降并在2004年达最低值，曲线由此呈“N”形；通过实际值和预测发现，未来宁夏工业用水EKC曲线呈下降趋势，EKC曲线形状的发展存在“M”形的可能。综合对宁夏工业用水EKC曲线的分析，揭示其形成原因和发展趋势，对宁夏水资源高效合理利用以及未来工业节水具有重要意义。
2021, 19(2):352-357.
摘要:
凌庄子水厂蓄水池进水口处有一保水堰，为非标准薄壁堰，不能使用已有堰流公式对其过流量进行准确计算。为了得出较为精确的过流流量，按照重力相似准则制作几何比尺为1∶5的模型进行试验研究。在已有自由出流公式的基础上，对自由出流流量系数进行修正并对淹没情况下流量变化过程进行研究。对该非标准堰自由出流流量系数的实测值与经验值进行分析比较，发现堰板槽降低了实际自由出流过流能力。淹没出流的流量系数主要与下游尾水位有关，试验中形成的淹没式堰流受实际堰型尺寸影响，下游尾水位和堰上水位近似相等，不完全适用已有淹没出流流量公式，通过试验给出了修正淹没系数随h/p的变化关系。结果表明利用堰前、堰后水位初步计算过流流量是可行的，可为该工程提供参考，也可为实际工程中非标准矩形堰的流量计算提供思路。
凌庄子水厂蓄水池进水口处有一保水堰，为非标准薄壁堰，不能使用已有堰流公式对其过流量进行准确计算。为了得出较为精确的过流流量，按照重力相似准则制作几何比尺为1∶5的模型进行试验研究。在已有自由出流公式的基础上，对自由出流流量系数进行修正并对淹没情况下流量变化过程进行研究。对该非标准堰自由出流流量系数的实测值与经验值进行分析比较，发现堰板槽降低了实际自由出流过流能力。淹没出流的流量系数主要与下游尾水位有关，试验中形成的淹没式堰流受实际堰型尺寸影响，下游尾水位和堰上水位近似相等，不完全适用已有淹没出流流量公式，通过试验给出了修正淹没系数随h/p的变化关系。结果表明利用堰前、堰后水位初步计算过流流量是可行的，可为该工程提供参考，也可为实际工程中非标准矩形堰的流量计算提供思路。
2021, 19(2):358-364,377.
摘要:
基于瞬变流计算的特征线法，建立真空破坏阀和单向调压塔数学模型，应用于管线末端含虹吸断流结构的输水工程。针对管线系统水锤防护问题，提出真空破坏阀单独防护、真空破坏阀和空气阀联合防护、真空破坏阀和单向塔联合防护等3种防护方案。结合管道压力控制要求，分析对比危险工况下水泵事故掉电时3种防护方案对管线系统水力过渡过程的影响。结果表明:针对管线末端含虹吸断流结构的输水工程，在真空破坏阀单独防护方案下，泵后部分管段压力降至汽化压力；在真空破坏阀和空气阀联合防护方案下，虽然管道压力没有降至汽化压力，但是不能满足空气阀防护下-5 m最小压力控制标准要求；在真空破坏阀与单向塔联合防护方案下，单向塔防护范围内管线最小压力为0.55 m，满足单向塔防护下管线不出现负压的控制标准要求，该方案有较好的水锤防护效果。研究结果可为管线末端含虹吸断流结构的输水工程水锤防护提供参考。
基于瞬变流计算的特征线法，建立真空破坏阀和单向调压塔数学模型，应用于管线末端含虹吸断流结构的输水工程。针对管线系统水锤防护问题，提出真空破坏阀单独防护、真空破坏阀和空气阀联合防护、真空破坏阀和单向塔联合防护等3种防护方案。结合管道压力控制要求，分析对比危险工况下水泵事故掉电时3种防护方案对管线系统水力过渡过程的影响。结果表明:针对管线末端含虹吸断流结构的输水工程，在真空破坏阀单独防护方案下，泵后部分管段压力降至汽化压力；在真空破坏阀和空气阀联合防护方案下，虽然管道压力没有降至汽化压力，但是不能满足空气阀防护下-5 m最小压力控制标准要求；在真空破坏阀与单向塔联合防护方案下，单向塔防护范围内管线最小压力为0.55 m，满足单向塔防护下管线不出现负压的控制标准要求，该方案有较好的水锤防护效果。研究结果可为管线末端含虹吸断流结构的输水工程水锤防护提供参考。
2021, 19(2):365-377.
摘要:
冰塞是南水北调中线工程冬季输水面临的主要冰害。冰塞的形成及发展与水力、热力、冰冻等多方面因素有关。因此，分析冰塞在不同因素下的变化特征，研究如何通过改变水位、流速等控制方式降低冰塞灾害发生的概率，对于保障中线工程冰期输水的供水安全至关重要。以中线工程中冰害风险较大的坟庄河节制闸南拒马河节制闸渠段为研究对象，首先基于水动力学、热力学以及冰水力学等理论，构建冰情演变模型，并进行率定与验证；然后依据冰塞的形成条件以及影响因素，设置不同水深、流速与气温的组合情景并模拟冰情变化；之后基于水深、流速与水温变化对冰塞特征影响的定量分析，确定流速的控制指标以及气温的预警指标，提出渠段冬季输水的安全调度方式；最后采用冰塞最容易发生的水深、流速以及气温的组合情景对调度方式进行验证。验证结果表明，该调度方式能够显著降低冰塞发生概率，有效保障了冰期输水安全，能够为实际调度提供一定的参考。
冰塞是南水北调中线工程冬季输水面临的主要冰害。冰塞的形成及发展与水力、热力、冰冻等多方面因素有关。因此，分析冰塞在不同因素下的变化特征，研究如何通过改变水位、流速等控制方式降低冰塞灾害发生的概率，对于保障中线工程冰期输水的供水安全至关重要。以中线工程中冰害风险较大的坟庄河节制闸南拒马河节制闸渠段为研究对象，首先基于水动力学、热力学以及冰水力学等理论，构建冰情演变模型，并进行率定与验证；然后依据冰塞的形成条件以及影响因素，设置不同水深、流速与气温的组合情景并模拟冰情变化；之后基于水深、流速与水温变化对冰塞特征影响的定量分析，确定流速的控制指标以及气温的预警指标，提出渠段冬季输水的安全调度方式；最后采用冰塞最容易发生的水深、流速以及气温的组合情景对调度方式进行验证。验证结果表明，该调度方式能够显著降低冰塞发生概率，有效保障了冰期输水安全，能够为实际调度提供一定的参考。
2021, 19(2):378-384.
摘要:
使用弱可压光滑粒子动力学（weakly compressible smoothed particle hydrodynamics,WCSPH）方法，对弗劳德数Fr=1.68～6.08和不同波长与波高(S/t）之比的三角形波状底板上的水流流态、流速云图以及流速矢量图、共轭水深、消能率等水跃特性进行模拟研究。经对比分析：数值模拟结果与试验结果吻合较好；三角形波状底板表面会产生顺时针漩涡增加能量耗散，提高消能率，其水跃长度比光滑底板的小，且消能效果优于光滑底板。通过分析不同工况的水跃特性，确定了最佳三角形波状底板，其可使共轭水深和相对水跃长度分别降低14.15%和24.83%，而消能率比光滑底板提高48.52%。
使用弱可压光滑粒子动力学（weakly compressible smoothed particle hydrodynamics,WCSPH）方法，对弗劳德数Fr=1.68～6.08和不同波长与波高(S/t）之比的三角形波状底板上的水流流态、流速云图以及流速矢量图、共轭水深、消能率等水跃特性进行模拟研究。经对比分析：数值模拟结果与试验结果吻合较好；三角形波状底板表面会产生顺时针漩涡增加能量耗散，提高消能率，其水跃长度比光滑底板的小，且消能效果优于光滑底板。通过分析不同工况的水跃特性，确定了最佳三角形波状底板，其可使共轭水深和相对水跃长度分别降低14.15%和24.83%，而消能率比光滑底板提高48.52%。
2021, 19(2):385-392.
摘要:
杭州城西南排通道工程出口拟布置在钱塘江九溪岸段，为研究九溪岸段堤线优化对钱塘江防洪、御潮等功能的影响，采用平面二维数学模型，模拟工程实施后钱塘江百年一遇大潮、百年一遇洪水期间沿线的壅水高度、流速变化等情况。数值计算结果表明:当钱塘江遭遇百年一遇大潮时，工程区北岸堤前水位壅高相对明显，最大可达0.05 m，南岸的水位壅高影响小于0.01 m,南岸流速增加2%左右，上下游岸段堤前水域流速变化不大;当钱塘江遭遇百年一遇洪水时，工程河段局部范围内水位壅高0.02 m左右,下游相邻岸段堤前流速增加1%～2%，南岸浦沿排灌站岸段流速增加2%～3%，珊瑚沙水库围堤前沿流速影响较小。总体上，九溪岸段堤线优化对钱塘江防洪、御潮影响较小，对区域内地铁6号线、之江大桥、钱塘江大桥等涉水工程基本无影响。
杭州城西南排通道工程出口拟布置在钱塘江九溪岸段，为研究九溪岸段堤线优化对钱塘江防洪、御潮等功能的影响，采用平面二维数学模型，模拟工程实施后钱塘江百年一遇大潮、百年一遇洪水期间沿线的壅水高度、流速变化等情况。数值计算结果表明:当钱塘江遭遇百年一遇大潮时，工程区北岸堤前水位壅高相对明显，最大可达0.05 m，南岸的水位壅高影响小于0.01 m,南岸流速增加2%左右，上下游岸段堤前水域流速变化不大;当钱塘江遭遇百年一遇洪水时，工程河段局部范围内水位壅高0.02 m左右,下游相邻岸段堤前流速增加1%～2%，南岸浦沿排灌站岸段流速增加2%～3%，珊瑚沙水库围堤前沿流速影响较小。总体上，九溪岸段堤线优化对钱塘江防洪、御潮影响较小，对区域内地铁6号线、之江大桥、钱塘江大桥等涉水工程基本无影响。
21 胶凝砂砾石质量控制方法
2021, 19(2):393-399.
摘要:
为了探索便捷的胶凝砂砾石质量控制方法，通过大同守口堡水库大坝现场碾压试验，结合大坝填筑初期的补充试验，对胶凝砂砾石150 mm立方体小试件（剔除大于40 mm颗粒）和450 mm立方体大试件（全级配颗粒）抗压强度进行相关分析，探求出小试件和大试件抗压强度值之间的函数关系。同时对核子密度仪检测的密度值与灌水法在同一点检测的密度值进行相关分析，探求出两种方法同一测点密度值的函数关系。研究结果表明：在胶凝砂砾石施工中，可以利用小试件代替大试件进行抗压强度检测，利用核子密度仪代替灌水法进行密度检测，以解决传统质量控制方法的不足。
为了探索便捷的胶凝砂砾石质量控制方法，通过大同守口堡水库大坝现场碾压试验，结合大坝填筑初期的补充试验，对胶凝砂砾石150 mm立方体小试件（剔除大于40 mm颗粒）和450 mm立方体大试件（全级配颗粒）抗压强度进行相关分析，探求出小试件和大试件抗压强度值之间的函数关系。同时对核子密度仪检测的密度值与灌水法在同一点检测的密度值进行相关分析，探求出两种方法同一测点密度值的函数关系。研究结果表明：在胶凝砂砾石施工中，可以利用小试件代替大试件进行抗压强度检测，利用核子密度仪代替灌水法进行密度检测，以解决传统质量控制方法的不足。
2021, 19(2):400-408.
摘要:
高渗压下帷幕防渗结构既要求有良好防渗性能，又要保证其抗剪与防止水力劈裂性能。利用TRD工法在水泥土搅拌方式上的突破，系统研究TRD施工中实现玄武岩纤维在水泥土中分散均匀的现场搅拌工艺，提出玄武岩纤维加筋TRD防渗墙的施工方法。对取芯后的试样开展劈裂抗拉强度试验，讨论水泥和玄武岩纤维掺量、玄武岩纤维长度、养护龄期等因素对玄武岩纤维加筋TRD防渗墙抗水力劈裂特性的影响。结果表明：对于搅拌分散液，P.O 42.5级普通硅酸盐水泥、钠基膨润土、玄武岩纤维与地层土体的搅拌效果较为理想；加筋水泥土的抗拉强度随着玄武岩纤维掺量和长度的增加会出现先升高后降低的峰值特性，最优玄武岩纤维掺量和长度分别为0,4%和12 mm。
高渗压下帷幕防渗结构既要求有良好防渗性能，又要保证其抗剪与防止水力劈裂性能。利用TRD工法在水泥土搅拌方式上的突破，系统研究TRD施工中实现玄武岩纤维在水泥土中分散均匀的现场搅拌工艺，提出玄武岩纤维加筋TRD防渗墙的施工方法。对取芯后的试样开展劈裂抗拉强度试验，讨论水泥和玄武岩纤维掺量、玄武岩纤维长度、养护龄期等因素对玄武岩纤维加筋TRD防渗墙抗水力劈裂特性的影响。结果表明：对于搅拌分散液，P.O 42.5级普通硅酸盐水泥、钠基膨润土、玄武岩纤维与地层土体的搅拌效果较为理想；加筋水泥土的抗拉强度随着玄武岩纤维掺量和长度的增加会出现先升高后降低的峰值特性，最优玄武岩纤维掺量和长度分别为0,4%和12 mm。
2021, 19(2):409-416.
摘要:
针对BP神经网络对水工钢闸门安全等级识别能力差的问题，提出基于信息增益（IG）与自适应花授粉算法（SFPA）的BP神经网络模型。采用IG理论对水工钢闸门安全等级评价中的特征进行精简，降低冗余特征的影响，缩短网络模型的训练时间；利用SFPA优化BP神经网络初始权重及阈值，提高网络模型的收敛速度，防止其陷入局部最优，提高网络模型对水工钢闸门安全等级的分类能力。根据IG-SFPA-BP、标准BP、IG-BP、IG-FPA-BP、IG-PSO-BP及IG-GA-BP等神经网络模型在水工钢闸门安全等级数据集上进行多次独立运行的试验结果，从识别正确率、运行时间及模型均方误差等多个角度验证了IG-SFPA-BP网络模型对水工钢闸门安全等级识别的适用性。 IG-SFPA-BP网络模型提高了神经网络模型在水工钢闸门安全评价领域的实用价值，也为类似工程提供新的模型参考。
针对BP神经网络对水工钢闸门安全等级识别能力差的问题，提出基于信息增益（IG）与自适应花授粉算法（SFPA）的BP神经网络模型。采用IG理论对水工钢闸门安全等级评价中的特征进行精简，降低冗余特征的影响，缩短网络模型的训练时间；利用SFPA优化BP神经网络初始权重及阈值，提高网络模型的收敛速度，防止其陷入局部最优，提高网络模型对水工钢闸门安全等级的分类能力。根据IG-SFPA-BP、标准BP、IG-BP、IG-FPA-BP、IG-PSO-BP及IG-GA-BP等神经网络模型在水工钢闸门安全等级数据集上进行多次独立运行的试验结果，从识别正确率、运行时间及模型均方误差等多个角度验证了IG-SFPA-BP网络模型对水工钢闸门安全等级识别的适用性。 IG-SFPA-BP网络模型提高了神经网络模型在水工钢闸门安全评价领域的实用价值，也为类似工程提供新的模型参考。
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