南水北调与水利科技（中英文）
2022年第20卷第2期文章目次
2022, 20(2):209-217.
摘要:
通过定性分析与定量计算相结合的方式探寻生活用水强相关因素，充分考量区域气候条件及经济发展水平差异，构建全国及七大地理分区的城市居民家庭生活需水函数，各区域需水函数模型均通过了显著性检验，拟合值与实际值误差在10%以内的城市占61.5%。分区城市居民生活需水函数可客观反映经济发展阶段特性和气候背景下的用水差异，提升了模型的应用性和可操作性，为分区阶梯定额的确定提供技术支撑。应用模型对省会及重要城市的居民生活用水定额和水价进行分析预测，结果表明：在同等居民收入和水价增幅下，北方城市居民生活用水定额降幅远低于南方城市，南方城市价格增长对居民生活用水定额的抑制作用更为明显；随着收入的增长，需要适度提升水价才能使规划水平年生活用水定额维持现状水平。
通过定性分析与定量计算相结合的方式探寻生活用水强相关因素，充分考量区域气候条件及经济发展水平差异，构建全国及七大地理分区的城市居民家庭生活需水函数，各区域需水函数模型均通过了显著性检验，拟合值与实际值误差在10%以内的城市占61.5%。分区城市居民生活需水函数可客观反映经济发展阶段特性和气候背景下的用水差异，提升了模型的应用性和可操作性，为分区阶梯定额的确定提供技术支撑。应用模型对省会及重要城市的居民生活用水定额和水价进行分析预测，结果表明：在同等居民收入和水价增幅下，北方城市居民生活用水定额降幅远低于南方城市，南方城市价格增长对居民生活用水定额的抑制作用更为明显；随着收入的增长，需要适度提升水价才能使规划水平年生活用水定额维持现状水平。
2022, 20(2):218-229.
摘要:
为分析地表水-地下水相互作用研究的现状和趋势，挖掘知识基础与研究热点，基于1985—2020年Web of Science（WoS）数据源，利用CiteSpace软件对检索的文献进行分析，梳理地表水-地下水相互作用领域的研究成果。结果表明：该领域发文数量分为缓慢增长、波动增长、稳定增长3个阶段，引文量逐年上升，反映该领域越来越受到研究学者的关注；地表水-地下水相互作用研究涉及多门学科，为研究提供了广泛的思路和手段。Journal of Hydrology、Environmental Earth Science、Hydrological Processes在该领域载文数量排名前3；研究力量主要分布在美国、中国和澳大利亚等；发文作者多且分散，在研究时段内发文数量最多的作者是Chunmiao Zheng（郑春苗）教授；中国科学院、美国地质调查局和澳大利亚弗林德斯大学等机构影响力较大。该领域研究的发展趋势为：较单一的地下水研究→地表水-地下水相互作用研究→陆地-水域生态系统的水体交互作用对各因素的响应研究。研究热点为：热追踪定量探究地表水-地下水交互的作用与强度；研发或改进数值模型对作用界面及不同研究对象水体交互作用进行模拟；探究水循环驱动下地表水地下水交互作用对人类活动及气候系统等的生物学、物理学和化学过程的响应。未来将注重地表水-地下水交互作用的多尺度多学科交叉研究，增强团队间合作交流。
为分析地表水-地下水相互作用研究的现状和趋势，挖掘知识基础与研究热点，基于1985—2020年Web of Science（WoS）数据源，利用CiteSpace软件对检索的文献进行分析，梳理地表水-地下水相互作用领域的研究成果。结果表明：该领域发文数量分为缓慢增长、波动增长、稳定增长3个阶段，引文量逐年上升，反映该领域越来越受到研究学者的关注；地表水-地下水相互作用研究涉及多门学科，为研究提供了广泛的思路和手段。Journal of Hydrology、Environmental Earth Science、Hydrological Processes在该领域载文数量排名前3；研究力量主要分布在美国、中国和澳大利亚等；发文作者多且分散，在研究时段内发文数量最多的作者是Chunmiao Zheng（郑春苗）教授；中国科学院、美国地质调查局和澳大利亚弗林德斯大学等机构影响力较大。该领域研究的发展趋势为：较单一的地下水研究→地表水-地下水相互作用研究→陆地-水域生态系统的水体交互作用对各因素的响应研究。研究热点为：热追踪定量探究地表水-地下水交互的作用与强度；研发或改进数值模型对作用界面及不同研究对象水体交互作用进行模拟；探究水循环驱动下地表水地下水交互作用对人类活动及气候系统等的生物学、物理学和化学过程的响应。未来将注重地表水-地下水交互作用的多尺度多学科交叉研究，增强团队间合作交流。
2022, 20(2):230-242,252.
摘要:
准确评估现有多源卫星降水产品的时空精度特征，可为长江流域的水资源高效开发利用奠定坚实的气象数据基础。利用长江流域191个气象站点1999—2019年逐日站点实测降水数据和TRMM（tropical rainfall measuring mission）、CMORPH（CPC MORPHing technique）、CHIRPS（climate hazards group infrared precipitation with station data）和PERSIANN_CDR（precipitation estimation from remotely sensed information using artificial neural networks climate data record）4种卫星降水产品，运用皮尔逊相关系数R、均方根误差ERMS和纳什效率系数ENS等连续性指标评价卫星降水产品在长江流域时间和空间尺度上相对于站点降水的探测精度，并运用探测率POD、误报率RFA和TS评分3个分类评价指标衡量卫星降水产品对不同量级降水的捕捉能力。结果表明：在年尺度上，TRMM和CMORPH相对于CHIRPS和PERSIANN_CDR表现出更高的探测精度，而对于年降水量空间分布特征，仅有TRMM、CMORPH和CHIRPS能不同程度地准确反映；在月尺度上，TRMM和CMORPH对降水估计仍然具有较高精度，TRMM、CMORPH和CHIRPS在描述月降水空间分布方面在长江流域不同区域各具优势；在日尺度上，4种卫星降水产品对弱降水的捕捉能力均较强，对强降水探测能力则较差;在空间尺度上，4种卫星降水产品在日和月尺度上表现为高海拔地区精度较高，而年尺度上则无明显变化规律。总体而言，4种卫星降水产品中，TRMM和CMORPH在长江流域年、月、日不同时间尺度上更具优势，但在空间分布上，4种产品在不同地区差异显著。这一结论为进一步开发适用于长江流域的高时空分辨率降水融合产品奠定了研究基础。
准确评估现有多源卫星降水产品的时空精度特征，可为长江流域的水资源高效开发利用奠定坚实的气象数据基础。利用长江流域191个气象站点1999—2019年逐日站点实测降水数据和TRMM（tropical rainfall measuring mission）、CMORPH（CPC MORPHing technique）、CHIRPS（climate hazards group infrared precipitation with station data）和PERSIANN_CDR（precipitation estimation from remotely sensed information using artificial neural networks climate data record）4种卫星降水产品，运用皮尔逊相关系数R、均方根误差ERMS和纳什效率系数ENS等连续性指标评价卫星降水产品在长江流域时间和空间尺度上相对于站点降水的探测精度，并运用探测率POD、误报率RFA和TS评分3个分类评价指标衡量卫星降水产品对不同量级降水的捕捉能力。结果表明：在年尺度上，TRMM和CMORPH相对于CHIRPS和PERSIANN_CDR表现出更高的探测精度，而对于年降水量空间分布特征，仅有TRMM、CMORPH和CHIRPS能不同程度地准确反映；在月尺度上，TRMM和CMORPH对降水估计仍然具有较高精度，TRMM、CMORPH和CHIRPS在描述月降水空间分布方面在长江流域不同区域各具优势；在日尺度上，4种卫星降水产品对弱降水的捕捉能力均较强，对强降水探测能力则较差;在空间尺度上，4种卫星降水产品在日和月尺度上表现为高海拔地区精度较高，而年尺度上则无明显变化规律。总体而言，4种卫星降水产品中，TRMM和CMORPH在长江流域年、月、日不同时间尺度上更具优势，但在空间分布上，4种产品在不同地区差异显著。这一结论为进一步开发适用于长江流域的高时空分辨率降水融合产品奠定了研究基础。
2022, 20(2):243-252.
摘要:
为缓解我国水、能源和粮食资源紧张问题，促进资源可持续利用，构建水-能源-粮食系统，利用耦合协调度模型对我国的30个省（自治区、直辖市）进行测算,并利用空间杜宾模型分析主要影响因素。结果表明：2003—2017年，我国能源、粮食评价[JP]指数高于水资源评价指数，系统综合评价指数逐年递增；大部分省份耦合协调度处于初级协调水平且呈现逐年上升的态势，个别省份耦合协调度濒临失调；耦合协调度空间自相关性较强，虽有明显波动，但是呈现逐年加强的态势；影响耦合协调度的主要因素有从业人口数、固定资产投资额、人均生产总值、人口总数、[JP]文盲人口占比、工业污染排放、城镇化。
为缓解我国水、能源和粮食资源紧张问题，促进资源可持续利用，构建水-能源-粮食系统，利用耦合协调度模型对我国的30个省（自治区、直辖市）进行测算,并利用空间杜宾模型分析主要影响因素。结果表明：2003—2017年，我国能源、粮食评价[JP]指数高于水资源评价指数，系统综合评价指数逐年递增；大部分省份耦合协调度处于初级协调水平且呈现逐年上升的态势，个别省份耦合协调度濒临失调；耦合协调度空间自相关性较强，虽有明显波动，但是呈现逐年加强的态势；影响耦合协调度的主要因素有从业人口数、固定资产投资额、人均生产总值、人口总数、[JP]文盲人口占比、工业污染排放、城镇化。
2022, 20(2):253-262,296.
摘要:
为研究2005—2015年黄河流域陆地水储量变化，基于GRACE RL05重力数据及全球陆面同化系统模型GLDAS进行陆地水储量反演，通过排除煤炭开采引起的区域质量变化提高反演精度，并分析降水、地下水变化对陆地水储量变化的影响。初步结果表明：在时间上，由GRACE卫星数据反演的黄河流域在2005—2015年陆地水储量变化趋势为-5.20 mm/a，2005—2006年的变化趋势达到-0.91 mm/月，各年内仅7—9月份呈现盈余状态；在[JP2]空间上，流域西部呈现为盈余状态，流域东部呈现为亏损状态；煤炭开采量转换的等效水高变化趋势为-1.95 mm/a，[JP]扣除该水高趋势得到更精确的陆地水储量变化趋势为-3.25 mm/a，其对传统陆地水储量反演结果精度的影响不可忽略；此外，降水与地下水变化分别是导致上、下游区域陆地水储量变化的重要因素。本研究综合考虑煤炭开采量影响，有助于提高传统陆地水储量反演方法精度。
为研究2005—2015年黄河流域陆地水储量变化，基于GRACE RL05重力数据及全球陆面同化系统模型GLDAS进行陆地水储量反演，通过排除煤炭开采引起的区域质量变化提高反演精度，并分析降水、地下水变化对陆地水储量变化的影响。初步结果表明：在时间上，由GRACE卫星数据反演的黄河流域在2005—2015年陆地水储量变化趋势为-5.20 mm/a，2005—2006年的变化趋势达到-0.91 mm/月，各年内仅7—9月份呈现盈余状态；在[JP2]空间上，流域西部呈现为盈余状态，流域东部呈现为亏损状态；煤炭开采量转换的等效水高变化趋势为-1.95 mm/a，[JP]扣除该水高趋势得到更精确的陆地水储量变化趋势为-3.25 mm/a，其对传统陆地水储量反演结果精度的影响不可忽略；此外，降水与地下水变化分别是导致上、下游区域陆地水储量变化的重要因素。本研究综合考虑煤炭开采量影响，有助于提高传统陆地水储量反演方法精度。
2022, 20(2):263-270.
摘要:
为了对流域治理规划的实施效果进行评估，以疏勒河流域为例，根据科学性、典型性、综合性和易获性等原则分别建立一致性评价和实质性评价2个维度的综合评价体系，对流域治理规划实施的水资源恢复效果开展评价。一致性评价结果表明,疏勒河流域治理规划的实施较为顺利，规划指标的完成率几乎为100%，但水土保持生态建设工程实施进度滞后；实质性评价结果表明,节水量、水库入库水量、水库下泄河道生态水量均有增加，平原区、敦煌盆地地下水位呈现曲折上升趋势，达到了改善西湖湿地生态现状、恢复提升月牙泉水位等水资源恢复的实际效果。研究结果表明，基于一致性评价和实质性评价2个维度评价流域综合治理规划后的水资源恢复效果更符合实际。
为了对流域治理规划的实施效果进行评估，以疏勒河流域为例，根据科学性、典型性、综合性和易获性等原则分别建立一致性评价和实质性评价2个维度的综合评价体系，对流域治理规划实施的水资源恢复效果开展评价。一致性评价结果表明,疏勒河流域治理规划的实施较为顺利，规划指标的完成率几乎为100%，但水土保持生态建设工程实施进度滞后；实质性评价结果表明,节水量、水库入库水量、水库下泄河道生态水量均有增加，平原区、敦煌盆地地下水位呈现曲折上升趋势，达到了改善西湖湿地生态现状、恢复提升月牙泉水位等水资源恢复的实际效果。研究结果表明，基于一致性评价和实质性评价2个维度评价流域综合治理规划后的水资源恢复效果更符合实际。
2022, 20(2):271-280.
摘要:
基于福州市晋安区某典型居民区实测的管道液位数据，利用遗传算法对SWMM（storm water management model）参数进行优化率定，并利用Morris法对影响产汇流计算的主要参数敏感性进行分析。在此基础上，利用不同重现期的降雨驱动模型，比较分析在不同情景下小区排水管网的排水能力。结果表明：基于遗传算法对研究小区SWMM的参数率定取得了较好的效果，模型参数的拟合度较高；20180531场次降雨计算得到纳什效率系数0.82，20180620场次降雨计算得到纳什效率系数为0.81，实测最大水位、峰现时间等参数误差均在2%以内。通过对参数进行Morris敏感性分析，该居民小区SWMM的最大下渗率、最小下渗率、衰减系数以及管道糙率是比较敏感的模型参数。在不同重现期降雨情景下对排水管网排水能力分析可知，在降雨历时增加时，流量、节点平均超载时长、节点溢流数、满管时间等指标受降雨重现期的影响较大，节点超载数、满流管道数受降雨历时影响相对较小。研究结果可以为城市社区尺度下的管网排水系统模拟及评估提供一定的借鉴。
基于福州市晋安区某典型居民区实测的管道液位数据，利用遗传算法对SWMM（storm water management model）参数进行优化率定，并利用Morris法对影响产汇流计算的主要参数敏感性进行分析。在此基础上，利用不同重现期的降雨驱动模型，比较分析在不同情景下小区排水管网的排水能力。结果表明：基于遗传算法对研究小区SWMM的参数率定取得了较好的效果，模型参数的拟合度较高；20180531场次降雨计算得到纳什效率系数0.82，20180620场次降雨计算得到纳什效率系数为0.81，实测最大水位、峰现时间等参数误差均在2%以内。通过对参数进行Morris敏感性分析，该居民小区SWMM的最大下渗率、最小下渗率、衰减系数以及管道糙率是比较敏感的模型参数。在不同重现期降雨情景下对排水管网排水能力分析可知，在降雨历时增加时，流量、节点平均超载时长、节点溢流数、满管时间等指标受降雨重现期的影响较大，节点超载数、满流管道数受降雨历时影响相对较小。研究结果可以为城市社区尺度下的管网排水系统模拟及评估提供一定的借鉴。
2022, 20(2):281-296.
摘要:
气象水文耦合预报能够延长洪水预报预见期，针对预报结果不确定性大的问题，选取东南沿海地区的梅溪流域为研究区，以2012年8月3日“苏拉”台风和2014年6月17日“海贝思”台风引发的降雨洪水为例，开展气象水文耦合下的集合预报研究。依托WRF（weather research and forecasting）模式建立基于36种物理参数化方案组合的降雨集合预报集，并通过耦合WRF模式和梅溪流域分布式水文模型，实现降雨径流集合预报。结果表明：在不同物理参数化方案下，数值降雨预报结果有一定差异，且对降雨空间分布的预报效果优于降雨时间分布，更容易准确描述时空分布均匀的降雨，很难捕捉短历时强降雨；采用集合预报的方式能够有效降低洪水预报的不确定性，当预见期超过6 h时，对于时空分布均匀的降雨，相应洪水过程的洪峰流量预报误差Rf为11.30%，能够准确反映洪峰量级，峰现时间提前2h，相比基于“落地雨”开展的洪水预报有一定优势；基于异方差扩展型Logistic算法对预报降雨进行处理后，能够有效提高降雨预报精度，但对于时空分布不均匀的降雨，洪峰流量误差R f由处理前的-86.89%降低至-48.95%，仍有较大的提升空间。
气象水文耦合预报能够延长洪水预报预见期，针对预报结果不确定性大的问题，选取东南沿海地区的梅溪流域为研究区，以2012年8月3日“苏拉”台风和2014年6月17日“海贝思”台风引发的降雨洪水为例，开展气象水文耦合下的集合预报研究。依托WRF（weather research and forecasting）模式建立基于36种物理参数化方案组合的降雨集合预报集，并通过耦合WRF模式和梅溪流域分布式水文模型，实现降雨径流集合预报。结果表明：在不同物理参数化方案下，数值降雨预报结果有一定差异，且对降雨空间分布的预报效果优于降雨时间分布，更容易准确描述时空分布均匀的降雨，很难捕捉短历时强降雨；采用集合预报的方式能够有效降低洪水预报的不确定性，当预见期超过6 h时，对于时空分布均匀的降雨，相应洪水过程的洪峰流量预报误差Rf为11.30%，能够准确反映洪峰量级，峰现时间提前2h，相比基于“落地雨”开展的洪水预报有一定优势；基于异方差扩展型Logistic算法对预报降雨进行处理后，能够有效提高降雨预报精度，但对于时空分布不均匀的降雨，洪峰流量误差R f由处理前的-86.89%降低至-48.95%，仍有较大的提升空间。
2022, 20(2):297-307.
摘要:
为提高山洪灾害预警精度，以栾川流域为例，根据基尼系数和峰值雨强位置系数，概化包括偏前均匀型、偏后集中型等9种特征雨型，并通过总雨量重现期和峰值雨强条件概率，确定各种雨型的峰量关系，设置降雨重心从上游到下游偏移的5种降雨空间分布情景。在此基础上，探讨降雨时空分布不确定性对临界雨量的影响，建立临界雨量数据集，构建三级临界雨量预警模式，并通过4场雨洪资料对该预警模式进行检验。结果表明：当前期影响雨量为0.2Wm(Wm为流域最大蓄水量)、降雨重心在中游时，偏前均匀雨型比偏后均匀雨型24 h临界雨量大17.52%~23.87%，偏后均匀雨型和偏后集中雨型的临界雨量范围相差5.19%~6.53%；前期影响雨量为0.5Wm时，情景1（降雨重心在上游）对应的12 h临界雨量比情景5（降雨重心在下游）大31.61%~48.94%，流域降雨时空分布对山洪灾害预警影响显著。因此，所构建的考虑降雨时空不确定性的三级预警模式运行结果合理可靠，可为其他中小流域的山洪预警提供技术参考。
为提高山洪灾害预警精度，以栾川流域为例，根据基尼系数和峰值雨强位置系数，概化包括偏前均匀型、偏后集中型等9种特征雨型，并通过总雨量重现期和峰值雨强条件概率，确定各种雨型的峰量关系，设置降雨重心从上游到下游偏移的5种降雨空间分布情景。在此基础上，探讨降雨时空分布不确定性对临界雨量的影响，建立临界雨量数据集，构建三级临界雨量预警模式，并通过4场雨洪资料对该预警模式进行检验。结果表明：当前期影响雨量为0.2Wm(Wm为流域最大蓄水量)、降雨重心在中游时，偏前均匀雨型比偏后均匀雨型24 h临界雨量大17.52%~23.87%，偏后均匀雨型和偏后集中雨型的临界雨量范围相差5.19%~6.53%；前期影响雨量为0.5Wm时，情景1（降雨重心在上游）对应的12 h临界雨量比情景5（降雨重心在下游）大31.61%~48.94%，流域降雨时空分布对山洪灾害预警影响显著。因此，所构建的考虑降雨时空不确定性的三级预警模式运行结果合理可靠，可为其他中小流域的山洪预警提供技术参考。
2022, 20(2):308-316.
摘要:
济南市南部山区崮山流域地处我国北方土石山地丘陵区，以水力侵蚀为主的土壤侵蚀现象严重且生态环境脆弱，径流预测是水土保持监测和预报的重要基础，精度较高的的径流计算模型可以为济南市南部山区更好地开展水土保持工作提供技术支撑与数据基础。根据径流曲线模型（SCS-CN）原理和崮山流域内5个雨量站、1个水文站近10年的实测降雨、径流资料,借助ArcGIS平台利用优度拟合统计分析法及Nash-Sutcliffe效率系数验证法对模型参数初损率（λ）和径流曲线数（CN）进行了优化检验，结果表明：参数优化后的模型精确度较高（实测值与计算值分析结果为回归直线斜率K=0.905 8、确定系数R2=0.812 7、纳什效率系数ENS=0.796 9）可以更好地适用于崮山流域径流测算；对2019年崮山流域29次侵蚀性降雨进行降雨产流估算，并累加计算得流域年径流量为0.53亿 m3，年径流深处于34.15~371.52 mm，年均径流深为134.52 mm，汛期降雨产生的径流量占年径流量的90.27%。
济南市南部山区崮山流域地处我国北方土石山地丘陵区，以水力侵蚀为主的土壤侵蚀现象严重且生态环境脆弱，径流预测是水土保持监测和预报的重要基础，精度较高的的径流计算模型可以为济南市南部山区更好地开展水土保持工作提供技术支撑与数据基础。根据径流曲线模型（SCS-CN）原理和崮山流域内5个雨量站、1个水文站近10年的实测降雨、径流资料,借助ArcGIS平台利用优度拟合统计分析法及Nash-Sutcliffe效率系数验证法对模型参数初损率（λ）和径流曲线数（CN）进行了优化检验，结果表明：参数优化后的模型精确度较高（实测值与计算值分析结果为回归直线斜率K=0.905 8、确定系数R2=0.812 7、纳什效率系数ENS=0.796 9）可以更好地适用于崮山流域径流测算；对2019年崮山流域29次侵蚀性降雨进行降雨产流估算，并累加计算得流域年径流量为0.53亿 m3，年径流深处于34.15~371.52 mm，年均径流深为134.52 mm，汛期降雨产生的径流量占年径流量的90.27%。
2022, 20(2):317-326.
摘要:
针对降雨时空不确定性严重制约洪涝模型模拟精度的问题，在深圳市布吉河流域研究降雨中心、降雨移动方向等时空特征对洪水过程的影响。利用2018—2020年的降雨监测数据，划分并筛选出116个大雨以上的降雨场次，进而对每个场次通过空间平均化处理和时间同步处理，分别构建空间平均和雨峰同步降雨过程；利用城市洪涝模型模拟116个降雨场次在实际降雨、空间平均、雨峰同步3种时空分布下的洪水过程；分析降雨中心和降雨移动方向对洪峰流量、洪水过程的影响。结果显示：经过空间平均化处理后，产生的洪峰流量较实际降雨模拟得到的洪峰流量变化范围为-43.9%～34.7%，而且当实际降雨中心位于流域几何中心下游时，模拟得到的洪峰倾向于偏高；经过雨峰同步处理的降雨较实际降雨模拟得到洪峰流量变化范围为-33.7%～20.0%，洪峰变化范围与降雨中心移动方向有较强的相关性；洪水过程与洪峰流量变化相对应，表现为洪峰增加、洪水持续时间缩短,或洪峰降低、洪峰持续时长增加。研究结论可为洪涝模型输入的降雨过程构建提供依据，为河道洪水风险评估、洪涝过程实时模拟提供借鉴。
针对降雨时空不确定性严重制约洪涝模型模拟精度的问题，在深圳市布吉河流域研究降雨中心、降雨移动方向等时空特征对洪水过程的影响。利用2018—2020年的降雨监测数据，划分并筛选出116个大雨以上的降雨场次，进而对每个场次通过空间平均化处理和时间同步处理，分别构建空间平均和雨峰同步降雨过程；利用城市洪涝模型模拟116个降雨场次在实际降雨、空间平均、雨峰同步3种时空分布下的洪水过程；分析降雨中心和降雨移动方向对洪峰流量、洪水过程的影响。结果显示：经过空间平均化处理后，产生的洪峰流量较实际降雨模拟得到的洪峰流量变化范围为-43.9%～34.7%，而且当实际降雨中心位于流域几何中心下游时，模拟得到的洪峰倾向于偏高；经过雨峰同步处理的降雨较实际降雨模拟得到洪峰流量变化范围为-33.7%～20.0%，洪峰变化范围与降雨中心移动方向有较强的相关性；洪水过程与洪峰流量变化相对应，表现为洪峰增加、洪水持续时间缩短,或洪峰降低、洪峰持续时长增加。研究结论可为洪涝模型输入的降雨过程构建提供依据，为河道洪水风险评估、洪涝过程实时模拟提供借鉴。
2022, 20(2):327-337,364.
摘要:
为探究极端降水的时空变化及其非平稳性特征，基于1972—2010年山美水库流域8个降水站点逐日降水数据，选取9个极端降水指数，利用Pre-Whitening Mann-Kendall（P-WM-K）方法分析流域极端降水的时空变化特征，并采用广义可加模型（generalized additive models for location,scale and shape,GAMLSS）检测极端降水的非平稳性特征。结果表明：在时间变化趋势上，极端降水频率指数中雨日数R10mm和大雨日数R25mm呈下降趋势，暴雨日数R5mm呈上升趋势，且上升趋势达到005显著性水平；除降水总量PRCPTOT外，其余强度指数呈上升趋势，且均达到 0.05显著性水平，其中极端降水量R95线性倾向率达到 30.5 mm/（10 a）；在空间差异上，R50mm和极端降水强度指数在流域东南部呈现上升趋势，且上升趋势显著，西北部PRCPTOT下降较明显；R10mm和R25mm呈平稳特征，R50mm全流域约50%的站点呈现非平稳特征，且以均值非平稳为主，除PRCPTOT外，其余强度指数均以非平稳特征为主，且主要表现为均值非平稳。未来山美水库流域极端降水量和不确定性增加，灾害风险增大。
为探究极端降水的时空变化及其非平稳性特征，基于1972—2010年山美水库流域8个降水站点逐日降水数据，选取9个极端降水指数，利用Pre-Whitening Mann-Kendall（P-WM-K）方法分析流域极端降水的时空变化特征，并采用广义可加模型（generalized additive models for location,scale and shape,GAMLSS）检测极端降水的非平稳性特征。结果表明：在时间变化趋势上，极端降水频率指数中雨日数R10mm和大雨日数R25mm呈下降趋势，暴雨日数R5mm呈上升趋势，且上升趋势达到005显著性水平；除降水总量PRCPTOT外，其余强度指数呈上升趋势，且均达到 0.05显著性水平，其中极端降水量R95线性倾向率达到 30.5 mm/（10 a）；在空间差异上，R50mm和极端降水强度指数在流域东南部呈现上升趋势，且上升趋势显著，西北部PRCPTOT下降较明显；R10mm和R25mm呈平稳特征，R50mm全流域约50%的站点呈现非平稳特征，且以均值非平稳为主，除PRCPTOT外，其余强度指数均以非平稳特征为主，且主要表现为均值非平稳。未来山美水库流域极端降水量和不确定性增加，灾害风险增大。
2022, 20(2):338-351.
摘要:
为提升城市雨水管网模型精度，基于DEM城市地表水文分析原理，针对城市子汇水区划分不精确问题，提出一种基于盆域分析的泰森多边形子汇水区划分方法（basin analysis based Thiessen polygon subcatchment division method,BATP）。该方法综合考虑地形对雨水管网模型模拟精度的影响,利用数字高程模型数据进行盆域分析获得初级子汇水区，并进一步运用泰森多边形法划分出模型子汇水区。将BATP方法分别与人工绘制法、传统泰森多边形法进行对比，分析不同汇水区划分方法的模拟精度。实例研究表明：BATP方法的模拟结果与实测数据拟合度最佳，井下液位的峰值、流量峰值和总流量偏差分别为1.115%、1.301%、6.796%。所提出的子汇水区划分方法能获得更高模拟精度的城市雨水管网模型。研究成果可为城市排水防涝模拟提供更加合理的建模方法。
为提升城市雨水管网模型精度，基于DEM城市地表水文分析原理，针对城市子汇水区划分不精确问题，提出一种基于盆域分析的泰森多边形子汇水区划分方法（basin analysis based Thiessen polygon subcatchment division method,BATP）。该方法综合考虑地形对雨水管网模型模拟精度的影响,利用数字高程模型数据进行盆域分析获得初级子汇水区，并进一步运用泰森多边形法划分出模型子汇水区。将BATP方法分别与人工绘制法、传统泰森多边形法进行对比，分析不同汇水区划分方法的模拟精度。实例研究表明：BATP方法的模拟结果与实测数据拟合度最佳，井下液位的峰值、流量峰值和总流量偏差分别为1.115%、1.301%、6.796%。所提出的子汇水区划分方法能获得更高模拟精度的城市雨水管网模型。研究成果可为城市排水防涝模拟提供更加合理的建模方法。
2022, 20(2):352-364.
摘要:
在对近年国内外城市水系连通典型案例总结的基础上，构建包含水系格局、结构连通性和水力连通性3个准则层的平原城市河网水系[JP2]连通性评价体系，改进水力连通性准则层中水力连通能力指标的计算方法，使其适用于整个河网计算。为避免主、客观单一权重法的不足，采用AHP-熵综合权重法对评价指标赋权。针对通过指标值评价水系连通状况不能兼顾多因素影响的局限性，采用综合评价法对廊坊城区不同水系连通方案的水系连通状况进行评价。结果表明，该体系能够较全面地对平原城市河网进行水系连通性评价，为我国平原城市河网水系连通性评价提供参考。
在对近年国内外城市水系连通典型案例总结的基础上，构建包含水系格局、结构连通性和水力连通性3个准则层的平原城市河网水系[JP2]连通性评价体系，改进水力连通性准则层中水力连通能力指标的计算方法，使其适用于整个河网计算。为避免主、客观单一权重法的不足，采用AHP-熵综合权重法对评价指标赋权。针对通过指标值评价水系连通状况不能兼顾多因素影响的局限性，采用综合评价法对廊坊城区不同水系连通方案的水系连通状况进行评价。结果表明，该体系能够较全面地对平原城市河网进行水系连通性评价，为我国平原城市河网水系连通性评价提供参考。
2022, 20(2):365-374.
摘要:
归纳湖泊生态需水的相关概念、分类和组成，利用CiteSpace软件分析近20年国内外相关研究进展，发现其主要集中在水文学角度与生态学角度2个方面,故从这2个角度总结湖泊生态需水计算方法。其中：水文学方法主要考虑湖泊长序列水文要素，具体有最低水位法、水量平衡法和换水周期法等；生态学方法多同时考虑湖泊生态和水文要素，具体有曲线相关法、生态演变分析法和功能法等。不同方法的主要原理、适用性各有不同。以太湖为例，选择最低水位法、换水周期法和生态演变分析法3种方法进行实际应用与结果比较，得到太湖生态需水分别为36.01亿、27.14亿和38.81亿m3。综合比较分析后，认为生态演变分析法在计算过程中同时考虑了水文与生物状况，计算结果最合理，故最终确定太湖湖泊最小生态需水为38.81亿m3。该研究为系统了解并合理选择湖泊生态需水计算方法，开展湖泊生态保护修复与高质量发展提供支持。
归纳湖泊生态需水的相关概念、分类和组成，利用CiteSpace软件分析近20年国内外相关研究进展，发现其主要集中在水文学角度与生态学角度2个方面,故从这2个角度总结湖泊生态需水计算方法。其中：水文学方法主要考虑湖泊长序列水文要素，具体有最低水位法、水量平衡法和换水周期法等；生态学方法多同时考虑湖泊生态和水文要素，具体有曲线相关法、生态演变分析法和功能法等。不同方法的主要原理、适用性各有不同。以太湖为例，选择最低水位法、换水周期法和生态演变分析法3种方法进行实际应用与结果比较，得到太湖生态需水分别为36.01亿、27.14亿和38.81亿m3。综合比较分析后，认为生态演变分析法在计算过程中同时考虑了水文与生物状况，计算结果最合理，故最终确定太湖湖泊最小生态需水为38.81亿m3。该研究为系统了解并合理选择湖泊生态需水计算方法，开展湖泊生态保护修复与高质量发展提供支持。
2022, 20(2):375-384.
摘要:
以2021年春季潮白河生态补水为研究基础，利用GMS-Ugrid模块构建非结构地下水流模型，评价生态补水效果和地下水响应。潮白河生态补水总量（至2021年5月27日）为2.06亿m3，补水入渗量为1.57亿m3（约占76%）。补水后1个月内，研究区第一含水层系统储存量增加了1.49亿m3；以水位0为影响范围分界线，补水影响面积达到842.8 km2。距河道不同位置观测井滞后响应时间也不同，离河道3 km观测井水位抬升明显，滞后响应时间较短（3 ～6 d）；远离河道地下水响应的滞后性明显，离河道6 km观测井滞后响应时间较长（18 ~30 d）。
以2021年春季潮白河生态补水为研究基础，利用GMS-Ugrid模块构建非结构地下水流模型，评价生态补水效果和地下水响应。潮白河生态补水总量（至2021年5月27日）为2.06亿m3，补水入渗量为1.57亿m3（约占76%）。补水后1个月内，研究区第一含水层系统储存量增加了1.49亿m3；以水位0为影响范围分界线，补水影响面积达到842.8 km2。距河道不同位置观测井滞后响应时间也不同，离河道3 km观测井水位抬升明显，滞后响应时间较短（3 ～6 d）；远离河道地下水响应的滞后性明显，离河道6 km观测井滞后响应时间较长（18 ~30 d）。
2022, 20(2):385-392.
摘要:
选取地下水压采效果显著的邯郸黑龙港平原作为研究对象，运用氢氧同位素技术示踪现状压采条件下水循环过程，确定地下水的补给来源。结果表明,研究区内地下水和地表水主要接受大气降水补给，且都受到蒸发作用的影响。地表水的平均蒸发比例约为40%,且地表水氢氧同位素组成季节变化显著，雨季较旱季明显富集。地下水受蒸发作用影响较小，平均蒸发比例约为24%，其氢氧同位素组成季节变化不明显。深层承压水同位素富集现象很可能与上层潜水的越流补给有关；古地下水的输入使得部分承压水同位素贫化。地下水与当地地表水水力联系密切，其中地下水对老漳河的补给比例约为30%；老沙河对下游地区地下水的补给比例约为20%。研究结果对华北平原地下水可持续管理具有重要意义。
选取地下水压采效果显著的邯郸黑龙港平原作为研究对象，运用氢氧同位素技术示踪现状压采条件下水循环过程，确定地下水的补给来源。结果表明,研究区内地下水和地表水主要接受大气降水补给，且都受到蒸发作用的影响。地表水的平均蒸发比例约为40%,且地表水氢氧同位素组成季节变化显著，雨季较旱季明显富集。地下水受蒸发作用影响较小，平均蒸发比例约为24%，其氢氧同位素组成季节变化不明显。深层承压水同位素富集现象很可能与上层潜水的越流补给有关；古地下水的输入使得部分承压水同位素贫化。地下水与当地地表水水力联系密切，其中地下水对老漳河的补给比例约为30%；老沙河对下游地区地下水的补给比例约为20%。研究结果对华北平原地下水可持续管理具有重要意义。
2022, 20(2):393-407.
摘要:
针对建筑物调控下的水位预测难题，建立基于BP神经网络的泵站前池水位预测模型，在不同时间尺度下分析时间序列、影响因子、预报因子对水位预测精度的影响。将构建模型应用于胶东调水工程东宋泵站，研究结果表明：在数据总量一定的情况下，训练期和预测期之比为7∶3时，预测结果较好；数据量越大，保持一定预报精度所需要的正相关的影响因子数量越多；短时间内，预测时间间隔与数据本身时间间隔相同时，预测效果更好。该构建模型能够满足明渠调水工程泵站前池的水位动态预测需求，实现泵站前池水位的2 h准确预测和4 h一般准确预测，同时可在其他类似明渠调水工程中推广应用。
针对建筑物调控下的水位预测难题，建立基于BP神经网络的泵站前池水位预测模型，在不同时间尺度下分析时间序列、影响因子、预报因子对水位预测精度的影响。将构建模型应用于胶东调水工程东宋泵站，研究结果表明：在数据总量一定的情况下，训练期和预测期之比为7∶3时，预测结果较好；数据量越大，保持一定预报精度所需要的正相关的影响因子数量越多；短时间内，预测时间间隔与数据本身时间间隔相同时，预测效果更好。该构建模型能够满足明渠调水工程泵站前池的水位动态预测需求，实现泵站前池水位的2 h准确预测和4 h一般准确预测，同时可在其他类似明渠调水工程中推广应用。
2022, 20(2):408-416.
摘要:
针对单一赋权法存在不足和开都河流域上水电站风险等级难以客观确定的问题，采用博弈论方法，对FAHP（fuzzy analytic hierarchy process）法确定的主观权重和CRITIC（criteria importance through intercriteria correlation） 法确定的客观权重进行组合优化，构建基于FAHP-CRITIC-博弈论组合赋权的水电站风险模糊综合评价模型。统计分析开都河流域上两座串联水电站的出险事故赔案，从自然环境、电力运行、建筑与设备3个方面建立风险因素指标体系，依据事故损失金额进行风险等级划分，采用隶属度函数计算各风险指标隶属度，利用构建的FAHP-CRITIC-博弈论组合赋权法进行各因素最优组合权重计算，进行多层次模糊综合评价，根据最大隶属度原则确定水电站风险等级。结果表明，该水电站风险等级为低风险，主要风险指标为暴雨洪水和设备故障，与水电站实际情况相符。
针对单一赋权法存在不足和开都河流域上水电站风险等级难以客观确定的问题，采用博弈论方法，对FAHP（fuzzy analytic hierarchy process）法确定的主观权重和CRITIC（criteria importance through intercriteria correlation） 法确定的客观权重进行组合优化，构建基于FAHP-CRITIC-博弈论组合赋权的水电站风险模糊综合评价模型。统计分析开都河流域上两座串联水电站的出险事故赔案，从自然环境、电力运行、建筑与设备3个方面建立风险因素指标体系，依据事故损失金额进行风险等级划分，采用隶属度函数计算各风险指标隶属度，利用构建的FAHP-CRITIC-博弈论组合赋权法进行各因素最优组合权重计算，进行多层次模糊综合评价，根据最大隶属度原则确定水电站风险等级。结果表明，该水电站风险等级为低风险，主要风险指标为暴雨洪水和设备故障，与水电站实际情况相符。
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