南水北调与水利科技（中英文）
2024年第22卷第2期文章目次
2024, 22(2):209-214.
摘要:
全球气候变化和高强度人类活动影响导致长江流域水循环变化及相关联的城市群水资源供需矛盾问题，尤其在长江下游上海等滨海城市供水安全问题更加凸显，这已成为长江大保护十分关注的重要问题之一。以典型滨海城市上海为例，重点论述变化环境对长江流域的供水安全风险问题；分析当前和未来上海城市供水极端干旱影响、长江淡水与河口咸潮互动供水窗口压力，以及上海城市供水管理综合运用工程措施和预警预报、调度等非工程措施的挑战；提出若干对策与建议，包括供水安全保障的系统思维与战略规划、提升城市供水安全的系统智能化与智慧化管理水平以及完善供水安全保障的管理体系。
全球气候变化和高强度人类活动影响导致长江流域水循环变化及相关联的城市群水资源供需矛盾问题，尤其在长江下游上海等滨海城市供水安全问题更加凸显，这已成为长江大保护十分关注的重要问题之一。以典型滨海城市上海为例，重点论述变化环境对长江流域的供水安全风险问题；分析当前和未来上海城市供水极端干旱影响、长江淡水与河口咸潮互动供水窗口压力，以及上海城市供水管理综合运用工程措施和预警预报、调度等非工程措施的挑战；提出若干对策与建议，包括供水安全保障的系统思维与战略规划、提升城市供水安全的系统智能化与智慧化管理水平以及完善供水安全保障的管理体系。
2024, 22(2):215-227.
摘要:
为量化水资源配置对空间均衡的提升作用，系统评价水资源配置方案空间均衡度，研究基于水资源配置系统“水源-供水设施-受水区-用水户”的整体结构，从水源均衡、设施均衡、单元均衡和用户均衡4个方面分别选择了均衡度评价指标，构建水资源配置空间均衡度综合评价指标体系，并提出基于熵权-TOPSIS法的水资源配置空间均衡度评价方法。以昌邑市水资源配置系统为例，设置12种水资源配置方案来探究不同调控措施对水资源配置空间均衡度的影响。结果表明：该方法不仅可以量化不同调控措施对水源均衡、设施均衡、单元均衡和用户均衡的影响效果，还能够评估配置系统整体的水资源配置空间均衡度，可为水资源配置与空间均衡相关研究提供借鉴。
为量化水资源配置对空间均衡的提升作用，系统评价水资源配置方案空间均衡度，研究基于水资源配置系统“水源-供水设施-受水区-用水户”的整体结构，从水源均衡、设施均衡、单元均衡和用户均衡4个方面分别选择了均衡度评价指标，构建水资源配置空间均衡度综合评价指标体系，并提出基于熵权-TOPSIS法的水资源配置空间均衡度评价方法。以昌邑市水资源配置系统为例，设置12种水资源配置方案来探究不同调控措施对水资源配置空间均衡度的影响。结果表明：该方法不仅可以量化不同调控措施对水源均衡、设施均衡、单元均衡和用户均衡的影响效果，还能够评估配置系统整体的水资源配置空间均衡度，可为水资源配置与空间均衡相关研究提供借鉴。
2024, 22(2):228-236.
摘要:
为相对全面客观地分析气候变化和人类活动对河南省主要河川径流变化的影响，基于河南省内卫河、伊洛河、洪汝河和唐河流域1961—2022年径流和降水资料，以及国家气候中心根据Penman-Monteith公式计算的年潜在蒸散发资料，比较4个蒸发对比站年潜在蒸散发和蒸发皿年蒸发值，运用Mann-Kendall突变检验法和累积双曲线法分析4个研究流域控制水文站年径流序列的变化趋势和突变年份，以及4个流域年降水和潜在蒸散发的变化趋势。采用基于Budyko假设的弹性系数法对径流变化开展归因分析。结果表明：4个蒸发对比站年潜在蒸散发与蒸发皿年蒸发变化趋势基本一致，4个水文站年径流深及4个流域年降水和年潜在蒸散发均呈下降趋势。4个水文站年径流深分别在1977年、1985年、2008年和2010年发生了突变。气候变化对径流减少的贡献率在卫河和伊洛河流域为7%以下，在洪汝河和唐河流域约为12%～18%，降水减少不显著和潜在蒸散发呈下降趋势是贡献率小的原因，可见人类活动是影响4个流域径流变化的主要驱动因素。
为相对全面客观地分析气候变化和人类活动对河南省主要河川径流变化的影响，基于河南省内卫河、伊洛河、洪汝河和唐河流域1961—2022年径流和降水资料，以及国家气候中心根据Penman-Monteith公式计算的年潜在蒸散发资料，比较4个蒸发对比站年潜在蒸散发和蒸发皿年蒸发值，运用Mann-Kendall突变检验法和累积双曲线法分析4个研究流域控制水文站年径流序列的变化趋势和突变年份，以及4个流域年降水和潜在蒸散发的变化趋势。采用基于Budyko假设的弹性系数法对径流变化开展归因分析。结果表明：4个蒸发对比站年潜在蒸散发与蒸发皿年蒸发变化趋势基本一致，4个水文站年径流深及4个流域年降水和年潜在蒸散发均呈下降趋势。4个水文站年径流深分别在1977年、1985年、2008年和2010年发生了突变。气候变化对径流减少的贡献率在卫河和伊洛河流域为7%以下，在洪汝河和唐河流域约为12%～18%，降水减少不显著和潜在蒸散发呈下降趋势是贡献率小的原因，可见人类活动是影响4个流域径流变化的主要驱动因素。
2024, 22(2):237-246.
摘要:
通过分析城市水资源调配对“系统结构-社会-经济-生态环境”的影响，系统梳理水资源联合调配与综合利用的效果，基于层次分析和熵值的综合指数方法构建综合效益的评估体系。以北京市为例，评价2014—2021年多水源联合调配的实施效果。研究表明：北京市水资源调配对系统均衡结构、经济社会发展、生态环境改善等方面产生了不同程度的影响，其中生态环境效益显著。此外，综合效益指数的逐年提升表明近年来北京市水资源的联合调配有效促进了城市的可持续发展。
通过分析城市水资源调配对“系统结构-社会-经济-生态环境”的影响，系统梳理水资源联合调配与综合利用的效果，基于层次分析和熵值的综合指数方法构建综合效益的评估体系。以北京市为例，评价2014—2021年多水源联合调配的实施效果。研究表明：北京市水资源调配对系统均衡结构、经济社会发展、生态环境改善等方面产生了不同程度的影响，其中生态环境效益显著。此外，综合效益指数的逐年提升表明近年来北京市水资源的联合调配有效促进了城市的可持续发展。
2024, 22(2):247-257,360.
摘要:
以怒江源区那曲流域为例，基于4个试验场完全融化期（6—9月）的土壤体积含水量（0.15~0.51 cm3/cm3）和土壤基质势数据（0~200 kPa）实测数据，选择Van Genuchten（VG）、Brooks-Corey（BC）和Campbell 3个模型进行拟合，以均方根误差>ERMS和决定系数R2 为评价指标，分析3个模型对高海拔季节冻土区不同土层和不同土壤质地的适用性。结果表明：从整体上看，VG模型（平均R2 为0.992，平均ERMS为0.006cm3/cm3）的拟合效果优于BC模型（平均-R2 为0.972，平均ERMS为0.019cm3/cm3）和Campbell模型（平均R2为0.984，平均ERMS为0.014cm3/cm3）；但是在不同土层和不同土壤质地情况下模型的适用性有所区别，VG模型更适用于壤土和壤质砂土（平均R2为0.987，平均ERMS为0.008 cm3/cm3）以及土壤深层（10~35 cm土层，平均R2为0.990，平均ERMS为0.007cm3/cm3），Campbell模型更适用于砂质壤土（平均R2为0.985，平均ERMS为0.009 cm3/cm3）以及土壤表层（5 cm土层，平均R2为0.993，平均ERMS为0.006cm3/cm3），BC模型在不同条件下都不是最优模型；参数θr 取值大小会显著影响土壤水分特征曲线的形状。本研究可为深入研究高海拔季节冻土区的土壤水分运动特性以及中华水塔区的水源涵养作用提供支持。
以怒江源区那曲流域为例，基于4个试验场完全融化期（6—9月）的土壤体积含水量（0.15~0.51 cm3/cm3）和土壤基质势数据（0~200 kPa）实测数据，选择Van Genuchten（VG）、Brooks-Corey（BC）和Campbell 3个模型进行拟合，以均方根误差>ERMS和决定系数R2 为评价指标，分析3个模型对高海拔季节冻土区不同土层和不同土壤质地的适用性。结果表明：从整体上看，VG模型（平均R2 为0.992，平均ERMS为0.006cm3/cm3）的拟合效果优于BC模型（平均-R2 为0.972，平均ERMS为0.019cm3/cm3）和Campbell模型（平均R2为0.984，平均ERMS为0.014cm3/cm3）；但是在不同土层和不同土壤质地情况下模型的适用性有所区别，VG模型更适用于壤土和壤质砂土（平均R2为0.987，平均ERMS为0.008 cm3/cm3）以及土壤深层（10~35 cm土层，平均R2为0.990，平均ERMS为0.007cm3/cm3），Campbell模型更适用于砂质壤土（平均R2为0.985，平均ERMS为0.009 cm3/cm3）以及土壤表层（5 cm土层，平均R2为0.993，平均ERMS为0.006cm3/cm3），BC模型在不同条件下都不是最优模型；参数θr 取值大小会显著影响土壤水分特征曲线的形状。本研究可为深入研究高海拔季节冻土区的土壤水分运动特性以及中华水塔区的水源涵养作用提供支持。
2024, 22(2):258-264.
摘要:
以黄河上游多年调节水库龙羊峡及下游刘家峡水库为研究对象，考虑来水不确定性影响，建立梯级水库群多目标随机优化模型，并基于理想点法（technique for order preference by similarity to an ideal solution，TOPSIS）决策方法，求解当年发电量与年末水位Pareto方案集中最佳方案，探讨来水频率及起调水位对年末水位和发电量的影响，验证年末期望水位保证多年调节水库发电效益的可靠性。结果表明：在不确定来水条件下，龙羊峡水库年末期望水位与龙羊峡水库、刘家峡水库年期望发电量之间存在竞争关系；龙羊峡水库来水频率越低、起调水位越高时，龙羊峡水库年末水位越高，龙羊峡水库、刘家峡水库发电量越大；基于提出的年末水位优化方法可大幅缩减龙羊峡水库现行调度方式下年末水位范围，且保障发电效益的可靠性在98%以上。
以黄河上游多年调节水库龙羊峡及下游刘家峡水库为研究对象，考虑来水不确定性影响，建立梯级水库群多目标随机优化模型，并基于理想点法（technique for order preference by similarity to an ideal solution，TOPSIS）决策方法，求解当年发电量与年末水位Pareto方案集中最佳方案，探讨来水频率及起调水位对年末水位和发电量的影响，验证年末期望水位保证多年调节水库发电效益的可靠性。结果表明：在不确定来水条件下，龙羊峡水库年末期望水位与龙羊峡水库、刘家峡水库年期望发电量之间存在竞争关系；龙羊峡水库来水频率越低、起调水位越高时，龙羊峡水库年末水位越高，龙羊峡水库、刘家峡水库发电量越大；基于提出的年末水位优化方法可大幅缩减龙羊峡水库现行调度方式下年末水位范围，且保障发电效益的可靠性在98%以上。
2024, 22(2):265-271.
摘要:
针对农田灌溉土壤含水量的监测需求，设计开发一种基于频域反射（frequency domain reflectometry, FDR）法的环式土壤水分传感器，并选取砂土、砂壤土、粉壤土和黏土4种类型的土壤对FDR传感器进行实验室标定。标定过程中将土壤体积含水量θV与FDR传感器电路的振荡频率SF采用指数函数θV=aSBF进行拟合来确定a、b参数，从而建立SF与θV对立关系。实验室标定结果表明：当FDR传感器安装深度为15 cm时，振荡频率SF与与土壤体积含水量θV的拟合效果较好；在5 cm深度处，FDR传感器离土表距离较小，电磁波受到表层空气的干扰，导致数据测量不稳定，两者数据拟合效果稍差。在此基础上，将在实验室标定后FDR传感器安装于玉米田进行野外精度检定，与取土烘干法对比分析发现FDR传感器可以较好地反映土壤水分的动态变化，且精度符合行业标准的要求。
针对农田灌溉土壤含水量的监测需求，设计开发一种基于频域反射（frequency domain reflectometry, FDR）法的环式土壤水分传感器，并选取砂土、砂壤土、粉壤土和黏土4种类型的土壤对FDR传感器进行实验室标定。标定过程中将土壤体积含水量θV与FDR传感器电路的振荡频率SF采用指数函数θV=aSBF进行拟合来确定a、b参数，从而建立SF与θV对立关系。实验室标定结果表明：当FDR传感器安装深度为15 cm时，振荡频率SF与与土壤体积含水量θV的拟合效果较好；在5 cm深度处，FDR传感器离土表距离较小，电磁波受到表层空气的干扰，导致数据测量不稳定，两者数据拟合效果稍差。在此基础上，将在实验室标定后FDR传感器安装于玉米田进行野外精度检定，与取土烘干法对比分析发现FDR传感器可以较好地反映土壤水分的动态变化，且精度符合行业标准的要求。
2024, 22(2):272-281.
摘要:
以原长沙铬盐厂污染土壤为研究对象，利用动态淋溶试验，研究不同淋溶模式下土壤六价铬[Cr(VI)]淋出特征及其对地下水的影响。结果显示，淋溶流速会影响土柱中Cr(VI)达到解吸稳定所需要的时间，即在连续淋溶模式的高、中、低3种流速条件下，达到平衡的时间分别为1 、4 、15 d，而间歇淋溶模式的Cr(VI)浸出效率略低于连续淋溶模式，这主要是受到土壤中孔隙水更新效率的控制。利用COMSOL Multiphysics?5.6构建试验中Cr(VI)迁移的模型，计算连续、间歇2种淋溶模式下6种不同情景中Cr(VI)的质量浓度变化及累积浸出质量，结合模型计算与柱实验结果分析发现，当土壤中Cr(VI)质量分数达到二类用地筛选值（5.7 mg/kg）后，淋出液中Cr(VI)质量浓度仍为地下水V类水标准（0.1 mg/L），此时淋出液中Cr(VI)质量浓度仍对地下水环境造成威胁；同一时间段内，间歇淋溶柱高流速情景下有最小淋出率（33.67 %），连续淋溶柱高流速情景有最大浸出率（83.99 %）。研究表明，在场地地下水污染治理过程中，需要考虑土壤修复标准对地下水的影响，即水土共治。研究成果可为重金属污染场地修复工程提供参考。
以原长沙铬盐厂污染土壤为研究对象，利用动态淋溶试验，研究不同淋溶模式下土壤六价铬[Cr(VI)]淋出特征及其对地下水的影响。结果显示，淋溶流速会影响土柱中Cr(VI)达到解吸稳定所需要的时间，即在连续淋溶模式的高、中、低3种流速条件下，达到平衡的时间分别为1 、4 、15 d，而间歇淋溶模式的Cr(VI)浸出效率略低于连续淋溶模式，这主要是受到土壤中孔隙水更新效率的控制。利用COMSOL Multiphysics?5.6构建试验中Cr(VI)迁移的模型，计算连续、间歇2种淋溶模式下6种不同情景中Cr(VI)的质量浓度变化及累积浸出质量，结合模型计算与柱实验结果分析发现，当土壤中Cr(VI)质量分数达到二类用地筛选值（5.7 mg/kg）后，淋出液中Cr(VI)质量浓度仍为地下水V类水标准（0.1 mg/L），此时淋出液中Cr(VI)质量浓度仍对地下水环境造成威胁；同一时间段内，间歇淋溶柱高流速情景下有最小淋出率（33.67 %），连续淋溶柱高流速情景有最大浸出率（83.99 %）。研究表明，在场地地下水污染治理过程中，需要考虑土壤修复标准对地下水的影响，即水土共治。研究成果可为重金属污染场地修复工程提供参考。
2024, 22(2):282-290.
摘要:
在评价河流水文情势变化特征时，传统水文改变指标法（indicators of hydrologic alteration，IHA）存在的指标间相关性高和数据冗余问题会造成整体评价偏差。对汉江下游流域的河流水文情势评价时，考虑到汉江流域干支流日均流量及取水调水工程等的影响，分别选择汉江干流上的3个水文站及支流流域的3个水文站点，采用主成分分析法对6个水文站 IHA指标进行优选，再利用相关性分析结果进一步筛选，优选出适用于评价汉江下游流域水文情势的13个代表性指标，分别为2月流量、4月流量、7月流量、10月流量、12月流量、基流指数、最低流量出现日期、最高流量出现日期、低流量脉冲次数、高流量持续时间、日均流量增加率、日平均流量减少率和日均流量反转数。结果表明：6个水文站的代表性指标间相关性均大幅降低，13个代表性指标间的相关系数不超过0.3的占比约70%；经变化范围评价法（range of variability approach，RVA）验证，IHA指标与优选出的代表性指标对汉江下游流域整体水文改变度评价结果的差值均小于7.5个百分点，表明其能够对汉江下游流域提供较为全面合理的水文情势变化评价。
在评价河流水文情势变化特征时，传统水文改变指标法（indicators of hydrologic alteration，IHA）存在的指标间相关性高和数据冗余问题会造成整体评价偏差。对汉江下游流域的河流水文情势评价时，考虑到汉江流域干支流日均流量及取水调水工程等的影响，分别选择汉江干流上的3个水文站及支流流域的3个水文站点，采用主成分分析法对6个水文站 IHA指标进行优选，再利用相关性分析结果进一步筛选，优选出适用于评价汉江下游流域水文情势的13个代表性指标，分别为2月流量、4月流量、7月流量、10月流量、12月流量、基流指数、最低流量出现日期、最高流量出现日期、低流量脉冲次数、高流量持续时间、日均流量增加率、日平均流量减少率和日均流量反转数。结果表明：6个水文站的代表性指标间相关性均大幅降低，13个代表性指标间的相关系数不超过0.3的占比约70%；经变化范围评价法（range of variability approach，RVA）验证，IHA指标与优选出的代表性指标对汉江下游流域整体水文改变度评价结果的差值均小于7.5个百分点，表明其能够对汉江下游流域提供较为全面合理的水文情势变化评价。
2024, 22(2):291-298.
摘要:
从交通事故风险、污水排入风险以及其他风险等方面识别引江济淮工程（河南段）突发水污染事件的风险源，建立适应性的风险评价指标体系、指标等级划分标准和风险等级评价模型，综合评估7个评价河段突发水污染事件风险等级。结果表明：2个评价河段的风险等级为重大（Ⅱ级），5个评价河段的风险等级为较大（Ⅲ级）。从降低风险源危险性、提高风险控制有效性等方面提出突发水污染事件风险管控对策措施。本研究为降低引江济淮工程（河南段）突发水污染事件的发生概率和危害程度提供了支撑，对发挥工程综合效益、保障受水区供水安全、维护良好的水生态环境具有重要意义。
从交通事故风险、污水排入风险以及其他风险等方面识别引江济淮工程（河南段）突发水污染事件的风险源，建立适应性的风险评价指标体系、指标等级划分标准和风险等级评价模型，综合评估7个评价河段突发水污染事件风险等级。结果表明：2个评价河段的风险等级为重大（Ⅱ级），5个评价河段的风险等级为较大（Ⅲ级）。从降低风险源危险性、提高风险控制有效性等方面提出突发水污染事件风险管控对策措施。本研究为降低引江济淮工程（河南段）突发水污染事件的发生概率和危害程度提供了支撑，对发挥工程综合效益、保障受水区供水安全、维护良好的水生态环境具有重要意义。
2024, 22(2):299-308.
摘要:
基于生态系统服务价值理论，对蓄滞洪区生态系统的气候调节价值、水质净化价值、空气净化价值、土壤保持价值、碳固定价值、生物多样性价值和科研教育价值7个方面进行生态服务价值评估，采用替代成本法、成果参数法等核算方法对各项生态服务功能进行价值核算。通过评估生态系统服务价值，将生态效益纳入可持续发展评价体系，系统构建能够有效反映经济资源子系统、防洪子系统、生态功能子系统之间相互作用与制约关系的蓄滞洪区可持续发展评价指标体系。此外，构建模糊综合评价模型进行现状评价和情景预测。结果表明：2个蓄滞洪区现阶段可持续发展评价为一般。在调整种植结构、土地利用方式、打造特色养殖模式等方式的情景下，区域可持续发展水平较好。研究能为蓄滞洪区的生态效益量化评价和可持续发展提供参考。
基于生态系统服务价值理论，对蓄滞洪区生态系统的气候调节价值、水质净化价值、空气净化价值、土壤保持价值、碳固定价值、生物多样性价值和科研教育价值7个方面进行生态服务价值评估，采用替代成本法、成果参数法等核算方法对各项生态服务功能进行价值核算。通过评估生态系统服务价值，将生态效益纳入可持续发展评价体系，系统构建能够有效反映经济资源子系统、防洪子系统、生态功能子系统之间相互作用与制约关系的蓄滞洪区可持续发展评价指标体系。此外，构建模糊综合评价模型进行现状评价和情景预测。结果表明：2个蓄滞洪区现阶段可持续发展评价为一般。在调整种植结构、土地利用方式、打造特色养殖模式等方式的情景下，区域可持续发展水平较好。研究能为蓄滞洪区的生态效益量化评价和可持续发展提供参考。
2024, 22(2):309-318.
摘要:
VIC模型在流域面积大于3 000km2 的大型流域日或月尺度洪水模拟中表现出良好的适用性，而在大型流域小时尺度实时洪水预报过程中的适用性尚未得到验证。以三峡库区大型流域为例，通过建立小时尺度VIC分布式洪水预报模型，构建三峡库区流域实时滚动洪水预报方案，将VIC分布式洪水预报模型实地化部署并应用于2022及2023年三峡库区实时洪水预报。结果表明：VIC模型应用于2014—2021年三峡库区各子流域历史洪水模拟，率定期和验证期的洪量、洪峰平均合格率均在80%以上，确定性系数均值在0.70以上，构建的VIC分布式洪水预报模型在三峡库区及其子流域洪水模拟中表现出良好的适用性；在2022及2023年三峡库区4场典型洪水的实时洪水预报中，径流深和洪峰的平均相对误差达到16.3%和5.0%，重点产流区产流量平均相对误差为7.8%，能够准确把握库区重点产流区的洪量及来水过程，因此VIC模型在大型流域小时尺度实时洪水预报中具有较大的应用潜力。
VIC模型在流域面积大于3 000km2 的大型流域日或月尺度洪水模拟中表现出良好的适用性，而在大型流域小时尺度实时洪水预报过程中的适用性尚未得到验证。以三峡库区大型流域为例，通过建立小时尺度VIC分布式洪水预报模型，构建三峡库区流域实时滚动洪水预报方案，将VIC分布式洪水预报模型实地化部署并应用于2022及2023年三峡库区实时洪水预报。结果表明：VIC模型应用于2014—2021年三峡库区各子流域历史洪水模拟，率定期和验证期的洪量、洪峰平均合格率均在80%以上，确定性系数均值在0.70以上，构建的VIC分布式洪水预报模型在三峡库区及其子流域洪水模拟中表现出良好的适用性；在2022及2023年三峡库区4场典型洪水的实时洪水预报中，径流深和洪峰的平均相对误差达到16.3%和5.0%，重点产流区产流量平均相对误差为7.8%，能够准确把握库区重点产流区的洪量及来水过程，因此VIC模型在大型流域小时尺度实时洪水预报中具有较大的应用潜力。
2024, 22(2):319-330.
摘要:
降水产品的精度受到多种因素的影响，相对于地面站点观测降水表现出不同程度的偏差，需在实际应用前进行偏差校正并评估其适用性。为探寻适用于不同降水产品在长江流域不同区域内的偏差校正方法，评估CMFD、MSWEP和ERA5-Land这3种降水产品在长江流域内3个气候、地形和面积有较大差异的子流域内的适用性，并在此基础上对比使用3类7种方法对日尺度降水值进行偏差校正。结果表明：校正后的降水产品的适用性得到了不同程度的提升，而局部强度缩放与三伽玛分布结合校正法在3种降水产品和3个子流域的校正效果均为最优。校正方法的校正幅度与降水产品在研究区域的适用性存在反相关关系，产品的适用性越差，精度评价指标的改进幅度越明显。研究结果可为后期不同降水产品在长江流域不同子流域的准确应用提供可参考的校正方法。
降水产品的精度受到多种因素的影响，相对于地面站点观测降水表现出不同程度的偏差，需在实际应用前进行偏差校正并评估其适用性。为探寻适用于不同降水产品在长江流域不同区域内的偏差校正方法，评估CMFD、MSWEP和ERA5-Land这3种降水产品在长江流域内3个气候、地形和面积有较大差异的子流域内的适用性，并在此基础上对比使用3类7种方法对日尺度降水值进行偏差校正。结果表明：校正后的降水产品的适用性得到了不同程度的提升，而局部强度缩放与三伽玛分布结合校正法在3种降水产品和3个子流域的校正效果均为最优。校正方法的校正幅度与降水产品在研究区域的适用性存在反相关关系，产品的适用性越差，精度评价指标的改进幅度越明显。研究结果可为后期不同降水产品在长江流域不同子流域的准确应用提供可参考的校正方法。
2024, 22(2):331-338.
摘要:
为更准确揭示和认识变化环境下密云水库流域水文过程的非平稳特征，选取该流域1960—2019年降水和径流资料，采用多种时间序列分析方法综合诊断其趋势、突变点和周期等非平稳特征并进行成因分析。结果显示：该流域降水变化主要表现出较明显的随机特性，径流相比降水的下降趋势更显著，且在1979年发生了向下跳跃的强变异；相比气候变异影响，人类活动是密云水库流域径流减少的主导因素；1980—1998年流域水土保持措施与水利工程兴建对径流变化的贡献率为?111.40%，抵消了气候变异11.4%的增水效应；1999—2019年，塘坝建造和用地类型转变对径流变化的贡献率为?66.60%，同时叠加气候变异?33.40%的减水效应，导致近20年来该流域径流呈现显著减少的态势。研究结果可为密云水库安全运行、洪水调度以及流域水资源管理决策提供科学支撑。
为更准确揭示和认识变化环境下密云水库流域水文过程的非平稳特征，选取该流域1960—2019年降水和径流资料，采用多种时间序列分析方法综合诊断其趋势、突变点和周期等非平稳特征并进行成因分析。结果显示：该流域降水变化主要表现出较明显的随机特性，径流相比降水的下降趋势更显著，且在1979年发生了向下跳跃的强变异；相比气候变异影响，人类活动是密云水库流域径流减少的主导因素；1980—1998年流域水土保持措施与水利工程兴建对径流变化的贡献率为?111.40%，抵消了气候变异11.4%的增水效应；1999—2019年，塘坝建造和用地类型转变对径流变化的贡献率为?66.60%，同时叠加气候变异?33.40%的减水效应，导致近20年来该流域径流呈现显著减少的态势。研究结果可为密云水库安全运行、洪水调度以及流域水资源管理决策提供科学支撑。
2024, 22(2):339-347,398.
摘要:
为探究变化环境下极端降水对陕西农业生产的影响，依据陕西省2010—2020年降水数据，结合地形、植被覆盖和社会经济等特征，将HEV（危险性指数、暴露度指数、脆弱性指数）风险评价体系应用于极端降水对陕西省农业生产的影响评价当中，形成风险分布图。研究表明：咸阳市南部、西安市北部以及汉中市中部地区由于地势较低，河网众多，受极端降水的影响较大，风险指数高于0.8，属于高风险地区；陕北的榆林地区由于农业经济密度较低（小于400万元/km2）,农业生产受极端降水影响较小，而汉中市北部则由于植被覆盖度高、地形坡度大，受极端降水影响较小，均属于低风险地区。分析极端降水对陕西省农业生产影响的空间分布特征以及原因，可为变化环境下陕西省农业生产防洪减灾提供理论依据。
为探究变化环境下极端降水对陕西农业生产的影响，依据陕西省2010—2020年降水数据，结合地形、植被覆盖和社会经济等特征，将HEV（危险性指数、暴露度指数、脆弱性指数）风险评价体系应用于极端降水对陕西省农业生产的影响评价当中，形成风险分布图。研究表明：咸阳市南部、西安市北部以及汉中市中部地区由于地势较低，河网众多，受极端降水的影响较大，风险指数高于0.8，属于高风险地区；陕北的榆林地区由于农业经济密度较低（小于400万元/km2）,农业生产受极端降水影响较小，而汉中市北部则由于植被覆盖度高、地形坡度大，受极端降水影响较小，均属于低风险地区。分析极端降水对陕西省农业生产影响的空间分布特征以及原因，可为变化环境下陕西省农业生产防洪减灾提供理论依据。
2024, 22(2):348-358.
摘要:
以引江济淮工程（河南段）为例，在确定安全-进度-投资系统风险评价指标体系的基础上，基于层次分析-模糊综合评价方法分析安全、进度、投资的单项风险；在考虑工程建设期安全、进度、投资的相互影响后，基于改进的综合风险评价方法分析安全-进度-投资系统风险。结果表明：当分析单项风险时，安全、进度和投资风险的评价结果均为一般风险；当分析系统风险时，得到安全风险>进度风险>投资风险；进一步分析指标体系中的准则层和指标层，安全风险的现场风险中施工技术方案风险排序第一，是后续风险管控的重点。本研究为提高工程建设期安全-进度-投资系统风险的可靠性、降低风险事件的发生提出了理论和技术参考。
以引江济淮工程（河南段）为例，在确定安全-进度-投资系统风险评价指标体系的基础上，基于层次分析-模糊综合评价方法分析安全、进度、投资的单项风险；在考虑工程建设期安全、进度、投资的相互影响后，基于改进的综合风险评价方法分析安全-进度-投资系统风险。结果表明：当分析单项风险时，安全、进度和投资风险的评价结果均为一般风险；当分析系统风险时，得到安全风险>进度风险>投资风险；进一步分析指标体系中的准则层和指标层，安全风险的现场风险中施工技术方案风险排序第一，是后续风险管控的重点。本研究为提高工程建设期安全-进度-投资系统风险的可靠性、降低风险事件的发生提出了理论和技术参考。
2024, 22(2):359-367.
摘要:
为研究初始循环损伤对全级配混凝土断裂损伤特性的影响，对承受不同初始循环损伤的全级配混凝土梁进行三点弯断裂试验研究，并结合声发射（acoustic emission，AE）技术对预损伤后断裂过程进行监测。结果表明：初始循环荷载增幅越大，混凝土梁在初始循环阶段累积的损伤越大，损伤后再加载的峰值荷载越小，脆性特征更明显；对比分析多个AE损伤指数发现，在加载中后期，全级配混凝土的断裂特性受初始循环损伤的影响逐渐变小，此时试件的受损主要受到内部大骨料分布的影响；对预损伤后加载过程中RA-AF值（RA value-average frequency value）分析可知，剪切裂纹占比随加载进程的推进递增，但拉伸裂纹占比始终占主导地位，且随着初始循环增幅越大，破坏时剪切裂纹占比越大。研究成果对预测分析混凝土大坝断裂破坏具有较好的实际应用价值。
为研究初始循环损伤对全级配混凝土断裂损伤特性的影响，对承受不同初始循环损伤的全级配混凝土梁进行三点弯断裂试验研究，并结合声发射（acoustic emission，AE）技术对预损伤后断裂过程进行监测。结果表明：初始循环荷载增幅越大，混凝土梁在初始循环阶段累积的损伤越大，损伤后再加载的峰值荷载越小，脆性特征更明显；对比分析多个AE损伤指数发现，在加载中后期，全级配混凝土的断裂特性受初始循环损伤的影响逐渐变小，此时试件的受损主要受到内部大骨料分布的影响；对预损伤后加载过程中RA-AF值（RA value-average frequency value）分析可知，剪切裂纹占比随加载进程的推进递增，但拉伸裂纹占比始终占主导地位，且随着初始循环增幅越大，破坏时剪切裂纹占比越大。研究成果对预测分析混凝土大坝断裂破坏具有较好的实际应用价值。
2024, 22(2):368-377.
摘要:
基于南水北调工程巡检专报结合专家经验构建巡检知识图谱概念模型，在此基础上利用实体关系联合抽取框架进行巡检知识抽取，并以Neo4j图数据库为载体进行巡检知识图谱可视化。基于巡检知识图谱进行南水北调工程巡检信息推荐，利用BERT（Bi-directional encoder representation from transformers）预训练模型设计BERT孪生网络，通过知识检索及字符串相似度计算等技术，实现关联工程风险信息推荐，以辅助巡检人员进行工程风险等级诊断。通过实验评估了知识抽取及字符串相似度计算模型的准确性，知识抽取F1 值达到88.42%，字符串相似度计算 F1 值为86.00%。该方法可提高南水北调工程风险管理能力、推动工程运维的数字化发展。
基于南水北调工程巡检专报结合专家经验构建巡检知识图谱概念模型，在此基础上利用实体关系联合抽取框架进行巡检知识抽取，并以Neo4j图数据库为载体进行巡检知识图谱可视化。基于巡检知识图谱进行南水北调工程巡检信息推荐，利用BERT（Bi-directional encoder representation from transformers）预训练模型设计BERT孪生网络，通过知识检索及字符串相似度计算等技术，实现关联工程风险信息推荐，以辅助巡检人员进行工程风险等级诊断。通过实验评估了知识抽取及字符串相似度计算模型的准确性，知识抽取F1 值达到88.42%，字符串相似度计算 F1 值为86.00%。该方法可提高南水北调工程风险管理能力、推动工程运维的数字化发展。
2024, 22(2):378-387,408.
摘要:
水闸深基坑开挖变形具有明显的非线性和非稳定性特征，基于此，引入极点对称模态分解算法（extreme-point symmetric mode decomposition method，ESMD）对水闸深基坑开挖变形原型监测序列进行多模态分解，并基于模糊熵（fuzzy entropy, FE）理论对各分解分量进行模糊多模态相空间重构，从而有效甄别水闸基坑变形不同时间尺度有效物理特征。构建基于人工水母搜索算法（artificial jellyfish search optimizer，AJSO）优化的长短期记忆（long short-term memory，LSTM）人工神经网络模型，以重构后的各重构子序列为基础进行优化训练，并把训练后的各预测模态分量合并，实现对水闸基坑开挖变形动态预测和分析。以张家港市十一圩江边枢纽改建工程基坑开挖变形监测为例，采用上述方法对该枢纽工程基坑开挖过程变形进行预测和分析。结果表明：基于ESMD-FE-AJSO-LSTM算法的水闸深基坑变形预测方法能够有效预测基坑开挖变形非线性特征，相比传统LSTM、循环神经网络（recurrent neural network, RNN）和支持向量机（support vector machine，SVM）等算法具有更高的预测精度和稳定性，为实现对基坑开挖安全性态实时科学诊断和分析提供技术参考。
水闸深基坑开挖变形具有明显的非线性和非稳定性特征，基于此，引入极点对称模态分解算法（extreme-point symmetric mode decomposition method，ESMD）对水闸深基坑开挖变形原型监测序列进行多模态分解，并基于模糊熵（fuzzy entropy, FE）理论对各分解分量进行模糊多模态相空间重构，从而有效甄别水闸基坑变形不同时间尺度有效物理特征。构建基于人工水母搜索算法（artificial jellyfish search optimizer，AJSO）优化的长短期记忆（long short-term memory，LSTM）人工神经网络模型，以重构后的各重构子序列为基础进行优化训练，并把训练后的各预测模态分量合并，实现对水闸基坑开挖变形动态预测和分析。以张家港市十一圩江边枢纽改建工程基坑开挖变形监测为例，采用上述方法对该枢纽工程基坑开挖过程变形进行预测和分析。结果表明：基于ESMD-FE-AJSO-LSTM算法的水闸深基坑变形预测方法能够有效预测基坑开挖变形非线性特征，相比传统LSTM、循环神经网络（recurrent neural network, RNN）和支持向量机（support vector machine，SVM）等算法具有更高的预测精度和稳定性，为实现对基坑开挖安全性态实时科学诊断和分析提供技术参考。
2024, 22(2):388-398.
摘要:
泵站机组运行受多种因素影响，导致泵站运行理论效率与实际效率误差较大。针对泵站机组运行效率精准模拟难题，运用基于高价多项式回归、回归树、多元线性回归、向量机回归、高斯过程回归、神经网络的10个回归算法，建立泵站机组效率模拟模型并开展对比分析，优选出有效的泵站运行效率模拟建模方法。讨论分析采用 “上下游水位+流量”代替传统“扬程+流量”开展泵站运行模拟的效果。以南水北调东线邳州站和遂宁二站共8台机组的历史数据开展实例分析，相关实验结果表明：在所有方法中，高斯过程回归（Gaussian process regression, GPR）模型在均方根误差（ERMS）、平均绝对误差（EMA）、均方误差（EMS）、决定系数（R2）和最大个体误差（EMI）指标上综合表现最佳，R2逼近0.95；使用站上、站下水位代替传统的扬程对模型进行训练，所有模型的综合评价指标整体有所改善。综合来看，使用GPR模型并使用上游、下游水位代替扬程进行模拟效率表现最好，以邳州站4号机为例，可将模拟效率的 EMA 和 EMI分别从16.49%和20.40%减少至0.41%和2.30%，研究成果具有一定实际意义，可为我国调水工程泵站经济运行提供有力支撑。
泵站机组运行受多种因素影响，导致泵站运行理论效率与实际效率误差较大。针对泵站机组运行效率精准模拟难题，运用基于高价多项式回归、回归树、多元线性回归、向量机回归、高斯过程回归、神经网络的10个回归算法，建立泵站机组效率模拟模型并开展对比分析，优选出有效的泵站运行效率模拟建模方法。讨论分析采用 “上下游水位+流量”代替传统“扬程+流量”开展泵站运行模拟的效果。以南水北调东线邳州站和遂宁二站共8台机组的历史数据开展实例分析，相关实验结果表明：在所有方法中，高斯过程回归（Gaussian process regression, GPR）模型在均方根误差（ERMS）、平均绝对误差（EMA）、均方误差（EMS）、决定系数（R2）和最大个体误差（EMI）指标上综合表现最佳，R2逼近0.95；使用站上、站下水位代替传统的扬程对模型进行训练，所有模型的综合评价指标整体有所改善。综合来看，使用GPR模型并使用上游、下游水位代替扬程进行模拟效率表现最好，以邳州站4号机为例，可将模拟效率的 EMA 和 EMI分别从16.49%和20.40%减少至0.41%和2.30%，研究成果具有一定实际意义，可为我国调水工程泵站经济运行提供有力支撑。
2024, 22(2):399-408.
摘要:
为研究溢洪道水力特性，验证工程设计方案合理性。基于SolidWorks软件建立溢洪道三维数值模型，使用Fluent软件，运用VOF方法和RNG k-ε 湍流模型闭合N-S方程，对沟水坡水库溢洪道进行数值模拟。通过数值模拟得到的溢洪道水力特性数据与物理模型试验结果进行分析对比，并进一步分析溢洪道水流沿程变化规律，研究表明数值模型的可信度较高，可采用数值仿真方法对溢洪道结构进行优化。同时发现在30 a一遇洪水工况下溢洪道混凝土护坡高度不能满足正常泄洪的问题，提出在斜坡段设置两级水垫塘、加高消力池段护坡高度和缩短尾水渠长度的优化方案；利用数值模拟，分析验证了优化方案的可行性，为工程设计优化提供依据。研究成果为同类溢洪道工程采用数值仿真模拟提供了技术支撑。
为研究溢洪道水力特性，验证工程设计方案合理性。基于SolidWorks软件建立溢洪道三维数值模型，使用Fluent软件，运用VOF方法和RNG k-ε 湍流模型闭合N-S方程，对沟水坡水库溢洪道进行数值模拟。通过数值模拟得到的溢洪道水力特性数据与物理模型试验结果进行分析对比，并进一步分析溢洪道水流沿程变化规律，研究表明数值模型的可信度较高，可采用数值仿真方法对溢洪道结构进行优化。同时发现在30 a一遇洪水工况下溢洪道混凝土护坡高度不能满足正常泄洪的问题，提出在斜坡段设置两级水垫塘、加高消力池段护坡高度和缩短尾水渠长度的优化方案；利用数值模拟，分析验证了优化方案的可行性，为工程设计优化提供依据。研究成果为同类溢洪道工程采用数值仿真模拟提供了技术支撑。
2024, 22(2):409-416.
摘要:
为明确西河泵站非对称机组运行时前池的流态特征，基于物理模型试验的方法对西河泵站的前池及进水流道进行整体物理模型试验，共获取4种不同开机方案时西河泵站前池的流场和速度分布规律，并采用计算流体动力学技术对最低水位时8台机组全开的方案进行数值分析。结果表明：在0.75负荷排涝时，非对称机组运行方案2的前池两侧有微弱旋流，开机方案3和开机方案4前池流态均平稳，开机方案3泵站进口断面的底流速分布均匀度为78.2%；推荐两侧边机组和中间机组各2台开机运行；在全负荷排涝流量且最低水位时，机组全开时两边机组流道进口的水力性能指标最低，在实际运行时应注意两侧边机组运行的安全稳定性。研究成果可为西河泵站的实际运行管理提供一定的参考。
为明确西河泵站非对称机组运行时前池的流态特征，基于物理模型试验的方法对西河泵站的前池及进水流道进行整体物理模型试验，共获取4种不同开机方案时西河泵站前池的流场和速度分布规律，并采用计算流体动力学技术对最低水位时8台机组全开的方案进行数值分析。结果表明：在0.75负荷排涝时，非对称机组运行方案2的前池两侧有微弱旋流，开机方案3和开机方案4前池流态均平稳，开机方案3泵站进口断面的底流速分布均匀度为78.2%；推荐两侧边机组和中间机组各2台开机运行；在全负荷排涝流量且最低水位时，机组全开时两边机组流道进口的水力性能指标最低，在实际运行时应注意两侧边机组运行的安全稳定性。研究成果可为西河泵站的实际运行管理提供一定的参考。
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