南水北调与水利科技（中英文）
2024年第22卷第4期文章目次
2024, 22(4):625-631.
摘要:
为推动国家水网建设稳步迈入新质生产力发展的新征程，在理解水利新质生产力内涵及发展需求的基础上，从高科技、高效能、高质量、绿色4个维度出发，系统梳理国家水网建设需要把握的关键内容，分析有代表性的研究实例，并在此基础上进一步对国家水网未来研究进行展望，包括研发国家水网模拟器大科学装置、物理水网和虚拟水网协同建设、支撑人与自然和谐共生的现代化建设、科学处理人水关系4个方面，以期为面向新质生产力发展的国家水网建设提供参考。
为推动国家水网建设稳步迈入新质生产力发展的新征程，在理解水利新质生产力内涵及发展需求的基础上，从高科技、高效能、高质量、绿色4个维度出发，系统梳理国家水网建设需要把握的关键内容，分析有代表性的研究实例，并在此基础上进一步对国家水网未来研究进行展望，包括研发国家水网模拟器大科学装置、物理水网和虚拟水网协同建设、支撑人与自然和谐共生的现代化建设、科学处理人水关系4个方面，以期为面向新质生产力发展的国家水网建设提供参考。
2024, 22(4):632-640.
摘要:
为缓解水资源短缺压力，提高水安全保障能力，更好地推进节水产业发展，推动水资源利用效率提升，结合我国节水产业发展现状，重点围绕发展节水产业的内生动力不够强、行业竞争力不足、技术创新能力偏弱等突出问题进行原因剖析，认为节水产业发展需要新质生产力来推动，同时发展新质生产力需要节水产业来提供水资源保障。为全面推进节水产业高质量发展，基于新质生产力的显著特点是创新，包括技术、业态模式、管理和制度等各方面的创新这一判断，提出新时期我国节水产业发展的建议和策略，即通过科技创新、体制创新、政策创新、商业模式创新和产业链创新推动我国节水产业的高质量发展。
为缓解水资源短缺压力，提高水安全保障能力，更好地推进节水产业发展，推动水资源利用效率提升，结合我国节水产业发展现状，重点围绕发展节水产业的内生动力不够强、行业竞争力不足、技术创新能力偏弱等突出问题进行原因剖析，认为节水产业发展需要新质生产力来推动，同时发展新质生产力需要节水产业来提供水资源保障。为全面推进节水产业高质量发展，基于新质生产力的显著特点是创新，包括技术、业态模式、管理和制度等各方面的创新这一判断，提出新时期我国节水产业发展的建议和策略，即通过科技创新、体制创新、政策创新、商业模式创新和产业链创新推动我国节水产业的高质量发展。
2024, 22(4):641-650.
摘要:
构建多维度洪水行为特征指标刻画洪水过程，结合主成分分析、K 均值聚类和水文模型等方法，辨识并模拟白河流域主要洪水类型及其行为特征。结果表明：白河流域主要洪水类型可分为矮胖型中等洪水、剧烈变化型大洪水、尖瘦型中等洪水和单峰突发性小洪水4类；洪水类型的空间分布具有显著的区域差异，干流以矮胖型中等洪水类型为主，支流以单峰突发性小洪水类型为主；时变增益水文模型能够准确捕捉不同类型洪水的行为特征，特别对尖瘦型中等洪水和单峰突发性小洪水的量级、涨落变化等特征模拟效果较好。研究成果可为流域防洪减灾和水资源区域化科学管理等提供科学支撑。
构建多维度洪水行为特征指标刻画洪水过程，结合主成分分析、K 均值聚类和水文模型等方法，辨识并模拟白河流域主要洪水类型及其行为特征。结果表明：白河流域主要洪水类型可分为矮胖型中等洪水、剧烈变化型大洪水、尖瘦型中等洪水和单峰突发性小洪水4类；洪水类型的空间分布具有显著的区域差异，干流以矮胖型中等洪水类型为主，支流以单峰突发性小洪水类型为主；时变增益水文模型能够准确捕捉不同类型洪水的行为特征，特别对尖瘦型中等洪水和单峰突发性小洪水的量级、涨落变化等特征模拟效果较好。研究成果可为流域防洪减灾和水资源区域化科学管理等提供科学支撑。
2024, 22(4):651-660.
摘要:
针对梯级水库群联合防洪优化调度问题，提出一种基于自适应成功历史策略的改进差分进化算法（strategy and parameter adaptive differential evolution，SPADE）。该算法通过自适应成功历史差分策略来提升随机搜索效率，通过精英种群保守策略提升局部收敛速度及全局探索能力。据此开展包含10个测试函数的数值实验和赣江中游梯级水库群联合防洪优化调度实例，用于检验所提出的算法应用效果。结果表明：在数值实验中，SPADE算法收敛结果的最优值、平均值、标准差和成功次数评价指标整体优于SHADE、自适应差分进化算法(self-adaptive differential evolution，SADE)、遗传算法（genetic algorithm，GA）、粒子群算法（particle swarm optimization，PSO）、人工蜂群算法（artificial bee colony，ABC）；在梯级水库群联合防洪优化调度实例应用中，通过对1964单峰和1973多峰型历史洪水过程进行分析，发现SPADE算法结果在削峰率指标上明显优于SADE、GA、PSO算法，且相比SHADE在两次历史洪水条件下的削峰率指标结果分别提升0.9%、3.4%。实验结果充分验证所提SPADE算法的优越性，可作为梯级水库群联合优化调度问题的有效求解工具。
针对梯级水库群联合防洪优化调度问题，提出一种基于自适应成功历史策略的改进差分进化算法（strategy and parameter adaptive differential evolution，SPADE）。该算法通过自适应成功历史差分策略来提升随机搜索效率，通过精英种群保守策略提升局部收敛速度及全局探索能力。据此开展包含10个测试函数的数值实验和赣江中游梯级水库群联合防洪优化调度实例，用于检验所提出的算法应用效果。结果表明：在数值实验中，SPADE算法收敛结果的最优值、平均值、标准差和成功次数评价指标整体优于SHADE、自适应差分进化算法(self-adaptive differential evolution，SADE)、遗传算法（genetic algorithm，GA）、粒子群算法（particle swarm optimization，PSO）、人工蜂群算法（artificial bee colony，ABC）；在梯级水库群联合防洪优化调度实例应用中，通过对1964单峰和1973多峰型历史洪水过程进行分析，发现SPADE算法结果在削峰率指标上明显优于SADE、GA、PSO算法，且相比SHADE在两次历史洪水条件下的削峰率指标结果分别提升0.9%、3.4%。实验结果充分验证所提SPADE算法的优越性，可作为梯级水库群联合优化调度问题的有效求解工具。
2024, 22(4):661-671.
摘要:
为提高洪水预报精度，减小全流域使用单一参数集而产生的预报误差，以青山殿水库为研究对象，将历史洪水分为大、中、小3个等级，采用新安江模型和SCE-UA参数优化算法，基于皮尔逊相关系数分析累计降雨量和实测洪峰流量的相关性，选取相关性最优的最大6 h累积降雨量作为参数应用指标，分级后的大中小洪水选用对应的参数集进行洪水验证及预报。结果表明：未对洪水进行分级时，38场洪水总体合格率为92.1%，平均确定性系数为0.82；按照洪水等级划分大中小洪水后进行洪水过程模拟，大中小洪水场次合格率100%，确定性系数平均为0.92、0.88和0.87，平均确定性系数为0.88，分级后各场次的合格率与确定性系数提高，拟合效果更好；基于皮尔逊相关系数分析洪峰流量与最大1、3、6、24 h降雨量的相关关系，最大6 h的降雨量与洪峰流量的皮尔逊相关系数最高，取预见期内最大6 h累积降雨量作为大中小参数判定条件，在2021年汛期实际预报中，洪水预报结果全部合格，4场大中型洪水拟合程度好，确定性系数高，基于洪水分级的洪水预报精度较高、合理可行，可为水库防洪提供参考。
为提高洪水预报精度，减小全流域使用单一参数集而产生的预报误差，以青山殿水库为研究对象，将历史洪水分为大、中、小3个等级，采用新安江模型和SCE-UA参数优化算法，基于皮尔逊相关系数分析累计降雨量和实测洪峰流量的相关性，选取相关性最优的最大6 h累积降雨量作为参数应用指标，分级后的大中小洪水选用对应的参数集进行洪水验证及预报。结果表明：未对洪水进行分级时，38场洪水总体合格率为92.1%，平均确定性系数为0.82；按照洪水等级划分大中小洪水后进行洪水过程模拟，大中小洪水场次合格率100%，确定性系数平均为0.92、0.88和0.87，平均确定性系数为0.88，分级后各场次的合格率与确定性系数提高，拟合效果更好；基于皮尔逊相关系数分析洪峰流量与最大1、3、6、24 h降雨量的相关关系，最大6 h的降雨量与洪峰流量的皮尔逊相关系数最高，取预见期内最大6 h累积降雨量作为大中小参数判定条件，在2021年汛期实际预报中，洪水预报结果全部合格，4场大中型洪水拟合程度好，确定性系数高，基于洪水分级的洪水预报精度较高、合理可行，可为水库防洪提供参考。
2024, 22(4):672-683.
摘要:
为提高区域农业旱灾恢复力测度精度，构建基于遗传算法优化的卷积神经网络（convolutional neural networks optimized by genetic algorithm，GA-CNN）模型。以讷河市为研究区域，根据当地农业经济发展规律与水资源空间分布状况，选取11个农业旱灾恢复力表征指标，基于构建的GA-CNN模型精确测度研究区2010—2021年的旱灾恢复力，并采用熵值法对恢复力时间演变的关键驱动力进行解析。结果表明：研究时段内，讷河市农业旱灾恢复力在时间尺度上呈现先上升后下降再波动起伏的演变态势；森林覆盖率、单位面积粮食产量、人均水资源量等是影响研究区农业旱灾恢复力时程变化的主要驱动因子；研究构建的GA-CNN模型与传统CNN模型及SVM模型相比，平均绝对误差EMA分别降低了23.51%和32.36%，均方根误差ERMS 分别降低了14.42%和25.32%，拟合优度 R2 分别增长了0.08%和1.08%，说明GA-CNN模型在拟合性、适配性、稳定性、可靠性以及评估精度等方面更具优势。研究成果可为区域农业旱灾恢复力测度提供一种更为可靠的新模型，也可为区域农业防旱减灾、应急管理等提供科学指导。
为提高区域农业旱灾恢复力测度精度，构建基于遗传算法优化的卷积神经网络（convolutional neural networks optimized by genetic algorithm，GA-CNN）模型。以讷河市为研究区域，根据当地农业经济发展规律与水资源空间分布状况，选取11个农业旱灾恢复力表征指标，基于构建的GA-CNN模型精确测度研究区2010—2021年的旱灾恢复力，并采用熵值法对恢复力时间演变的关键驱动力进行解析。结果表明：研究时段内，讷河市农业旱灾恢复力在时间尺度上呈现先上升后下降再波动起伏的演变态势；森林覆盖率、单位面积粮食产量、人均水资源量等是影响研究区农业旱灾恢复力时程变化的主要驱动因子；研究构建的GA-CNN模型与传统CNN模型及SVM模型相比，平均绝对误差EMA分别降低了23.51%和32.36%，均方根误差ERMS 分别降低了14.42%和25.32%，拟合优度 R2 分别增长了0.08%和1.08%，说明GA-CNN模型在拟合性、适配性、稳定性、可靠性以及评估精度等方面更具优势。研究成果可为区域农业旱灾恢复力测度提供一种更为可靠的新模型，也可为区域农业防旱减灾、应急管理等提供科学指导。
2024, 22(4):684-696.
摘要:
为发挥灌区用水调度决策潜能，以黑龙江省长岗灌区为研究区，提出一种基于全过程输水损失的灌区渠系优化配水多目标模型，该模型充分考虑灌区骨干渠系内不同渠段、渠道之间的水量平衡和各级渠道的输水能力，兼顾渠系输水损失、配水及时性与公平性多目标的协同，优化决策配水流量与输水历时。此外，利用随机森林模型预测未来气候变化情境下灌区的供需水量，基于此，计算未来气候模式下的渠系输水损失并获得长岗灌区渠系优化配水方案。结果表明：同一生育阶段内上级渠道不同渠段的输配水损失水量占上级渠道输配水损失总量的比例差异性显著，任一生育阶段内上级渠道靠近渠首的第一个渠段的输配水损失水量占比最大（返青期、抽穗开花期和乳熟期均为20.71%、分蘖期为21.21%、拔节孕穗期为25.43%）；通过渠系优化配水模型得到长岗灌区作物全生育期渠系输配水总量为230.51万m3，总配水历时为494.32 h，输水损失总量为8.66万m3，与灌区采用经验系数法计算的输配水损失水量相比，输水损失减少24.89%，显著提高输配水效率。该模型有助于提供科学、合理的渠系配水方案，为综合提升灌区水资源管理能力和精细化管理水平提供决策支持。
为发挥灌区用水调度决策潜能，以黑龙江省长岗灌区为研究区，提出一种基于全过程输水损失的灌区渠系优化配水多目标模型，该模型充分考虑灌区骨干渠系内不同渠段、渠道之间的水量平衡和各级渠道的输水能力，兼顾渠系输水损失、配水及时性与公平性多目标的协同，优化决策配水流量与输水历时。此外，利用随机森林模型预测未来气候变化情境下灌区的供需水量，基于此，计算未来气候模式下的渠系输水损失并获得长岗灌区渠系优化配水方案。结果表明：同一生育阶段内上级渠道不同渠段的输配水损失水量占上级渠道输配水损失总量的比例差异性显著，任一生育阶段内上级渠道靠近渠首的第一个渠段的输配水损失水量占比最大（返青期、抽穗开花期和乳熟期均为20.71%、分蘖期为21.21%、拔节孕穗期为25.43%）；通过渠系优化配水模型得到长岗灌区作物全生育期渠系输配水总量为230.51万m3，总配水历时为494.32 h，输水损失总量为8.66万m3，与灌区采用经验系数法计算的输配水损失水量相比，输水损失减少24.89%，显著提高输配水效率。该模型有助于提供科学、合理的渠系配水方案，为综合提升灌区水资源管理能力和精细化管理水平提供决策支持。
2024, 22(4):697-907.
摘要:
为探究积雪覆盖对东北地区农田黑土水溶性盐分含量的影响，在野外人工除雪后，对雪被去除试验组（B）与自然积雪对照组（N）0~30 cm农田黑土的7种土壤水溶性盐组分（Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl?、SO42?、HCO3?）的含量变化过程进行试验研究。结果表明：覆雪期B组与N组平均盐分总量（质量分数）相较于试验期初分别增长107.22、129.54 mg/kg。土壤温度对Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3?的含量具有显著影响，B组土壤的4种盐组分相比N组分别增加10.47%、?5.79%、?10.29%、?7.60%。融雪期B组与N组土壤盐分总量基本持平，该时期土壤含水率对Na+、Mg2+、HCO3?的含量具有显著影响，B组土壤的3种盐组分相比N组分别增加16.33%、?33.60%、?10.38%。试验期内，雪被去除处理下土壤HCO3?和二价阳离子（Ca2+、Mg2+）含量显著减少，一价阳离子（Na+、K+）与两种酸根离子（Cl?、SO42?）含量显著增加。HCO3?对盐分总量的影响程度最高，雪被去除处理引起的HCO3?含量减少将导致覆雪期与融雪期的土壤pH值分别降低0.04、0.03。总体而言，冬季雪被去除处理使作物生长季前的东北地区农田黑土原有的盐组分含量重新分布，引起土壤碱性的减弱。
为探究积雪覆盖对东北地区农田黑土水溶性盐分含量的影响，在野外人工除雪后，对雪被去除试验组（B）与自然积雪对照组（N）0~30 cm农田黑土的7种土壤水溶性盐组分（Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl?、SO42?、HCO3?）的含量变化过程进行试验研究。结果表明：覆雪期B组与N组平均盐分总量（质量分数）相较于试验期初分别增长107.22、129.54 mg/kg。土壤温度对Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3?的含量具有显著影响，B组土壤的4种盐组分相比N组分别增加10.47%、?5.79%、?10.29%、?7.60%。融雪期B组与N组土壤盐分总量基本持平，该时期土壤含水率对Na+、Mg2+、HCO3?的含量具有显著影响，B组土壤的3种盐组分相比N组分别增加16.33%、?33.60%、?10.38%。试验期内，雪被去除处理下土壤HCO3?和二价阳离子（Ca2+、Mg2+）含量显著减少，一价阳离子（Na+、K+）与两种酸根离子（Cl?、SO42?）含量显著增加。HCO3?对盐分总量的影响程度最高，雪被去除处理引起的HCO3?含量减少将导致覆雪期与融雪期的土壤pH值分别降低0.04、0.03。总体而言，冬季雪被去除处理使作物生长季前的东北地区农田黑土原有的盐组分含量重新分布，引起土壤碱性的减弱。
2024, 22(4):708-718.
摘要:
以我国三江平原为研究区域，采用水稻、玉米和大豆种植面积作为替代数据，通过估算噻虫嗪使用量建立其网格化使用清单；应用改进后充分考虑环境行为过程的网格化农药排放和残留模型（simplified gridded pesticide emission and residue model，SGPERM）建立噻虫嗪网格化残留清单，并以此估算土壤中噻虫嗪残留的质量分数。同时，使用风险熵法（risk quotient，RQ）评估新烟碱类杀虫剂的潜在生态风险。结果表明：2011—2020年三江平原累计使用噻虫嗪约85.6 t，通过喷洒飘移和径流排放造成的噻虫嗪损失量约为0.97 t；2020年三江平原噻虫嗪的总残留量为13.1 t，基于残留量估算得到各网格内表层土壤中噻虫嗪的空间质量分数范围为0~3.45 ng/g；三江平原土壤中噻虫嗪的残留会对研究区域内典型生物——赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）产生潜在风险。使用清单的建立方法及改进的排放/残留清单模型能够有效揭示使用和残留情况的时空演变规律，为农药的污染控制措施及相关政策与行动计划的制定提供基础数据和科学依据，也可为相关农药网格化清单的建立提供技术方法。
以我国三江平原为研究区域，采用水稻、玉米和大豆种植面积作为替代数据，通过估算噻虫嗪使用量建立其网格化使用清单；应用改进后充分考虑环境行为过程的网格化农药排放和残留模型（simplified gridded pesticide emission and residue model，SGPERM）建立噻虫嗪网格化残留清单，并以此估算土壤中噻虫嗪残留的质量分数。同时，使用风险熵法（risk quotient，RQ）评估新烟碱类杀虫剂的潜在生态风险。结果表明：2011—2020年三江平原累计使用噻虫嗪约85.6 t，通过喷洒飘移和径流排放造成的噻虫嗪损失量约为0.97 t；2020年三江平原噻虫嗪的总残留量为13.1 t，基于残留量估算得到各网格内表层土壤中噻虫嗪的空间质量分数范围为0~3.45 ng/g；三江平原土壤中噻虫嗪的残留会对研究区域内典型生物——赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）产生潜在风险。使用清单的建立方法及改进的排放/残留清单模型能够有效揭示使用和残留情况的时空演变规律，为农药的污染控制措施及相关政策与行动计划的制定提供基础数据和科学依据，也可为相关农药网格化清单的建立提供技术方法。
2024, 22(4):719-727.
摘要:
通过逐步回归法分析影响灌溉水有效利用系数各因素的重要程度，筛选出节水灌溉面积为影响灌溉水有效利用系数的关键因素。考虑关键因素与时间序列两方面，基于逐步回归法、GM(1,1)模型和Logistic生长模型构建变权重组合模型。变权重组合模型的预测精度优于各单项模型，模拟效果与实际符合度高，适用于灌溉水有效利用系数的预测。最后采用变权重组合模型对广东省2023—2035年灌溉水有效利用系数进行预测分析。2023—2035年广东省灌溉水有效系数逐年提高，其中2035年预测值达到0.6792，高于全国绝大多数灌溉水有效利用系数的现状值。变权重组合模型预测法可为农业水资源规划与灌溉管理提供科学参考。
通过逐步回归法分析影响灌溉水有效利用系数各因素的重要程度，筛选出节水灌溉面积为影响灌溉水有效利用系数的关键因素。考虑关键因素与时间序列两方面，基于逐步回归法、GM(1,1)模型和Logistic生长模型构建变权重组合模型。变权重组合模型的预测精度优于各单项模型，模拟效果与实际符合度高，适用于灌溉水有效利用系数的预测。最后采用变权重组合模型对广东省2023—2035年灌溉水有效利用系数进行预测分析。2023—2035年广东省灌溉水有效系数逐年提高，其中2035年预测值达到0.6792，高于全国绝大多数灌溉水有效利用系数的现状值。变权重组合模型预测法可为农业水资源规划与灌溉管理提供科学参考。
2024, 22(4):728-735.
摘要:
为探究风场与建筑物对城市建筑区产流的影响，采取理论与实验相结合的研究方法，考虑风场与建筑区特征，提出一个建筑区产流计算公式。通过降雨径流实验对公式的合理性进行验证，实验结果与公式计算结果相近，表明公式在一定程度上反映建筑区产流特征。对于独栋建筑与松散建筑区，风场对产流有直接影响，建筑区产流量随降雨倾角增大而减小；对于密集建筑区，建筑区产流受风场与建筑区自身特征影响，产流量随建筑密度增加呈先增后减的趋势。在不同降雨倾角与不同建筑密度下，对建筑区产流进行计算，结果表明：降雨倾角不同时，建筑密度对产流量影响也不同；降雨倾角较大时，密集建筑区产流量随建筑密度增大而增大。
为探究风场与建筑物对城市建筑区产流的影响，采取理论与实验相结合的研究方法，考虑风场与建筑区特征，提出一个建筑区产流计算公式。通过降雨径流实验对公式的合理性进行验证，实验结果与公式计算结果相近，表明公式在一定程度上反映建筑区产流特征。对于独栋建筑与松散建筑区，风场对产流有直接影响，建筑区产流量随降雨倾角增大而减小；对于密集建筑区，建筑区产流受风场与建筑区自身特征影响，产流量随建筑密度增加呈先增后减的趋势。在不同降雨倾角与不同建筑密度下，对建筑区产流进行计算，结果表明：降雨倾角不同时，建筑密度对产流量影响也不同；降雨倾角较大时，密集建筑区产流量随建筑密度增大而增大。
2024, 22(4):736-746.
摘要:
以四川凉山州西昌喜德县热水河流域为研究区，在林地和草地样点5个土壤深度（10、20、50、75和100 cm）安装土壤水分传感器，连续采集10个月30 min分辨率土壤水分动态变化数据，解析土壤水分对降雨入渗的响应规律。研究表明：土壤水分对降雨入渗的响应特征在不同植被覆盖、降雨属性以及初始土壤水分条件下存在显著差异（P<0.05）。林地土壤水分响应降雨的雨量阈值为1.88 mm，而草地为9.15 mm。林地降雨入渗过程受降雨属性影响较小，下渗深度更深（浸润深度达到100 cm的事件超过76.08%，比草地多8.23%），表明增加林地植被覆盖能够更有效地促进深层土壤水分的补给和储存，进而减少水土流失。此外，雨量大、雨强高的降雨事件促进降雨下渗和深层土壤水分补给（草地小降雨和大降雨事件导致平均相对最大土壤水分增率分别为2.68%和71.16%）。初始土壤水分较高条件下，土壤水分对降雨输入的响应更快，但下渗深度相对较浅。上述结果反映了下垫面条件、降雨特征和初始土壤水分条件对降雨入渗过程的耦合调控机制，加深了对干热河谷土壤水分动态变化及降雨入渗机制的理解，反映出西南干热河谷水土保持治理中需要充分考虑当地降雨特征和初始土壤水分条件，且提高植被覆盖度可能是一种有效措施。
以四川凉山州西昌喜德县热水河流域为研究区，在林地和草地样点5个土壤深度（10、20、50、75和100 cm）安装土壤水分传感器，连续采集10个月30 min分辨率土壤水分动态变化数据，解析土壤水分对降雨入渗的响应规律。研究表明：土壤水分对降雨入渗的响应特征在不同植被覆盖、降雨属性以及初始土壤水分条件下存在显著差异（P<0.05）。林地土壤水分响应降雨的雨量阈值为1.88 mm，而草地为9.15 mm。林地降雨入渗过程受降雨属性影响较小，下渗深度更深（浸润深度达到100 cm的事件超过76.08%，比草地多8.23%），表明增加林地植被覆盖能够更有效地促进深层土壤水分的补给和储存，进而减少水土流失。此外，雨量大、雨强高的降雨事件促进降雨下渗和深层土壤水分补给（草地小降雨和大降雨事件导致平均相对最大土壤水分增率分别为2.68%和71.16%）。初始土壤水分较高条件下，土壤水分对降雨输入的响应更快，但下渗深度相对较浅。上述结果反映了下垫面条件、降雨特征和初始土壤水分条件对降雨入渗过程的耦合调控机制，加深了对干热河谷土壤水分动态变化及降雨入渗机制的理解，反映出西南干热河谷水土保持治理中需要充分考虑当地降雨特征和初始土壤水分条件，且提高植被覆盖度可能是一种有效措施。
2024, 22(4):747-758.
摘要:
以山东省为研究区域，选取21个代表性指标，采用熵权-层次分析法确定水资源关联系统协调性评价指标权重，构建云耦合协调模型，分析2010—2021年水资源关联系统协调性及动态变化。结果表明：山东省水资源关联系统耦合协调度整体呈现不断上升的变化趋势，其变化范围为0.608~0.715，耦合协调发展等级逐渐由初级协调水平向中级协调水平发展变化，在2014年和2019年出现明显变点；在空间上各地区耦合协调度呈现东高西低的分布特征，不同阶段耦合协调发展水平地域性差异性较为明显，整体上由高到低为胶东半岛地区＞鲁中南地区＞鲁西北地区，其中，济南市和青岛市耦合协调发展能力最优，达到良好协调水平，德州市和滨州市耦合协调发展能力较为缓慢，维持在初级协调水平；未来山东省应加强鲁西北平原区水资源关联系统协调发展，促进全省空间均衡。
以山东省为研究区域，选取21个代表性指标，采用熵权-层次分析法确定水资源关联系统协调性评价指标权重，构建云耦合协调模型，分析2010—2021年水资源关联系统协调性及动态变化。结果表明：山东省水资源关联系统耦合协调度整体呈现不断上升的变化趋势，其变化范围为0.608~0.715，耦合协调发展等级逐渐由初级协调水平向中级协调水平发展变化，在2014年和2019年出现明显变点；在空间上各地区耦合协调度呈现东高西低的分布特征，不同阶段耦合协调发展水平地域性差异性较为明显，整体上由高到低为胶东半岛地区＞鲁中南地区＞鲁西北地区，其中，济南市和青岛市耦合协调发展能力最优，达到良好协调水平，德州市和滨州市耦合协调发展能力较为缓慢，维持在初级协调水平；未来山东省应加强鲁西北平原区水资源关联系统协调发展，促进全省空间均衡。
2024, 22(4):759-773.
摘要:
为了解不同土壤湿度产品在云南省的适用性和可靠性，基于云南省的94个站点数据以及TC(triple-collocation)方法评估5种不同土壤湿度数据在云南省的适用性及不同干湿条件下的表现，包括ERA5-Land（the fifth global atmospheric analysis dataset for the land component of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts（ECMWF））、GLDAS（Global Land Data Assimilation System）、SMAP（Soil Moisture Active and Passive）、MERRA-2（Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2）和ESA CCI（European Space Agency Climate Change Initiative）。结果表明：与站点数据相比，5个产品的偏差均为正偏差（0.090~0.122），明显高估了云南省的土壤湿度，但变化趋势与幅度一致，都能捕获到土壤湿度的时间变化。基于站点数据的评估结果显示：在年尺度上，ERA5-Land和SMAP与站点数据吻合程度最高，相关系数（R）分别为0.456和0.454，其次是ESA CCI（0.439）；干湿季的评估结果显示，所有产品相关性均低于年尺度，且湿季高于干季，但湿季表现出更大的正偏差，其中SMAP在干季（0.323）和湿季(0.418)均表现最优。基于TC方法的评估结果显示：ERA5-Land（0.925）和ESA CCI（0.931）相关性最高；其次是GLDAS（0.890）和MERRA-2（0.864）；干湿季的评估结果与站点数据的评估一致，相较于年尺度大部分产品的相关性也呈下降趋势，且干季降幅更大；SMAP干湿季R分别为0.828和0.770，表现最差；MERRA-2湿季的R（0.912）和ESD（error standard deviation）（0.020）优于其年尺度评估结果。综合来看，ESA CCI相关性较高且精度最好，更适用于云南省表层土壤湿度的监测。
为了解不同土壤湿度产品在云南省的适用性和可靠性，基于云南省的94个站点数据以及TC(triple-collocation)方法评估5种不同土壤湿度数据在云南省的适用性及不同干湿条件下的表现，包括ERA5-Land（the fifth global atmospheric analysis dataset for the land component of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts（ECMWF））、GLDAS（Global Land Data Assimilation System）、SMAP（Soil Moisture Active and Passive）、MERRA-2（Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2）和ESA CCI（European Space Agency Climate Change Initiative）。结果表明：与站点数据相比，5个产品的偏差均为正偏差（0.090~0.122），明显高估了云南省的土壤湿度，但变化趋势与幅度一致，都能捕获到土壤湿度的时间变化。基于站点数据的评估结果显示：在年尺度上，ERA5-Land和SMAP与站点数据吻合程度最高，相关系数（R）分别为0.456和0.454，其次是ESA CCI（0.439）；干湿季的评估结果显示，所有产品相关性均低于年尺度，且湿季高于干季，但湿季表现出更大的正偏差，其中SMAP在干季（0.323）和湿季(0.418)均表现最优。基于TC方法的评估结果显示：ERA5-Land（0.925）和ESA CCI（0.931）相关性最高；其次是GLDAS（0.890）和MERRA-2（0.864）；干湿季的评估结果与站点数据的评估一致，相较于年尺度大部分产品的相关性也呈下降趋势，且干季降幅更大；SMAP干湿季R分别为0.828和0.770，表现最差；MERRA-2湿季的R（0.912）和ESD（error standard deviation）（0.020）优于其年尺度评估结果。综合来看，ESA CCI相关性较高且精度最好，更适用于云南省表层土壤湿度的监测。
2024, 22(4):774-787.
摘要:
为揭示滨海湿地植物对土壤水盐的影响机制，以黄河三角洲湿地柽柳（Tamarix chinensis Lour.）周边土壤水、盐为研究对象，分析柽柳周边土壤水盐相互影响的耦合关系。结果表明：距柽柳远近不同，土壤含水率的差异明显不同，冠下表层土壤含水率明显大于冠缘和裸地，呈现由冠下至裸地逐渐减小的趋势，尤其是柽柳西、南两侧的变化趋势最为明显；20cm土层以上水分聚集率为冠下大于冠缘，呈现明显的“水岛”效应，而20 cm以下水分聚集率的变化则相反；土壤盐分表聚性显著，远离柽柳的裸地表层土壤含盐量较高，西、南两侧最为明显；土壤总盐与Cl?、Na+、Mg2+ 3种离子相关性极显著，这些离子在近柽柳周围土壤的变化幅度及含量均较小，盐分富集率明显为冠下小于冠缘，呈现“盐谷”效应；土壤水盐耦合度在柽柳周边表现为西侧>南侧>北侧>东侧，水、盐呈显著负相关；西、南两侧较高的土壤含盐量出现在低含水率的条件下，呈现高含盐量+低含水率为高耦合度的特征，这种高耦合度情况还出现在柽柳周边的表层土壤与远离柽柳的裸地。在柽柳的影响下，水盐耦合度呈现距柽柳由近及远逐步增大、随着土层深度的增加而逐渐减小的趋势。
为揭示滨海湿地植物对土壤水盐的影响机制，以黄河三角洲湿地柽柳（Tamarix chinensis Lour.）周边土壤水、盐为研究对象，分析柽柳周边土壤水盐相互影响的耦合关系。结果表明：距柽柳远近不同，土壤含水率的差异明显不同，冠下表层土壤含水率明显大于冠缘和裸地，呈现由冠下至裸地逐渐减小的趋势，尤其是柽柳西、南两侧的变化趋势最为明显；20cm土层以上水分聚集率为冠下大于冠缘，呈现明显的“水岛”效应，而20 cm以下水分聚集率的变化则相反；土壤盐分表聚性显著，远离柽柳的裸地表层土壤含盐量较高，西、南两侧最为明显；土壤总盐与Cl?、Na+、Mg2+ 3种离子相关性极显著，这些离子在近柽柳周围土壤的变化幅度及含量均较小，盐分富集率明显为冠下小于冠缘，呈现“盐谷”效应；土壤水盐耦合度在柽柳周边表现为西侧>南侧>北侧>东侧，水、盐呈显著负相关；西、南两侧较高的土壤含盐量出现在低含水率的条件下，呈现高含盐量+低含水率为高耦合度的特征，这种高耦合度情况还出现在柽柳周边的表层土壤与远离柽柳的裸地。在柽柳的影响下，水盐耦合度呈现距柽柳由近及远逐步增大、随着土层深度的增加而逐渐减小的趋势。
2024, 22(4):788-797.
摘要:
基于数字孪生技术，深入探讨建筑信息化模型（building information modeling，BIM）与智能图像识别技术在智能巡检领域的集成挑战及其对泵站设备异常等异常事件快速响应能力的提升方法。将BIM轻量化后与网络地理信息系统（Web geographic information system，WebGIS）相结合，为三维智能巡检搭建数字孪生场景。在此基础上，集成视频融合技术与智能识别算法，构建BIM技术耦合图像识别技术的三维智能巡检系统，实现BIM与视频监控虚实交互，快速直观地展示告警信息，辅助值班人员快速响应设备异常等事件。结果表明：BIM技术耦合图像识别技术在数字孪生泵站中具有巨大的潜力，可以有效提高巡检质量，为泵站智慧化管理作依托。
基于数字孪生技术，深入探讨建筑信息化模型（building information modeling，BIM）与智能图像识别技术在智能巡检领域的集成挑战及其对泵站设备异常等异常事件快速响应能力的提升方法。将BIM轻量化后与网络地理信息系统（Web geographic information system，WebGIS）相结合，为三维智能巡检搭建数字孪生场景。在此基础上，集成视频融合技术与智能识别算法，构建BIM技术耦合图像识别技术的三维智能巡检系统，实现BIM与视频监控虚实交互，快速直观地展示告警信息，辅助值班人员快速响应设备异常等事件。结果表明：BIM技术耦合图像识别技术在数字孪生泵站中具有巨大的潜力，可以有效提高巡检质量，为泵站智慧化管理作依托。
2024, 22(4):798-809.
摘要:
南水北调中线总干渠联通工程处拟新建沉藻池，实现总干渠藻类等混合物集中沉降和处理。通过现场试验研究总干渠水体藻类等混合物沉降特性，并采用二维水动力数值仿真分析沉藻池在设计工况条件下的水流特性，提出导流墩的优化布置思路。结果表明：在水深基本一致条件下，随着断面平均流速的增加，有效沉降距离增加，有效沉降率有所降低；在沉藻池初始设计方案下，藻类等混合物可在沉藻池内进行沉降，但沉藻池利用效率不足；布置纵向导流墩后，可有效改善沉藻池内水流平顺性和水体交换能力；在设计工况下，沉藻池内回流区水域面积占比从57%降低至7%，池内水流平均流速从约0.10 m/s降低至约0.07 m/s，平均水龄从约18 h降低至约6 h。研究成果可为中线沉藻池工程布置提供基本技术支撑。
南水北调中线总干渠联通工程处拟新建沉藻池，实现总干渠藻类等混合物集中沉降和处理。通过现场试验研究总干渠水体藻类等混合物沉降特性，并采用二维水动力数值仿真分析沉藻池在设计工况条件下的水流特性，提出导流墩的优化布置思路。结果表明：在水深基本一致条件下，随着断面平均流速的增加，有效沉降距离增加，有效沉降率有所降低；在沉藻池初始设计方案下，藻类等混合物可在沉藻池内进行沉降，但沉藻池利用效率不足；布置纵向导流墩后，可有效改善沉藻池内水流平顺性和水体交换能力；在设计工况下，沉藻池内回流区水域面积占比从57%降低至7%，池内水流平均流速从约0.10 m/s降低至约0.07 m/s，平均水龄从约18 h降低至约6 h。研究成果可为中线沉藻池工程布置提供基本技术支撑。
2024, 22(4):810-820.
摘要:
选择南水北调中线工程沿线邯郸、正定、涿州为代表地区，利用1979—2021年冬季逐日气温数据，分析各代表区气温序列统计频率分布与理论概率分布的拟合情况，提出标准化温度指数（standardized temperature index, STI），并据此建立新的冬季冷暖量化评估模型。结果表明：STI方法与国标法的冬季冷暖评估结果基本一致，但在各代表区强冷冬和强暖冬划定上，STI评估得出的年份数量均少于国标法；各代表区以1月份气温计算得出的冷暖等级阈值对应的气温值均明显低于按整个冬季3个月计算结果。工程所在纬度越高，冬季冷暖等级阈值对应的气温值越低；根据STI评估结果，邯郸、正定、涿州发生强冷冬概率分别为7.14%、9.52%和4.76%，发生弱冷冬及以上的概率分别为38.09%、40.48%和38.09%，发生平冬的概率分别为21.43%、28.57%和21.43%，发生弱暖冬及以上的概率分别为40.48%、30.95%和40.48%，发生强暖冬的概率分别为4.76%、7.14%和2.38%。研究成果与基于正态分布的国标法相比，考虑了气温序列的偏态性概率分布特征，对相对冷暖的判别更科学，有推广应用价值。
选择南水北调中线工程沿线邯郸、正定、涿州为代表地区，利用1979—2021年冬季逐日气温数据，分析各代表区气温序列统计频率分布与理论概率分布的拟合情况，提出标准化温度指数（standardized temperature index, STI），并据此建立新的冬季冷暖量化评估模型。结果表明：STI方法与国标法的冬季冷暖评估结果基本一致，但在各代表区强冷冬和强暖冬划定上，STI评估得出的年份数量均少于国标法；各代表区以1月份气温计算得出的冷暖等级阈值对应的气温值均明显低于按整个冬季3个月计算结果。工程所在纬度越高，冬季冷暖等级阈值对应的气温值越低；根据STI评估结果，邯郸、正定、涿州发生强冷冬概率分别为7.14%、9.52%和4.76%，发生弱冷冬及以上的概率分别为38.09%、40.48%和38.09%，发生平冬的概率分别为21.43%、28.57%和21.43%，发生弱暖冬及以上的概率分别为40.48%、30.95%和40.48%，发生强暖冬的概率分别为4.76%、7.14%和2.38%。研究成果与基于正态分布的国标法相比，考虑了气温序列的偏态性概率分布特征，对相对冷暖的判别更科学，有推广应用价值。
2024, 22(4):821-832.
摘要:
为满足电力系统动态服务需求，要求抽蓄系统快速完成工况转换，抽水快转发电过渡过程是抽蓄系统在工况转换过程中最为复杂和危险的工况之一，但目前相关研究较少。为明确该过程的水力不稳定性，建立抽蓄电站全过流系统三维模型，开展抽蓄系统抽水快转发电过渡过程的数值模拟计算，探究水泵水轮机组的外特性参数变化、压力脉动特性和内部流态演变。研究表明：抽蓄机组抽水快转发电过程中，流量、力矩及受力的变化皆随着活动导叶动作呈现出阶梯式变化；水泵制动运行工况及转轮转速发生转向期间为机组易产生较大摆动、力矩易发生剧烈波动的时段，且尤以无叶区的压力波动最为剧烈；导叶开度的快速变化以及流量和转速的变向成为机组内部危险流动的主要来源。研究结果可为提高抽水快转发电过渡过程中的稳定性和优化控制策略提供理论支撑。
为满足电力系统动态服务需求，要求抽蓄系统快速完成工况转换，抽水快转发电过渡过程是抽蓄系统在工况转换过程中最为复杂和危险的工况之一，但目前相关研究较少。为明确该过程的水力不稳定性，建立抽蓄电站全过流系统三维模型，开展抽蓄系统抽水快转发电过渡过程的数值模拟计算，探究水泵水轮机组的外特性参数变化、压力脉动特性和内部流态演变。研究表明：抽蓄机组抽水快转发电过程中，流量、力矩及受力的变化皆随着活动导叶动作呈现出阶梯式变化；水泵制动运行工况及转轮转速发生转向期间为机组易产生较大摆动、力矩易发生剧烈波动的时段，且尤以无叶区的压力波动最为剧烈；导叶开度的快速变化以及流量和转速的变向成为机组内部危险流动的主要来源。研究结果可为提高抽水快转发电过渡过程中的稳定性和优化控制策略提供理论支撑。
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