南水北调与水利科技(中英文)

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  • 基于时间—主题二维框架的黄河文化研究发展脉络与未来展望
    王春迎 姬恒 柳素平
    录用日期: 2025-02-11
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    摘要:
    保护传承弘扬黄河文化是黄河流域生态保护和高质量的重要内容,系统梳理黄河文化研究发展脉络有助于延续历史文脉和民族根脉,深入挖掘黄河文化的时代价值。研究采用时间—主题二维框架,对1947~2023年间发表的804篇高质量文献进行系统梳理。结果表明黄河文化研究在时间维度经历了考古梳理、开发利用、综合研究三个发展阶段,完成了从关注黄河文化考古价值、到关注经济价值、再到关注多元价值的转变。在主题维度形成了挖掘梳理、开发利用、保护传承、传播弘扬四个研究主题。结合黄河流域生态保护和高质量发展战略需求,后续研究可从资源梳理、全域协同、深化研究、技术应用等方向突破。
    渭河流域历史和未来土地覆盖下的水文响应特征
    凌牧午 任玉玲 冯夏婷 连炎清 管亚硕 高永亮 胡欢
    录用日期: 2025-02-11
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    摘要:
    渭河流域土地利用变化在退耕还林、城市扩张等人类活动的作用下越趋明显,对流域水文过程产生了显著影响。为探究当前及未来土地利用下的渭河流域水文响应特征,支撑流域水资源可持续发展,采用CA-Markov模型预测了2030年的土地利用类型,基于1985年、2000年、2015年和预测的2030年的土地利用数据构建了相应的SWAT+模型,模型检验显示NSE和R2均大于0.7且PBIAS绝对值小于20%,模拟结果良好。运用建立的四个模型模拟并分析了流域不同土地利用状况下的水文过程变化和差异。研究发现1985-2030年间丰水年径流系数呈V形变化,并与耕地面积负相关,而在平水年、枯水年呈波动下降的变化趋势,2030年相比2015年平水年、枯水年径流系数分别下降3.1%和5.7%。年内径流过程显示,不同年份土地利用状况对水文过程的影响主要在汛期流量较大时显著,2030年汛期径流深相比2015年会下降0.56mm。同时,不同子流域水文过程存在差异性,2030年相比2015年,流域产流量在西部山地丘陵地区随林地面积增加有所减少,而东部关中平原地区则随城市用地面积的增加有所上升。整体而言,2030年渭河流域对水资源的需求随着土地利用的变化不断增加,枯水年水资源压力会进一步加大,本研究可以为流域管理水资源分配和土地利用规划提供科学支撑。
    基于孤立森林和K均值的水位异常数据检测与水位计故障诊断方法
    李志 赵雅雯 许晖
    录用日期: 2025-02-08
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    摘要:
    水位计在水位监测中会由于设备故障或外部环境变化等原因导致测量值异常。为了尽早发现故障并更换设备,需要对水位计测量数据进行异常检测和分辨异常原因。现有检测方法多为有监督学习算法,不能满足自动处理数据与异常数据分类的需求,并且不能分辨导致异常的原因。为了提高水位监测的准确性,本文提出了基于孤立森林算法和K均值算法的水位数据异常分析与设备故障诊断方案。首先使用孤立森林算法检测出异常数据,然后用K均值方法区分设备故障引起的异常数据和外部环境因素(暴雨、台风等)原因引起的异常数据。根据真实设备异常造成的水位跳变等问题出现的次数及频率,对水位计的故障等级进行诊断。最后,利用实测水位数据验证所提方案的有效性,结果表明本文所提方案能有效的检测异常的水位数据和对水位计故障进行预警。
    基于DEM的黄土塬区地貌形态类型划分方法
    尤际州 周祖昊 刘佳嘉 王坤 于新哲
    录用日期: 2025-02-07
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    摘要:
    地貌形态的精确划分是黄土高原进行土壤侵蚀研究、水沙模型模拟以及水土流失防治等工作的重要基础。本文系统梳理了典型黄土塬区的地貌形态特征,提出了一种基于数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的自动化地貌形态分类方法。该方法依托汇水关系和地形突变原理,将黄土塬区的地貌形态划分为“塬—坡—谷”3种类型,并以甘肃省庆阳市南小河沟流域为例,基于12.5 m分辨率的DEM数据,应用提出的方法进行了地貌形态分类。与遥感图像上的人工划分结果相比,该方法基于汇水关系与坡度突变进行地貌形态分类,避免了在提取地貌形态面特征时需先提取线特征的复杂步骤,自动分类算法在南小河沟测试结果的总体分类精度达到88.4%,表征分类精度的Kappa系数为0.88,各种地貌形态的交并比(Intersection of Union)分别为塬0.899、坡0.731、谷0.378。上述结果表明本文提出的分类方法在典型黄土塬区具有较高的分类精度,能够有效识别“塬—坡—谷”3种地貌类型,因此具有地貌特征分析和精细化水沙模型方面的应用价值。
    北斗卫星导航系统在水库大坝 变形监测中的应用
    杨珺 王浩渺 潘倩 赵真辉
    录用日期: 2025-02-07
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    摘要:
    全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)变形观测技术因可替换现有人工观测,实现全天候不间断观测,有效节省工程运行成本而备受关注。基于百色水利枢纽工程,建设了一套适用于水库大坝且全面支持北斗三号卫星信号的GNSS观测系统。通过对百色水利枢纽的GNSS变形监测系统数据解算与分析,监测到的水平位移精度高,整体数据缺失率低于规范要求,系统性能较好。该结果验证了北斗三号卫星系统的精准与先进性,对北斗三号下一步的推广具有示范引领作用。
    长江口青草沙水库咸潮期溃坝模拟分析
    王世昭 朱勇 代斌 姚鹏程
    录用日期: 2025-02-07
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    摘要:
    长江口青草沙水库是上海市重要的战略水源地,水库背靠长兴岛是华东地区海洋装备产业中心和长江水运枢纽。针对水库咸潮期高水位运行条件下长兴岛一侧坝体溃坝风险,采用比较分析、经验公式和土力学分析三种方法对溃口发展进行计算,研究溃坝洪水传播及对岛内重要防洪对象影响。结果显示,自坝体渗透破坏至洪水横穿长兴岛最快仅需7小时,最大溃口流量2496 m3/s,洪水横向扩散速度显著大于纵向速度;洪水对岛内振华重工长兴基地、长兴镇居住区等重要防护对象均产生不利影响,洪水最短抵达时间分别为4h55min、3h45min,最大淹没水深分别为4.93 m、5.19 m,近70%面积持续水深达1 m以上。研究成果可为平原区溃坝洪水分析、青草沙水库堤坝管理、长兴岛溃坝洪灾应急管理等提供重要参考依据。
    弱溶蚀介质渗透特性及其对绕坝渗漏的控制作用研究—以安徽石台抽水蓄能电站为例
    罗建锋 白伟 陈翔 代文豪 邵国卫
    录用日期: 2025-02-07
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    摘要:
    岩溶地区水库渗漏问题一直是水利工程中的热点和难点问题。本研究基于拟建安徽石台抽水蓄能电站下水库坝址区岩溶水文地质调查,结合下水库物探、钻探、原位试验等水文地质资料分析,查明弱溶蚀介质的水文地质特征,包括岩溶发育特征及透水率分布规律,对坝址弱岩溶发育区进行透水性分带;结合绕坝渗漏带水文地质参数分析进行绕坝渗漏预测,评价弱溶蚀介质的工程渗漏效应。研究结果表明,坝址区弱溶蚀介质岩组可分为三类:纯碳酸盐岩组、次纯碳酸盐岩组、不纯碳酸盐岩组,约91.53%的弱岩溶岩组呈弱~微透水;将弱溶蚀介质岩组透水率随深度变化关系简化为负指数模型,地表以下70m深度范围内弱风化岩体的透水率大于3Lu,70m深度以下微新岩体的透水率小于3Lu,绕坝渗漏量小于总库容的万分之五,绕坝渗漏造成工程地质及水文地质灾害的风险较小。
    极端来水条件下三峡水库汛期多目标协同竞争关系研究
    马昱斐 关铁生 刘艳丽 金君良 刘翠善 马一鸣 王国庆
    录用日期: 2025-01-23
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    摘要:
    受气候变化和人类活动影响,极端洪旱事件频发。三峡水库是长江流域重要的控制性水库,能有效减缓洪旱灾害、保障区域水安全。研究极端来水条件下多目标协同竞争机制可为提升三峡水库调度决策、实现区域可持续发展提供科学依据。本文基于极端丰水年和极端枯水年的实际用水矛盾,针对性地建立了汛期多目标调度模型,剖析了典型极端来水条件下汛期多目标协同竞争关系。结果表明:(1)极端丰水年汛期调度的重点是上下游的防洪安全,其中上游防洪目标与发电目标之间存在强竞争性,下游防洪目标与发电目标之间存在协同性、与上游防洪目标之间存在竞争性,但相关性不显著;(2)极端枯水年汛期调度的重点是保障下游供水和汛末蓄水要求,其中汛末蓄水目标与发电目标之间存在强竞争性,供水保障目标与发电目标、汛末蓄水目标之间并无明显相关性;(3)考虑未来下游用水需求的增加,若遇极端枯水年,供水需求可能不能完全满足,当供水矛盾突出时将导致汛末蓄水风险增加。
    不同调水方式对南水北调西线一期上线调水河流水文情势影响评估
    张钰 崔萌 唐梅英 严登明 刘杨 张权 盖永岗 虎珀 王珈珞
    录用日期: 2025-01-23
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    摘要:
    为定量评估不同调水方式对调水河流水文情势的影响,结合南水北调西线一期上线调水工程实践,根据减水比与丰增枯减等泄水原则设置7种调水方式,采用水文变异指标法和改进变化范围法,对不同调水方式下上线6个水源水库下游水文情势改变程度进行分析,结果表明:基于推荐调水规模,不同调水方式设置明显影响输水隧洞设计流量与水源水库调节库容等工程规模指标,均匀调水方式下隧洞设计流量较小,当减水比由60%减小至40%,热巴、阿安、仁达、霍那调节库容分别增大约1.4、0.3、0.4与0.8亿m3,设置丰增枯减需进一步增大调节库容提高水库丰枯调剂能力;隧洞设计流量受调水保证率影响较大,调水保证率不变时,各水库引水支洞设计流量差别控制在1 m3/s;不同调水方式下各水源水库下游水文整体变异等级多为中等,霍那为低等;水文情势变化与减水比设置关系密切,减水比由60%降至40%,热巴、阿安、仁达、霍那下游水文整体变异度值别减小14.58%、12.67%、15.58%、26.92%,而丰增枯减设置对水文情势改变视水库而定。本文定量分析了不同调水方式下,西线一期上线6座水源水库工程规模指标与下游水文情势改变程度的变化,以期为进一步深化西线一期上线工程调水规模论证和调水影响评估研究提供参考。
    基于VMD-BO-SVM框架的渭河流域参考作物蒸散量估算
    官子愈 秦长海 赵勇 游梦园 曲军霖 车温馨
    录用日期: 2025-01-21
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    摘要:
    参考作物蒸散发(ET_0)的准确估算对于农业水资源管理至关重要,但影响因素多、与气象因子耦合性高。为在气象资料缺乏情况下实现对渭河流域ET_0的高精度预测,本研究以多气象要素的交叉验证数据集作为输入变量,应用FA0推荐的Penman-Monteit公式计算得出的ET_0作为基准值,建立一个具有 “分解-优化-训练-预测”特点的ET_0预测框架(VBS)。选取渭河流域16个气象站点2000~2015年逐日气象资料对模型进行训练与测试,并将模拟结果同SVM模型常用模型进行对比。结果表明:VBS框架能够有效捕捉气象因子与ET_0之间的复杂非线性关系,具有较高的模拟精度;在气象数据缺失的情况下,16个VBS子模型仍然可以提供稳定的高精度ET_0(均方根误差为0.26~0.27 mm/d,相关系数为0.96~0.97),远高于SVM模型。所提出的VBS框架可以作为气象资料缺乏情况下渭河流域ET_0计算的理想模型,为渭河流域气象资料缺乏情境下ET_0精确计算提供科学依据,建立科学的农业水资源管理方案。

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