南水北调与水利科技（中英文）
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录用日期: 2024-07-26
摘要:
激光雷达技术在高精度数字高程模型构建中具有显著优势,未来将成为流域下垫面地形信息采集的主要方法,是数字孪生水利建设的重要技术之一。针对流域地形构建,对比了几种典型技术方法,阐述了激光雷达技术的原理、优势和局限性,以“基础设施、指导文件、先行先试、系统支撑”四个维度反映水利行业应用现状,并总结了激光雷达技术流域地形构建推广存在的问题,针对性进行了展望,提出了下一步激光雷达水利应用的工作思路和具体建议,对数字孪生水利建设和高精度地理空间数据底板构建具有一定参考价值和指导意义。
激光雷达技术在高精度数字高程模型构建中具有显著优势,未来将成为流域下垫面地形信息采集的主要方法,是数字孪生水利建设的重要技术之一。针对流域地形构建,对比了几种典型技术方法,阐述了激光雷达技术的原理、优势和局限性,以“基础设施、指导文件、先行先试、系统支撑”四个维度反映水利行业应用现状,并总结了激光雷达技术流域地形构建推广存在的问题,针对性进行了展望,提出了下一步激光雷达水利应用的工作思路和具体建议,对数字孪生水利建设和高精度地理空间数据底板构建具有一定参考价值和指导意义。
录用日期: 2024-07-24
摘要:
以黑龙江省松嫩平原为研究区，探究不同降水年型下灌溉对玉米产量和水分利用的影响，并制定科学合理的玉米灌溉方案，以提高农业水资源的利用效率。考虑玉米不同生育期和灌水定额的影响，共拟定37种灌溉方案，并将其输入本地化的水作物模型（AquaCrop）中进行模拟分析。研究将探究不同降水年型下雨养和灌溉对玉米产量、水分利用效率（Water use efficiency，EWU）和灌溉水利用效率（Irrigation water use efficiency，EIWU）的影响，确定关键灌溉期。通过对不同降水年型下玉米产量和EWU的对比关系进行分析，确定最优的灌溉制度。结果表明：AquaCrop模型能较好地模拟松嫩平原玉米的生长过程；在玉米关键生育期，适时适量的灌溉能确保作物获得足够的水分，减少产量损失，提高EWU，但过度灌溉会导致两者降低；综合考虑玉米产量和EWU，在特枯水年，苗期-拔节期（20 mm）、拔节-抽雄期（60 mm）和抽雄-灌浆期（60 mm）为最优灌溉方案，在枯水年，拔节-抽雄期（60 mm）和抽雄-灌浆期（60 mm）为最优灌溉方案，平水年和丰水年降水可以满足玉米水分需求，不需要灌溉。研究可为黑龙江省松嫩平原地区制定更加合理和有效的玉米灌溉制度提供一定的理论依据，从而更好地应对气候变化和水资源短缺带来的挑战，保障粮食安全。
以黑龙江省松嫩平原为研究区，探究不同降水年型下灌溉对玉米产量和水分利用的影响，并制定科学合理的玉米灌溉方案，以提高农业水资源的利用效率。考虑玉米不同生育期和灌水定额的影响，共拟定37种灌溉方案，并将其输入本地化的水作物模型（AquaCrop）中进行模拟分析。研究将探究不同降水年型下雨养和灌溉对玉米产量、水分利用效率（Water use efficiency，EWU）和灌溉水利用效率（Irrigation water use efficiency，EIWU）的影响，确定关键灌溉期。通过对不同降水年型下玉米产量和EWU的对比关系进行分析，确定最优的灌溉制度。结果表明：AquaCrop模型能较好地模拟松嫩平原玉米的生长过程；在玉米关键生育期，适时适量的灌溉能确保作物获得足够的水分，减少产量损失，提高EWU，但过度灌溉会导致两者降低；综合考虑玉米产量和EWU，在特枯水年，苗期-拔节期（20 mm）、拔节-抽雄期（60 mm）和抽雄-灌浆期（60 mm）为最优灌溉方案，在枯水年，拔节-抽雄期（60 mm）和抽雄-灌浆期（60 mm）为最优灌溉方案，平水年和丰水年降水可以满足玉米水分需求，不需要灌溉。研究可为黑龙江省松嫩平原地区制定更加合理和有效的玉米灌溉制度提供一定的理论依据，从而更好地应对气候变化和水资源短缺带来的挑战，保障粮食安全。
录用日期: 2024-07-22
摘要:
在信息化时代,云计算、物联网、大数据、移动互联网、人工智能等新一代信息技术与经济社会各领域不断深度融合,带来了生产力又一次质的飞跃。三维数字化设计将数字化手段与水利设计行业融合,从多专业协同、精细化设计和数据共享方面深入,应用于水利工程的全生命周期。本文基于bentley平台,以某大型拦河闸为例,研究了协同环境下数字化设计的流程和方法,在此基础上,总结了数字化设计的应用范畴,为工程的全生命周期的信息化提供思路,便于类似项目参考借鉴。
在信息化时代,云计算、物联网、大数据、移动互联网、人工智能等新一代信息技术与经济社会各领域不断深度融合,带来了生产力又一次质的飞跃。三维数字化设计将数字化手段与水利设计行业融合,从多专业协同、精细化设计和数据共享方面深入,应用于水利工程的全生命周期。本文基于bentley平台,以某大型拦河闸为例,研究了协同环境下数字化设计的流程和方法,在此基础上,总结了数字化设计的应用范畴,为工程的全生命周期的信息化提供思路,便于类似项目参考借鉴。
录用日期: 2024-07-19
摘要:
【目的】在工程环境中，砂土地基通常处于多种应力的作用下，包括各种荷载的应力以及地下水的渗流等因素等复杂的状态，探究黄土掺量对砂土应力–渗流的耦合关系的影响，达到改良砂土的目的。【方法】结合山西省晋中市太谷区道路工程面临的实际问题，以晋中地区砂土为研究对象，针对大方量砂土改良进行研究，结合材料的易取性、工程造价和工程实际，采用黏粒含量较低的黄土来改良砂土，并充分考虑应力场与渗流场的耦合作用，借助应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪系统研究改良效果。【结果】结果显示：在剪切过程中，砂土的强度随含水率增大而减小，随围压的增大而减小，其受黄土掺量影响最大；砂土渗透性随应力变化而变化，渗透系数随着轴向应力的增大而减小，且砂土渗透系数随着黄土掺量的增大出现数量级的下降。【结论】根据砂土应力–渗流耦合试验所提供的数据分析，证明了掺入当地黄土对于改善砂土性质的有效性。尽管当地黄土和黏土在黏性上有一定差异，但其在强度、渗透性等方面的特性依旧能够取得类似的改良效果，从而为实际工程中类似工况提供一种相对经济且有效的改良方法。
【目的】在工程环境中，砂土地基通常处于多种应力的作用下，包括各种荷载的应力以及地下水的渗流等因素等复杂的状态，探究黄土掺量对砂土应力–渗流的耦合关系的影响，达到改良砂土的目的。【方法】结合山西省晋中市太谷区道路工程面临的实际问题，以晋中地区砂土为研究对象，针对大方量砂土改良进行研究，结合材料的易取性、工程造价和工程实际，采用黏粒含量较低的黄土来改良砂土，并充分考虑应力场与渗流场的耦合作用，借助应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪系统研究改良效果。【结果】结果显示：在剪切过程中，砂土的强度随含水率增大而减小，随围压的增大而减小，其受黄土掺量影响最大；砂土渗透性随应力变化而变化，渗透系数随着轴向应力的增大而减小，且砂土渗透系数随着黄土掺量的增大出现数量级的下降。【结论】根据砂土应力–渗流耦合试验所提供的数据分析，证明了掺入当地黄土对于改善砂土性质的有效性。尽管当地黄土和黏土在黏性上有一定差异，但其在强度、渗透性等方面的特性依旧能够取得类似的改良效果，从而为实际工程中类似工况提供一种相对经济且有效的改良方法。
录用日期: 2024-07-17
摘要:
清林径水库是深圳市主要的供水调蓄水库,其水环境状况与深圳市水网水资源调控能力和供给能力密切相关。本研究于2019年7月调查分析了清林径水库水质及浮游植物功能群特征,应用冗余分析方法深入探讨了影响浮游植物优势功能群的主要环境因素。结果表明,目前清林径水库处于贫营养至中营养状态,主要超标污染物为总氮,且以有机氮污染为主。本次调查共鉴定浮游植物110种,可划分为25个功能群,包含A、J、Y、W2、Lo、MP、S1等7个优势功能群。其中功能群A占据绝对优势,表征清洁、深水、贫营养的生境特征,与水环境调查结果相一致。冗余分析结果表明,清林径水库浮游植物优势功能群的分布明显受水环境因子影响,其中溶解氧、铁、化学需氧量、硝酸盐氮、氨氮和透深比是影响优势功能群丰度的主要因素,水库存在水体富营养化和水华风险。针对外来水相对较差的供水调蓄水库,从工程措施和管理手段两方面提出水环境保障措施建议,可为供水调蓄水库水质保障和管理提供借鉴。
清林径水库是深圳市主要的供水调蓄水库,其水环境状况与深圳市水网水资源调控能力和供给能力密切相关。本研究于2019年7月调查分析了清林径水库水质及浮游植物功能群特征,应用冗余分析方法深入探讨了影响浮游植物优势功能群的主要环境因素。结果表明,目前清林径水库处于贫营养至中营养状态,主要超标污染物为总氮,且以有机氮污染为主。本次调查共鉴定浮游植物110种,可划分为25个功能群,包含A、J、Y、W2、Lo、MP、S1等7个优势功能群。其中功能群A占据绝对优势,表征清洁、深水、贫营养的生境特征,与水环境调查结果相一致。冗余分析结果表明,清林径水库浮游植物优势功能群的分布明显受水环境因子影响,其中溶解氧、铁、化学需氧量、硝酸盐氮、氨氮和透深比是影响优势功能群丰度的主要因素,水库存在水体富营养化和水华风险。针对外来水相对较差的供水调蓄水库,从工程措施和管理手段两方面提出水环境保障措施建议,可为供水调蓄水库水质保障和管理提供借鉴。
录用日期: 2024-07-15
摘要:
河流生态系统服务价值核算可为河道生态流量的确定、生态补水的效益分析提供重要参考。论文选择汾河为典型研究对象,考虑汾河水库、义棠、河津等6个干流水文站的断面形状、河道纵坡降比和糙率等河道参数,基于水力学原理和生态系统服务价值核算方法,开展了不同流量下的河流生态系统服务价值变化规律研究。结果表明:河流生态系统服务价值随流量的增加呈逐步减缓的上升趋势,而单方水的河流生态系统服务价值随流量的增加呈逐步减缓的下降趋势。按照汾河枯水期不低于15 m3/s的保障要求进行生态补水,需要年引黄水量6亿m3,可带来生态效益52.44亿元/年。研究结果可为生态与经济用水的竞争权衡、河道生态流量确定和保障提供科学依据。
河流生态系统服务价值核算可为河道生态流量的确定、生态补水的效益分析提供重要参考。论文选择汾河为典型研究对象,考虑汾河水库、义棠、河津等6个干流水文站的断面形状、河道纵坡降比和糙率等河道参数,基于水力学原理和生态系统服务价值核算方法,开展了不同流量下的河流生态系统服务价值变化规律研究。结果表明:河流生态系统服务价值随流量的增加呈逐步减缓的上升趋势,而单方水的河流生态系统服务价值随流量的增加呈逐步减缓的下降趋势。按照汾河枯水期不低于15 m3/s的保障要求进行生态补水,需要年引黄水量6亿m3,可带来生态效益52.44亿元/年。研究结果可为生态与经济用水的竞争权衡、河道生态流量确定和保障提供科学依据。
录用日期: 2024-07-15
摘要:
为了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、危险的工况之一,但目前相关研究较少。为明晰该过程水力不稳定性,本研究建立了抽蓄电站全过流系统三维模型,开展了抽蓄系统抽水快转发电过渡过程的数值模拟计算,探究了水泵水轮机组的外特性参数变化、压力脉动特性、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。本研究可为提高抽水快转发电过渡过程中的稳定性、优化控制策略提供理论支撑。
为了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、危险的工况之一,但目前相关研究较少。为明晰该过程水力不稳定性,本研究建立了抽蓄电站全过流系统三维模型,开展了抽蓄系统抽水快转发电过渡过程的数值模拟计算,探究了水泵水轮机组的外特性参数变化、压力脉动特性、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。本研究可为提高抽水快转发电过渡过程中的稳定性、优化控制策略提供理论支撑。
录用日期: 2024-07-15
摘要:
南水北调中线工程南北跨度大且为明渠自流输水，冬季输水过程中水温受到天气影响，会导致河北段渠道出现冰情，因此，科学量化评估工程沿线地区冬季气温是分析总干渠冰情发生和演变规律的重要基础。本文选择邯郸、正定、涿州为代表地区，利用1979—2021年冬季逐日气温数据，分析了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，提出了标准化温度指标（Standardized Temperature Index, STI），并据此建立了新的冬季冷暖量化评估模型。结果表明：（1）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；（2）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；（3）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38.10%、40.48%和38.10%，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。
南水北调中线工程南北跨度大且为明渠自流输水，冬季输水过程中水温受到天气影响，会导致河北段渠道出现冰情，因此，科学量化评估工程沿线地区冬季气温是分析总干渠冰情发生和演变规律的重要基础。本文选择邯郸、正定、涿州为代表地区，利用1979—2021年冬季逐日气温数据，分析了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，提出了标准化温度指标（Standardized Temperature Index, STI），并据此建立了新的冬季冷暖量化评估模型。结果表明：（1）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；（2）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；（3）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38.10%、40.48%和38.10%，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。
录用日期: 2024-07-09
摘要:
超大规模跨流域调水工程因其线路长、跨度大受气候影响明显,特别是汛期局部地区的超标准洪水,对埋深较浅的暗渠安全威胁很大,极易造成工程损毁,造成供水中断。调水工程抢险项目时间紧、任务重,必须进行科学合理的组织协调,并结合工程实际,制定高效可行的质量安全管控措施,才能实现抢险阶段质量可靠和安全可控,确保抢险工程如期完工并正常发挥经济和社会效益。
超大规模跨流域调水工程因其线路长、跨度大受气候影响明显,特别是汛期局部地区的超标准洪水,对埋深较浅的暗渠安全威胁很大,极易造成工程损毁,造成供水中断。调水工程抢险项目时间紧、任务重,必须进行科学合理的组织协调,并结合工程实际,制定高效可行的质量安全管控措施,才能实现抢险阶段质量可靠和安全可控,确保抢险工程如期完工并正常发挥经济和社会效益。
录用日期: 2024-07-08
摘要:
灌溉水有效利用系数是衡量农业灌溉效率的一个关键指标，合理提高灌溉水有效利用系数对落实水资源管理制度至关重要。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0.679 2，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。
灌溉水有效利用系数是衡量农业灌溉效率的一个关键指标，合理提高灌溉水有效利用系数对落实水资源管理制度至关重要。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0.679 2，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。
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