南水北调与水利科技（中英文）
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录用日期: 2023-12-01
摘要:
水、能源、粮食(Water、Energy、Food)是国民经济可持续发展的三大战略支撑要素,其持续增长将是人类社会保持长期稳定发展必须要应对的重大挑战。本文以WEF消费密度最高的地区之一的京津冀地区为研究区域,选取28个代表性指标利用层次分析法构建WEF耦合安全综合指标体系,运用耦合协调度模型和障碍度模型分析近20年WEF系统耦合安全性和影响因素。结果表明:(1)京津冀地区水安全、粮食安全和能源安全系统综合评价指数呈整体上升的趋势,其浮动范围为0.3-0.7。(2)WEF耦合协调度年际间均呈上升趋势,北京市耦合协调度最高,河北省耦合协调度较差。(3)人均水资源量、废水中COD排放量、人均能源消费量和亩均农用机械总动力为主要障碍因子。(4)未来北京应调整用水结构,挖掘节水潜力；天津市和河北省要注重优化能源消费结构,进行低碳技术创新加大脱碳步伐；河北省还需要节水灌溉,减少受灾面积。
水、能源、粮食(Water、Energy、Food)是国民经济可持续发展的三大战略支撑要素,其持续增长将是人类社会保持长期稳定发展必须要应对的重大挑战。本文以WEF消费密度最高的地区之一的京津冀地区为研究区域,选取28个代表性指标利用层次分析法构建WEF耦合安全综合指标体系,运用耦合协调度模型和障碍度模型分析近20年WEF系统耦合安全性和影响因素。结果表明:(1)京津冀地区水安全、粮食安全和能源安全系统综合评价指数呈整体上升的趋势,其浮动范围为0.3-0.7。(2)WEF耦合协调度年际间均呈上升趋势,北京市耦合协调度最高,河北省耦合协调度较差。(3)人均水资源量、废水中COD排放量、人均能源消费量和亩均农用机械总动力为主要障碍因子。(4)未来北京应调整用水结构,挖掘节水潜力；天津市和河北省要注重优化能源消费结构,进行低碳技术创新加大脱碳步伐；河北省还需要节水灌溉,减少受灾面积。
录用日期: 2023-12-01
摘要:
受气候变异和人类活动的共同影响，密云水库流域降水和径流序列呈现出明显非平稳特征，但研究尚未对该非平稳特征形成统一认识。为了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，本文选取该流域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年期间，流域水土保持措施与水利工程兴建对径流减少的贡献率为-111.40%，抵消了气候变异11.4%的增水效应；1999年-2019年期间，塘坝建造和用地类型转变对径流减少的贡献率为-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。
受气候变异和人类活动的共同影响，密云水库流域降水和径流序列呈现出明显非平稳特征，但研究尚未对该非平稳特征形成统一认识。为了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，本文选取该流域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年期间，流域水土保持措施与水利工程兴建对径流减少的贡献率为-111.40%，抵消了气候变异11.4%的增水效应；1999年-2019年期间，塘坝建造和用地类型转变对径流减少的贡献率为-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。
录用日期: 2023-12-01
摘要:
引江济淮工程(河南段)覆盖范围广、节点建筑物多,面临着多水源、多用户、多目标的调度管理难题。为强化水资源统一调配,基于Spring Boot和Vue前后端分离开发的模式,利用天地图API、WebGL、Echarts等技术设计研发了引江济淮工程(河南段)水资源调配系统。从系统设计、功能界面、关键技术3个角度论述了系统设计思想和实现过程,从而实现地理信息服务、供需水预测、水资源年度和谐配置、工程月度调度方案、非正常工况调度等功能,实现了水量分配可视化、运行调度智能化和跨流域调水管控一体化。引江济淮工程(河南段)水资源调配系统的建立提高了受水区水资源精细化管理的水平,经系统计算在2030水平年75%的供水保证率下受水区综合缺水率降低了6 %,为受水区水资源高效利用提供有效的技术支撑。
引江济淮工程(河南段)覆盖范围广、节点建筑物多,面临着多水源、多用户、多目标的调度管理难题。为强化水资源统一调配,基于Spring Boot和Vue前后端分离开发的模式,利用天地图API、WebGL、Echarts等技术设计研发了引江济淮工程(河南段)水资源调配系统。从系统设计、功能界面、关键技术3个角度论述了系统设计思想和实现过程,从而实现地理信息服务、供需水预测、水资源年度和谐配置、工程月度调度方案、非正常工况调度等功能,实现了水量分配可视化、运行调度智能化和跨流域调水管控一体化。引江济淮工程(河南段)水资源调配系统的建立提高了受水区水资源精细化管理的水平,经系统计算在2030水平年75%的供水保证率下受水区综合缺水率降低了6 %,为受水区水资源高效利用提供有效的技术支撑。
录用日期: 2023-12-01
摘要:
洞庭湖流域是长江中游提供生态系统调节功能的区域,近十几年来是洞庭湖流域气候变化显著的时期,由于气候变化和人类活动的影响,洞庭湖流域水文连通性发生了深刻复杂的变化。为揭示洞庭湖近十几年水文连通性的变化特征并对其未来变化进行预测、研究极端气候事件在洞庭湖水文连通性变化中做出的贡献,本文使用水文连通性指数法、ETCCDI极端气候指数、Hurst指数以及数理统计分析方法进行研究,研究结果表明：洞庭湖水文连通性整体呈现出夏季＞秋季＞春季＞冬季的特征,且洞庭湖的水文连通性在在近三十年比较稳定；经持续性预测发现在没有人类活动干扰的情况下洞庭湖水文连通性会在未来继续延续下降的趋势；洞庭湖水文连通性指数随着水位增加逐渐增加且增速逐渐放缓,水位增加对其具有正向影响的边际递减效应；极端降水事件对洞庭湖水文连通性具有较为明显的正向影响,而极端气温事件对洞庭湖水文连通性影响作用较小。
洞庭湖流域是长江中游提供生态系统调节功能的区域,近十几年来是洞庭湖流域气候变化显著的时期,由于气候变化和人类活动的影响,洞庭湖流域水文连通性发生了深刻复杂的变化。为揭示洞庭湖近十几年水文连通性的变化特征并对其未来变化进行预测、研究极端气候事件在洞庭湖水文连通性变化中做出的贡献,本文使用水文连通性指数法、ETCCDI极端气候指数、Hurst指数以及数理统计分析方法进行研究,研究结果表明：洞庭湖水文连通性整体呈现出夏季＞秋季＞春季＞冬季的特征,且洞庭湖的水文连通性在在近三十年比较稳定；经持续性预测发现在没有人类活动干扰的情况下洞庭湖水文连通性会在未来继续延续下降的趋势；洞庭湖水文连通性指数随着水位增加逐渐增加且增速逐渐放缓,水位增加对其具有正向影响的边际递减效应；极端降水事件对洞庭湖水文连通性具有较为明显的正向影响,而极端气温事件对洞庭湖水文连通性影响作用较小。
录用日期: 2023-11-21
摘要:
为探究溢洪道连续弯段水流特性及糙条消能工水力学特性，通过开展27组正交模型试验，结合消能率和超高变异系数筛选最优工况，采用RNG k-ε紊流模型与VOF法对布设糙条和不布设糙条的溢洪道进行水流特性数值模拟对比研究。结果表明：糙条的布设使溢洪道沿程水深增加且变化剧烈；糙条能够抑制菱形波和折冲水流的产生，通过改善两弯段流态使水面均匀性提升38%和44.7%；布设糙条后，两弯段纵向流速均值被降低了45.16%、44.83%，各断面凹岸纵向流速的最大值沿水深下移；糙条的存在加剧了水流紊动，使两弯段纵向紊动强度均值增加了117.98%、71.05%，纵向紊动强度集中在凹岸衰减、凸岸增强，且各断面凹岸的最大值沿水深上移；糙条增大了床面动水压力，减小了两岸压力差，对压力分布形式有显著改善效果，有助于保护底板和边壁不易被冲蚀。研究成果可为溢洪道连续弯段设计及安全运行提供参考。
为探究溢洪道连续弯段水流特性及糙条消能工水力学特性，通过开展27组正交模型试验，结合消能率和超高变异系数筛选最优工况，采用RNG k-ε紊流模型与VOF法对布设糙条和不布设糙条的溢洪道进行水流特性数值模拟对比研究。结果表明：糙条的布设使溢洪道沿程水深增加且变化剧烈；糙条能够抑制菱形波和折冲水流的产生，通过改善两弯段流态使水面均匀性提升38%和44.7%；布设糙条后，两弯段纵向流速均值被降低了45.16%、44.83%，各断面凹岸纵向流速的最大值沿水深下移；糙条的存在加剧了水流紊动，使两弯段纵向紊动强度均值增加了117.98%、71.05%，纵向紊动强度集中在凹岸衰减、凸岸增强，且各断面凹岸的最大值沿水深上移；糙条增大了床面动水压力，减小了两岸压力差，对压力分布形式有显著改善效果，有助于保护底板和边壁不易被冲蚀。研究成果可为溢洪道连续弯段设计及安全运行提供参考。
录用日期: 2023-11-21
摘要:
引江济淮工程河南段输水明渠沿线交通运输业发达、平立交叉建筑物多，容易发生突发性水污染事件。本研究从交通事故风险、污水排入风险以及其他风险等方面识别了引江济淮工程河南段突发水污染事件的风险源，建立了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，综合评估了7个评价河段突发水污染事件风险等级，其中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），并从降低风险源危险性、提高风险控制有效性等方面提出了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。
引江济淮工程河南段输水明渠沿线交通运输业发达、平立交叉建筑物多，容易发生突发性水污染事件。本研究从交通事故风险、污水排入风险以及其他风险等方面识别了引江济淮工程河南段突发水污染事件的风险源，建立了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，综合评估了7个评价河段突发水污染事件风险等级，其中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），并从降低风险源危险性、提高风险控制有效性等方面提出了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。
录用日期: 2023-11-17
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，分析了安全、进度、投资的单项风险；在考虑了工程建设期安全、进度、投资的相互影响后，基于改进的综合风险评价方法，分析了安全-进度-投资系统风险。结果显示，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，分析了安全、进度、投资的单项风险；在考虑了工程建设期安全、进度、投资的相互影响后，基于改进的综合风险评价方法，分析了安全-进度-投资系统风险。结果显示，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。
录用日期: 2023-11-13
摘要:
虚拟水是近年来水资源领域的研究热点,目前相关研究成果主要集中于虚拟水转移的规模核算及其特征分析,对虚拟水转移的动力成因较少讨论。本研究基于比较优势理论,分析了我国虚拟水流动格局,并利用区位商、增长商指数量化识别了虚拟水流动格局与行业比较优势的关联关系,研究结果表明：各行业虚拟水流动格局与行业比较优势具有明显关联,其中区位商指数可解释我国72%的虚拟水转移量,增长商指数可解释我国70%的虚拟水转移变化量,且不同行业区位商、增长商与对应的虚拟水转移量、虚拟水转移变化量均呈现负相关关系,这意味着某一行业虚拟水往往从具有比较优势的地区向不具备优势的地区转移,且行业发展速度会导致虚拟水转移量出现相应改变。基于研究结果,本文分析了虚拟水战略得以实施的前提条件,并探讨了虚拟水研究的科学价值。
虚拟水是近年来水资源领域的研究热点,目前相关研究成果主要集中于虚拟水转移的规模核算及其特征分析,对虚拟水转移的动力成因较少讨论。本研究基于比较优势理论,分析了我国虚拟水流动格局,并利用区位商、增长商指数量化识别了虚拟水流动格局与行业比较优势的关联关系,研究结果表明：各行业虚拟水流动格局与行业比较优势具有明显关联,其中区位商指数可解释我国72%的虚拟水转移量,增长商指数可解释我国70%的虚拟水转移变化量,且不同行业区位商、增长商与对应的虚拟水转移量、虚拟水转移变化量均呈现负相关关系,这意味着某一行业虚拟水往往从具有比较优势的地区向不具备优势的地区转移,且行业发展速度会导致虚拟水转移量出现相应改变。基于研究结果,本文分析了虚拟水战略得以实施的前提条件,并探讨了虚拟水研究的科学价值。
录用日期: 2023-11-13
摘要:
填筑碾压技术已广泛应用于公路、铁路等工程建设,压实度是反映其压实效果的重要指标。传统压实质量检测技术往往存在操作繁琐、破坏填筑土体等问题,难以满足水利高质量发展的要求。本文将压实质量检测技术运用较为广泛的环刀法与普氏贯入法、核子密度仪法和谐波法进行了对比分析,探讨其结果准确性与相关性等。结果表明：随碾压次数的增加,环刀法压实度的结果呈上升趋势,当振动碾压2~3遍后,基本已达到大坝、堤防填筑设计压实度的要求,之后随碾压次数的增加土体压实度基本稳定,压实度会出现小幅度波动；普氏贯入法真实结果与环刀法相差不大,其相对误差控制在±10%以内；普氏贯入法和谐波法的压实度检测结果可与环刀法建立良好的相关关系,并且线性方程的相关系数R2均大于0.95,而核子密度仪法在试验中表现较差,线性方程的相关系数R2仅为0.37。结果可为压实质量的快速检测以及智能碾压技术在水利工程中的应用提供技术支撑。
填筑碾压技术已广泛应用于公路、铁路等工程建设,压实度是反映其压实效果的重要指标。传统压实质量检测技术往往存在操作繁琐、破坏填筑土体等问题,难以满足水利高质量发展的要求。本文将压实质量检测技术运用较为广泛的环刀法与普氏贯入法、核子密度仪法和谐波法进行了对比分析,探讨其结果准确性与相关性等。结果表明：随碾压次数的增加,环刀法压实度的结果呈上升趋势,当振动碾压2~3遍后,基本已达到大坝、堤防填筑设计压实度的要求,之后随碾压次数的增加土体压实度基本稳定,压实度会出现小幅度波动；普氏贯入法真实结果与环刀法相差不大,其相对误差控制在±10%以内；普氏贯入法和谐波法的压实度检测结果可与环刀法建立良好的相关关系,并且线性方程的相关系数R2均大于0.95,而核子密度仪法在试验中表现较差,线性方程的相关系数R2仅为0.37。结果可为压实质量的快速检测以及智能碾压技术在水利工程中的应用提供技术支撑。
录用日期: 2023-11-07
摘要:
为探究混凝土坝在盐浸侵蚀、干湿循环、冻融循环因素影响下的强震破坏规律，通过材料劣化试验和数值模拟方法开展大坝强震开裂研究。针对坝体不同位置开展盐溶液侵蚀、干湿循环以及冻融循环劣化试验；基于材料试验结果，构建混凝土重力坝扩展有限元模型，模拟混凝土材料劣化前及劣化后，混凝土坝强震开裂破坏情况。结果表明：多因素耦合作用导致混凝土材料劣化，强震作用下会降低大坝承载能力，增加大坝倒塌破坏风险。考虑混凝土多种劣化因素影响，所得结论可用于高寒地区混凝土坝的抗震设计。
为探究混凝土坝在盐浸侵蚀、干湿循环、冻融循环因素影响下的强震破坏规律，通过材料劣化试验和数值模拟方法开展大坝强震开裂研究。针对坝体不同位置开展盐溶液侵蚀、干湿循环以及冻融循环劣化试验；基于材料试验结果，构建混凝土重力坝扩展有限元模型，模拟混凝土材料劣化前及劣化后，混凝土坝强震开裂破坏情况。结果表明：多因素耦合作用导致混凝土材料劣化，强震作用下会降低大坝承载能力，增加大坝倒塌破坏风险。考虑混凝土多种劣化因素影响，所得结论可用于高寒地区混凝土坝的抗震设计。
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