华北水利水电大学学报(自然科学版)

Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power

气候变化与水资源响应专题

  • 气候变化下海河流域未来水资源演变趋势

    金君良;王国庆;刘翠善;刘艳丽;鲍振鑫;

    气候变化将对水资源产生重要影响,评估气候变化对水资源的影响可为区域可持续发展提供重要依据。海河流域是我国水资源供需矛盾最为突出的地区之一。本研究的目标是评估气候变化对海河流域未来2021—2050年水资源的可能影响。基于IPCC AR5的7个全球气候模式在3种排放情景(RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5)下的资料驱动可变下渗容量模型,模拟了海河流域未来水资源的变化情势。结果表明:可变下渗容量模型在海河流域具有较好的适应性,率定期和检验期的水量相对误差Er都控制在±5%以内,各站月径流过程的Nash-Sutcliffe模型效率系数NSE达到0.70以上,日径流过程的NSE达到0.60以上;与1961—1990年基准期相比,未来2021—2050年海河流域水资源将呈现略微增加的趋势,其中流域北部水资源的增加趋势更为明显,滦河及冀东沿海和海河北系的增幅分别为1.52%~10.40%和2.72%~10.62%,徒骇马颊河水系在不同情景下预估的水资源各有增减,预估结果的不确定性较大。未来海河流域水资源短缺的问题尚不能得到根本性改变,仍需通过加强水资源综合管理来应对。

    2016年05期 v.37;No.148 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 1815K]
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  • 气候变化对广州市城市雨潮遭遇风险的影响评估

    黄国如;张瀚;

    为避免我国沿海城市遭受洪涝灾害侵袭,保证广州市可持续发展,利用8种气候模式数据集和4种排放情景(A1B,RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5)对广州市未来时期(2020—2050年)的极端降雨和气温变化趋势进行了预估,基于海平面变化与温度变化的相关关系对海平面进行了上升预测,构建了基于Copula函数的历史与未来时期广州市雨潮遭遇风险概率模型,分析了未来时期不同排放情景下雨潮遭遇概率的变化趋势。分析结果表明,未来时期极端降雨与海平面均将呈现上升趋势,治涝风险概率将呈现增加趋势,表明广州市城区未来将会面临更大的防洪压力。

    2016年05期 v.37;No.148 7-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 4390K]
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  • 金沙江流域近60年气候变化趋势及径流响应关系

    卢璐;王琼;王国庆;刘艳丽;刘翠善;

    以长江上游金沙江流域为研究对象,采用线性回归法和Mann-Kendall非参数检验法诊断了近60年来金沙江流域气温、降水、径流的演变趋势以及径流对气候要素变化的响应关系。结果表明:1金沙江流域的气温具有显著的升高趋势,年均气温线性增加率为0.025 2℃/a,其中,冬季升温最为显著;2降水量呈现明显的丰枯年交替的演变规律,尽管年降水量总体上具有非显著性增加趋势(M-K值为1.48),但秋季降水量呈现弱减少趋势;3受降水、气温、积雪和冰川等因素变化的影响,金沙江流域的流量总体上呈增加趋势,然而,近20年具有明显的减少趋势;4年和季节降水量与径流具有较好的正相关性,尽管年气温与流量具有不显著的负相关性,但由于气温和降水的季节同步性,季节气温与径流呈现出较好的正相关性。

    2016年05期 v.37;No.148 16-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 2018K]
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  • 气候变化下兰江流域未来径流的变化规律

    富强;马冲;张徐杰;许月萍;

    为了研究气候变化对径流变化的影响,选择了浙江省钱塘江流域支流兰江作为研究区域,以1971—2000年为基准期,以2071—2100年为预测期,结合统计降尺度方法的LARS-WG天气发生器和CMIP5模型,利用分布式水文模型SWAT,计算和分析了兰江流域未来径流可能变化的情况。研究结果表明,在气候变化影响下,兰江流域未来的径流总量增加的概率较大,同时夏季发生洪水的频率也将有所增加。

    2016年05期 v.37;No.148 22-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 2648K]
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  • 淮河流域上游地区径流对气候变化的响应分析

    高超;陆苗;张勋;李鹏;

    为分析淮河流域上游地区径流对气候变化的响应,基于1959—2008年日尺度气象数据与径流数据,将SWIM分布式水文模型与统计方法相结合,定量分析了上游径流对气候要素敏感系数以及各气候要素对径流的贡献率,得到以下结论:1淮河流域上游干流区域径流对降水的敏感性明显高于对气温的敏感性,径流对气温的敏感性十分小,所以,气候变化对淮河流域上游地区径流的影响主要表现在对降水的影响上;2淮河流域上游地区降水对径流的贡献率为6.1%~7.7%,气温对径流的贡献率为-0.5%~1.0%。

    2016年05期 v.37;No.148 28-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1277K]
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  • 基于水动力-水质模型的湖库纳污能力量化

    张永勇;花瑞祥;

    "湖库纳污红线的核定"是我国最严格水资源管理制度中三大核心内容之一,也是保障城市供水安全、水资源可持续利用的关键问题之一。我国现行纳污能力的计算往往采用对稳态水质模型的解析求解,但无法获得不同来水、排污和内源污染等多种因素影响下水体纳污能力的时空动态变化。水动力-水质模型能够反映湖库水质和外部营养负荷之间的定量关系,可精细模拟水质指标在库区内的时空变化过程。基于EFDC模型,以深圳市重要饮用水源地——石岩水库为例,构建了水库三维水动力-水质模型,动态模拟了水位和水质的时空变化;并按照水功能区目标要求,探讨了该水库典型年的纳污能力的季节性变化。结果表明:EFDC模型能够准确模拟石岩水库水动力和水质要素的变化过程,水位、COD_(Mn)和NH_3-N模拟的相关系数达到了0.97、0.60和0.90;基于构建的三维水动力-水质模型,考虑到排放口位置和条件、水质的时空分布特点、底泥释放等实际因素,计算得到石岩水库2011年COD_(Mn)和NH_3-N纳污能力分别为2 158、511 t/a;纳污能力的季节性差异很明显,夏季和秋季较大,春季和冬季较小。研究成果可为我国饮用水源地水质管理和污染控制提供科学依据,也可为我国最严格水资源管理制度的实施提供一定的参考和借鉴。

    2016年05期 v.37;No.148 33-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1669K]
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  • 基于最小相对熵原理的区域投入产出直接消耗系数修订模型

    白夏;戚晓明;武心嘉;金菊良;吴成国;

    投入产出理论是系统分析区域水资源、社会经济、生态环境复杂系统协调可持续发展的一个重要途径。以直接消耗系数由历史年份向现状年份过渡的部门投入消耗随机变量相对熵最小为优化目标,建立了基于最小相对熵原理的区域投入产出直接消耗系数修订模型,并在山东省14个产业部门开展了应用研究。研究结果表明,2007年山东省14个产业部门直接消耗系数计算值与实际值之间误差的标准差R与不等系数U分别为0.352 2和0.074 7,均小于基于二次规划原理的QP方法和国民经济预测的NAVE方法的计算结果。可见,直接消耗系数修订的熵优化模型既可以体现历史年份区域部门产出与投入消耗之间的依存关系,也可以反映现状年份部门经济技术水平的发展状况,可为进一步丰富和发展基于投入产出分析的区域水资源、社会经济、生态环境复杂系统协调发展的理论研究提供科学合理的指导依据。

    2016年05期 v.37;No.148 40-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 333K]
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  • 基于水沙数值模拟的某水库典型洪水过程冲淤特性研究

    刘富强;张晓雷;毛羽;陈浩;韩力球;

    汛期洪水过程中的水沙运动规律及河床变形调整特点,对抽水蓄能电站下库库区防淤及电站安全运行十分重要。利用一维水沙数值模拟技术,开展了某抽水蓄能电站下库典型洪水过程的河床变形研究。介绍了MIKE11水动力模块的计算原理与泥沙输移模块的处理方法,构建了库区模型。根据电站对库水位周期性调节的要求,进行了模型参数调试与验证。利用所建模型进行了20年一遇洪水过程的水沙数值模拟,给出了洪水中水力要素的变化、河床的冲淤发展及淤积的沿程分布。结果表明:库区上游有冲有淤,泥沙淤积重心在拦河坝上游600~1 500 m的范围内;库区泥沙淤积总量约为18.6万t,排沙比约为11%。同时,研究表明可以通过优化电站运行方式提高水库的排沙比。

    2016年05期 v.37;No.148 46-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 1126K]
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  • 几种智能算法与支持向量机融合模型在中长期月径流预测中的应用

    崔东文;

    通过5个典型测试函数对灰狼优化(GWO)算法、文化算法(CA)、SCE-UA算法和花授粉算法(FPA)进行仿真验证及对比分析。针对支持向量机(SVM)学习参数难以确定的不足,利用上述4种智能算法搜寻SVM的最佳学习参数,提出GWO算法、CA、SCE-UA算法和FPA与SVM相融合的预测模型,并以云南省革雷水文站的中长期月平均流量预报为例进行了实例研究。结果表明:14种算法的性能各有优劣,均具有较好的收敛速度和全局寻优能力。相对而言,GWO算法、FPA优于SCE-UA算法,SCE-UA算法优于CA。2GWO-SVM、CA-SVM、SCE-UA-SVM及PFA-SVM模型对革雷水文站2001—2005年的月平均流量预测的平均相对误差绝对值分别为2.47%、2.81%、2.67%和2.46%,均具有较好的预测效果。

    2016年05期 v.37;No.148 51-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 442K]
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  • 许昌市麦岭应急备用水源地开发利用及存在的问题

    姜宝良;李腾超;梁丽丽;余晨;张石磊;

    麦岭水源地是许昌市城市供水应急备用水源地,曾在2014年出现严重干旱时重新被启用。在分析麦岭水源地的含水层埋藏情况、浅层和深层地下水富水性以及补给、径流和排泄等水文地质条件的基础上,详细阐述了水源地地下水开发利用现状,并对麦岭水源地生产井的布局、生活污水及化肥、农药对水源地水质的污染影响及应急供水等问题进行了深入探讨,提出了优化开采井布局、建立地表水和地下水动态监测网络、建立地下水资源管理模型、对水源地合理开发利用及保护等的若干建议。

    2016年05期 v.37;No.148 58-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 2828K]
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  • 基于混沌相空间技术的地下水埋深预测的BP网络模型

    许拯民;刘紫薇;韩伟伟;

    随着社会经济的不断发展,地下水开发和利用程度日益增加,造成了地面沉降、地裂缝、海水入侵等一系列环境地质问题。为了探求人民胜利渠灌区地下水位变化的特征,并对地下水位进行合理的预测,在相空间重构理论的基础上,首先使用自相关函数法对灌区地下水埋深时间序列的延迟时间进行求解,然后运用G-P算法求出时间序列的最佳嵌入维数,最后采用小数据量的方法从时间序列中提取出Lyapunuov指数,对灌区地下水埋深时间序列的混沌特性进行研究。并建立基于混沌相空间技术的BP神经网络模型,对灌区2013年地下水埋深进行预测。通过与实际观测值的对比分析知,预测结果合理,预测精度较高。

    2016年05期 v.37;No.148 63-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 458K]
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  • 巩义市城区地下水水质评价分析

    张丽;温斯钧;田晓龙;

    巩义市城区地下水是巩义市城区重要的供水水源,为掌握其地下水的水质状况,为巩义市城区地下水资源利用提供依据,在巩义市城区布设8个地下水水质监测点,对巩义市城区2011年和2014年的地下水水质进行了监测,利用单因子指数法和综合指数法对监测数据汇总分析,确定了主要超标因子,并对地下水水质进行了评价。结果表明:该地区地下水中的主要超标因子为氨氮、亚硝酸盐氮、高锰酸钾、铁(Fe)、锌(Zn);且2011年巩义市城区地下水水质以Ⅱ类水为主,2014年多为Ⅳ类水,说明该地区水质呈现出逐渐恶化的趋势。

    2016年05期 v.37;No.148 68-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 119K]
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水工结构

  • 振弦式测缝计在碾压混凝土坝段接缝位移监测中的应用

    程浩;张忠举;

    水利工程中大坝多采用分坝段施工方式,毛滩河三层岩大坝采用分块、碾压、填筑方式施工,在不同坝段接缝处采用灌浆处理,其灌浆方式及施工质量影响坝体的整体性和坝体荷载的传递方式,因此在施工和运行期间需对接缝进行监测。为有效掌握各坝段接缝处质量,控制接缝相对位移,采用振弦式测缝计进行施工期间的接缝位移安全监测。根据测缝计工作的基本原理,提出了毛滩河三层岩大坝坝段接缝位移监测布设方案。依据布设方案进行测缝计的安装埋设,并在施工期间进行数据采集。对监测资料统计分析表明,各坝段接缝处开合度在要求范围内,坝体整体结合度良好。此次该测缝计在实际工程中的成功使用为其在相似工程中的应用提供参考依据。

    2016年05期 v.37;No.148 72-75+87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1417K]
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  • 装配式空心板桥浅企口铰缝应力传递机理研究

    张巍;陈记豪;赵顺波;

    为了优化设计空心板桥的企口铰缝连接,增强装配式空心板桥的整体性,考虑材料非线性、截面接触等因素,建立了某空心板桥的三维有限元分析模型,研究了其铰缝与空心板间的应力、应变对桥梁结构的影响。结果表明:均布荷载作用跨中主要影响范围为横向三片空心板,两个铰缝;铰缝主要靠剪应力传递荷载,同时竖向剪切应力决定剪应力的大小;铰缝纵向传递荷载,本身受拉、压交替变化。

    2016年05期 v.37;No.148 76-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 2528K]
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  • 爆破振动在层状岩体中的衰减特性试验研究

    田乐;蔡金龙;高旭辉;

    结合某滨海引水渠工程案例,采用现场爆破试验与爆破振动测试相结合的方法,获得了层状岩体场地条件下爆破振动沿不同路径的传播与衰减特征。结果表明:在层状岩体中,沿地层走向传播的爆破振动速度衰减最慢,垂直地层走向传播的衰减最快;对于本场地的陡倾角地层,穿越地层层理后的垂直向振动速度值小于同位置的水平切向振动速度值;另外,根据临近被保护物的振动速度控制要求和场地的各向异性振动传播特征,提出了采用分区爆破设计施工的振动控制措施,有效地保证了临近建筑物的安全和项目的整体建设工期。爆破振动危害的测试分析方法及成果可为类似工程案例的研究和施工提供借鉴与参考。

    2016年05期 v.37;No.148 82-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1923K]
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  • 含水率对残坡积土强度特性的影响

    王闯;董金玉;王明龙;李梦姿;张培培;

    水对边坡土体的变形和强度有着重要的影响。通过对三峡库区某边坡残坡积土进行不同含水率下的直剪试验,研究含水率对其剪应力-位移以及强度的影响规律。结果表明:残坡积土在低含水率下的剪应力-剪切位移关系呈应变软化,在高含水率下呈应变硬化,且含水率较低时竖向压力对残坡积土的应力-应变曲线亦有影响,随着竖向压力增加,剪切软化现象逐渐减小;土体抗剪强度随着含水率的增大而呈非线性减小,减小的速率表现出先大后小的特征,土体塑限为其抗剪强度减小快慢的分界点;土体黏聚力随着含水率的增大呈二次多项式形式减小,土体内摩擦角整体上随含水率的增大而变小,但变化规律不明显。

    2016年05期 v.37;No.148 88-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 2043K]
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