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

水资源高效利用专题

  • 多维调控模式下的水资源高效利用概念解析

    游进军;王浩;牛存稳;仇亚琴;

    人类活动下的水循环呈现"自然-社会"二元结构特征,水资源在原有的自然属性基础上增加了经济、社会等属性,水资源开发利用必须协调多维属性的均衡。从分析多维属性下的水资源高效利用调控需求和综合高效用水的概念入手,并从评判标准、评价尺度和评价范围等方面对比了传统节水与多维调控下的高效用水的区别,指出了水循环多维调控下的高效性需要对水循环的社会、经济、生态、环境的效应进行综合评判,促使水资源利用从低效端向高效端转变。在评价手段上,需要通过分析机理、构建流域水循环及伴生过程的综合模拟模型来量化分析不同属性的效率高低;在实施层面上,需要通过社会经济和生态环境等不同类型的调控要求,在点、线、面和流域整体等不同空间层次上提出调控措施。

    2016年06期 v.37;No.149 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 183K]
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  • 基于水贫乏指数的北京市水生态足迹核算及其动态演变预测

    李继清;刘佳;谢开杰;

    水足迹分析法是近几年发展起来的定量测度水资源可持续利用的方法,水生态足迹以水资源为起点估算流域、区域水代谢强度。北京是严重缺水的大城市之一,随着人口的增长和社会经济的快速发展,水生态系统对自然灾害的抗干扰能力和自我调节能力下降,出现了一系列的生态环境问题。基于北京市水资源开发利用情况,利用水贫乏指数(Water Poverty Index,WPI)法核算北京市水生态足迹,用水资源状况(Resource)、供水设施状况(Access)、利用能力(Capacity)、使用效率(Use)及环境状况(Environment)5个分指数定量评价北京市1986—2014年的相对缺水程度。在此基础上,用EViews软件建立了差分自回归移动平均(Autoregressive Integrated Moving Average,ARIMA)模型,用ARIMA(p,d,q)模型对时间序列进行预测分析,预测北京市2015—2030年WPI指数水生态足迹,结合各指数的预测数据分析预测北京市水资源可持续利用情况,并据此提出了北京市水资源可持续利用的用水效率、节水意识、技术发展、产业结构、环保意识等方面的相关管理对策。

    2016年06期 v.37;No.149 7-13+48页 [查看摘要][在线阅读][下载 727K]
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  • 安阳市地热水梯级开发利用模式探析

    窦明;王艳艳;杜洁;付博;曹亚新;张建岭;

    安阳市地热资源丰富,具有很大的开发潜力,但开发利用方式单一,探讨地热水的梯级开发利用模式已成为提高地热水利用效率的关键举措。在计算安阳市地热水储量的基础上,设计了地热水梯级开发利用总体模式,并结合安阳市的实际情况,提出5种地热水梯级开发利用模式,且从社会经济、地热资源以及产业结构等方面构建指标体系;最后,结合安阳市地热条件、社会经济发展水平以及产业结构等因素,采用加权评分法为地热水适宜开发区选择了主要的梯级开发利用模式,可为安阳市合理开发利用地热水提供参考依据。

    2016年06期 v.37;No.149 14-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 640K]
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  • 多孔膜袋灌水均匀度变化规律研究

    张泽中;王盈盈;王国辉;

    膜袋灌是一种新型的节水灌溉技术,能够提高灌溉水的利用率,从而达到节水的目的。结合膜袋出流孔的制造偏差应满足灌水器的精度要求,考虑不同的入口水头、铺设坡度、孔距和孔径,通过测量多孔膜袋沿铺设长度的流量分布情况,计算出不同条件下膜袋的灌水均匀度。结果表明:1多孔膜袋的灌水均匀度与膜袋长度呈负相关,与孔距和孔径呈正相关;2入口水头增加,灌水均匀度提高;3当多孔膜袋铺设于0.3%以上的坡度时,灌水均匀度呈降低趋势;当其铺设于0.3%以下的坡度时,灌水均匀度呈上升趋势。

    2016年06期 v.37;No.149 20-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 242K]
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  • 内蒙古河套灌区节水对区域水盐平衡的影响分析

    翟家齐;张越;何国华;任长江;付雯琪;

    内蒙古河套灌区实施大型节水改造以来,渠系衬砌、田间节水和种植结构调整等节水措施影响了该区域原有的水盐平衡。通过比对灌区节水措施从1990年到2013年的实施历程和灌区引水量、排水量和耗水量等水盐循环要素在同时期的演进情况发现,随着节水措施的实施,多年平均引黄水量从1998年之前的49.7亿m3减少到1999—2013年的45.3亿m3;进一步分析了灌区地下水位和盐分变化情况,发现年平均地下水埋深从1990—1994年的1.70 m下降到2010—2013年的2.09 m;灌区长期处在积盐状态,但积盐量呈下降趋势。分析结果表明:节水最直接的结果是导致灌区水循环通量减少;随着节水措施的不断加强,地下水埋深不断增大;节水导致灌区引盐量减少、排盐量增加;节水对灌区生态的影响还有待进一步研究。

    2016年06期 v.37;No.149 24-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 901K]
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  • “三条红线”约束下区域水资源复合系统仿真与模拟研究——以菏泽市为例

    张玲玲;沈家耀;王伟荣;

    为了将最严格水资源管理制度落到实处,实现管理制度的可量化和可操作化,在综合考虑用水需求、用水供给和用水特性的基础上,运用系统动力学方法构建了包括人口、经济、用水、资源、环境等系统的水资源复合系统动态模型。并以菏泽市为例,模拟分析了其在现状发展情景下和基于"三条红线"目标约束不同情景下,水资源利用的变化情况。计算结果显示:在现状发展情景下,2020年菏泽市将缺水1.5亿m3,水资源供需平衡比为0.94,水污染比为0.025 8;"三条红线"目标约束情景下,不同的模拟方案结果不同,其中综合效益排名前20%的方案极大地缓解了菏泽市水资源的供需矛盾,减轻了水污染状况,可为探讨制定菏泽市合理的"三条红线"目标提供借鉴。

    2016年06期 v.37;No.149 30-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 874K]
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  • 基于遥相关的三峡水库中长期径流预测

    董前进;张旭;

    径流中长期预测是水利水电工程设计、施工和运行管理的重要依据,而预报因子的选取和预报模型的构建一直是径流中长期预测的两大难点。本文以宜昌站1951—2013年汛期流量资料为例,根据国家气候中心74项环流特征量,分别构建了基于相关系数法和随机森林算法的径流预测遥相关模型,并且对比了依据不同的相关系数和因子选择数目对预测精度的影响。结果表明,相较于传统的相关系数法,基于随机森林算法的预测模型的稳健性与预测精度均可大大提高。研究内容可为三峡水库中长期径流预报及中长期调度计划制定提供技术支撑。

    2016年06期 v.37;No.149 38-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 460K]
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  • 水库防洪错峰调度风险分析方法及应用

    刘克琳;王宗志;程亮;胡四一;

    水库防洪错峰调度是一种利用下游区间洪水预报信息的防洪预报调度方式,能有效减小水库防洪库容,提高洪水资源利用率,但受区间洪水预报、水库下泄洪水传播时间、调度滞时等不确定因素的影响,水库下游防洪风险的可能性将增加。综合考虑多个不确定因子,采用蒙特卡洛法、风险标准法等,提出了基于错峰调度规则的拟定、风险的定义、风险因子的识别与量化、风险率计算、方案决策过程的水库防洪错峰调度风险分析的流程与方法,并将上述方法应用于海河流域的密云水库。研究结果表明:通过采用提出的防洪错峰调度方案,密云水库能抬高汛限水位2.0 m,减小防洪库容3.09亿m3;而承担的水库防洪错峰调度风险率仅为11%;延长错峰时间能显著降低防洪错峰调度的风险。

    2016年06期 v.37;No.149 43-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 365K]
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  • 洪水资源利用风险效益量化研究

    黄显峰;黄雪晴;方国华;王宗志;朱丽向;

    结合洪水资源利用的风险因素,对水库汛限水位调整后的洪水资源利用风险效益进行量化研究。汛限水位是涉及水库防洪风险和兴利效益的关键水位。汛限水位调整后,可得到每个汛限水位对应的风险率,并将水库因水位调整而产生的增蓄水量按比例分配,综合考虑工业、农业、生活、生态4个方面的风险效益,采用C-D生产函数、分摊系数法、能值水价法和能值理论,分别对这4种效益进行量化。以连云港市石梁河水库为例,计算了各汛限水位对应的风险率和效益值,并根据汛限水位、风险率、风险效益之间的关系,在考虑风险最小且效益最大的前提下,得到石梁河水库汛限水位合理的控制范围为23.9~24.9 m。

    2016年06期 v.37;No.149 49-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 272K]
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  • 珠江三角洲典型河网区水资源调度策略与技术研究

    贺新春;黄芬芬;汝向文;万东辉;郑江丽;吴琼;张丽;

    珠江三角洲河网区河涌密布、闸泵众多,水动力条件复杂;受排污和咸潮影响,珠江三角洲局部地区水环境和供水安全问题突出。珠江三角洲河网区开展了一系列水资源调度实践,实践证明,利用闸泵-河库联合调度改善水环境和保障供水安全是一项行之有效的重要措施。分析了珠江三角洲河网区的水资源问题,将珠江三角洲河网区分为受排污影响和受咸潮影响两类典型河网区,针对典型河网区水资源调度需求,分别提出了改善水环境和保障供水安全的调度策略,探讨了典型河网区水资源调度模型技术,选择中珠联围进行了实证分析。结果表明,采用推荐调度方案可缩短中珠联围枯水期水体置换时间,有效地提高抢淡效率,提高供水保障程度。

    2016年06期 v.37;No.149 55-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 139K]
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水资源

  • 基于教学优化算法的多元超越回归模型及其在径流预报中的应用

    崔东文;

    基于超越方程内涵,提出多元超越回归(MTR)预报模型。通过4个典型测试函数对新型智能算法——教学优化(TLBO)算法进行仿真验证,并与粒子群优化(PSO)算法、差分进化(DE)算法、萤火虫(FA)算法、布谷鸟搜寻(CS)算法、混合蛙跳算法(SFLA)进行对比分析。利用TLBO算法寻优MTR模型参数,提出TLBO-MTR预报模型,并构建TLBO-支持向量机(TLBO-SVM)、TLBO-BP神经网络(TLBO-BP)、TLBO-多元二项式回归(TLBO-MBR)预报模型作对比;以云南省西洋站和董湖站12月份月径流预报为例,进行实例验证。结果表明:1TLBO算法收敛精度优于PSO、DE、FA、CS和SFLA算法,表现出较好的收敛精度和全局寻优能力;2TLBO-MTR模型对于西洋站和董湖站10年预报的平均相对误差绝对值分别为5.59%、6.60%,均优于TLBO-SVM、TLBO-BP和TLBO-MBR预报模型,表现出较好的预报精度。TLBOMTR模型预报方法可为水文预测预报提供新的途径,具有良好的应用前景。

    2016年06期 v.37;No.149 61-66+71页 [查看摘要][在线阅读][下载 570K]
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  • 集对分析相似预测在用水量预测中的应用

    周戎星;潘争伟;金菊良;罗月颖;

    准确预测用水量可为水资源管理和规划提供科学依据。将基于集对分析的相似预测模型应用于用水量预测中,并对山东省2010—2014年的用水量进行了预测;将预测结果与GM(1,1)预测方法、BP神经网络预测方法以及集对分析聚类预测方法的预测结果进行了对比。结果表明:基于集对分析的相似预测方法的相对误差较小,预测精度较高,在用水量预测中具有一定的应用价值。

    2016年06期 v.37;No.149 67-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 143K]
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  • 基于灰信息的黄河冰凌灾害风险评估模型

    罗党;刘敏;

    为提高黄河冰凌灾害风险评估的可靠性,提出了一种前景理论和集对分析相结合的评估方法,并应用到黄河宁蒙河段的冰凌灾害风险评估中。定义了前景价值函数和概率权重函数;计算了宁蒙河段各分河段的联系向量距离并以其总偏差最大化建立了优化模型,求解了准则权系数;以各分河段相对于正理想方案的贴近度大小进行排序。结果表明:青铜峡—石嘴山河段较易发生冰塞,三湖河口—头道拐河段不易发生冰塞,此结果可为这些河段的防凌防汛工作提供参考。

    2016年06期 v.37;No.149 72-77+92页 [查看摘要][在线阅读][下载 164K]
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水工结构

  • 基于动力特性的螺栓连接钢框架结构有限元建模

    汪志昊;陈银;郜辉;李国豪;郜家奇;

    合理选取螺栓节点处理方式与确定层间柱有效长度,是螺栓连接钢框架结构有限元建模的难点所在。首先对3层螺栓连接钢框架结构室内模型进行了动力特性测试,然后采用ANSYS分析软件开展了结构三自由度集中参数有限元模型和板-梁有限元模型的动力特性分析。板-梁有限元模型的螺栓节点分别按铰接、半刚性连接、刚接处理。通过对比结构前3阶模态的自振频率、振型的有限元值与实测值发现:螺栓节点按半刚性处理较为合理。为了进一步提高半刚性节点处理板-梁有限元模型的精度,将模型的实测动力特性值代入三自由度集中参数模型,反推结构层间柱的实际有效长度,并对有限元模型进行修正。研究表明:在结构层间柱的实际有效长度修正后,结构动力特性的计算精度可以得到进一步提升。

    2016年06期 v.37;No.149 78-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 435K]
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  • 沂蒙抽水蓄能电站竖井式进/出水口盖板有限元分析及配筋计算

    张一鸣;解伟;蒋逵超;孙海权;

    竖井式进/出水口施工方便,节约布局,能很好地满足抽水蓄能电站的进/出水要求,是一种值得提倡的进/出水口结构形式。本文依托沂蒙抽水蓄能电站项目的进/出水口设计项目,利用ANSYS有限元分析软件建立了三维进/出水口盖板模型,计算进/出水口盖板的应力状态,根据《水工混凝土结构设计规范(DL/T5057-2009)》绘制EXCEL表格进行配筋和裂缝验算。验证结果表明,所得计算结果合理可靠。

    2016年06期 v.37;No.149 83-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1325K]
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  • 模糊综合评价方法在边坡岩体卸荷程度分级中的应用

    王泉伟;刘建磊;杜朋召;

    岩体卸荷特征是岩质边坡质量分级的重要影响因素,也是进行边坡稳定性分析评价的主要内容之一。为研究岩质边坡岩体的卸荷特征,基于模糊数学理论,选取卸荷裂隙总条数、卸荷裂隙累计宽度、岩石质量指标RQD、岩体透水率、岩体波速比等要素作为评判指标,采用数值特征分析和模糊统计方法确定岩体的隶属度函数,同时采用要素比较矩阵法确定各要素的权重,建立岩体卸荷等级的模糊综合评判模型来对岩体卸荷情况进行评价。运用该法对某水电站坝肩边坡岩体卸荷程度分级情况进行了研究。结果表明,该模糊综合评判研究结果与边坡卸荷特征实际情况基本一致,说明该评价方法用在边坡岩体卸荷程度分级评判方面是可行的。

    2016年06期 v.37;No.149 89-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 205K]
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