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

水安全专题

  • 变化环境下洞庭湖洪水变异规律及防洪安全评价研究展望

    谢平;孙思瑞;赵江艳;桑燕芳;宁迈进;周慧;

    在全球气候变化和高强度的人类活动影响下,许多流域和地区的天然水文序列的一致性遭到破坏。对于洞庭湖流域,其洪水要素序列发生了明显变异,使得基于一致性的洪水频率计算方法不再满足实际需求,也无法作为防洪安全评价的主要依据。研究适用于变化环境的非一致性洪水的防洪安全评价方法变得尤为重要。围绕变化环境下的水文变异问题,首先梳理总结了相关研究成果和主要方法,然后综述了非一致性洪水频率计算的研究进展和区域水安全评价的基本方法,并重点对目前研究中存在的不足进行了说明。在此基础上,围绕如何探索变化环境下洞庭湖洪水规律识别和科学防洪安全评价问题,指出了未来研究需要重点关注和解决的科学问题。

    2017年03期 v.38;No.152 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 830K]
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  • 水生态足迹及适应性理论视角下的中国省际水安全评价

    孙才志;张智雄;

    将水生态足迹和水生态承载力的方法应用到水安全评价领域,与多指标评价法相结合,以中国31个省市为研究对象,测算了各省市的水压力指数、水适应指数和水安全指数,探究了中国经济规模、社会发展以及科技水平与水资源利用的协调发展关系。结果显示:受年际水资源量丰枯的影响,各省市的水压力指数呈波动趋势,在空间分布上,水资源量较为丰富的南方地区水压力指数较低,严重缺水的华北地区水压力指数较高;而随着经济的发展和科技的进步,各省市的水适应指数逐年升高,在空间分布上,经济发达、科技水平较高的东部沿海地区的水适应指数较高,水的协调性安全程度处于全国较高水平。二者结合得出的水安全指数显示:受水压力指数年际波动的影响,水安全指数年际变化也呈波动趋势,水安全指数呈由南向北递减的趋势,东南沿海地区的水安全程度较高,而华北地区的水安全形势较为严峻。

    2017年03期 v.38;No.152 9-16+57页 [查看摘要][在线阅读][下载 2878K]
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  • 基于混沌闪电搜索算法-最大熵投影寻踪模型的区域水安全评价

    崔东文;郭荣;

    为了能够在广义最严格水资源管理指标的约束下进行水安全客观评价,选取6个标准测试函数对基于混沌策略改进的新型群智能算法——混沌闪电搜索算法(CLSA)进行仿真测试,并与基本闪电搜索算法(LSA)、人工蜂群(ABC)算法、差分进化(DE)算法、混合蛙跳算法(SFLA)、文化算法(CA)、粒子群优化(PSO)算法和地理生物学优化(BBO)算法进行性能对比。提出了广义最严格水资源管理指标约束下的水安全评价指标体系和分级标准,构建最大熵投影寻踪(MEPP)多准则水安全评价目标函数,利用CLSA寻优MEPP最佳投影方向,提出了CLSA-MEPP水安全评价模型,并以云南省所辖16个行政分区为评价对象进行实例分析。结果表明:CLSA在所有测试函数的寻优精度上均优于其他7种算法,表明基于混沌策略改进的CLSA能有效地平衡群体的探索能力和开发能力之间的关系,从而提高CLSA的求解精度和极值寻优能力;CLSA对MEPP多准则水安全评价目标函数的寻优精度同样高于其他7种算法;CLSA-MEPP模型对大理、临沧和丽江的水安全评价为"不安全",对其他13个行政分区的水安全评价为"基本安全"。本文提出的模型及验证方法具有通用性,可推广应用于其他领域。

    2017年03期 v.38;No.152 17-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 1553K]
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  • 城乡交错带典型溪流沟渠氮素污染特征及生态风险分析

    李如忠;秦如彬;高苏蒂;钱靖;

    2015年5—12月,在合肥市城乡交错带3条溪流沟渠上,按季节采集水样和表层沉积物,据此分析水体与表层沉积物的氮素污染特征,评估沉积物TN污染水平;并就水体氨氮暴露的生态风险和沉积物TN对底栖生物的毒性效应进行风险评估。结果表明:(1)3条溪流沟渠水体氮素污染严重,其中关镇河支渠TN均值高达30.9 mg/L,陶冲小溪流和磨店小溪流的TN均值分别达4.0、1.6 mg/L;(2)3条溪流沟渠的氨氮基准最大浓度(CMC)与基准连续浓度(CCC)水质基准值差异明显,且关镇河支渠水质全年具有高风险,陶冲小溪流绝大多数样本为有风险,少数样本为无风险;磨店小溪流仅个别样本有风险;(3)各溪流沟渠沉积物NH_4~+-N、NO_3~--N和TN含量差异性较为显著,相应的沉积物氮素污染程度排序均表现为:关镇河支渠>陶冲小溪流>磨店小溪流;(4)3条溪流沟渠沉积物TN基本均达重度污染水平且均处于有机污染状态,相应的污染指数大小排序为:关镇河支渠>陶冲小溪流>磨店小溪流;(5)3条溪流沟渠沉积物总氮对底栖生物的生态毒性均超过安全等级,且关镇河支渠各采样点均接近或达到严重级,相应的底栖生物生态毒性风险排序为:关镇河支渠>陶冲小溪流>磨店小溪流。

    2017年03期 v.38;No.152 27-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1469K]
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  • 基于系统论的水旱风灾害防御机制研究

    李俊;

    运用系统科学理论研究水旱风灾害防御体系,基于系统的普遍定义和对水旱风灾害防御过程及所涉及要素的分析,提出了水旱风灾害防御系统的定义,分析了水旱风灾害防御系统的要素、结构、功能与环境;基于感知控制论,深入研究了水旱风灾害防御系统在治理与准备、紧急防御和灾后恢复等不同状态下的运行控制过程;通过控制过程分析,总结了系统科学理论对改进水旱风灾害防御机制的启示。研究表明:水旱风灾害防御活动应实行分层指挥控制,落实分级管理;应将县级作为指挥决策能力建设的重点,而乡镇水旱风灾害防御能力建设应着重于提高执行力;应加强基层执行主体的自主行动能力,发挥执行主体的核心作用;为提高水旱风灾害防御系统面对复杂自然环境和社会经济系统变化的适应性,应建立专家会商机制,并随着自然环境和社会经济环境的变化主动对系统结构进行调整。

    2017年03期 v.38;No.152 35-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1266K]
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  • 水生态修复工程的风险管理框架

    程卫帅;

    风险理念贯彻于水生态修复行为的每一环节中。基于全过程风险管理理念,提出一种可用于水生态修复工程的风险管理框架。分析认为:水生态修复工程面临的风险较大,主要包括修复效果不及预期目标及虽达预期目标但成本超过效益2类风险;将生态风险评价内化于水生态修复工程风险评价的成本效益分析框架中是可行和有益的;生态效益可以从生态风险变化和生态系统服务价值变化2个角度评价,2种方法在本质上具有一致性;水生态修复是管理者调整水生态系统状态的风险控制措施,水生态修复工程风险管理是对水生态风险控制措施本身的风险管理。

    2017年03期 v.38;No.152 42-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 115K]
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  • 智慧水资源管理系统的设计与应用

    戚晓明;白夏;金菊良;杨兰;

    构建智慧水资源管理系统,提高水资源监测和管理能力是落实最严格水资源管理制度的有效技术措施之一。在深入分析水资源管理信息化建设需求、目标和内容的基础上,研制了智慧水资源管理系统。该系统由Web网站、移动APP、富客户端和三维数字地球仿真模块构成,其核心业务模型和信息扩展接口利用百度地图API、NASA World Wind数字地球及微软WCF共享技术集成。智慧水资源管理是蚌埠市智慧水利的重要组成部分,为水资源管理决策提供专业、科学、准确的技术支持。该系统助力蚌埠市2014年、2015年和2016年在落实最严格水资源管理制度考核中取得了安徽省第一名,取得了较为明显的社会效益和经济效益。

    2017年03期 v.38;No.152 47-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1290K]
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  • 基于VIKOR扩展法的黄河冰凌灾害风险评估模型

    罗党;贾惠迪;

    为提高黄河冰凌灾害风险评估的合理性和准确性,提出了一种基于VIKOR扩展法的评估方法,并将其应用到黄河宁蒙河段的巴彦高勒—三湖河口、三湖河口—昭君坟和昭君坟—头道拐3个分河段的冰坝灾害风险评估中。依据传统多准则妥协解排序法(VIKOR)的基本思路,结合区间灰数的运算法则,计算各时间段各分河段的评价值,用动态区间灰数加权平均算子进行集成,得到各分河段的整体评价值,最后建立可能度矩阵,利用排序公式对各个分河段发生卡冰结坝的可能性进行排序。结果表明,昭君坟—头道拐河段最易发生卡冰结坝,巴彦高勒—三湖河口河段、三湖河口—昭君坟河段次之。该结果可为黄河宁蒙河段的防凌防汛提供借鉴。

    2017年03期 v.38;No.152 52-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 164K]
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河流泥沙专题

  • 往复流作用下的粗颗粒推移质的输沙规律

    喻国良;韦兵;李明;

    推移质是海岸带泥沙输运的重要组成部分,粗颗粒推移质在波浪、潮汐等往复流作用下的运动规律是海岸工程建设的重要依据。从理论分析和试验研究两个方面分别对往复流作用下的粗颗粒推移质输沙规律进行了研究,提出了一个瞬时推移质输沙率的计算模型,并将试验结果与该模型的计算结果进行了对比验证,发现该计算模型对线性往复流作用下的推移质泥沙的运动趋势模拟良好,但对于其相位滞后效应考虑不足,其误差来源在于对附加质量力的忽略。

    2017年03期 v.38;No.152 58-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 3022K]
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  • 珠江河口整体物理模型泥沙试验方法及应用

    吴小明;卢陈;吴门伍;杨裕桂;

    为全面掌握珠江河口泥沙运动的基本规律,优化河口重大工程方案布置,在宏观分析珠江河口伶仃洋、磨刀门和黄茅海泥沙运动主要特征的基础上,研究了该3个区域泥沙模拟试验面临的关键技术问题;重点研究珠江河口整体物理模型泥沙试验中的分区模拟、模型沙选择、关键设备研发等核心技术,结合多年来科研生产和模型运用的实际经验,总结出珠江河口整体物理模型泥沙试验方法。最后,以近年来珠江河口的重大涉水工程——港珠澳大桥工程为例予以了进一步说明。

    2017年03期 v.38;No.152 64-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 3716K]
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  • 天池抽水蓄能电站上、下水库整体动床泥沙模型的设计与验证

    张国良;孙东坡;胡祥伟;张羽;张兵;

    抽水蓄能电站上、下水库联合运用时,库区及电站进、出水口附近的水流与泥沙淤积规律十分复杂,通常要进行泥沙模型试验研究。针对天池抽水蓄能电站,进行了上、下水库整体动床模型设计,分析确定了满足水流泥沙运动相似与河床变形相似的控制比尺;根据相应比尺确定了模型沙的种类和粒径,并进行了预备试验。利用专门设计的双向管、泵系统,实现了可以进行抽水蓄能和发电两种运行工况的上、下水库连接段的模拟;设计采用VDMS流场实时监测系统对库区与进出、水口的流速及流态进行精细观测。验证试验表明,整体模型的设计、制作满足模拟库区的水流泥沙运动相似与河床变形相似的要求,设计方法可为类似的整体泥沙模型设计提供参考和借鉴。

    2017年03期 v.38;No.152 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 2946K]
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  • 鱼道水沙特性的数值模拟

    薛海;许国;

    鱼道是一种重要的生态补偿工程,以往研究的重点主要集中在水力学要素对鱼类通过效果及鱼类适应度的影响方面。针对泥沙在池室中可能造成的水流含沙量增高及淤积面积扩大进而影响过鱼效率和鱼道运行寿命这一关键问题,通过数值模拟方法,对不同泥沙粒径和来流流量组合情况下的池室水流含沙量变化及池底泥沙淤积分布进行了模拟计算,并在此基础上给出了解决上述问题的途径。可为在具有一定含沙特征的河流上建设更为长效的鱼道设施提供数据支撑。

    2017年03期 v.38;No.152 76-81+86页 [查看摘要][在线阅读][下载 1833K]
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  • 浐河水沙变化特性及橡胶坝库区水面线研究

    李洋洋;周维博;白洁芳;

    在自然因素和人为因素的综合作用下,浐河流域的来水、来沙特性发生了一定的变化。通过分析浐河流域1960—2012年共53 a的水沙资料,掌握了浐河流域的水沙特征及水沙关系。结果表明:浐河流域多年径流量和输沙量年际分配极不均匀,水沙系列总体下降趋势明显。流域径流量与输沙量呈正相关关系,径流输沙主要集中在每年7月。人类活动通过改变流域下垫面情况,作用于水沙关系,使得水沙双累积曲线在1979年和2003年发生了改变。此外,选择橡胶坝的两种典型工况,得出立坝时的水面线较塌坝时的水面线平稳,塌坝时的水流发生了水跃现象。

    2017年03期 v.38;No.152 82-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 942K]
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  • 台州湾大桥桥墩处局部冲刷试验研究

    贠鹏;陈刚;

    台州湾大桥位于椒江河口,桥墩结构及河口水域水动力条件复杂。为科学预测桥墩周围冲刷坑范围、形态和最大局部冲刷深度,开展了设计洪水、设计潮水条件下桥墩处局部冲刷水槽物理模型试验研究。通过冲刷公式估算和类似实测资料分析验证表明,试验中预测的桥墩处的冲刷坑范围和深度合理。此结果可为实际工程的设计及运行提供技术支撑。

    2017年03期 v.38;No.152 87-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 5568K]
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