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

中国部分寒区、旱区水循环研究专题

  • 基于CMADS驱动的SWAT模型在辽宁浑河流域的应用研究

    张利敏;王浩;孟现勇;

    我国气象观测资料较为匮乏,尤其在高山寒区,使得高寒地区的水文建模研究未能很好地开展。流域水资源研究对区域经济社会发展、水资源管理、生态平衡及环境保护等均具有重要意义。研究选取浑河流域沈阳水文控制站以上区域构建SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型,并采用中国大气同化数据集(China Meteorological Assimilation Datasets,CMADS)作为大气输入数据驱动SWAT模型,通过对区域内4个水文站的月尺度径流和日尺度径流的率定与验证,来评估CMADS+SWAT模式在高寒山区的适应性。此外,在SWAT模型参数敏感性分析的基础上,应用SWAT模型优化率定工具——SWAT-CUP中自带的SUFI-2优化率定方法对模型参数进行校准与验证。研究发现:在率定期,模式Nash-Sutcliffe效率系数NSE和决定系数R~2均在0.74以上;在验证期,NSE和R~2也均大于0.58。结果表明:CMADS+SWAT模式在浑河流域取得了较好的模拟结果,CMADS数据集可很好地体现浑河流域下垫面地表大气特征。研究总体认为:CMADS数据集可为我国气象观测资料匮乏的地区提供重要的基础数据支持;同时,利用CMADS+SWAT模式可为我国气象无站或缺测区的水资源利用、水土保持及非点源污染防治等研究提供重要的科技支撑。

    2017年05期 v.38;No.154 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 410K]
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  • 融雪型洪水量级的流域积温分布模型研究及应用

    曹开军;龙爱华;王建虎;刘洋;蔡思宇;李扬;

    鉴于对高寒山区融雪洪水预警精度的迫切需求,利用能量守恒原理和水量平衡原理,选取经典分布式水文模型反序架构,构建了基于融雪型洪水量级下的积温阈值及流域积温分布模型。首先利用流域集总算法计算流域面的平均积温,然后基于气温直减率进行分配,最终确定积温分布,该模型在本质上属于热传导方程的逆问题。在模型驱动数据方面,采用NCAR再分析资料用于模拟输出流域的总体平均温度,同时利用高光谱遥感数据计算出流域平均雪深,结合对新疆地区天山北坡中段军塘湖流域长期的雪特性观测、SWAT及DHSVM径流模拟试验中径流和下渗的相关性试验数据,获得了诱发得到的4次融雪型洪水过程流域的积温分布特征。最后,根据气温直减率,确定军塘湖流域面上的积温分布特征。在对研究区4场融雪型洪水进行模拟验证后发现,该模型的输出结果较为精确(纳什效率系数NSE为0.815)。然而由于模型的水文过程(下渗、蒸发等)仍存在一定的不确定性因素,因而模型结果与实际观测结果依旧存在一定差异(算术平均误差为10.65%)。研究认为,该积温模型的研制对于空间气象站点缺少区的高纬度融雪型洪水多发区的预警、预报具有较大的理论价值及应用价值。

    2017年05期 v.38;No.154 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 411K]
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  • 新疆1979—2013年降水量时空变化特征和趋势分析

    殷刚;李兰海;孟现勇;王蕾;刘洋;

    新疆地区生态环境脆弱且对气候变化敏感,在全球气候变化背景下,新疆生态环境及水资源可持续发展方面均面临巨大的挑战。以新疆降水为重点研究对象,应用欧洲中期数值预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts,ECMWF)的全球再分析气象数据(ECMWF Re-Analysis-Interim)探究新疆的降水变化规律。研究结果表明:新疆地区南北疆、山地、平原、盆地、荒漠和沙漠不同地域的气候差异极为显著,北疆的降水量多于南疆,西部的降水量多于东部。其中,西部伊犁地区降水量达东部哈密地区的近6倍;此外,山区降水量远多于盆地,天山山区的年降水量约235.65 mm。通过分析1979—2013年降水量数据时间序列和月、季度、年各气候区划的降水量均值和变化趋势发现,新疆不同气候区划的降水量差异显著。其中,天山北坡气候区降水充沛,多年平均降水量达278.52 mm,为新疆降水量最多的气候区,阿尔泰山气候区次之,多年平均降水量达221.91 mm,北疆准噶尔盆地气候区的年降水量为181.87 mm,而南疆塔里木盆地气候区的多年平均降水量仅为66.03 mm。本研究总体认为:新疆降水量时空分布呈现北疆多、南疆少,山地多、平原少,夏季多、冬季少的时空分布特征。研究结果将为新疆水资源对气候变化的响应研究起到重要的推动作用。

    2017年05期 v.38;No.154 19-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 577K]
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  • CMADS、ITPCAS和TRMM 3B42 3套降水数据集在玉龙喀什河流域的适用性评价

    刘俊;刘时银;上官冬辉;徐敬东;

    我国西北地区地形复杂、环境恶劣、气象观测水平有限,在海拔较高的山区缺乏长期观测资料。再分析气象数据集(产品)基于气象卫星、数值模拟等技术,结合站点实测资料制作而成,具有时空分辨率高、可靠性好等优点,越来越多地被应用于大气水文相关的研究工作中。选择西北典型的高寒山区流域为研究对象,首先分析3套具有代表性的再分析气象数据产品(CMADS、ITPCAS和TRMM 3B42)降水资料在研究区年际和年内的分布情况,然后利用3套降水资料驱动SWAT水文模型,将模型模拟的结果与水文站实测径流资料进行比较,并进行参数率定和敏感性分析,从而分析3套数据集在研究区对降水的模拟效果。最终获得以下结论:3套降水资料在流域内的降水量分布情况存在较大差异,CMADS和ITPCAS数据集在降水总量上大于TRMM 3B42数据集,且CMADS数据集的年际降水和年内降水分布与冰川分布较为一致;3套再分析数据产品中,CMADS数据集驱动水文模型的模拟效果最好,逐日、月的NSE系数达到0.53、0.71,ITPCAS和TRMM 3B42数据集的NSE系数较低,径流模拟效果较差。

    2017年05期 v.38;No.154 28-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 311K]
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  • 中国天山山区降水特征及其研究进展

    白磊;李兰海;师春香;刘铁;孟现勇;杨艳芬;

    降水是中国干旱地区水循环过程的重要环节。作为中亚地区"水塔"的天山山区,气候变化背景下降水的变化都会深刻地影响中亚地区的生态及人文环境。近些年,利用多数据源、多角度研究天山山区复杂环流和地理条件下的水汽时空格局与变化趋势成为热点。通过对不同来源近期数据的分析表明,天山山区降水在不同尺度下呈现增长趋势,同时极端降水也呈现增长趋势;对与降水相关的其他因素的分析表明,天山山区净水汽通量和云量均呈现增加趋势,而日照和总辐射呈现减少趋势;然而,由年轮重建百年尺度近代降水和区域气候模式模拟降水的结果却反映出20世纪下半叶天山山区的降水呈减少趋势;对未来气候变化情景下的研究发现,未来天山山区降水总体上呈现增加趋势。

    2017年05期 v.38;No.154 38-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 199K]
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  • 国外生态流量政策法规及启示

    陈昂;王鹏远;吴淼;孟现勇;

    系统地梳理了国外生态流量相关的政策法规及其主要内容,识别了国外规定对生态流量过程的要求和河道内生态基流的确定标准;通过梳理我国生态流量相关政策、法规、导则和指南,识别了我国目前存在的不足;通过分析国外生态流量政策法规对我国的启示,提出了完善生态流量管理指南、实施生态流量分区分类差异化管理、完善河流生态系统监测体系、加强全过程管理的建议。该研究可为生态流量红线约束标准的制定提供依据,促进河流水能资源开发与生态环境保护统筹协调发展,实现流域可持续发展。

    2017年05期 v.38;No.154 49-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 152K]
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水资源

  • 基于文献计量的水资源学发展研究

    韩宇平;贾冬冬;王春颖;

    为及时了解国际学术热点,准确把握水资源学领域的学术研究动向,对寻求解决我国水资源学问题的途径具有重要的指导作用。基于Cite Space软件,采用定量化的文献计量方法对2000—2015年Web of Science核心合集数据库内标题中含有"water resources"的文献进行统计和共引分析,梳理与剖析16年来水资源学研究的发展趋势。结果表明:16年来,水资源学相关论文发表数量最多的国家为中国,发表文章最多的机构为中国科学院;聚类分析指出"区间参数多阶段随机线性规划(IMSLP)方法"和"非平稳数据的分析方法"为水资源学领域的研究基础,"水资源""气候变化"为当前水资源学的研究热点。

    2017年05期 v.38;No.154 54-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 298K]
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  • 基于文献计量学的我国水资源优化配置研究现状分析

    曹永强;李维佳;袁立婷;

    水资源优化配置是实现水资源可持续发展目标的重要内容,也是水资源学科亟待解决的关键问题,准确把握与判断水资源优化配置的研究方向对促进水资源可持续发展意义重大。为揭示近20年来我国水资源优化配置领域的研究现状,从文献计量学的角度出发,以中国知网的《中国学术期刊(网络版)》中1997—2016年的期刊论文为数据源,以"水资源优化配置"为关键词进行检索,采用共词分析及可视化的方法,探究我国水资源优化配置研究的现状、热点与趋势。研究结果表明:水资源优化配置研究方向总体上经历了从单一向多元化的转变过程;在研究领域方面呈现多视角、学科跨度大但同时具备学科偏重的特点,主要涉及水利水电工程、资源科学、工业经济与环境科学等科学领域;在研究主题方面,节水型社会、水资源短缺、水权等是近20年水资源优化配置研究的热点主题,且"水资源管理制度"在今后一段时间内将是水资源优化配置研究的热点方向。

    2017年05期 v.38;No.154 63-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 278K]
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  • 灰色神经网络下的多变量土壤含水量预测模型

    罗党;王浍婷;

    土壤含水量是评价农业墒情的重要指标,其变化规律对节水农业具有重要意义。基于土壤含水量预测问题中测量数据的特征和土壤含水量变化的内在联系,结合灰色GM(0,N)模型和BP神经网络模型的优势,构建BPSGM(0,N)模型。以河南省新郑市土壤含水量预测问题为例,基于实际测量数据,对该模型的预测值进行残差分析和关联度检验。结果表明,BPSGM(0,N)模型在土壤含水量预测方面具有良好的效果。

    2017年05期 v.38;No.154 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 158K]
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水工结构

  • 海洋结构物砰击问题的研究与进展

    刘明;高东博;左卫广;

    基于海洋环境下结构物的刚性特征与研究方法,探讨了大尺度海洋结构物的砰击问题,详细回顾并分析了国内外对刚性体砰击问题的理论研究、经验公式研究、数值和物理模型试验研究的相关创新成果,着重概述并总结了弹性体砰击问题的研究方法与成果,旨在对海洋结构物水动力问题的研究提供参考。

    2017年05期 v.38;No.154 76-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 216K]
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  • 煤岩体岩爆模拟试验中声发射时频演化规律分析

    赵菲;王洪建;袁广祥;任富强;

    为了研究深部煤炭开采过程中煤岩体岩爆破坏过程声发射随应力演化的特性,对鹤岗矿区南山煤矿软岩巷道的煤岩体进行真三轴卸载岩爆试验,实时记录三向应力演化过程,并采集试验过程中的声发射信号进行参数和波形时频分析。结果表明:南山矿煤岩体岩爆临界破坏强度为17.8 MPa,是其单轴破坏强度的1.19倍,声发射累计释放能量达到(1.83E+5)mv·ms。采用快速傅里叶变换,对选取的加载和卸载岩爆典型阶段声发射数据进行波形分析,得到频率-幅值密度分布。发现加载阶段破裂源相似,产生的信号特征较为接近,都是低幅值、低频率的,而煤爆时产生高频、高幅和低频、高幅多种成分的破裂源,预示着能量在不断地加大。

    2017年05期 v.38;No.154 82-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 324K]
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  • 电网换流站土石方工程绿色施工评价体系研究

    沈超;邵先锋;李大华;

    以在建规模最大的国家电网换流站项目为例,利用层次分析法计算得到绿色施工综合管理、资源与能源利用、环境负荷控制三大准则层的各项绿色施工指标,通过对各层次指标的权重进行计算,建立了能够定量分析的土石方工程绿色施工评价体系。研究结果表明,该套土石方绿色施工评价体系比较全面地包含了绿色施工的各项评价指标,且实际应用效果均能满足各类绿色施工标准。该评价体系可为大型电网换流站项目土石方绿色施工方案设计提供参考,进一步推进绿色施工在土石方工程中的发展。

    2017年05期 v.38;No.154 88-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 189K]
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