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

气候变化与水资源国际科技动态(一)

  • 水资源紧张地区河川径流量的减少与CO_2的植被效应一致

    Anna M.Ukkola;I.Colin Prentice;Trevor F.Keenan;王乐扬;

    <正>全球环境变化对水资源的时空分布具有一定的影响,但如何量化这种影响仍然是科学家面临的一个重要挑战。特别是在CO_2浓度增加的驱动下,植被响应对水文循环影响方面的研究尤其薄弱。Anna M.Ukkola等对澳大利亚190个天然流域的研究结果表明:1)1982—2010年,年降水量具有减小趋势,植被的最大NDVI指数具有增加趋势,影响最大NDVI指数的降水阈值显著变小,这与CO_2浓度的增大具有密切关系。

    2018年01期 v.39;No.156 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 526K]
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水安全专题

  • 基于联系数的区域水资源承载力评价与诊断分析方法

    金菊良;沈时兴;郦建强;崔毅;吴成国;

    为在随机、模糊、未确知等不确定性条件下定量评判和诊断分析区域水资源承载力系统的总体状况和发展趋势,用联系数有效处理水资源承载力评价指标与评价标准间的不确定性,提出用最小相对熵原理综合评价样本联系数和评价指标值联系数,构造了减法集对势这一新的集对势函数,并用于测度区域水资源承载力系统在当前宏观期望层次上所处的确定性状态和发展趋势、诊断识别水资源承载力的脆弱性指标,进而建立了基于联系数的区域水资源承载力评价与诊断分析的一套方法(CNAD)。CNAD在安徽省淮北地区的应用结果表明:淮北地区2004、2010、2020年的水资源承载力等级均介于承载力一般等级与较弱等级之间;这3 a的评价样本联系数、评价指标值联系数、平均联系数值中只有2020年的评价指标值联系数处于偏反势(接近反势的临界值),其余联系数均处于反势,说明该地区水资源承载力的综合发展趋势为负向发展,水资源承载状态十分严峻。CNAD充分挖掘了水资源承载力评价标准等级与评价指标样本值之间各单指标联系数的评价信息,评价和诊断的结果可靠、合理,方法直观、简便、通用性强,在各种实际资源环境承载力评价和诊断分析中具有重要的推广应用价值。

    2018年01期 v.39;No.156 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 927K]
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  • 基于水旱灾害的中国农业水安全情势评价

    尚松浩;

    农业是中国乃至全世界的用水大户,农业水安全是区域水安全的重要组成部分,也是粮食安全的基础。在分析中国农业水安全主要影响因素的基础上,以干旱、洪涝灾害的受灾比例为指标评价中国农业水安全的动态变化趋势。结果表明:最近30多年来,中国干旱受灾面积及受灾比例均呈现显著减小趋势,而洪涝受灾面积及受灾比例则基本稳定;总体上,农业水安全状况有好转的趋势,出现这种趋势的主要原因可能是有效灌溉面积的增加和高耗水作物(稻谷、小麦)种植面积的减少。

    2018年01期 v.39;No.156 10-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1409K]
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  • 基于洛伦茨曲线和基尼系数的榆林市用水结构时空演化及其驱动力分析

    张洪波;兰甜;王斌;

    用水结构研究对于实现区域水资源合理配置、指导区域经济协调发展具有重要意义。利用洛伦茨曲线和基尼系数模型,分析各类型用水的空间分布及其变化特点。在基于层次聚类分析法对榆林市用水结构进行分区的基础上,利用生态位及其熵值模型分析了各个分区内不同类型用水随时间的变化趋势。并进一步分析了国外发达国家的用水结构,结合我国水资源管理战略,提出了榆林市用水结构未来发展的参考意见。结果显示:榆林市仍以农业用水为主;近几年,工业用水和生活用水具有上扬趋势,但空间差异较大;用水结构均衡度整体朝着更有利的方向发展;从空间分布上看,榆林市用水结构呈现三区划,榆阳区所在分区以农业用水为主,府谷县所在分区以工业用水为主,吴堡县所在分区以民生供水为主。研究表明,榆林市未来的用水总量仍将处于快速增长期,供需矛盾将依旧十分突出,推行有效的节水措施迫在眉睫。

    2018年01期 v.39;No.156 15-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 3122K]
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  • 人民胜利渠灌区地下水氮含量时空分布特征研究

    韩宇平;柴奕;刘中培;潘红卫;袁皖华;

    通过对人民胜利渠灌区地下水"三氮"(NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N)的动态监测,利用ArcGIS技术分析"三氮"的空间分布规律,结合人类活动、水文地质和水化学等因素,揭示灌区地下水中氮的赋存特征及动态变化驱动因子。结果表明:研究区地下水中"三氮"质量浓度以NO_3~--N为最高,其次为NH_4~+-N和NO_2~--N;因受季节变化影响,地下水"三氮"质量浓度的整体水平在丰水期高于枯水期;"三氮"空间变幅较大,高质量浓度的NH_4~+-N和NO_3~--N分别集中在灌区西部及中部,高质量浓度的NO_2~--N主要集中在灌区东西两侧;丰水期氮质量浓度的空间分布较为离散,其中丰水期NH_4~+-N变异系数高达260%,枯水期NH_4~+-N、NO_2~--N变化趋势较为一致,而4月份之后,NO_3~--N的变化趋势与NH_4~+-N的相反;驱动因子分析表明,化学肥料的过量使用是导致地下水"三氮"质量浓度偏高的主要因素,此外,降水入渗、包气带厚度、pH值、Fe~(3+)离子浓度在一定程度上也影响地下水"三氮"的转化方向。

    2018年01期 v.39;No.156 25-30+96页 [查看摘要][在线阅读][下载 2566K]
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  • 变喉部长径比文丘里式水力空化杀灭原水中病原微生物的试验研究

    董志勇;秦兆雨;

    基于浙江工业大学水力学实验室自主研发的变喉部长径比L/R文丘里(Venturi)式水力空化装置,考虑了4种喉部长径比L/R=10、30、60、100,4种原水占比(初始浓度)V_0/V=25%、50%、75%、100%,以菌落总数和大肠杆菌作为病原微生物指示菌,试验研究了喉部长径比、喉部流速、水力空化作用时间、原水初始浓度、空化数等因子对水力空化杀灭原水中病原微生物的影响。试验结果表明:空泡溃灭时产生的微射流、冲击波会使原水中病原微生物的细胞发生空蚀破坏,水流空化数越低,对大肠杆菌、菌落总数的杀灭率越高;流速较低或原水初始浓度较高时,其杀灭率随喉部长径比的增加逐渐增大;流速较高或原水初始浓度较低时,其杀灭率几乎与喉部长径比无关;增大喉部流速或延长水力空化作用时间,可进一步提高对病原微生物的杀灭效果。水力空化是一种无需添加消毒剂、无消毒副产物的新型生活饮用水消毒技术。

    2018年01期 v.39;No.156 31-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1892K]
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  • SWAT模型土壤物理属性数据库本土化构建研究

    徐冬梅;胡昊;王文川;刘惠敏;

    SWAT模型是美国农业研究中心研发的专门针对流域水文过程和非点源污染模拟的分布式水文模型,在我国有较为广泛的应用。由于美国同我国的土壤指标的分类标准不同,导致SWAT模型中土壤数据库的本土化构建较为困难,目前已成为制约其在我国进一步推广的瓶颈。鉴于此,为寻求更为便捷、高效的参数确定途径,对SWAT模型土壤物理属性数据库的本土化构建进行了相关研究,并将构建好的SWAT模型用于洪安涧河上游东庄水文站以上流域的水文过程模拟。结果表明,相关系数R~2达到了0.875,效率系数E_(ns)达到了0.840,取得了较好的模拟效果。该研究为建立符合我国国情的土壤物理属性数据库提供了思路和方法,可进一步促进SWAT模型在我国的应用,可为流域水文模拟提供技术支撑。

    2018年01期 v.39;No.156 36-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1485K]
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  • 非一致性条件下嘉陵江上游水文频率分析

    郭明;杨志勇;周政辉;袁丽婷;

    受全球气候变化及高强度人类活动的影响,流域暴雨特征、产汇流特性发生了显著改变,破坏了水文频率分析的基础——水文系列统计的一致性。以嘉陵江流域上游的略阳站为例,应用Hurst系数法、Lee-Heghinian检验法、有序聚类法、滑动T检验法等多种方法,对略阳站1940—2016年的年最大日流量序列统计的一致性进行了检验,识别了其主要的变异点,计算了对应不同时期气候及下垫面特征的水文系列统计参数。结果表明:略阳站1940—2016年的年最大日径流序列呈不显著递减趋势,递减速率为-68.25 m~3/(s·10a);综合多种非一致性检验结果,1994年为可信度最高的变异年份;经一致性修正,对应近期气候与下垫面条件下不同频率洪水设计值较历史值有显著变化,百年一遇、五十年一遇及二十年一遇洪水的设计值均有所降低,变幅分别为-2.94%、-6.51%及-12.49%。

    2018年01期 v.39;No.156 42-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 2106K]
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  • 基于水资源配置方案的塔里木河下游生态水文演化研究

    赵冠南;刘登峰;栾金凯;白涛;黄强;冯九梁;林木;

    流域水资源配置是水资源管理的重要内容,选定水资源配置方案时,需要了解在规划的水资源配置方案下,旱区生态水文系统的演化状态。基于塔里木河水资源配置方案,应用干旱区河岸植被生态水文演化模型,模拟了英苏断面地下水位和植被覆盖度的演化过程,并分析了水资源配置方案的生态水文效果。结果显示:规划水平年2020年推荐采用连续丰水年情景,在此情景下,英苏断面每年过水142 d,平均地下水位为829.78 m,植被覆盖度的平均值为0.492 3。与其他3个情景(平水年、枯水年、丰平枯)相比,它的过水时间、地下水位和植被覆盖度都更大。规划水平年2030年推荐采用连续丰水年情景,与其他3个情景(平水年、枯水年、丰平枯)相比,它的过水时间、地下水位和植被覆盖度都更大。在新的水资源配置方案下,如果保障下游的生态用水,若干年后下游植被可以明显恢复。生态水文演化模型的模拟结果为水资源配置方案的评价和选择提供了重要依据。

    2018年01期 v.39;No.156 48-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 3141K]
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  • 基于涡度相关观测的寒区滨河湿地蒸散发特征分析

    王富强;王若雁;孙美琪;

    蒸散发是湿地生态系统水循环的重要组成部分,研究湿地生态系统蒸散发的时空变化规律,对分析湿地生态系统的水量平衡具有重要意义。选取典型寒区滨河湿地——哈尔滨金河湾湿地为研究区,利用彭曼公式计算湿地潜在蒸散发量,并与涡度相关观测的实际蒸散发量进行对比分析;为探明土壤蒸发和植被蒸腾对湿地实际蒸散发的贡献,利用双涌源模型对实际蒸散发进行分解研究。结果显示:试验观测年份,金河湾湿地生态系统全年潜在蒸散发量为847.17 mm,潜在蒸散发量的月变化呈现双峰曲线,实际蒸散发量为420.46 mm,实际蒸散发量的月变化呈现典型的单峰分布曲线,风速与辐射对实际蒸散发的影响最大,降水偏少、气温较高是造成潜在蒸散发量与实际蒸散发量差异的主要原因;实际蒸散发量中土壤蒸发量为182.90 mm,植被蒸腾量为237.56 mm,植被蒸腾占主导地位。

    2018年01期 v.39;No.156 57-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 2834K]
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  • 陕西省水资源时空均衡研究

    朱俊海;林涛;钱会;

    在对陕西省2008—2014年的降水特征和河流水质分析的基础上,采用基尼系数对该区域水资源配置与经济发展要素匹配度在时空上的变化情况进行研究。结果表明:水量和水质是影响水资源分布-水资源配置匹配度的主导因素,在降水量减少的情况下,改善径流水质、增加水资源可利用量的比例是缓解水资短缺的有效措施;陕西省水资源配置时空匹配度处于"相对均衡"的状态,基尼系数呈逐年减小的趋势。通过对陕西省水资源时空均衡差异性的分析,提出了完善环境与水资源一体化管理和规划体系,强化水资源配置的适应性、稳定性和综合性,根据水资源时空分布不均衡的现状合理规划水工程分布,以保证陕西省人民生活与社会发展所需的水资源配置量。

    2018年01期 v.39;No.156 63-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1816K]
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  • 基于GOA-PP模型的区域水资源红黄绿分区管理识别

    崔东文;郭荣;

    为能科学、高效地识别云南省16个州(市)水资源红、黄、绿分区管理类型,提出了蚱蜢优化算法(GOA)-投影寻踪(PP)识别模型。首先,基于水资源红、黄、绿分区管理的概念,从用水总量、用水效率和水环境3方面提出了广义水资源红、黄、绿分区管理识别指标体系和分级标准;其次,利用16个州(市)的水资源评价指标数据集分别构建了基于用水总量、用水效率和水环境的投影目标函数,分别采用GOA、粒子群优化(PSO)算法、布谷鸟搜索(CS)算法、差分进化(DE)算法和人工蜂群(ABC)算法优化求解各目标函数,并对求解过程和求解结果进行对比分析;最后,利用GOA求解得的各最佳投影向量计算16个州(市)的水资源评价红、黄、绿分区投影值及红、黄、绿分级标准阈值的投影值,利用该分级标准阈值的投影值对16个州(市)的水资源红、黄、绿分区管理类型进行识别。结果表明,GOA寻优精度优于PSO、CS等4种算法,具有较好的求解精度和收敛稳健性能。GOA-PP模型对云南省各州(市)的用水总量-用水效率-水环境的红、黄、绿分区管理类型识别结果分别为:昆明市、玉溪市识别为"黄区-绿区-黄区"型;曲靖市识别为"绿区-绿区-红区"型;昭通市、红河州识别为"黄区-黄区-红区"型;丽江市识别为"黄区-红区-黄区"型;楚雄州、大理州识别为"黄区-黄区-黄区"型;文山州识别为"绿区-黄区-黄区"型;德宏州、迪庆州识别为"绿区-红区-绿区"型;其他州(市)识别为"绿区-红区-黄区"。此识别结果可为云南省全面贯彻落实最严格水资源管理制度提供借鉴。

    2018年01期 v.39;No.156 68-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 2232K]
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  • 集对分析法在城市防洪标准方案优选中的应用

    刘永安;王文圣;

    城市防洪标准决定了城市建设工程的投资及效益,与当地人民生命财产安全密切相关。目前城市防洪标准优选方法理论较复杂,不便于在生产中加以应用。建立了基于集对原理的城市防洪标准方案优选方法——集对分析法。基于政治、社会、经济与环境因素选取防洪标准方案的优选指标体系并与最优评价标准方案构成集对,构造3元联系度以表征集对的内部层次关系,由最大联系数原则进行城市防洪标准优选。为验证该方法的可信度,将集对分析法评价结果与模糊决策分析法、层次分析法和投影绿踪法的结果进行对比,结果表明集对分析法用于防洪标准方案优选是可行的。

    2018年01期 v.39;No.156 77-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1514K]
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  • 基于ArcGIS的平原河网地区圩区内涝模拟方法研究

    王越;刘曙光;

    圩区是平原河网地区防洪减灾的工程措施之一,随着全球气候变暖、极端天气的增加,圩区内涝的问题日趋严重。但是,对于圩区内涝的模拟依旧比较棘手,往往需要通过建立水动力模型来研究,而这种方法对资料的要求很高,且比较繁琐,因此亟待一种简便而又有效的手段对圩区内涝情况进行模拟。鉴于上述问题,运用ArcGIS的二次开发,基于水量平衡原理,综合考虑圩区调度以及泵站抽排能力对内涝的影响,实现了通过"体积法"来模拟圩区内涝洪水的淹没情况的研究。经验证,该方法能够比较准确地模拟圩区的内涝情况,对于实际洪水模拟有一定的实用性。

    2018年01期 v.39;No.156 81-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1916K]
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水工结构

  • 基于MATLAB的梯形渠道横断面优化设计

    仵峰;马地;宰松梅;吴玉博;冯雪芳;

    渠道是农田水利工程的主要基础设施,是灌区输配水的主要形式。渠道设计中,渠道横断面是其重要内容之一,横断面参数的选取直接关系到工程的投资、运行及效益。重点分析了影响梯形断面的主要参数,考查了设计水深、渠道底宽、边坡系数等与渠道通过流量之间的关系。以MATLAB R2016b为工具,对横断面参数进行了优化计算,在已知渠道边坡系数、设计水深、通过流量、渠道糙率、渠道纵坡时,即可求得渠道底宽。与试验法和迭代法相比,该方法计算稳定,简便易行。计算结果表明,渠道流量一定时,边坡系数与渠道底宽呈二次函数关系;边坡系数一定时,底宽与流量呈近似一次正相关关系。

    2018年01期 v.39;No.156 86-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1743K]
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  • 基于PIV技术的静压桩沉桩过程中桩周粉土位移场的试验研究

    李博;毛洪滨;姜彤;张俊然;任淼;

    基于粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,采用自行设计的静压桩自动沉桩模型试验系统,研究含水率为11.1%(最优含水率附近)的桩周粉土在沉桩过程中的位移场的变化规律。在沉桩过程中用CCD高速工业相机和Davis 8.0采集软件连续拍摄试验观测面上的图像,同时用图像处理软件PIVview2C得到位移云图。试验结果表明:压桩力P与沉桩深度H的关系曲线分为3个阶段,P-H曲线形态随着沉桩深度H的增加呈现先上凸后下凹的趋势;位移场在桩端两侧基本对称,最大位移出现在桩端下部,相比于前2个阶段,第3个阶段内桩端下方土体的扰动最大。结果有助于进一步明确沉桩挤土效应的内在机理,并可为解决相关岩土工程问题提供参考。

    2018年01期 v.39;No.156 91-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 2845K]
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