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

“十三五”国家重点研发计划项目:陆地水循环演变专题

  • 近60年来黄河流域气候变化及河川径流演变与响应

    赵建华;刘翠善;王国庆;金君良;刘艳丽;鲍振鑫;

    气候变化是区域水文变化最直接和重要的驱动因素。采用Mann-Kendall方法,系统分析了黄河流域近60 a来气温、降水、径流的演变特征,探讨了不同阶段的降水-径流响应关系。结果表明:近60 a来,黄河流域气温显著性升高;降水量总体减少,但呈非显著性变化趋势;受环境变化的影响,实测径流量呈显著性减少趋势。黄河干支流4个重点水文站的实测径流与响应区间降水量之间存在较好的相关性,但不同年代的降水-径流关系存在一定差异,特别是21世纪以来,相同降水下的产流量明显偏少,反映了人类活动对区域水文情势的显著影响。

    2018年03期 v.39;No.158 1-5+12页 [查看摘要][在线阅读][下载 3865K]
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  • 不同水文模型在金溪流域的模拟与适应性研究

    罗志勇;杨炳良;管晓祥;陈士永;金君良;刘悦;李胜;陈清;

    应用概念性新安江模型、水箱模型以及半分布式的TOPMODEL模拟了金溪流域的水文过程,并比较了3种模型对日径流过程和场次洪水过程的模拟结果与精度。结果表明:各模型模拟1992—1993年日径流过程的Nash效率系数都大于0.7,净雨深相对误差都小于15%,说明各模型都能较好地模拟该流域的日径流过程,新安江模型和水箱模型的模拟精度较TOPMODEL的略好。选择两场洪水,比较3种流域水文模型模拟场次洪水过程的精度,发现3种流域水文模型模拟的洪水过程与实测过程总体上相贴近,且单峰洪水模拟结果相对多峰较好,洪量和洪峰的相对误差都小于20%,满足洪水预报精度要求。3种模型在金溪流域日径流过程和场次洪水过程模拟中的结果表明,水箱模型和新安江模型的表现略优于TOPMODEL的。

    2018年03期 v.39;No.158 6-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 2219K]
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  • 中国不同气候区典型流域的水文变化特性

    管晓祥;刘悦;金君良;刘翠善;刘艳丽;王国庆;

    根据中国6个不同气候区典型流域水文站近55 a的水文观测资料,用Mann-Kendall秩次相关检验法和降水-径流关系法分别分析了各流域的降水量、径流深和气温的变化趋势以及不同历史阶段的降水-径流关系。结果表明,各典型流域的降水量和径流深年内分配不均,夏季多、冬季少,集中在6—9月份;各流域都检测出气温显著升高的趋势,多年平均温增为0.029℃/a;辽河和昕水河流域的年均径流深减少严重,南方湿润气候区石角站以上流域的降水量、径流深均表现出增加的趋势。6个典型流域的年降水和径流系列以1980年和2000年为分段点划分为3个阶段,辽河和昕水河流域的降水-径流拟合直线的斜率呈逐阶段下降趋势,且年变化显著;黄河源区的年降水-径流关系具有波动特点;湘江流域由于年际调水原因,年际径流深较为均衡。

    2018年03期 v.39;No.158 13-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1950K]
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  • 基于联系数的区域水资源承载力诊断指标组合预测研究

    李辉;卞锦宇;周婷;金菊良;张礼兵;

    为提高区域水资源承载力诊断指标预测结果的精度和稳定性,在建立区域水资源承载力诊断指标预测的BP神经网络、多元线性回归和支持向量机模型(SVM)的基础上,建立了基于联系数的区域水资源承载力诊断指标组合预测模型(CFCN)。通过对区域水资源承载力水量要素能力表征指标的预测分析,结果表明,CFCN的预测平均误差最小(0.27%)、预测精度最高、稳定性最好,CFCN综合了BP神经网络、多元线性回归和支持向量机这3种预测方法的优势,克服了在区域可利用水量预测中BP神经网络外延性差、多元线性回归模型预测精度低、支持向量机拟合效果差的缺点,预测精度较单一的预测模型有显著提高。上述组合预测方法可为区域水资源承载力诊断指标预测提供有效的方法和技术支持。

    2018年03期 v.39;No.158 18-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 674K]
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  • 基于小波分解的优化支持向量机模型在水库年径流预测中的应用

    周婷;夏萍;胡宏祥;金菊良;

    为提高水库中长期径流预测的精度和可靠性,更好地发挥水资源综合利用的效益,提出了结合小波分解预处理的支持向量机预测模型(SVM-WDP)。该模型将包含复杂信息和随机噪声的径流过程分解为不同频率、不同特征的子序列,再分别针对各子序列运用PSO参数优化支持向量机模型进行预测,最后将子序列预测结果重组为最终预测径流。以淮河流域梅山水库1959—2014年径流过程为研究对象进行预测,结果表明:SVM-WDP模型所得结果的合格率为85%,达到水文预报甲等标准;与单独使用支持向量机模型相比,SVM-WDP模型拟合阶段RMSD由14.98降低至7.76,预测阶段RMSD由6.85降低至5.54,模型的预测性能均大幅度提高。该模型为中长期年径流预测提供了有效的方法和思路。

    2018年03期 v.39;No.158 24-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 2684K]
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  • 河南省降水量主模态演变时空特征

    陈罗成;程芳芳;王纪军;

    对河南省61个气象观测站1958—2013年的季降水量时间序列进行SEOF分析,研究河南省降水量主模态季节演变的时空变化特征,重点分析了前4个模态的时空分布特征。结果表明:前3个模态具有明显的年际变化和阶段性变化特征;第3模态为冬季旱(涝)-春季涝(旱)-夏季北部太行山涝(旱)、其他地区旱(涝)-秋季旱(涝)型,冬春两季模态为高度负相关关系,冬秋两季模态则为极显著的正相关关系;第4模态年际变化相对较小,但阶段性变化特征明显。

    2018年03期 v.39;No.158 31-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 4374K]
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  • 基于条件降水温度指数的淮河蚌埠闸以上流域冬小麦旱涝特征研究

    阮甜;高超;许莹;李德;

    农业作为对气候变化反应最敏感的部门之一,任何程度的气候变化都会给农业生产及其相关过程带来潜在的或显著的影响,尤其是旱涝灾害对粮食产量的影响最为不利。利用淮河蚌埠闸以上流域65个气象站1961—2014年的降水及温度数据,构建冬小麦主要生长期的条件降水温度指数PTCI,尝试确定冬小麦旱涝致灾阈值,同时采用土壤重量含水率和典型旱涝年的实际灾情验证PTCI的适用性,并分析冬小麦旱涝灾害的发生频次及空间分布,探讨冬小麦相对气象产量与主要生长期PTCI间的关系。结果表明:(1)冬小麦抽穗—乳熟期降水变异系数最大达到0.54,返青—拔节期温度上升最快可达0.4℃/(10 a);(2)冬小麦主要生长期内,PTCI<0.35时,发生干旱,PTCI>0.58时,发生洪涝,PTCI所指示的旱涝状况与土壤重量含水率和实际灾情具有一致性;(3)干旱是影响淮河蚌埠闸以上流域冬小麦生产的主要因素,1961—2014年间抽穗—乳熟期大部分站点的旱灾发生频次超过20次;(4)PTCI所指示的旱涝状况与冬小麦产量增减之间具有一致性,但各站点冬小麦旱涝的效果存在差异。

    2018年03期 v.39;No.158 38-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 2776K]
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  • 人工调控下库布齐沙漠沙生植物用水特征分析

    李皓冰;荆新爱;李恩宽;苏晓慧;

    荒漠化治理是我国现在和未来生态文明建设和绿色发展的方向。结合我国第七大沙漠——库布齐沙漠的沙生植物种植成功案例,初步探索分析适合我国沙漠地区生长的沙生植物的用水特征。结果表明:人工调控下沙生植物一般进行3 a灌溉培育,以便保证其成活率;沙柳的灌水定额为25.2 m3/hm2,种植后随着沙柳根系的生长,从土壤中吸收水分的能力逐渐增强,灌水次数逐年减少;大白柠条、甘草、黑枸杞的灌水定额、灌溉次数基本相同,紫穗槐的用水定额较以上3种沙生植物的用水定额略大。该分析结果可为我国开展荒漠化治理提供借鉴。

    2018年03期 v.39;No.158 46-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 105K]
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  • 裸地土壤蒸发与不同驱动要素之间的响应关系

    刘悦;鞠琴;舒心怡;管晓祥;刘翠善;王国庆;

    根据城西水文实验站的试验观测资料,分析了土壤实际蒸发量与不同驱动要素(降水、水面蒸发和土壤含水量)之间的驱动响应关系。结果表明:(1)1 d尺度下,土壤实际蒸发量与降水量、水面蒸发量在总体上均呈现正相关关系,且汛期的相关性比非汛期的好;(2)10 d尺度下,汛期和非汛期的10 d累积降水量、水面蒸发量与土壤实际蒸发量的正相关性均较好;(3)土壤实际蒸发量对浅层土壤含水量更加敏感,越深处的土壤含水量对土壤实际蒸发量的影响越小;(4)相对而言,前一日土壤含水量较当日土壤含水量对当日土壤蒸发量的影响更为显著。

    2018年03期 v.39;No.158 50-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 1435K]
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  • 黄河南岸灌区土壤盐分运动及模拟

    韩金旭;赵焱;谷晓伟;张凤燃;程春晓;刘晶;

    以鄂尔多斯黄河南岸灌区为研究区域,在分析其土壤盐分运动规律及影响因素的基础上,采用BP神经网络模型对耕作期浅层土壤盐分变化进行了模拟与预测。结果表明:同期降雨后不同区域可呈现不同的脱盐或积盐过程,降雨对土壤盐分的影响主要集中在土壤深度60 cm以内的浅层区域,减小灌溉强度可能造成土壤表层反盐;土壤盐分运动受到地下水埋深、土壤初始含盐量及灌溉水质等因素的影响,地下水埋深大于2 m后,地下水对土壤盐分的影响逐渐消失。BP神经网络模型对土壤盐分运动具有良好的模拟精度,减小灌溉强度后耕作层土壤呈弱积盐状态,4个灌溉周期后耕作层土壤盐分将上升4.7%。

    2018年03期 v.39;No.158 55-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1816K]
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  • 区域旱灾脆弱性的灰色关联分析方法

    罗党;张慧慧;

    基于灰色斜率关联度的基本思想,针对面板数据的三维特征,从指标行为矩阵的相近性和相似性角度出发,综合考虑指标发展水平、指标发展水平变化和指标发展速度变化3个因素,构造了一种新的基于面板数据时空特征的灰色矩阵关联度模型,并讨论了模型的性质。最后以河南省18个市的区域旱灾脆弱性指数为参考序列,研究了影响旱灾脆弱性指数的9个因素。结果显示,各市单位面积粮食产量对旱灾脆弱性指数的影响最小,各市生产总值和各市农村恩格尔系数对旱灾脆弱性指数的影响最大,说明旱灾脆弱性与农村贫困情况紧密相关。

    2018年03期 v.39;No.158 61-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1053K]
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  • 灌区农业水权分配存在的问题及对策探讨

    代小平;仵峰;张亮;宰松梅;李陆生;

    灌区农业水权分配是开展灌区农业水价综合改革和农业水权转让的基础。从灌区农业水权的界定、分配主体、分配对象、分配方法等方面,分析了灌区农业水权分配中存在的一些问题,并提出了相应的对策。灌区农业水权分配应界定灌区的农业用水和非农业用水水权。农户的农业水权应包括水量、保证率、优先权、有效期等。建议建立农业水权保险制度,农户交纳农业水权保险费购买一定水量和优先权的年度农业水权。保险费用于补偿灌区管理机构为提高供水保证率增加的成本,补偿未灌溉的农户的损失以及量水设施的建设和维护。建议建立农业水权分配中的补偿机制、农业水权分配中的对话和监督机制以及农业水权的监控机制。

    2018年03期 v.39;No.158 68-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 103K]
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河流泥沙

  • MIKE3在小浪底坝区水沙运动模拟中的应用

    张晓雷;吴新宇;王恩;

    水库库区局部水沙运动具有较强的三维性,且水库坝前水沙运动特性及库区冲淤过程十分复杂。为研究水库坝前水沙运动特性及库区冲淤过程,以小浪底坝区为研究对象,采用MIKE3软件建立了小浪底三维水沙数学模型,并利用小浪底水库2013年6月至8月坝前4.5 km内实测冲淤地形及水沙资料对所建模型的适用性与正确性进行了验证。计算结果表明:坝区水位及地形冲淤变化的计算值与实测值基本吻合,因此可认为,采用MIKE3软件模拟小浪底水库坝区的水沙运动及地形冲淤变化是可行的。

    2018年03期 v.39;No.158 73-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 4864K]
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  • 陈村水道弯道河段建桥影响研究

    李虎成;付雪伟;彭光宏;严军;庄佳;

    陈村水道是广州番禺和佛山南海两地的主要行洪通道,也是珠江的主要航道,担负着该地区的潮排、潮灌任务。陈村水道南番大道海怡大桥段为典型弯道河段,建桥前、后大桥所在河段的水位、流速、流态会发生变化。为评价拟建大桥对河道行洪和河势的影响,开展了河床演变分析和模型试验。分析和试验的主要结论为:(1)拟建大桥附近弯道河段相对稳定;(2)建桥后,桥位断面上游壅水最大值为5.7 cm,壅水影响范围在桥位上游600 m之内;(3)拟建桥墩未导致水流动力轴线明显偏移,左岸局部区域可能会发生局部冲刷、淘蚀现象;(4)拟建大桥对西海咀水闸及泵站的影响较小,当西海咀泵站及其扩建工程的泵站排涝时,泵站口门及护坦上落淤悬沙可顺利冲入主槽。

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地质工程

  • 不同含水率下高低液塑限红黏土抗剪强度特性研究

    董金玉;赵亚文;

    红黏土的含水率对其抗剪强度特性有着重要影响。通过不同含水率条件下高、低液塑限红黏土的抗剪强度试验发现,在同一法向压力下高液塑限红黏土的抗剪强度和黏聚力值远大于低液塑限红黏土的抗剪强度和黏聚力值,高液塑限红黏土的内摩擦角值略大于低液塑限红黏土的内摩擦角值;高、低液塑限红黏土的内摩擦角值随含水率的增大先小幅波动,当含水率达到塑限含水率附近时内摩擦角值迅速减小直至稳定;高液塑限红黏土的黏聚力值随含水率的变化呈先增大后减小的趋势,低液塑限红黏土的黏聚力值随含水率的变化呈双峰变化现象,且在塑限含水率附近出现最小值。通过对变化机理的分析认为,在含水率变化的过程中,水分子与红黏土颗粒之间的相互作用对抗剪强度有很大的影响。

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  • 东庄水库碳酸盐岩库段岩溶控制因素与发育规律研究

    杜朋召;雷春荣;高平;

    针对东庄水库碳酸盐岩库段的岩溶渗漏问题,在区内岩溶勘察资料的基础上,对岩溶现象和试验成果进行了统计对比分析,对岩溶控制因素和发育规律进行了系统总结。结果表明:碳酸盐岩库段古老岩溶、古岩溶不发育,岩溶主要为岸坡浅表部位发育的近代岩溶;区内不存在大规模的深部岩溶和管道系统,岩溶行迹多沿沟谷或结构面发育,以小规模的溶孔、溶隙为主。因此,区内岩溶发育程度整体较弱,采取合理的防渗处理后,东庄水利枢纽工程不存在大的岩溶渗漏问题。

    2018年03期 v.39;No.158 88-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1353K]
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