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(六)

  • 全球干旱在过去60年中变化甚微

    王乐扬;李清洲;SHEFFIELD Justin;WOOD Eric F;RODERICK Michael L;

    <正>由于气候变化,预计未来干旱的频次及强度均会增加,其主要归因于区域降水量减少和全球气候变暖所导致的蒸发量增加。20世纪末至21世纪初干旱变化趋势的评估结果显示,干旱加剧已波及全球;尤其是采用帕尔默干旱指数(Palmer Drought Severity Index,PDSI)的计算结果表明,自20世纪70年代以来全球湿度降低,干旱面积相应增加,其可部分归因于全球变暖。帕尔默干旱指数由月降水量和温度数据直接驱动一个简单的水量平衡模型计算得到,由于该方法的简单性,使其成为广泛应用于干旱评估的重要工具;但该方法过分简化,使其在气

    2019年04期 v.40;No.165 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 75K]
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水工结构

  • 超声波平测法在混凝土早期受冻损伤检测中的应用研究

    徐存东;王铭岩;王燕;程昱;

    针对低温环境下建筑物在混凝土养护期间的不良行为对结构服役状态造成的不良影响,分析不同受冻温度(-10℃、-5℃)和不同受冻龄期(1 h、3.5 h、8 h、1 d)的混凝土试件的未损伤层超声波波速V_u、损伤层超声波波速V_d、损伤层厚度h_f和损伤层平均应力f_d的变化过程,结合能够反映混凝土内部缺陷状况与宏观力学性能的超声波波速V的衰减规律,探究受冻龄期及受冻温度对混凝土服役初始与服役过程中耐久性能的影响规律及影响机理。研究表明,V_u、V_d、h_f、f_d呈现出的混凝土损伤劣化规律一致:混凝土在初凝后、终凝前(3.5 h)受冻导致的h_f最大,V_u、V_d、f_d最小,初始超声波波速V_0最小,此时混凝土损伤最严重且其后续力学性能的衰减速率最大,且混凝土试件的受冻温度越低,损伤越严重;初凝前(1 h)受冻混凝土的损伤较小,且受冻温度越低,损伤越小;终凝后(8 h、1 d)受冻混凝土的损伤最小,且终凝后受冻龄期越长,受冻混凝土的性能越接近未受冻混凝土,受冻温度对混凝土损伤的影响基本相同。

    2019年04期 v.40;No.165 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 4700K]
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  • 超高性能混凝土的损伤力学模型及其在水利工程中的应用

    张燎军;马天骁;

    超高性能混凝土具有远超常规混凝土的强度和耐久性,本文探讨其在水利工程中的应用情况。为此,基于损伤力学理论,建立了超高性能混凝土的塑性损伤模型。利用该模型对超高性能混凝土简支梁进行了计算分析,计算结果与试验结果较为接近,验证了该损伤模型的合理性。最后将超高性能混凝土的损伤力学模型应用到Koyna重力坝抗震设计中,在大坝易损薄弱部位采用超高性能混凝土进行抗震加固。应用结果表明,超高性能混凝土能够显著降低地震时坝体的损伤程度,提高大坝的抗震性能。该成果为水利工程加固设计提供了新的思路。

    2019年04期 v.40;No.165 10-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 2681K]
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  • 基于云理论改进AHP的泵站节能增效综合评价

    侯慧敏;周冬蒙;徐存东;田媛;杨少卫;

    大型梯级泵站的运行过程是一个多指标参与、多层次驱动的复杂系统工程。针对泵站节能增效指标响应评价不确定性问题,选定宁夏盐环定扬黄灌区为研究对象,基于云理论对标准Satty标度进行改进,将云模型的3个特征数字期望Ex、熵En、超熵He引入到传统层次分析法中,采用方根法对构造的判断矩阵进行计算,进而得到了泵站节能增效响应评价的云模型权重。研究结果表明:泵站节能增效的18个影响因子的期望Ex、熵En和超熵He的范围分别为0.020~0.151、0.002~0.192、0.002~0.196,均为"微敏感"因素,响应较为强烈的是Z_1优化调度模型和Z_2变频调速技术。这表明,单个指标的优化对泵站系统整体效率的提升作用并不明显;响应较为强烈的指标均对应Y_1运行调度系统响应层,这也表明运行调度层面的效率提升潜力优于泵站硬件方面的提升。采用基于云理论改进的层次分析法对泵站节能增效指标进行评价,量化了传统层次分析法评价过程的不确定度;对评价结果的随机性和模糊性的有效限定,提高了评价结果的抗变换性。该评价模型可为大型梯级泵站节能增效综合评估提供一种新思路。

    2019年04期 v.40;No.165 15-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 743K]
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  • 宁夏扬黄灌区逆坡直线边墙渐扩矩形断面沉沙池参数优选

    柴红敏;田程;

    工农业生产实践中多采用顺坡平流型沉沙池沉降悬移泥沙,但由于结构形式的限制,顺坡沉沙池很难提高其沉淀效率。针对宁夏扬黄灌区泥沙的特点,采用准静水沉降法和一维超饱和输沙法,对比分析了顺坡沉沙池和逆坡直线边墙渐扩矩形断面沉沙池的泥沙沉降效率。结果表明,逆坡直线边墙渐扩矩形断面沉沙池是一种高效沉沙池。对1 m~3/s流量下沉沙池的设计参数进行优选,提出了适合于宁夏扬黄灌区的合理参数取值:坡度-0.005 0、扩散角9°、池长400 m、出口宽度134.71 m,此时泥沙沉降率为86.87%。

    2019年04期 v.40;No.165 22-25+50页 [查看摘要][在线阅读][下载 859K]
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  • 基于遗传算法与ANSYS的结构优化方法研究

    耿贺松;陈博文;李明伟;杨璨;

    随着对工程结构要求的不断提高,结构优化方法这一领域逐渐成熟和发展起来。针对ANSYS自带优化方法的不足,考虑到智能优化方法在优化过程中的应用优势,将遗传算法应用到结构优化中,依托MATLAB平台,建立基于遗传算法的内嵌ANSYS智能结构优化方法。为检验该优化方法的可行性,利用该优化方法对一钢结构框架进行仿真优化设计。结果表明:文中所建立的结构优化方法是可行的,相比ANSYS自带的优化方法,该结构优化方法的精度更高。

    2019年04期 v.40;No.165 26-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 1154K]
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水文水资源

  • 基于CEEMD-Elman耦合模型的年降水量预测

    张先起;胡登奎;刘斐;

    科学、准确的降水量预测对区域水资源管理、防洪减灾以及水环境保护具有重要的指导意义。降水是一个受多种因素影响的复杂系统,致使其演变具有多维性、随机性与不确定性。"分解—预测—重构"是非线性时间序列预测的重要方式之一,在EMD与EEMD的基础上改进的CEEMD,不仅能将非平稳序列分解为几个平稳性较好的固有模态(IMF),而且可以有效降低时间序列的重构误差;结合Elman神经网络的较强非线性拟合能力,构建基于CEEMD-Elman的降水量预测耦合模型,并将其应用于郑州市年降水量的预测。结果表明:CEEMD-Elman耦合模型预测的平均绝对误差、均方根误差、平均相对误差均较小,其模型要优于EEMD-Elman模型、EMD-Elman模型和Elman模型,具有较好的适应性。

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  • R/S-BP网络耦合模型及其在年径流预测中的应用

    赵益平;王文圣;刘浅奎;

    由一维径流序列构建的BP网络模型输入因子(输入层结点数)的确定至今尚无明确定论,R/S分析法能度量前期径流对当前径流的有效影响时长(拟周期),基于此构建了基于R/S分析法的BP网络预测模型——R/S-BP网络耦合模型。该模型由R/S分析法识别径流序列的拟周期,以当前径流为界将拟周期内的前期径流作为BP网络输入的待选因子,优选后得到模型的输入因子,从而构建BP网络并进行径流预测。将R/S-BP网络耦合模型应用于釜溪河流域年径流预测中,并与两种常规BP网络模型的应用结果进行对比分析。结果表明,釜溪河流域年径流序列存在13 a的拟周期;R/S-BP网络耦合模型的预测效果优于常规BP网络模型;R/S分析法可为BP网络筛选输入因子提供科学依据,减少人为选择的不确定性;R/S-BP网络耦合模型用于年径流预测是可行的。

    2019年04期 v.40;No.165 40-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 814K]
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  • 气候变化和土地利用变化对水文过程影响研究进展

    张成凤;杨晓甜;刘酌希;管晓祥;关铁生;杨勤丽;王国庆;

    气候变化及强人类活动已经对区域水资源情势造成了一定的影响。变化环境对水文过程的影响是国际水文十年Panta Rhei计划强调的核心主题。环境变化使流域水文过程变得复杂,区域水文循环对变化环境的响应机理和不确定性研究是未来水文科学研究的重要内容。文中系统综述了气候变化、土地利用变化对区域水文过程的影响以及分布式水文模型在中、大尺度流域应用等方面的研究进展;在此基础上,进一步讨论了变化环境下水文科学领域需要强化研究的方向。

    2019年04期 v.40;No.165 46-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 128K]
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  • 基于Copula熵理论的干旱驱动因子选择

    温云亮;李艳玲;黄春艳;张泽中;

    干旱制约着人类经济和社会的发展,已经成为影响人类农业生产、社会稳定的重要因素。为精准把握干旱的演变规律,解决干旱驱动因素多样等问题,利用Copula熵理论对河南省1951—2014年逐月气象数据进行分析。结果表明:①河南省干旱序列存在长、短周期共存的现象,具有多时间尺度特征;②1991—2000年是干旱发生最为严重的10 a,随着时间的推移干旱呈现出从西南向东北方向转移的趋势;③在众多驱动干旱的影响因子中,降水量、气温、水汽压及相对湿度对干旱发生的影响最大。

    2019年04期 v.40;No.165 51-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2412K]
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  • 基于集对分析和GA-BP神经网络的地下水埋深预测研究

    陈笑;胡宏祥;戚王月;周婷;夏萍;

    针对地下水位与其影响因素之间存在非线性映射关系的特点,提出了基于SPA方法筛选地下水埋深时空自变量、再基于遗传算法优化BP神经网络进行地下水埋深预测的SPA-GA-BPNN模型。将该模型应用于安徽省蒙城县地下水埋深的预测中,并与全变量-LR、全变量-BPNN、全变量-GA-BPNN、SPA-LR和SPA-BPNN共5种模型进行对比。结果表明:SPA-GA-BPNN模型预测误差的MPAE值为0.088,MSE值为0.068,NSE值为0.848,误差指标均优于5种对比模型,在泛化性和稳定性方面也有显著优势。基于SPA方法筛选自变量,避免了自变量选取的主观性,且在理论上优于相关系数法,同时,遗传算法对神经网络的预测性能起到了显著的改进作用,可为地下水埋深变化过程的影响因素识别及预测提供可靠、有效的参考依据。

    2019年04期 v.40;No.165 57-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 2747K]
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  • 微咸水灌溉对土壤水盐分布的影响

    马雅静;王哲;李志萍;李琪;侯伟男;

    土壤中盐分的变化会对农作物的生长产生影响,拟通过田间试验的方法,以衡水地区为例,研究该地区微咸水灌溉对土壤水盐分布的影响。结果表明:利用该地区地下微咸水对灌区玉米进行灌溉时,受气象因素影响,表层土壤含水率随时间变化较小,随土壤埋深的增加逐渐增大;含水率变化频率随埋深的增加逐渐减小;土壤表层含盐量最高,呈现明显的表层富集现象;在降水及灌溉水的作用下,土壤含盐量下降明显,由初始值2.39 g/kg降至1.40 g/kg;考虑地下水作用,土壤在160 cm处出现盐分富集现象;当土壤水分通量增大时,土壤接受降水补给,洗盐效果明显。

    2019年04期 v.40;No.165 65-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 2088K]
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地质工程

  • 反倾岩质边坡动力响应及地震动参数影响研究

    刘汉东;耿正;王忠福;牛林峰;徐峰;

    边坡的动力响应特性分析是研究动力条件下边坡失稳机制的前提。基于反倾层状岩质边坡振动台模型试验构建数值计算模型,利用校准后的数值模型研究地震动强度、频率、持时等对反倾层状岩质边坡动力响应特征的影响。结果表明:边坡内部及坡体表面的地面运动峰值加速度PGA(Peak Ground Acceleration)放大系数在竖直方向上都随边坡高度的增加呈非线性增长趋势;PGA放大系数的大小和分布受地震动参数影响显著,其中地震动频率对PGA放大系数影响最大,震动强度次之,持时影响最小。

    2019年04期 v.40;No.165 70-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 3275K]
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  • 离石加筋黄土的力学特性及加筋效果研究

    马林;张蕾;刘力源;

    针对加筋土加筋机理不明确的问题,通过室内加筋土的固结不排水三轴试验,分析了不同筋材、不同围压和不同加筋方式下离石黄土的力学特性,揭示了加筋土在不同影响因素下的力学演化机理。通过试验研究得到如下结论:①筋材面积相同时,硬窗纱的拉力值最大,笼布的次之,软窗纱的最小;②硬窗纱、笼布和软窗纱加筋后,这3种加筋土的黏聚力分别提高了260.4%、229.6%和139.8%;③土体强度随筋材层数的增加而增大,土体加筋效果随围压的增大而减小。

    2019年04期 v.40;No.165 77-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 2269K]
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水环境

  • 我国不同区域隐含碳排放流动研究

    黄会平;赵荣钦;韩宇平;

    为了解我国不同区域的隐含碳在产业部门间及同外部区域的流动状况,基于投入产出表及能源消费数据,分别以西部、中部、东南部的甘肃省、河南省、广东省为例,分析了各省的隐含碳排放系数、隐含碳在各部门间的转移状况及同国外的贸易状况。结果表明:①隐含碳排放量由大到小为广东省、河南省、甘肃省,碳排放系数由大到小为甘肃省、河南省、广东省。②3个省份中重工业部门和电力、热力、燃气及水生产和供应业部门均为隐含碳排放最重要的输出部门,轻工业、建筑业和第三产业为输入部门。③对外贸易中,甘肃省为隐含碳净输入区域,河南省、广东省为隐含碳净输出区域,不考虑产业关联情况下,甘肃省、河南省、广东省均为重工业部门隐含碳进口、出口量最大的区域;考虑区域内部产业链关联时,甘肃省、河南省的采矿业部门和电力、热力、燃气及水生产和供应业部门的隐含碳排放输出比例显著提高,表明这2个省份的产品能耗很大程度上来源于这2个部门。广东省隐含碳排放输出最重要的4个部门为交通运输仓储和邮政业部门,采矿业部门,电力、热力、燃气及水生产和供应业部门以及服务业部门,表明其经济发展对资源密集型产业的依赖性较低。

    2019年04期 v.40;No.165 83-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 3075K]
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  • 纳米四氧化三铁多相催化过硫酸钾降解水中苯胺

    刘秉涛;刘京;王海荣;

    高级氧化技术是降解水中有机物极具应用前景的技术,其中过硫酸盐法是该技术近年来研究的热点。采用纳米四氧化三铁催化剂催化过硫酸盐降解水中苯胺,通过试验探讨了pH值、纳米四氧化三铁投加量、过硫酸盐浓度、反应时间、反应温度等因素对降解苯胺的影响,并探讨了苯胺降解的机理。结果表明:在pH值为8、反应温度为30℃、过硫酸盐浓度为8 mmol/L的条件下,用1.50 g/L纳米四氧化三铁催化降解20 mg/L的苯胺模拟废水,苯胺去除率可达86%以上,说明纳米四氧化三铁/过硫酸盐体系能有效地降解苯胺。

    2019年04期 v.40;No.165 94-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1258K]
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