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

区域水土资源耦合及演变专题

  • 滁州市城西试验流域植被区土壤蒸发特性及其驱动要素研究

    刘悦;鲍振鑫;金君良;刘艳丽;管晓祥;王婕;王国庆;贺瑞敏;

    根据安徽省滁州市城西试验流域的观测资料,研究了植被区土壤蒸发特性及其与降水、水面蒸发和土壤含水量等驱动要素之间的关系。结果表明:①土壤实际蒸发量与降水量、水面蒸发量的正相关性均于汛期达到最强,非汛期的相关性受其他因素影响较大;②降水量和水面蒸发量与土壤实际蒸发量的正相关性随着时间尺度的增大而增大;③土壤表层的含水量对土壤实际蒸发量的影响更大,土层深度越深,其含水量对土壤实际蒸发量的影响越小;④相较于表层土壤(0~35 cm)次日的蒸发量,其当日的蒸发量与土壤含水量的相关性较高。

    2019年06期 v.40;No.167 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 2361K]
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  • 黄淮海流域河流空间网络构建及径流量时空插值

    吴若景;杨勇;鲍振鑫;

    年平均径流量是陆地水文学的重要水文要素之一,其变化不仅影响着人类社会经济系统的安全,也影响着自然生态系统的健康。因此,准确获取流域内每条河流任一断面的年平均径流量是十分重要的。以黄淮海流域为研究区,基于干支流关系,构建了黄淮海流域的河流网络模型,利用1956—2012年的年降雨量数据计算得到水资源三级区出口处的年平均径流量,进而计算出黄淮海流域的年平均径流量,且插值出流域内每条河流任一断面的年平均径流量,获得了连续河流径流量的时空分布。为检验插值精度,利用均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)对比了黄淮海流域10个水文监测站的实测年平均径流量与插值得到的年平均径流量,其均值分别为221.15 m~3/s和196.56 m~3/s,其在1956—1970年间精度较高,且河流上游的精度较下游的精度高。结果表明,该方法能较为准确地获取连续的黄淮海流域年平均径流量。

    2019年06期 v.40;No.167 7-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 6610K]
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  • 黄河源区水文气象要素演变特征及响应关系

    张成凤;鲍振鑫;杨晓甜;刘酌希;管晓祥;王国庆;刘翠善;

    黄河源区作为黄河的水塔,其水量的丰枯变化对黄河流域水资源开发利用至关重要。采用M-K秩次相关检验和有序聚类法分析了1961—2013年来黄河源区气温、降水和径流的演变特征,分阶段研究了降水-径流响应关系。结果表明:1961—2013年间,黄河源区气温显著升高,降水增加趋势微弱,实测径流整体呈微弱下降趋势;实测径流序列在1989年发生突变,由于兴建了生态保护工程,将实测径流系列划分为1961—1989年、1990—2000年和2000—2013年3个阶段,不同阶段的降水-径流相关性较好,阶段性差异明显,2000年以后的点群位置明显靠下,表明其他非降水因素对河川径流量的变化具有重要影响。

    2019年06期 v.40;No.167 15-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1686K]
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  • 国内外区域水土资源匹配研究综述

    刘晶;鲍振鑫;刘翠善;贺瑞敏;王婕;王国庆;

    水土资源作为人类经济社会发展的重要支撑,具有资源属性,而其在时间与空间上的匹配关系呈现功能特性,功能的强弱在于其匹配程度。水土资源的匹配关系直接关系到人类对其是否能可持续利用,因而受到了国内外学者的广泛关注。简要回顾了国内外关于水土资源匹配关系和交互作用研究的发展历程,着重从定性研究和定量研究两个角度论述了水土资源匹配关系的理论基础和评价方法。最后,针对目前研究中存在的问题,提出未来研究的发展趋势和关键问题:水土资源匹配关系的定性研究应进一步考虑水土资源物理交互过程和时空变异规律,为水土资源匹配关系的定量研究提供坚实的物理基础;应加强对气候变化和人类活动影响下水土资源匹配状况进行预测的相关研究。

    2019年06期 v.40;No.167 20-24+74页 [查看摘要][在线阅读][下载 133K]
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  • 海河上游典型流域植被动态演变规律及其对气候因子的响应

    万思成;曾瑞;张建云;王国庆;

    植被动态是地球生物化学循环和陆地水循环的关键过程,也是环境变化的重要指示因子。以海河上游典型流域蔡家庄流域为研究区域,采用2000—2016年的MODIS NDVI数据作为植被数据,研究了该区域植被年内和年际动态变化特性及其与关键气候要素的相关关系及响应规律。研究结果表明,NDVI年内变化过程呈现明显的"单峰"特征,最小值发生在冬季和早春,于7月下旬达到峰值;年际变化表现出明显的趋势性,其中年平均NDVI、年最大NDVI均呈显著增加趋势,起始生长日期趋于提前,生长期长度亦明显延长。年际尺度上,NDVI对降水变化呈正向线性响应,且二者相关性较好,而与气温的相关性较弱;年内尺度上,NDVI对降水和气温的相关性均较好,都呈现出非线性正向响应,即降水和气温都存在某个阈值,使得NDVI的响应规律在阈值两侧呈现明显差异。

    2019年06期 v.40;No.167 25-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 3426K]
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  • 基于静态和动态权重的流域水文模型集合预报方法对比

    王婕;刘翠善;刘艳丽;鲍振鑫;宋明明;刘悦;王国庆;

    为进一步探索提高模型精度的方法,比较不同集合预报方法的优劣,选择了4种水文模型(新安江模型、Simhyd模型、GR4J模型和人工神经网络模型)分别在浙江省西部山区的4个典型流域做模拟对比,分析这4个模型在流域上的适用性,并将模型的模拟结果作为集合成员,使用黑箱集合预报法和诱导有序二项式系数集合预报法对成员进行集合预报,研究模型的应用效果,并进行4种模型和2种集成方法的优势对比。研究结果表明,新安江模型和GR4J模型在研究区域的适用性方面较好。黑箱集合预报法和诱导有序二项式系数集合预报法分别代表固定权重和变动权重的两种集合预报方法,模拟结果显示,后者对集合成员的改进程度更高,说明其在动态权重方法下更能充分发挥各模型的优势之处,达到择优互补的模拟效果,从而提高预报精度。

    2019年06期 v.40;No.167 32-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 2163K]
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  • 基于空间网格化的黄淮海流域降水插值研究

    李淼;鲍振鑫;王卫光;金君良;刘晶;

    黄淮海流域地形复杂,气象要素空间分布不均匀,研究中需要对气象要素进行插值。以黄淮海流域为研究对象,按三级流域划分为59个三级区,通过空间网格化的反距离权重(IDW)插值方法,在0.1°×0.1°网格和0.2°×0.2°网格上对1951—2018年的降水数据进行分区插值,并且将通过0.1°×0.1°网格插值的数据与水资源公报的降水数据进行对比。结果发现:空间网格化插值的结果在时间尺度变化趋势上的拟合程度非常高,纳什系数(NSE)基本达到了0.8以上,相关系数基本达到了0.94以上,能精准、有效地反映出各分区年平均降水量在时间尺度上变化的趋势与程度;插值效果在黄河流域下游地区最差,与其狭长的流域地形有关;在降水量较少的地区,插值精度较低;随着网格密度增大,插值精度也会相应地有所提高,但提高程度不大,网格的密度增大4倍,插值精度上升了1%左右,黄淮海流域中黄河内流区的插值精度受网格密度变化影响最大。

    2019年06期 v.40;No.167 39-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 4547K]
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水文水资源

  • 水资源空间均衡研究进展

    金菊良;郦建强;吴成国;何君;郭旭宁;张浩宇;陈梦璐;陈磊;

    为系统梳理水资源空间均衡现有研究的发展脉络、主要研究内容和发展趋势,针对水资源空间均衡概念内涵、分析识别、评价、调控等相关研究,分析水资源-经济社会-生态环境复合系统各要素的相互制约、相互协调达到空间均衡的过程,可为水资源未来的高质量供需配置、国家现代化水网的建设提供理论指导,水资源空间均衡研究同时也是对水资源承载能力研究的进一步深化和拓展。为此,分析归纳相关学科领域空间均衡的现有研究成果,着眼于水资源空间均衡研究对国家水安全保障的战略意义,从水资源空间均衡的概念内涵、分析识别、评价方法和调控方法等研究方向进行了综述,在此基础上提出了水资源空间均衡未来研究的主要发展趋势:①进一步完善水资源空间均衡的概念内涵,厘清水资源、经济社会、生态环境3个系统间如何在相互作用中保持均衡;②分析识别影响水资源空间均衡的主要因素,如何将有关空间分析方法应用于水资源空间均衡研究中;③如何构建完整的水资源空间均衡指标体系、采用有效方法进行区域水资源空间均衡评价;④水资源空间均衡调控应探讨如何确定目标函数和约束条件,如何构建面向空间均衡的水资源优化配置模型,进一步加强水资源空间均衡调控对策方面的研究。

    2019年06期 v.40;No.167 47-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1597K]
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  • 武汉市城市化进程中河湖水系的时空演变特征

    梁昌梅;张翔;李宗礼;肖宜;

    在城市化进程中,人类活动对河湖水系的改造日益加剧,破坏了原有的河湖水生态平衡。针对由此引起的洪涝与水环境问题,以"百湖之城"武汉市为例,以2000年、2005年、2010年3期的LandsatTM遥感影像解译数据为基础,分析了城市化进程中下垫面的变化特征;选取2000年、2005年、2010年的1∶50 000地形图进行了水系提取,借鉴景观生态学方法,从水系斑块水平层面上,选取了能表征水系数量特征、形态结构和复杂度的水系格局指标,分析了武汉市2000—2010年的水系格局时空演变特征。结果表明:①2000—2010年,城镇用地面积增加了673.39 km~2;前5 a城市化进程较为迅速,后5 a城市化进程十分显著。②河湖水系的数量逐年减少,形态结构趋于规则、简单化;复杂度中的平均斑块面积指数持续增加,10 a间总升幅为14.38%;连接度总体呈上升趋势,其主要与相关政策的出台有关。③各水利片区之间,汉口东西湖的发展速度最快;同时,汉口东西湖水利片区的河湖水系受到的影响显著高于其他3个片区的,即河湖水系受人类活动的影响程度与城市的发展程度呈正比。该研究结果可为优化、调整武汉市河湖水系的格局和功能提供理论依据,也可为实现河流生态可持续发展提供参考途径。

    2019年06期 v.40;No.167 61-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 3350K]
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  • 基于遥感信息的土壤含水量监测站点规划

    王进;李春红;于承跃;张孝斌;王永峰;李文龙;

    布设土壤含水量监测站,依据实测信息校验水文预报中的土壤含水量计算过程,可有效缓解因土壤含水量计算偏差导致的水文预报误差,其中土壤含水量监测站点的代表性在一定程度上影响水文预报精度。阐述了土地覆盖产品数据、土壤分类数据和相应的信息提取方法,并以丰满样子哨流域为研究对象,从水文预报和试验研究的需求出发,结合三层空间分布(流域特征、土地覆盖和土壤类型)信息,统计了流域内具有代表性的流域特征和土地覆盖、土壤类型;结合各土地类型的空间分布、面积、占比等信息,采用统计分析方法初步规划了具有地形、土地利用和土壤代表性的3个土壤含水量监测站。该方法兼顾了流域的地形特征、土地覆盖和土壤的空间分布,具有一定代表性,可为其他流域测站规划提供参考。

    2019年06期 v.40;No.167 69-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 1914K]
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水环境

  • 丹江口库区消落带淹水期沉积物氮素空间分布及影响因素分析

    韩宇平;潘礼德;陈莹;王寒;

    为研究丹江口水库消落带不同时期氮素的分布情况,于丹江口水库淹水期(2018年9月),对库区消落带沉积物各形态氮素的含量分布及沉积物的理化性质和影响因素进行了调查研究。结果表明:①研究区域内,沉积物总氮含量在198 mg/kg至1 108 mg/kg范围内变化,平均值为562 mg/kg。②沉积物总氮主要由有机氮和无机氮组成,分别占总氮含量的88%、12%。③无机氮由氨态氮、硝态氮、亚硝态氮组成,其中氨态氮、硝态氮分别占无机氮含量的37.3%、51.2%。④各形态氮素对沉积物总氮的贡献率由大到小依次表现为有机氮、硝态氮、氨态氮、亚硝态氮,沉积物总氮含量主要受有机氮影响,且有机氮的含量分布与含水率(P<0.01)、OM(P<0.01)和pH值(P<0.05)有关;无机氮之间相关性极高(P<0.01),表明三氮可能互相转化关系密切或存在相似的来源。根据分析,丹江口南阳主体库区消落带的各类氮素含量最高,是影响库区水体中氮素含量的主要区域,应作为重点防治区域,加强库区周边消落带的环境监测,并重点对有机污染物采取控制措施,以保障南水北调工程的水源质量。

    2019年06期 v.40;No.167 75-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1246K]
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  • 1960—2016年秦岭—淮河区域日照时数时空变化特征及影响因素分析

    王文川;张超;赵晶;毕彦杰;

    基于秦岭—淮河区域1960—2016年104个气象站逐日日照时数资料,应用趋势分析、相关性分析等方法,研究了秦岭—淮河区域日照时数年、月的时空变化特征与影响因素。结果表明:秦岭—淮河区域年日照时数呈显著减少趋势,平均降幅达到61.9 h/(10 a),受地形与经纬度的影响,年日照时数呈西南少、东北多的特点,受人类活动的影响,东部区域的下降幅度大于西部的;除春季日照时数下降变化不明显外,其他季节日照时数显著下降。20世纪90年代之前,相对湿度是影响日照时数的重要因素;20世纪90年代之后,影响日照时数的主要因素由相对湿度变为降水或气温,在秦岭—淮河区域内的4个省份的任何时段,降水和相对湿度都是影响日照时数的重要因素。

    2019年06期 v.40;No.167 81-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 6023K]
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水工结构

  • 基于流态-模态联合分析的泵站管道结构优化

    张建伟;华薇薇;王立彬;

    为实现泵站管道结构的安全运行,针对因管道结构设计不当引起的不利振动问题,提出基于流态-模态联合分析的泵站管道结构优化方法。以某提灌工程输流管道为研究对象,首先,对不同岔管接入角度模型进行流场分析;其次,利用附加质量法建立流、固耦合模型,实现不同岔管接入角度的管道模态分析;最后,综合流态及模态分析结果,确定岔管最优的接入角度。计算结果表明:采用流态-模态联合分析方法,对单因素优化结果综合评判,针对该工程选定管道结构设计的岔管接入角度为60°时,可避免结构产生共振,减少管道内的能量损失,并能有效降低管壁的磨损。该分析结果为管道工程的后期改造提供了理论依据,在实际工程中应予以借鉴,以减少管道不利振动造成的损失。

    2019年06期 v.40;No.167 89-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 3753K]
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