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

水文水资源

  • 基于小波分解-Elman网络的灌区地下水埋深预测模型

    张先起;牛昂;宋超;

    地下水埋深受多种因素的影响,其演变具有趋势性、突变性与非平稳性。小波分解通过将时间序列分解成高频与低频分量来减少序列的非平稳性,其在处理非平稳信号方面具有明显的优势;Elman网络对非线性问题具有适应时变和动态记忆的优点。基于小波分解与Elman网络的优点,提出了一个新的地下水埋深预测耦合模型,并将其应用到人民胜利渠地下水埋深预测中;为验证模型的可靠性,将其预测结果分别与CEEMD-Elman模型和BP网络模型的预测结果进行了对比。结果表明:基于小波分解-Elman网络预测模型的最大相对误差为30.7%,最小相对误差为0.2%,平均相对误差为2.2%,预测效果较好;随着小波分解-Elman网络预测模型分解层数的增加,子分量与地下水埋深的相关性有增强的趋势,序列的平稳性越来越好;CEEMD-Elman模型和BP网络模型的平均相对误差分别为8.1%、3.8%,说明小波分解-Elman模型的精度最高。

    2020年01期 v.41;No.168 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 2517K]
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  • 不同来流条件及沙波形态对沙波湍流场的影响

    李锦鹏;朱良生;

    目前,对沙波问题的研究主要侧重于对沙波形成机理的研究,对于沙波形态、水流条件与沙波湍流场之间的关系,相关的研究成果相对较少。通过建立概化后的沙波模型研究其湍流场的分布结构,分析了来流雷诺数与沙波形态对湍流场的影响。研究表明:回流区的形态、大小和再附着点的位置受雷诺数的影响较大,高雷诺数下的沙波湍流与后台阶流动有一定的相似性;在充分发展的湍流当中,回流区的长度比会随着沙波波陡的增大而减小,但同等条件下,迎、背流面水平距离比值大小不影响回流区长度,仅影响回流区在垂向上的形态以及回流强度。

    2020年01期 v.41;No.168 8-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 6180K]
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  • 多源异质信息下区域干旱危险性的DT型关联分析方法

    罗党;胡燕;

    针对旱灾灾情评估数据信息多源异质、静态数据不能充分体现旱灾影响因素的现实特征,以及现有关联模型已不能有效解决上述相关干旱灾害风险管理问题,提出了基于面板数据且指标类型具有灰色多源异质性特征的DT型关联模型;并基于接近性视角,构建了发展水平总位移和发展速率总位移,以衡量干旱致灾因子的作用态势,将分式型函数转化为指数型函数,提高了现有模型的分辨率;讨论了模型的相关性质、分辨率大小以及局限性。并将此模型应用到河南省中部5个城市干旱灾害危险性分析中,将所得结论与已有文献成果进行了比较,证实了模型的有效性和可行性。

    2020年01期 v.41;No.168 18-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 301K]
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  • 地理学视角的农业干旱研究进展

    杨青青;罗纲;高超;

    农业干旱因其持续时间长、影响范围大、造成灾损大等特点,一直是学术界研究的热点。对于农业干旱,可以从地理学角度的综合性、系统性、时空差异性等方面,沿着"格局—过程—机制"来深入认识:从地理学视角,农业干旱的根本原因是气象干旱,同时与水文、社会经济干旱相互联系;从农业干旱时空分布特征看,农业干旱研究选择多种监测数据源、借助恰当的监测模型或者分析方法,构建相应的农业干旱监测指数,推演和预测农业干旱的时间和空间演化过程;从农业干旱驱动机制上分析,首先筛选形成农业干旱的关键因子,其次探究农业干旱和各关键因子的作用机制,明晰农业干旱的驱动机制;从灾害系统的角度出发,探索农业干旱灾害演化过程,研究农业干旱灾害风险。

    2020年01期 v.41;No.168 27-34+64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1124K]
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  • 基于变化的水热耦合平衡方程参数预测区域水资源量

    石清;邢万秋;

    水热耦合平衡Budyko方程被广泛地应用于水文过程模拟和水资源预测中。目前,多数应用均基于方程唯一的参数在未来气候条件下恒定不变这一假设,这个假设与实际的气候变化与人类活动影响下流域特征改变的事实不符。为此,本研究综合考虑不同气候情景下Budyko参数的动态变化,选取了代表我国不同气候区的3个典型流域(松花江流域、黄河源区和珠江流域),通过研究其水文气象变量的变化趋势,计算并分析Budyko参数的变化规律。利用基于Budyko方程的动态水量平衡模型,采用CMIP5中4种气候模式的3种情景分别预测3个流域未来的水资源量,进而评价Budyko参数改变对水文响应预测的影响。结果发现:黄河流域2021—2050年间降水、潜在蒸发均增大,径流减小;松花江流域未来降水、潜在蒸发、径流均增加;珠江流域未来径流在RCP4.5和RCP8.5情景下仅GFDL模式下的径流增加,其余3个气候模式下的径流减少。与基于恒定Budyko模型参数预测的径流相比,黄河流域由于未来下垫面改变会加剧该区水资源量减少,松花江流域下垫面的改变更将造成该区未来水资源量的增加,珠江流域下垫面的改变对Budyko模型预测该区未来径流改变不明显。研究结果为变化环境下的水文模拟与水资源研究开辟了新的思路。

    2020年01期 v.41;No.168 35-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 4427K]
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  • 平原河网湖荡区域水环境容量分析:以嘉兴北部地区为例

    李昊璋;张民曦;袁静;陈晓辉;喻国良;

    平原河网湖荡广泛分布在沿海地带,由于其地势低、水动力弱,易聚集大量的沉积物和污染物,污染负荷超过水环境容量,危及生态系统。为分析平原河网湖荡区域的水环境容量,以嘉兴北部地区为例,做了大量的野外实测,收集了不同时期的水文、水质数据和统计数据。在此基础上,对各控制单元的水环境容量及污染来源的时空分布进行了分析。研究结果表明:研究时段内,各控制单元的污染负荷和剩余水环境容量的时空差异显著,区域内总氮(TN)与总磷(TP)的浓度超标严重,河流控制单元的化学需氧量(COD)和TP浓度高于湖荡控制单元的;研究时段内,各控制单元的TN均无剩余水环境容量;大部分控制单元存有COD剩余水环境容量;大部分控制单元单位时间的剩余水环境容量呈现出丰水期>枯水期>平水期的规律;根据各控制单元的污染源和水环境容量情况,分别提出了具体的水环境改善措施。

    2020年01期 v.41;No.168 44-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 2180K]
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农业环境

  • 基于遗传算法的灌溉管网同步优化研究

    侯依然;上官林建;侯泽林;徐建新;

    针对目前灌溉工程树状管网优化中存在的将管网与管径分步研究未能实现同步优化及农业灌溉供水成本过高等问题,以管网管长、管径以及水泵的扬程为变量,以灌溉供水成本最低为目标函数,建立了灌溉管网系统的优化模型,采用管网布置与管径同步优化的整数编码方式,运用遗传算法求解目标函数的最优解。实例证明,遗传算法可以有效并快速地同步优化整个灌溉管网系统,得到灌溉供水成本最低的方案,保护了用户的利益,为今后类似同步优化问题提供了借鉴。

    2020年01期 v.41;No.168 52-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 941K]
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  • 农田硝态氮淋溶损失影响因素及防治对策研究进展

    王钰涵;唐璐;

    针对农业种植中过量氮肥施用引发的环境污染问题,尤其是硝态氮淋溶造成的地表水和地下水污染问题,基于近年来氮淋溶方面的研究,分析了氮淋溶的主要成因及影响因素,其中施肥量、灌溉方式、降雨强度及土壤类型等是影响硝态氮淋溶的主要因素。此外,总结了有效减少氮淋溶的具体措施,主要包括:①合理施肥,结合不同作物、不同时期的生长特点,制定合理的施肥量;②控水灌溉,选择合适的灌溉量、灌溉频率及灌溉时间;③制定合理的耕作措施,种植填闲作物;④推广新型肥料,施用控释肥、缓释肥或添加抑制剂。这些措施既可节约资源,又能够降低氮淋溶对水环境的影响。

    2020年01期 v.41;No.168 58-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 162K]
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土木工程

  • 内嵌碳纤维增强复合材料板-混凝土界面黏结性能试验研究

    曲福来;许哲;于涛;宋康康;

    考虑混凝土强度、碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)板黏结长度和界面处理方式等因素进行了36个黏结试件的单剪试验,分析了不同因素影响下试件的破坏模式、极限承载力、黏结应力分布等规律。考虑界面处理方式,给出了内嵌CFRP板与混凝土黏结承载力的表达式。结果表明:在3种处理方式下,大多数试件发生CFRP板与胶体的剥离破坏;随混凝土强度和黏结长度的增大,试件的极限承载力提高;通过分析发现,各组试件的黏结应力都是从加载端向自由端传递直到试件剥离破坏,传递区域的长度大致相同;提出的内嵌CFRP板与混凝土黏结承载力计算结果与试验结果吻合较好。

    2020年01期 v.41;No.168 65-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1248K]
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  • 调谐惯容阻尼器对斜拉索振动控制的研究

    郜辉;汪志昊;

    为提升黏滞阻尼器对斜拉索的减振效果,基于"阻尼-惯容-弹簧"的三元被动减振理论,开展了调谐惯容阻尼器对张紧弦斜拉索振动控制的研究。首先,采用有限差分法建立了斜拉索-调谐惯容阻尼器耦合系统的状态空间方程;然后通过复模态分析研究了调谐惯容阻尼器的频率比、阻尼比及惯容比对斜拉索附加模态阻尼比的影响规律,进而获得了调谐惯容阻尼器的最优参数及斜拉索的最大附加模态阻尼比。其次,开展了调谐惯容阻尼器对斜拉索减振控制的数值仿真分析,验证了复模态分析结果的适用性,通过对比调谐惯容阻尼器、黏滞惯质阻尼器和黏滞阻尼器对斜拉索的减振效果,阐明了调谐惯容阻尼器对斜拉索减振控制的优越性。最后,基于耗能效率揭示了调谐惯容阻尼器对斜拉索的减振增效机理。结果表明:与黏滞阻尼器和黏滞惯质阻尼器相比,调谐惯容阻尼器可以显著提升斜拉索的减振效果。

    2020年01期 v.41;No.168 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 2240K]
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  • 圆孔方形倒虹吸施工期温控防裂措施研究

    刘少华;周永林;张多新;

    圆孔方形倒虹吸较其它结构类型的倒虹吸有着更为优越的水力特性和受力性能,故在调水工程中具有很大的应用潜力。但该类型倒虹吸是典型的空腔薄壁大体积混凝土结构,施工期的温控防裂成为其推广应用的瓶颈。本研究基于此现实问题,以滇中引水工程下庄倒虹吸为研究对象,考虑了混凝土的水化热及早期力学性能、环境温度变化和温控防裂措施等因素,采用单元"生死"技术和"时程分析"方法,计算了下庄倒虹吸采用温控防裂措施和未采用温控防裂措施两种工况下的管体瞬态温度场,分析了这两种工况下管体温度场和温度应力场的变化规律。采用了混凝土的弹塑性本构关系和改进的Wliiiam Warnke五参数破坏面开裂准则,给出了两种工况下下庄倒虹吸管体混凝土的裂缝演化规律,证明了圆孔方形倒虹吸在不采取温控防裂措施的工况下,管体会因温度应力而开裂。同时,在计算分析的基础上,提出了下庄倒虹吸施工期的温控防裂措施,并验证了所采取防裂措施的有效性,以期为下庄倒虹吸及类似工程的应用提供施工依据。

    2020年01期 v.41;No.168 76-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 4086K]
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地质工程

  • 长江口饱和软黏土多静力因子耦合响应规律

    周念清;李丹;尹家春;唐益群;

    以长江口长兴岛周边水域原状海相饱和软黏土为研究对象,通过GDS静三轴试验,探讨预压静荷载、加荷速率、排水条件等静力因子作用下软黏土固结不排水强度和孔压特性响应规律,以及预压堆载与加荷速率联合作用下软黏土固结不排水强度及孔压耦合响应模式。研究结果表明:随着堆载预压荷载的增大,软黏土总强度增大,但抗剪强度降低,同时孔隙水压力随之降低,应力-应变关系曲线向应变软化趋势发展;随着加荷速率的加快,孔压峰值减小,软黏土的强度有所提高,应力-应变关系曲线向应变硬化趋势发展;采用竖向排水板可提高固结排水速率,缩短软黏土固结时间,提高抗剪强度;采用归一化处理得到静偏应力比s_1与加载速率■,分别建立了静力因子耦合作用下关于s_1及■的强度峰值和孔压峰值表达式。

    2020年01期 v.41;No.168 83-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 1526K]
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  • 膨润土持水特性试验研究及其SEM微观定性分析

    姜彤;王兴翠;张俊然;

    膨润土作为缓冲或回填材料,具有吸水性极强、膨胀性较大、渗透性极低等特性。膨润土在饱和状态与非饱和状态之间转换时,因其湿胀干缩产生的裂缝会导致工程屏障受到破坏。因此,对具有高膨胀性的膨润土的持水特性及微观结构特征进行试验研究显得非常必要。分别运用滤纸法和饱和盐溶液蒸汽平衡法对膨润土进行了持水特性试验研究,得到了不同吸力范围内膨润土的土-水特征曲线;联合用蒸汽平衡法和扫描电子显微镜(SEM)对特定吸力点(367.54、149.51、71.12、38.00 MPa)的膨润土试样进行扫描电镜试验研究。膨润土的持水特性试验结果表明,滤纸法和饱和盐溶液蒸汽平衡法测得的土-水特征曲线均随吸力的增大而减小。根据滤纸法量测的试验数据,运用origin软件获得了Fredlund and Xing(1994)提出的模型参数,通过建立模型参数与干密度之间的关系,给出了膨润土的土-水特征曲线的预测公式。膨润土的微观定性分析表明:随着吸力的增大,膨润土集聚体逐渐增大,膨润土颗粒之间也越紧密;孔隙数量随着吸力的增大而减少、孔径也随吸力的增大而减小。

    2020年01期 v.41;No.168 90-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 3347K]
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