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

  • 黄河唐乃亥站径流干旱多变量联合特征分析

    马明卫;程玉佳;崔惠娟;臧红飞;王梓宇;

    黄河源区是黄河流域生态保护和水安全的重要基础。为有效应对黄河流域干旱缺水的威胁,利用唐乃亥站1956—2018年的逐日流量序列,采用游程理论和可变日阈值(Q70~Q95)来识别径流干旱的特征变量,并对其进行融合剔除处理,在此基础上选用多种Copula函数来构造径流干旱特征的多变量联合分布模型,并计算相应多变量干旱重现期。研究表明:短历时干旱所占比例随着日阈值水平的减小总体呈上升趋势;对识别的径流干旱事件进行融合剔除,以使其更符合干旱发生规律和干旱持续性的特点;Gaussian Copula函数能较好地描述黄河唐乃亥站径流干旱的两变量和三变量联合概率分布特性;多变量联合概率与重现期是径流干旱单变量特征分析的重要补充。该研究结果可定量表征黄河源区径流干旱特征及其变化,对区域干旱风险评估和水资源管理具有指导意义。

    2020年05期 v.41;No.172 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1258K]
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  • 长短期记忆神经网络在季节性融雪流域降水-径流模拟中的应用

    党池恒;张洪波;陈克宇;支童;卫星辰;

    可靠的径流模拟对流域水资源规划与管理意义重大。以岷江镇江关水文站实测径流为研究对象,通过与BP神经网络和Elman循环神经网络的对比,验证长短期记忆神经网络在受季节性融雪影响流域日尺度降水-径流模拟中的适用性,并进一步分析长短期记忆神经网络的关键参数——时间步长对日径流模拟精度的影响。结果表明:(1)采用BP神经网络进行日径流过程模拟时会丢失流域状态信息,模拟效果最差;(2)Elman循环神经网络相比BP神经网络,具有相对有限的记忆能力,在积雪时段较长的岷江镇江关水文站控制流域上的模拟效果一般;(3)长短期记忆神经网络以其特殊的CEC单元和"门"结构,实现了流域状态的长期储存与更新,在日降水-径流模拟中的效果最佳;(4)通过多次试验发现,当长短期记忆神经网络的时间步长设置为60 d时,模拟精度最高,结合春末夏初的降水、径流和气温变化过程,认为60d时间步长符合岷江流域实际情况。

    2020年05期 v.41;No.172 10-18+33页 [查看摘要][在线阅读][下载 1648K]
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  • 基于时滞GM(1,1)模型的地下水资源量预测

    罗党;丁婳婳;

    有效预测地下水资源量对旱情防范具有重要意义。以往预测方法大多需要大量历史数据或构造复杂的模型,操作的难度较大,考虑到地下水资源量呈现的不确定性与时滞积累性,可将灰色系统理论与时滞现象结合起来。传统的GM(1,1)模型未能反映系统时滞效应,且以往的时滞模型中,系统行为序列的当期值大多仅受滞后τ期的单期影响因子的作用。鉴于时滞效应的长期性,提出时滞积累效应的GM(1,1)模型,研究了该模型的建模机理、建模过程,给出了参数估计方法。在此基础上将模型应用于河南省南阳市和信阳市的地下水资源量的模拟预测中,并通过灰色关联分析验证了模型的有效性。

    2020年05期 v.41;No.172 19-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 888K]
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  • 基于SE-DEA和Malmquist指数的城市水资源利用效率研究

    邱莹莹;盛佳;

    城市用水效率的高低影响城市经济的快速发展,为全面评价城市水资源利用效率,提出分别从静态和动态的角度研究城市水资源利用效率,并以安徽省为例,首先构建SE-DEA模型,并结合C~2R-DEA和BC~2-DEA模型,评价安徽省城市水资源利用的静态效率,然后利用Malmquist指数模型计算安徽省各城市在2011—2017年间水资源利用的全要素生产效率值,以反映城市水资源利用效率在时间序列上的动态变化趋势,并将全要素生产效率值进行分解,探寻了水资源利用效率在时间序列上变动的根源。结果表明:(1)利用SE-DEA模型能够实现不同城市之间用水效率高低的比较,更全面地分析了城市水资源利用的静态效率;(2)安徽省水资源利用效率在2011—2017年间波动较大,呈上下波动趋势;(3)应通过提高科学技术水平,优化水资源管理方法,合理配置资源投入,推进科学技术的发展等方面提高城市水资源的利用效率。此研究结果可为相关部门制定集约用水措施提供参考和依据。

    2020年05期 v.41;No.172 25-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 1007K]
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结构工程

  • 前坪水库建筑物合理性优化布置试验及分析

    赵雪萍;赵玉良;李宜伦;李松平;李磊;崔洪涛;

    为了验证前坪水库泄水建筑物原设计体型布置方案的合理性,采用几何比尺λ_L=90的整体正态模型系统研究了泄水建筑物的泄流能力、水流流态、压力分布、进出口体型及消能防冲等。试验结果表明:前坪水库建筑物的泄流能力满足设计要求;溢洪道进口和泄洪洞出口体型经过优化试验后水流流态得到极大改善,泄流能力也有所提升;溢洪道和泄洪洞在3种特征工况下全程均无负压。研究结果验证了前坪水库各特征水位下泄水建筑物的泄流能力,校核了挡墙的设计高度。同时,在文中提出了优化泄水建筑物进出口体型的方案,并根据下游消能冲刷试验结果,提出了对下游对面山体做好防冲刷措施的建议。

    2020年05期 v.41;No.172 34-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1637K]
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  • 盾构隧道施工临近建筑物风险等级评估方法

    黎春林;张际鑫;

    基于层次分析理论,将量化分析和专家经验相结合,最大程度消除传统层次分析法中专家主观因素对评价结果的影响,提出了盾构施工对邻近建筑物影响的风险评估方法:(1)构造风险等级评价层次结构;(2)分层次建立两两因子的判断矩阵P;(3)各判断矩阵最大特征值计算及一致性检验;(4)由层次分析法确定指标体系中各因素的组合权重集A;(5)根据专家意见及工程经验建立评价因素集R;(6)计算风险值并进行建筑物风险等级评判。然后,通过一个具体工程案例的风险等级评估验证了该方法的有效性。该风险评估方法充分考虑了盾构隧道沿线建筑物的施工环境、水文地质条件、建筑物位置、建筑物建设年代、基础类型及埋深、建筑物等级等因素,在此基础上建立风险评价指标体系,对盾构隧道施工过程中临近建筑物的风险进行分析,将模糊的风险概念进行量化,进而根据建筑物风险评估的量化得分确定建筑风险等级,结果可为盾构周边建筑物的安全评估及其加固保护措施的选取提供依据。

    2020年05期 v.41;No.172 40-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 1108K]
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  • 大直径城铁隧道下穿南水北调中线总干渠影响分析

    孙伟良;李晓克;程凯书;贾维康;刘海潮;

    大直径城铁隧道下穿南水北调中线总干渠引起的结构内力变化和变形,关乎隧道施工和南水北调中线总干渠运行的安全性。依托新郑机场至郑州南站城际铁路大直径隧道下穿南水北调中线总干渠工程,采用三维有限元仿真分析,按照总干渠正常输水和检修暂停输水的运行工况,研究了隧道衬砌的应力分布和变形的变化规律以及总干渠衬砌的沉降规律,并与衬砌混凝土抗压和抗裂控制值以及渠道沉降控制值进行了对比,为隧道下穿施工提供了技术依据。研究结果可为同类隧道工程下穿南水北调中线总干渠的安全评价提供理论分析依据。

    2020年05期 v.41;No.172 46-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2176K]
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地质工程

  • 煤矿开采沉陷对地表土壤水分的影响研究

    杨志文;刘文锴;胡青峰;闫安;

    煤炭是我国重要的能源,但是煤矿开采导致的矿区沉陷对地表生态环境尤其是土壤水的分布以及储量等造成了严重的影响。因此,通过对山西省阳泉市矿区进行不同深度、不同位置的土壤采样,得到其土壤水分数据,分析矿区沉陷对土壤水分的影响。结果表明:(1)该煤矿区深度在(0,160] cm范围内的土壤含水量呈显著的季节变化特征,表现为春季<秋季<夏季;(2)沉陷区的土壤水分变化具有显著的垂直分带性,分为水分快速变化层(0,40] cm、水分相对活跃层(40,100] cm、水分趋于稳定层(100,160] cm;(3)在距地表40 cm的土壤水分分布中,(0,10] cm范围的土壤含水量在沉陷区和对照区之间的差异较小,而在(10,20] cm、(20,30] cm和(30,40] cm深度范围的土层,沉陷区土壤含水量均明显高于对照区的,其中(30,40] cm深度范围内沉陷区与对照区之间的土壤含水量差异最大,达到2.96%;(4)在(40,160] cm深度的中深层土壤中,沉陷区土壤含水量仍然较对照区的高,且两者间差异随土层深度的增加而不断增大。这种差异在(100,120] cm、(120,140] cm、(140,160] cm 3个深度范围均达到了显著性水平(p<0.05)。

    2020年05期 v.41;No.172 53-59+72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1568K]
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  • 空心寨沟沟谷型泥石流动力学特性研究

    戴志清;毕丹;李贵朋;石风格;王忠福;王博;

    泥石流灾害是较常见且频发的地质灾害之一,常造成大量人员伤亡和财产损失。以空心寨沟泥石流为例,采用地面调查、室内试验、现场试验、定性分析及定量评价相结合的方法,分析了泥石流的基本特征,确定了相关的动力学参数,揭示了泥石流的形成规律及灾变机制。研究结果表明,空心寨沟泥石流为中频—暴雨—崩塌—滑坡—沟谷型黏性泥石流,目前处于壮年期,计算暴雨频率在P=5%条件下空心寨沟泥石流的平均流速为6.91 m/s,峰值流量达142.58 m~3/s,其中一次泥石流冲出流体总量为2.910 4×10~4 m~3,冲出固体总量为1.587 5×10~4 m~3。研究结果为制定空心寨沟泥石流灾害防治措施提供了重要依据。

    2020年05期 v.41;No.172 60-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 1484K]
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  • 地质构造对黄河下游(河南段)地热分布的影响分析

    齐玉峰;王文娟;李尧;

    河南省黄河下游是地热开发利用程度较高的区域,由于在开发过程中对地热资源的时空分布及形成规律了解不透彻而引发了诸多环境地质问题。为此,首先以区域地热地质调查资料为基础,从地质构造与地热形成相关性的角度出发,分析研究了该区域活动断裂构造对热储温度分布的影响及其与地热分布的关系。结果表明,河南省黄河下游地热分布主要受近东西向和北东向断裂控制,主要分布于不同方向断裂交汇部位,区域上沿东西向断裂分布。其次,依据地热异常与活动断裂构造关系,结合地热异常形成的机理,划分了三级地热异常区。最后,对河南省黄河下游区域地热开发利用提出两点建议:将黄河两岸的郑州市古荥—柳林一带、新乡市西南大召营—朗公庙一带、封丘县城南部和兰考县西部作为重点勘探开发前景区;地热开发利用时首先考虑那些位于构造体系主干断裂两侧及其与其他断裂构造交汇的区域。

    2020年05期 v.41;No.172 67-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1626K]
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智慧水利

  • Trimble UX5无人机航测关键技术研究

    聂相田;田静;王博;范天雨;

    针对Trimble UX5无人机航测作业过程中电池续航差、像控点坐标测量困难、起降点选择不当、标靶识别困难、马达不易检测、无人机定位困难等问题,按照无人机航测的技术要求,通过分析不同工况下的技术特点和性能指标,提出了不同场景下无人机设备系统的配置和设计方法以及无人机操作技术流程,指出了无人机航测技术现阶段存在的问题。研发出以固定翼Trimble UX5无人机为飞行平台的多种无人机航测设备,提高了作业效率。该研究成果为Trimble UX5无人机航测系统开发、设备研制及生产作业提供了重要参考。

    2020年05期 v.41;No.172 73-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 2181K]
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  • 非结构网格数值模拟映射的河流能量公式推导及探析

    李彬;孙东坡;

    河流能量体现河流活力,其分布特征反映了河流变化调整规律。为研究河流全河段的能量分布特征,分析了基于计算流体力学理论的河流能量(机械能)组成与计算方法,探讨了基于非结构网格的单元河流能量表达式以及考虑河床变形的总能量调整控制条件,采用MIKE21软件对概化后的顺直河段非结构网格单元体系下的水流质量通量进行了守恒性验证,并对全河段的河流能量进行了计算。结果表明:应用流量公式校验得到的模拟河段流量满足守恒条件,推导的能量公式可用于精细计算非结构网格单元体系下的河流能量,并且可得到河流全河段能量的分布状况。该研究可为基于能量分布的河流研究提供一种新的思路和方法。

    2020年05期 v.41;No.172 84-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1673K]
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生态环境

  • 添加生物炭的城镇污泥堆肥快速启动及保氮效果研究

    张龙龙;王大伟;

    污泥堆肥是污泥处理市场中一种重要的资源化方式,堆肥产生的肥料可用于园林和农业生产,但污泥堆肥存在启动时间长、氮素损失严重等问题。为评价添加粉末生物炭和麦秸秆粉的城镇污泥复合堆肥的快速启动和保氮效果,试验采用10 L反应器进行周期为20 d的污泥好氧堆肥研究,分别在第0、2、4、6、8、10、14、20天时取样测定堆体的理化指标和微生物酶活性,并分析堆体的氮素含量变化与微生物酶活性间的关系。试验结果表明:添加生物炭可加快堆体升温,提高堆体高温期的温度;添加生物炭可增强污泥堆肥后期微生物酶活性;添加生物炭的城镇污泥混合堆肥产品总氮含量提高,堆肥产品质量会更好。

    2020年05期 v.41;No.172 91-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1659K]
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  • 《华北水利水电大学学报(自然科学版)》获评“RCCSE中国核心学术期刊A”

    <正>日前,《中国学术期刊评价研究报告》(第6版)已研制完毕,《华北水利水电大学学报(自然科学版)》获评"RCCSE中国核心学术期刊A",所属学科为水利工程。相比第5版(2017年),《华北水利水电大学学报(自然科学版)》的评级由A-提升为A;在水利工程学科中的排名由第19名提升为第9名。《中国学术期刊评价研究报告》(第6版)在中文学术期刊的评价结果中,学术期刊在同一学科下被划分为A+(权威期刊)、A(核心期刊)、A-(扩展版核心期刊)、B+(准核心期刊)、B (一般期刊)、C (较差期刊)6个等级。

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