阅读排行

  • 一年内发表的文章
  • 两年内
  • 三年内
  • 全部
Please wait a minute...
  • 全选
    | 显示方式:
  • 李文忠, 刘成帅, 邬强, 胡彩虹, 解添宁, 田露
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 35-44.   DOI: 10.12396/znsd.230677
    HTML389 PDF35

    洪水预报是黄河中游地区防洪减灾重要的非工程措施之一。研究通过耦合门控制循环单元(Gate Recurrent Unit,GRU)和Transformer机器学习模型,构建GRU-Transformer洪水预报模型,对黄河中游地区典型流域进行降雨径流模拟预测。同时将预报结果与ANN(Artificial Neural Network)、WOA-GRU(Whale Optimization Algorithm Gate Recurrent Unit)神经网络洪水预报模型的预报结果对比分析,着重探索如何将Transformer模型更好地应用于洪水预报领域,旨在提高黄河中游地区洪水预报精度。采用故县水库控制流域1990-2016年49场历史观测洪水数据,以24个站点实测降雨量及出口断面流量作为输入,不同预见期下的洪水过程作为输出,率定期为39场次,验证期为10场次。研究结果表明:GRU-Transformer模型在洪水预报种具有较好的适用性,在预见期1~6 h洪水预报中,GRU-Transformer预报精度较高,校准期和验证期的NSE均大于0.85,且预报精度在相同预见期下优于WOA-GRU和ANN模型,但预报精度会随着预见期增大而出现一定程度的下降;GRU-Transformer模型较稳定地更好预测洪峰,且在较小流量洪水过程预报时及洪水退水阶段模拟效果表现出优异效果,但随预见期增加出现低估洪峰现象;GRU-Transformer模型比WOA-GRU和ANN模型具有更好的鲁棒性,随洪水预见期增大,其预报精度呈缓慢下降,降低的最慢。因此,GRU-Transformer模型可以作为较好的洪水预报方法之一,相关成果为流域防洪安全提供了新的预报方法及科学决策依据。

  • 李杰, 崔东文
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 1-9.   DOI: 10.12396/znsd.230674
    HTML356 PDF119

    为科学评价云南省2006-2022年及2025年水资源空间均衡状态,建立基于社交网络搜索(SNS)算法、登山队优化(MTBO)算法优化双向门控循环单元(BIGRU)、双向长短时记忆(BILSTM)网络的水资源空间均衡评价模型。首先,从水资源支撑、水资源压力、水资源调控力3个方面遴选15个指标构建水资源空间均衡评价指标体系和等级标准,采用线性内插和随机选取的方法生成样本构建BIGRU、BILSTM适应度函数;其次,简要介绍SNS、MTBO算法原理,利用SNS、MTBO优化BiGRU、BiLSTM隐含层神经元数、学习率(超参数)构建SNS-BIGRU、MTBO-BIGRU、SNS-BILSTM、MTBO-BILSTM模型,通过不同样本大小和连续10次运行的方法验证SNS-BIGRU等4种模型的稳健性;最后利用SNS-BIGRU、MTBO-BIGRU、SNS-BILSTM、MTBO-BILSTM模型对云南省2006-2022年及2025年水资源空间均衡进行评价,并与SNS-支持向量机(SVM)、MTBO-SVM和模糊综合评价法的评价结果作对比。结果表明:①所建立的SNS-BIGRU等4种模型具有较好的识别精度和稳健性能;SNS、MTBO能有效优化BIGRU、BILSTM超参数,提升BIGRU、BILSTM预测性能。②SNS-BIGRU等4种模型对云南省2006-2011年水资源空间均衡评价为“不均衡”,2012-2013年评价为“较不均衡”,2014-2018年评价为“临界均衡”,2019-2022年评价为“较均衡”,2025年基本可达到“均衡”水平;4种模型评价结果与SNS-SVM、MTBO-SVM、模糊综合评价法有3年存在1个等级的差异。本文构建及提出的模型方法可为水资源空间均衡评价提供参考与借鉴。

  • 范怡静, 刘真, 苑佳, 刘心
    中国农村水利水电 . 2023, (9): 35-45.   DOI: 10.12396/znsd.230548
    HTML475 PDF44

    城市水资源规划和管理是确保城市可持续发展和居民生活基本需求得到满足的关键环节,城市短期需水预测是城市水资源规划和管理的基础。由于气温、降水量和蒸发量等随季节变化明显,直接影响不同季节的用水峰值、高峰期,导致传统基于时间序列算法的固定时隙预测无法适应时隙的变化,从而不能保证预测精度。针对固定时隙预测精度低的问题,研究了基于四季24 h时间分辨率和夏季15 min时间分辨率的双时间尺度城市短期需水预测模型。该模型使用Anomaly-Transformer模型进行异常值检测,并通过分段曲线拟合对异常值校正,采用主成分分析法对城市短期需水影响因子进行分析提取主成分,在AutoML的标准模型分析中选取三个效果最好的模型作为Stacking模型的基学习器再结合长短期记忆网络(Long Short-Term Memory, LSTM)和Optune 框架超参数优化后的NeuralProphet模型对双时间尺度的城市短期需水量进行预测,同时加入安全网机制,以保证LSTM-NeuralProphet模型的精确度。与其他模型(LSTM模型、NeuralProphet模型、BP神经网络模型)相比,LSTM-NeuralProphet模型的平均绝对误差在四季24 h时间分辨率的数据集上降低了0.18%~1.96%,在夏季15 min时间分辨率的数据集上降低了0.45%~11.90%。实验结果表明,LSTM-NeuralProphet模型具有更好的拟合效果和更高的预测精度,能较准确地预测双时间尺度下的城市需水量,可以较好地应用于城市短期需水预测研究中。

  • 左翔, 赵杏杏, 叶瑞禄, 丛小飞, 刘修恒
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 10-18.   DOI: 10.12396/znsd.230826
    HTML332 PDF79

    模型参数率定是提高水文模型模拟效果的重要手段,通过研究一种改进的自适应遗传算法(IAGA)对新安江模型参数进行优化率定,解决传统遗传算法初始种群质量不高、容易早熟收敛、局部搜索能力差等问题。该算法利用混沌变量遍历性特点,随机生成初始种群并选优,提高初始种群的个体质量;针对交叉与变异的进化过程,设计了反映种群离散程度的种群目标函数离散系数,利用该系数构建了自适应调整交叉与变异概率算子,防止遗传算法过早收敛;依托环形交叉算子,提高算法全局搜索能力;采用自适应非均匀变异算子,实时优化算法的局部搜索能力,避免陷入局部最优。将自适应遗传算法、传统遗传算法(GA)和自适应遗传算法(AGA)应用于秦淮河流域新安江模型的参数率定,并从率定的收敛性、耗时、稳定性和效果方面进行算法的性能比较,结果表明:IAGA算法具有更优的寻优能力,更好的收敛结果,更高的稳定性和精度,场次洪水的模拟效果优于GA算法和AGA算法,率定期与验证期确定性系数(R 2)均在0.85以上,纳什效率系数(NSE)均在0.8以上,总体达到了水文预报的乙级标准。结果表明采用上述的综合手段改进传统遗传算法是可行的,改进后的IAGA算法具有良好的应用前景,为新安江模型的自动率定提供了一种有效的途径。

  • 何成威, 朱乔利, 谈政, 刘亦超
    中国农村水利水电 . 2024, (1): 225-230.   DOI: 10.12396/znsd.230105
    HTML327 PDF17

    水利行业正以前所未有的态势推进数字孪生,水利工程三维可视化作为智慧水利的基础,亟需解决水利工程三维可视化还无法达到专业软件的可视化要求。结合Cesium、Vue、Springboot等技术搭建了水利工程三维可视化平台,研究实现了多源数据融合、闸门动态泄水、洪水淹没等三维可视化关键应用技术,为后续实现数字孪生的可视化奠定基础。

  • 王军, 王文川, 邱林, 胡小雪
    中国农村水利水电 . 2024, (2): 1-7.   DOI: 10.12396/znsd.230935
    HTML317 PDF103

    针对金豺优化算法在解决复杂或高维优化问题时易陷入局部最优、收敛速度慢和计算精度低等不足,提出一种基于多策略融合改进的金豺优化算法(Multi strategy fusion improved Golden Jackal Optimization Algorithm, MGJO)。首先,通过引入混沌映射策略初始化种群代替随机参数,使得算法能够在搜索空间中生成具有良好多样性的初始解,避免初始种群分布偏离最优值;其次,提出一种非线性变化的动态惯性权重使搜索过程更加符合实际情况,有效平衡了算法的全局搜索和局部搜索能力;最后,引入柯西变异的位置更新策略使其充分利用最优个体的引导作用提高种群多样性,以有效探索未知区域避免算法陷入局部最优。为了验证改进的金豺优化算法的寻优精度、收敛性能和稳定性,选择了8个不同特征的基准测试函数进行试验。结果表明,在8个基准测试函数中,改进的金豺优化算法的平均值、标准差、最优值都取得了最优的结果。此外,Wilcoxon符号秩检验的结果表明改进的金豺优化算法在统计学上是显著优越的。通过实例应用表明, 基于多策略融合改进的金豺优化算法可以有效地估算出马斯京根模型的参数,优化效果明显优于粒子群优化算法、正弦余弦优化算法和金豺优化算法,进一步验证了多策略融合改进的有效性和改进算法在参数优化中的优越性,为更精确估计非线性马斯京根模型参数提供了一种有效的新方法。

  • 何莉, 储梦溪, 张进朝, 杜煜
    中国农村水利水电 . 2023, (8): 1-6.   DOI: 10.12396/znsd.222501
    HTML275 PDF108

    为进一步研究水资源的动态性,并针对传统TOPSIS评价水资源承载力存在的问题,如评价值临近分级区间边界时,等级区分度不高,从而难以形成客观有效评价。利用D-S证据理论能有效降低数据差异性带来的损失,融合结果客观准确的优势,改进TOPSIS方法进行水资源评价。通过融合TOPSIS方法中的指标向量与正负理想解的距离,获取水资源承载力各等级合成信度,基于具有较大区分度的合成信度值判断水资源承载力等级。在此基础上,引入指标增量计算历年水资源承载力的变化情况,利用时间权向量组合历年变化情况,分析水资源承载力发展趋势。算例结果表明:改进TOPSIS方法后,2018、2020年的水资源承载力评价值与区间边界的区分度,由0.000 3、0.001 1提升到0.019、0.336 7。同时,利用提出的趋势分析法计算2020年水资源承载力趋势,与实际结果差距仅为0.001 9,验证了方法的有效性。最后根据本文方法预测2021年水资源承载力为负向变化趋势,并采用障碍因子模型诊断主要影响指标为年降水量及人均水资源量,提出加强生态环境建设及优化水资源合理配置的建议。利用本文方法进行水资源承载力评价具有更高的等级区分度,评价结果合理客观,符合实际情况,并且能综合利用历年动态数据,较为准确的描述水资源承载力的变化情况,可为水资源的开发保护提供科学依据。

  • 张晓雷, 朱裕, 崔振华
    中国农村水利水电 . 2023, (9): 146-152.   DOI: 10.12396/znsd.230211
    HTML249 PDF119

    为了研究小浪底水库运行后黄河下游游荡段河势演变情况,选取黄河下游游荡段2001-2020年近20年的Landsat卫星遥感影像图片,基于ARCGIS和ENVI软件采用边缘提取算法提取河道水边线及修正归一化差异水体指数(MNDWI)法提取水体,分析汛期河道水面宽度、汛后主流位置、汛后心滩数量等特征指标。结果表明:①小浪底水库运行后,经过20年的冲淤调整,黄河下游游荡段河势在汛期得到明显改善,主流基本归顺;②该河段河型没有明显变化,汛期水面宽度随流量同增同减,总体上逐年变宽,但夹河滩-高村河段水面宽度由于河道整治工程的控制较为稳定;③采用MNDWI法对水体的智能化提取,发现主流摆幅呈现3种规律:①主流位置基本不变②主流位置向同一个方向移动③主流位置迁徙不定;④心滩数量与流量呈负相关,总体上在2001-2007年逐年减少,2007年达到最小值13个,2007-2015年逐年增多,2015年达到最大值58个,2015-2020年又逐年减少,同时在河道河型突变位置也会发生变化。河势调整会改变河道整治工程的有效性,同时也会对滩区群众的生产生活造成影响,因此需要加强黄河下游游荡段河势的监测并对心滩的变化予以足够的重视,提升对黄河下游河势调整规律及心滩演变的认识。

  • 胡智丹, 朱春子, 田丹, 陶思铭
    中国农村水利水电 . 2023, (8): 41-45.   DOI: 10.12396/znsd.230047
    HTML276 PDF35

    2022年珠江流域暴雨洪水范围广、强度大、持续时间长。为了分析此次暴雨洪水成因,比较其与历史相似洪水的异同,从而进一步掌握珠江流域暴雨洪水规律并为流域防汛抗洪工作提供参考,分析了2022年珠江流域暴雨洪水特性,概述了致洪暴雨的天气背景、降雨过程,重点从洪水过程、洪水组成、水利工程作用、与历史暴雨洪水比较等方面进行了分析总结。结果表明:2022年5月下旬至7月上旬,珠江流域累计面降雨量较常年同期偏多5成,其中北江、韩江均为1961年以来同期最多;受其影响,珠江流域接连发生2次流域性较大洪水、8次编号洪水,其中北江发生1915年以来最大洪水;采用中国洪水预报系统进行洪水组成分析,西江干流洪水以红水河、柳江、郁江、桂江来水为主,不同场次洪水洪量占比不同,北江干流洪水以连江来水为主,其次为区间产流,韩江干流洪水主要来自于梅江和汀江;经与2005年、2008年历史大洪水对比,2022年珠江流域暴雨历时明显偏长,且暴雨中心位置偏西偏北,洪水过程次数也明显偏多,2022年北江洪水量级为特大洪水,大于2005年和2008年,但西江洪水量级明显小于2005年和2008年。在应对此次洪水过程中,流域防洪工程联合调度运用防洪效益十分明显,有效避免了西江、北江洪水恶劣遭遇,确保了重要地区防洪安全。

  • 范鲁晔, 顾文权, 邵东国, 刘杰
    中国农村水利水电 . 2023, (8): 111-119.   DOI: 10.12396/znsd.222424
    HTML264 PDF22

    河湖水系连通性评价对实施区域水网连通战略,提高区域水资源统筹调配和承载能力,修复和改善水生态环境具有重要意义。以江汉平原河湖水系为研究对象,采用考虑闸站阻隔效应的改进图论法与基于多维连通机制的层次分析法,从网络结构和连通功能两方面分析评价了河湖水系连通现状与影响因素。结果表明:①研究区水网结构连通性得分为0.717 2,处于“较好”等级,但空间分布不均衡,西部和东部连通性较高,中部连通性较低,通顺河流域连通性高于四湖流域;②研究区水网功能连通性得分为0.688 5,处于“较好”等级,主要受区域灌排闸站数量较多、控制程度较高、闭合时间较长等不利因素影响,局部地区如四湖总干渠、通顺河以及洪湖等水流不畅,连通性较低;③结构和功能连通性评价结果基本一致,评价方法可靠性及适用性较强,可为江汉平原水网工程体系调整与生态河湖连通系统建设提供一定参考。

  • 王亚菲, 刘攀, 夏倩, 云兆得, 苑如玮, 张杨
    中国农村水利水电 . 2024, (3): 1-7.   DOI: 10.12396/znsd.231014
    HTML210 PDF85

    灌溉是对区域气候影响最大的土地管理类型之一,近几十年来其影响日益加剧。大量的研究表明灌溉具有冷却(降温)效应,尤其是在干旱和半干旱地区,但在湿润地区降温效应不显著,且对极端高温的冷却效应研究较少。研究采用滑动窗口搜索算法,基于全球网格温度数据集和历史灌溉分布数据集,应用多元线性回归技术分离实测数据中其他因素的气候效应,分析长江流域灌溉面积比例增大对极端高温的影响,并采用耦合灌溉模块的WRF模型设置对照试验,进行数值模拟验证。结果表明,长江流域灌溉对极端高温具有降温效应,冷却效应的强度取决于灌溉面积比例,随着灌溉面积的增加,冷却效应变得更加明显,但当灌溉面积比例超过阈值(0.25~0.30)时,降温效应会逐渐减弱。数值模拟试验验证了基于观测数据的分析结果,但模型会在一定程度上高估灌溉的冷却效应。同时,研究发现灌溉可以增加土壤湿度、潜热通量,减少显热通量和土壤热通量,随着灌溉面积比例的增大,地表湿度增加且反照率降低,降温效应会被削弱。研究成果可为长江流域农业灌溉的科学管理提供理论依据,具有重要的科学意义。

  • 白梦婷, 李发文, 杨锁林, 白锐峥
    中国农村水利水电 . 2023, (9): 1-8.   DOI: 10.12396/znsd.230471
    HTML210 PDF53

    20世纪90年代逐渐衍生出生态水文学科,生态水文学主要研究生态过程与水文过程的耦合机制与发展规律。近年来,水资源短缺、水资源时空分布不均、水资源浪费、水污染等问题突出,掌握时空变化下水资源分布规律、制定适合当地生态环境可持续发展的生态保护策略,确立基于水资源承载力条件下的流域管控模式及水资源开发战略,已成为当前水资源合理配置的紧迫需求。要实现以上需求和目标,生态水文区划是基础,生态水文区划目标是为不同生态系统和不同水文特征条件下的分析和评价提供最小的管理单元。生态水文区划主要用来研究生态水文现象的地域性分异,揭示生态水文现象地域性分布规律。研究重点论述了生态区划、水文区划及生态水文区划的发展历程,生态水文区划指标体系构建,生态水文区划划分方法等研究进展。探讨了当前研究存在的问题:国外研究主要集中于生态区划或水文区划的单独研究,考虑生态与水文耦合关系的区划研究较缺乏,国内生态水文区划的研究虽已开展,但都集中于主成分分析及聚类法等传统方法、固定时间段的分析以及大中空间尺度的研究等。根据现存的问题,提出了未来研究方向及发展趋势:优化评价指标体系、融合多源数据、提升区划方法精度以及监测区划动态变化等。

  • 张修杰, 陈明辉, 张伟锋, 韦未
    中国农村水利水电 . 2023, (10): 23-29.   DOI: 10.12396/znsd.230119
    HTML207 PDF25

    大坝的溃口宽度与土石坝发生溃坝后下游洪水的淹没范围紧密相关,是计算溃坝时最大流量的重要参数。在铁道部科学研究院以及黄河水利委员会溃口宽度计算经验公式中,溃口宽度都与库容、土石坝长度以及坝高有关,只是土石坝长度的幂次方项不相同。在运用以上2个溃口宽度计算公式对7个国内外土石坝溃坝案例进行对比计算后,计算出的溃口宽度相比实际宽度都有较大误差,为探究土石坝长度对洪水溃坝的影响,并使经验公式计算结果更接近真实溃口宽度,对以上7个溃坝案例数据使用Allometricl模型进行拟合,提出溃口宽度计算优化公式。并对另外2个国内溃坝案例进行验算,发现溃口宽度误差均在4.5%以内,表明优化公式比常用经验公式精度高,可为计算土石坝的溃坝最大流量提供依据。再使用DBFL-IWHR模型与传统公式计算下游断面洪水演进情况并进行对比,发现传统公式计算出的下游断面最大流量相比DBFL-IWHR模型较小,同时下游断面最大流量到达时间相比DBFL-IWHR模型较大。

  • 郑昊, 贺华翔, 李海明, 牛存稳, 王嘉浩, 李昕阳
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 69-78.   DOI: 10.12396/znsd.230645
    HTML169 PDF10

    为动态解析流域未来土地利用变化对面源污染负荷的影响,本研究将PLUS土地利用预测模型和SWAT面源污染负荷模型相耦合,揭示不同土地利用变化情景下流域面源污染分布规律。以东江湖流域为研究区,通过构建SWAT面源污染模型和PLUS土地利用模型,对研究区历史系列及未来2035年不同土地利用格局下的面源污染时空演变开展模拟,评估相应情景下的面源污染负荷。结果表明:SWAT模型对于东江湖流域适用性良好,河川径流量率定期和验证期纳什效率系数分别达到0.80、0.71,氨氮和总磷率定期和验证期纳什效率系数均高于0.5。根据东江湖流域面源污染长系列模拟结果,解析了其时空演变特征和变化趋势。流域面源污染受降水、径流等自然过程和土地利用格局等因素的影响。从时间尺度上看,污染输出负荷集中在降水量较大的丰水期,年际变化表现为面源污染先增加后减少的趋势;从空间尺度上看,氨氮、总磷负荷较高集中在流域西北部和中部径流量较大以及农田较为分散的子流域。结合流域土地利用和面源污染分布格局,解析了不同类型土地利用对面源污染的影响。总磷负荷贡献程度依次为耕地>建设用地>草地>林地>未利用地。设定了历史趋势情景和国土空间规划情景下2035年土地利用格局,在此基础上完成了面源污染响应的模拟和分析。两种不同土地利用格局情景下,国土空间规划情景较历史趋势情景氨氮减少2.12 t,总磷减少54.6 t,国土空间规划情景下的土地利用更有利于东江湖流域面源污染控制。污染负荷增加是由于农田污染、建设用地的快速扩张和林地的减少导致的,而林地和耕地的限制转换对于流域的污染负荷削减具有重要作用。

  • 王欣, 胡铁松, 曾祥, 李想
    中国农村水利水电 . 2023, (12): 1-6.   DOI: 10.12396/znsd.230969
    HTML227 PDF95

    水库汛末提前蓄水调度具有主从递阶的决策结构,而发电目标的异参同效性使给定防洪规则时最优蓄水方案不唯一,即水库优化调度求解存在“不适定性”,水库运行管理单位是否选择对防洪安全更有利的蓄水方案影响调度效益的实现,表明防洪与兴利在竞争关系外还存在合作潜力。针对这一问题,围绕如何加强兴利部门对防汛部门的合作意愿从而提升水库调度整体效益,建立了基于下层决策者满意度的合作激励模型。该模型以不适定二层规划为框架,从水库调度决策特点出发,对兴利部门的合作意愿与其在给定防洪规则下的预期发电收益的非线性相关关系进行描述,进而得到兴利部门选择有利于防洪目标蓄水方案的概率,并采用多种群混合进化粒子群算法对模型求解。同时设置量化指标,对合作激励机制下的水库优化调度决策效率损失和整体目标实现度进行评估。在三峡水库汛末提前蓄水调度实例中,将新模型与乐观、悲观和部分合作模型结果进行了对比分析。结果表明,合作激励的机制会促使防汛部门适当让渡部分效益以提高水库蓄水发电效益,进而鼓励兴利部门选择更有利于防洪安全的方案,同时能较为显著地减少主从竞争博弈导致的调度决策效率损失。此外,与线性满意度模型相比,本文提出的非线性的满意度~预期调度效益值关系曲线更符合水库调度的实际决策特征。

  • 汪雪纯, 宋兰兰, 张其成, 李士军
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 105-111.   DOI: 10.12396/znsd.230813
    HTML176 PDF8

    坑塘是新一轮水域保护规划的重要组成部分之一,开展坑塘重要度评价,是坑塘发挥其生态服务功能的关键和治理保护的基础。基于聊城市土地利用状况分析其坑塘特性及空间分布,构建坑塘重要度评价指标体系,采用层次分析法确定指标层权重,计算聊城市坑塘的重要度。研究发现:聊城市坑塘面积分布集中,形状较规则,与骨干河湖距离与两栖动物的迁移距离接近;周边为耕地、林地的坑塘保留数居多;坑塘有6个集聚中心,密度在3~10 个/km2;坑塘密度、重要度均呈现北高南低,东高西低;聊城市中部和北部的坑塘需重点保护。

  • 叶长亮, 燕虹夜雨, 安东森, 李怀成, 郑源
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 196-201.   DOI: 10.12396/znsd.222515
    HTML155 PDF23

    为探究交错叶轮对双进口两级双吸离心泵过流部件压力脉动特性的影响,对同一水泵分别配置对称叶轮与交错叶轮作为对比方案,采用实验与数值模拟结合的方法开展研究,量化了吸水室、过渡流道及蜗壳在0.6Q、1.0Q、1.2Q三种典型工况下的压力脉动特性。结果表明:①在外特性方面,采用交错叶轮在各工况下的泵扬程与效率均高于采用对称叶轮,且1.0Q工况下可高出2%与3%;②在压力脉动特性方面,对于吸水室,各工况下交错叶轮对压力脉动的影响均较小,主频幅值相差不超过2%;对于过渡流道,各工况下交错叶轮对压力脉动均有抑制作用,如过渡流道隔舌处主频幅值较对称叶轮最高可降低13.5%;对于蜗壳,各工况下交错叶轮对压力脉动均有改善效果,如蜗壳隔舌主频幅值最高可削减31.9%。这一发现可为交错叶轮在双进口两级双吸离心泵中的应用提供参考。

  • 王明阳, 董前进, 张艳敏, 黄馗
    中国农村水利水电 . 2023, (10): 83-88.   DOI: 10.12396/znsd.230028
    HTML202 PDF15

    气候变化与人类活动是流域径流变化的重要原因。随着人类活动逐渐频繁,不同地区的水文情势不同程度地发生着变化,因此对径流变化机理的分析一直是水文学界的重要议题之一。Budyko水热耦合平衡公式是常用的径流变化机理分析工具,因其一方面考虑了一定的物理成因,另一方面公式参数较为简单,由此在径流变化归因较长时间尺度分析上得到了广泛应用,但当前对时变形式的Budyko公式研究及应用仍有待加强。以贵州省六硐河流域为例,通过Mann-Kendall检验和突变检验方法对研究区年径流进行趋势和突变分析,基于水热耦合平衡原理构造了包括线性、二次多项式以及具有物理机制等形式的Budyko参数时变辨识公式,以Nash效率系数为评价指标,验证最适应研究区的水热耦合公式,最后计算降水量、潜在蒸散发量和人类活动等因素对径流变化的贡献率,进行六硐河流域径流变化归因分析。研究结果表明,近年来随着气候变化影响加剧,六硐河流域径流呈明显的下降趋势,在1997年发生显著性突变。比较降水量、潜在蒸散发量和人类活动因素对径流的敏感性,发现降水减少是流域径流减少的主导因素,其贡献率为49%。同时,随着人类经济社会的发展,大型水利设施的兴建,人类活动对流域径流变化的影响在逐步显现,其贡献率约为26%。

  • 许中武, 蔡伟, 周建方
    中国农村水利水电 . 2023, (8): 222-228.   DOI: 10.12396/znsd.222096
    HTML171 PDF46

    为提高平面钢闸门三维有限元线性分析的科学性和规范性,以某水电站机组进水口快速平面钢闸门为研究对象,采用ANSYS有限元分析软件,从有限元网格划分和漏水孔结构简化两个方面出发,讨论研究了此类平面钢闸门三维有限元线性分析的若干问题。研究表明:采用shell281单元对平面钢闸门这样的典型空间薄壁结构进行有限元计算时,应力计算结果精度更高;在划分网格建立有限元模型时,网格尺寸的大小对挠度影响较小,合理的网格尺寸可以使应力的有限元计算结果与网格尺寸之间具有无关性,并减少计算量;相对于自由划分方式得到的网格质量,映射划分方法得到的网格质量更高,但对平面钢闸门结构应力和挠度的计算精度的提高甚微,且映射划分方法工作量较大,效率较低;当平面钢闸门主梁漏水孔直径与梁高之比(径高比)小于或等于0.15时,在建立平面钢闸门模型时可简化忽略漏水孔,反之则不能简化。

  • 翁鸣昊, 项兴华, 陈俊涛, 邵广俊, 胡伟飞
    中国农村水利水电 . 2024, (4): 250-257.   DOI: 10.12396/znsd.231391
    HTML234 PDF21

    变形是大坝运行过程中受内外荷载作用下其状态的直观表现,构建高精度的变形预测模型对大坝安全预警与运行状态评估有着重要的意义。针对已有的大坝位移模型训练时间长,预测模型预测精度和泛化能力一般,无法满足大坝位移中短期准确预测的问题,耦合长短时记忆网络(LSTM)与Transformer框架,引入改进的粒子群优化算法(IPSO)进行优化,建立了IPSO-LSTM-Transformer(ILT)大坝变形预测模型。以紧水滩拱坝正垂线11-1测点为例,选取6150组变形时间序列数据进行分析与预测。研究结果表明,模型预测精度会随着预测期的增大而出现一定程度的下降,但在预测步长10以内均具有良好的预测能力;与传统粒子群优化算法相比,ILT模型显著提升了模型的寻优精度和收敛速度;与RNN、LSTM、IPSO-Transformer神经网络模型单步与多步预测结果对比,ILT模型具有更高的精度和更好的稳定性,即使在训练数据较少时也能保证较好的预测效果。研究成果为实现运行期大坝位移的中短期精确预测提供了新的技术手段。

  • 马翔, 由丽华, 廖宁, 陈旻, 张陵蕾, 李嘉
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 45-51.   DOI: 10.12396/znsd.230797
    HTML169 PDF31

    近年来极端气候事件呈现多发强发态势,由此引发的可能最大洪水等极端水文事件对水库安全产生了严重的威胁,而水库常规防洪调度规程在面对其威胁时存在失效隐患,因此对水库常规调度规程进行优化,形成针对极端情况的应急调度显得尤为重要。针对此问题,以位于岷江上游的不完全年调节水库紫坪铺水库为研究对象,基于HEC-RAS建立了库区河段的一维水动力模型,以确保水库安全的同时最大限度减轻洪水对下游的影响为目标,遵循“以空间换时间”的调度思路,采用“提前预泄结合加大泄量”的优化原则,开展了水库在面对可能最大洪水时调度方式及调度时机的寻优研究。研究发现,在面对总入库流量为水库防洪库容8倍的可能最大洪水时,通过调整水库泄洪方式的组合模式,结合对调度起止时间的科学寻优,实现了水库防洪库容随洪水历程的合理动态分配,为水库完成泄洪任务赢得了更多时间。优化后的应急调度方式有效规避了常规调度失效的隐患,度汛期间坝前水位峰值相较于原调度方式降低了18.4 m,确保库区水位始终处于安全范围;库区水面线变化控制在14.7 m以内,相较原调度降低了55.6%,库区整体水位变化更加稳定;并且优化方案下削峰率达74%,最大程度减轻了下游所受洪涝灾害的威胁。在此基础上,通过进一步对水库防洪潜力的定义分析,揭示了两种调度方式下水库度汛效果存在明显差异的原因,为水库面对极端洪水开展应急调度提供了新思路和新参考。

  • 马海燕, 李福林, 张克峰, 黄乾, 于晓蕾, 姜瑶, 夏海波
    中国农村水利水电 . 2024, (1): 1-7.   DOI: 10.12396/znsd.231361
    HTML208 PDF42

    地下渗灌是一种地下微灌方法,通过埋设于地下的渗灌管将灌溉水引至地面下一定深度的土壤中,再利用土壤毛细管作用实现对作物根区直接供水,该灌水方法与“地下滴灌”的灌水过程实质相同。地下渗灌可有效改善土壤环境质量,利于作物生长,是一项发展前景广阔的高效节水灌溉技术,开展地下渗灌的研究对于推动高效节水农业发展具有重要意义。从地下渗灌条件下土壤水分运移规律、灌水技术参数、灌溉制度、渗灌管堵塞的影响及调控等方面,对相关研究进展和存在问题进行综述,提出了今后的研究方向,供节水灌溉研究领域的学者参考。综述认为,与地下渗灌技术的生产实践相比,对其机理方面的研究相对滞后,限制了该技术的深入推广应用,主要表现在:地下渗灌条件下土壤水分运移规律尚不够清晰;堵塞问题依然是目前阻碍地下渗灌技术应用与发展的限制性因素;地下渗灌配水系统优化设计问题尚需进一步研究。建议今后开展各种不同渗灌条件下的水分入渗数值模拟分析;选取合适的处理水平,研究渗灌灌水效果的主要影响因素,寻求最优灌水技术参数组合;针对地下渗灌条件下作物灌溉制度开展研究,形成一套合理完善的灌溉制度与试验方法;对于渗灌管出流规律、堵塞机理以及进入地下渗灌系统时灌溉水源水质关键参数的有效调控阈值等进行深入研究。

  • 马琴珍, 宋慧, 朱金瑞, 张欢, 李占勇, 李琪飞
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 174-181.   DOI: 10.12396/znsd.230223
    HTML195 PDF4

    以水泵水轮机活动导叶翼型为主要研究对象,选取活动导叶开度11、33、41 mm,分析不同活动导叶翼型对水泵水轮机飞逸特性的影响,为水泵水轮机活动导叶翼型的设计及优化提供方法和理论指导。结果表明:在3种导叶开度下,改进的活动导叶翼型对机组的“S”特性存在较佳的改善效果;改进导叶翼型后机组在飞逸工况运行时其内部流动状态有所改善,活动导叶-转轮区域速度流线分布均匀,涡核集中分布区域减少;改进导叶翼型后不同开度下无叶区监测点的压力脉动振幅相对值有不同程度的减小,速度脉动曲线比改进前平缓,速度峰值较小;改进导叶翼型后尾水管内涡核集中分布区域减少,机组可以在较为稳定的状态下运行。

  • 齐家蕙, 谢崇宝, 杨丽原
    中国农村水利水电 . 2023, (8): 103-110.   DOI: 10.12396/znsd.222489
    HTML206 PDF17

    为了研究影响流域水质的关键水质指标,以沂河为研究区域,基于2006-2019年水质数据,采用水质指数法对河流水质进行评价与建模。水质指数可以将大量复杂的水质数据转变为一个单独指标来反映水质整体状况,目前常被用于进行水质评价。共分析10个水质指标,包括TP、pH、WT、DO、NO3-N、BOD5、F-、COD、SO4 2-和NH3-N。基于多元线性回归分析筛选流域关键水质指标,构建了沂河关键水质指标评价模型WQImin,简化了评价所需的水质指标。结果表明:无论是否加权,四指标模型和六指标模型的拟合程度和预测精度都未达到最高,不是本研究的最优模型;五指标模型 W Q I m i n + W T w具有良好的水质评价性能,R 2=0.972,MSE=0.51,PE=2.07%,P<0.05,是本研究最优关键水质指标模型。该模型包括5个水质指标:NH3-N、BOD5、DO、SO4 2-和WT,与WQI模型呈极显著正相关关系(P<0.001),对WQI的解释程度最大,不仅保持了评价精度,而且有效降低了检测成本,提高了水资源评价效率,能有效替代WQI模型进行流域水质评价。此外,基于同样的样本数据开发了人工神经网络模型,可有效应用于沂河水环境状态评价与预测,为沂河水质未来变化趋势提供参考,为水环境智能化模拟提供新的技术途径。

  • 李宁宁, 赵璧奎, 程涛, 刘霞, 谭超, 廖华明, 林浩伟
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 19-26.   DOI: 10.12396/znsd.231012
    HTML127 PDF34

    近年来,广东省多地遭遇了罕见的严重旱情,具有持续时间长、影响范围广、干旱后果严重等特点,与人们对南方丰水地区的普遍认知有所不同。为了摸清广东省的干旱成因、影响因素、干旱特征,有效识别干旱灾害防治的薄弱环节,以省内典型易旱县区——粤东潮南区和粤西徐闻县为例,基于自然灾害风险理论,构建了耦合危险性、易损性、抗旱减灾能力三要素的干旱灾害风险评估区划模型,提出了评价指标体系及综合风险指数的计算方法,采用层次分析法确定指标权重,运用自然断点法科学划分区划,并引入风险矩阵方法将干旱风险与抗旱减灾能力聚合以表征干旱灾害防治水平,对干旱灾害风险影响因子及风险等级进行定性定量评估。结果表明:在天然降雨少、经济社会用水需求大导致水资源供给不足的主要影响下,潮南区干旱灾害综合风险自西向东递增,多数镇街为中等干旱风险,徐闻县全域均为中高及以上干旱风险,西部和中部干旱灾害综合风险较高,再叠加供水工程能力、河流水系密度、抗旱投入水平不高,可确定潮南区多数镇街为中等防治区,徐闻县多为重点防治区。通过典型历史干旱事件验证了结果的合理性,并针对易旱县区抗旱薄弱环节提出了措施建议。研究成果可以为完善广东省典型易旱县区抗旱减灾体系提供技术支持。

  • 王钊, 张润润, 章阳
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 52-63.   DOI: 10.12396/znsd.222412
    HTML147 PDF21

    蒸散发是水文和能量循环中的关键因素,蒸散发时空演变规律受到流域气候、能量和下垫面等多种复杂因素的综合影响。不同气候区流域蒸散发的影响因素存在时空差异性,具有不同的敏感性特征。研究蒸散发的时空变化规律有利于揭示复杂环境下流域水文循环的响应特征,进一步加深对流域水量平衡的认识,为流域水资源合理规划利用提供理论参考。基于SWH双源蒸散发模型,模拟鄱阳湖流域2001-2017年蒸散发及其组分,在多时空尺度验证的基础上,分析了流域蒸散发总量(ET)、土壤蒸发(Es)、植被蒸腾(Ec)和蒸发占比(Es/ET)的时空演变特征,基于SOBOL敏感分析方法探究了流域蒸散发组分的敏感影响因素和实际变化成因。结果表明,在8天尺度下SWH模型模拟值与实测值在站点和流域上的相关系数分别为0.92和0.89,模拟效果良好。在0.05显著性水平下,鄱阳湖流域年ET以1.0 mm/a的速率不显著下降,Es以2.6 mm/a的速率显著下降,Ec以1.7 mm/a的速率不显著增加,Es/ET以0.28%/a的速度显著下降。流域Es/ET呈现中间高、四周低的空间分布特征,冬季Es/ET>春季>秋季>夏季,其中除夏季以外Es/ET均呈显著下降趋势,主要集中在湖区南部平原和信江流域地区,占流域总面积的33.86%。气温和风速是影响流域ETEs变化的主要敏感因素,其次为降水和净辐射,Es对植被指数NDVI也较为敏感。EcEs/ET在年、季尺度下的主要敏感因素均为植被指数NDVINDVI显著性增大是导致流域EcEs/ET变化的主要原因。

  • 林星宇, 蔡暾, 杨克君
    中国农村水利水电 . 2023, (10): 1-8.   DOI: 10.12396/znsd.230512
    HTML171 PDF77

    床面粗糙特性是河流动力学中的重要研究内容,其量化方法一直是研究的难点。在顺直水槽中采用非均匀天然沙铺制初始床面,并逐渐增大流量粗化床面,基于激光扫描获得的床面数字高程资料,应用统计理论以及变异函数模型探讨不同粗化程度的床面表层粗糙特性。结果表明:采用非均匀沙人工铺制的床面高程频率分布呈现出近似正态分布,经历过不同水流强度依次累积冲刷后形成的稳定粗化床面高程频率分布都出现了轻微正偏态的趋势;高程标准差随水流强度增加严格增大的特点让它可以成为量化床面粗糙特性的可靠指标;水流塑造试验床面是各向异性的,随着流量的增大,床面粗化层破坏再粗化,床面高程二维变异函数的基台值越大;由于水流的作用,横向剖面平均变异函数的基台值与块金值略大于纵向剖面高程平均变异函数,径向剖面的基台值与块金值远小于横向与纵向剖面。研究加深了对床面粗糙特性的统计规律的探索,对于建立基于统计学的粗糙度定量表达方式具有一定的启示。

  • 胡挺, 仇红亚
    中国农村水利水电 . 2023, (9): 54-61.   DOI: 10.12396/znsd.230375
    HTML185 PDF34

    近年来鄱阳湖枯水期水位屡创新低,导致流域经济社会发展和生态环境保护问题日益突出。为探明鄱阳湖水位变化规律,量化不同影响因素对鄱阳湖水位变化的贡献程度,研究采用Mann-Kendall检验方法和多项式回归分析方法对鄱阳湖水位变化趋势及成因进行量化分析。以星子站和湖口站分别作为鄱阳湖的水位和流量代表站,以九江站作为长江中下游干流代表站,首先选取1981-2021年长江流域和鄱阳湖同期长系列实测数据,通过相关性分析辨识了鄱阳湖代表站星子站水位变化的主要影响因素;进一步采用Mann-Kendall检验方法分析了鄱阳湖水位变化的趋势特征,最后基于水量关系量化了不同影响因素对枯水期鄱阳湖水位变化的贡献度。结果表明:从水量上看鄱阳湖水位变化受九江站和湖口站总水量变化影响较大;三峡建库前1981年开始,鄱阳湖最低水位呈显著下降趋势,建库后正常蓄水期鄱阳湖最低水位较初期蓄水期抬升了0.44 m,表明三峡水库枯水期消落补水调度在一定程度上缓解了鄱阳湖枯期水位下降趋势;蓄水期三峡工程蓄水并非影响鄱阳湖枯水期水位降低的关键因素(贡献度为35.4%),而主要受长江上游、三峡-九江区间来水减少、鄱阳湖流域天然来水减少以及河床下切等综合因素影响(贡献度为64.6%);此外消落期三峡水库补水对鄱阳湖枯期水位抬升有积极作用(贡献度为20%),河床下切、其他来水减少等因素贡献度为-120%。研究可为制定鄱阳湖枯水期低枯水位应对措施,提升湖区水资源与水环境承载力提供科学依据和指引。

  • 徐琪, 瞿毅然, 朱博渊, 柴元方
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 119-124.   DOI: 10.12396/znsd.231646
    HTML137 PDF11

    1956年以来洞庭湖盆经历了萎缩和扩容的历史过程,为分析各历史阶段变化原因和预测变化趋势,根据1956-2019年洞庭湖水系水沙和湖盆水面面积、湖容实测资料开展研究,基于分离变量法重点识别泥沙淤积、湖盆沉降、湖区围垦及洞庭湖水系采沙对湖容变化的贡献比例。结果表明:1956-2019年洞庭湖水面面积减小1 247.59 km2,其中东洞庭湖水面面积萎缩最为严重,1956-1980年湖区围垦是洞庭湖水面面积减小的主要因素,1980年以后洞庭湖水面面积趋于稳定。三峡水库蓄水前(1956-2002年)入湖沙量及出湖沙量均持续减少,泥沙淤积率约为70%;三峡水库蓄水后(2003-2019年),入湖沙量大幅减少,泥沙淤积率降至14%。湖盆沉降、湖区采沙与泥沙淤积对湖容的影响存在抵消效应,洞庭湖盆目前仍处于缓慢的构造沉降中,平均沉降速率约3 mm/a;2003年以后随着采沙活动进行,洞庭湖萎缩速率有所减缓。1980年以前湖容减小,湖区围垦、泥沙淤积和湖盆沉降对湖容增大的贡献比例分别为-92.7%、-13.2%和5.9%;1980年以后湖容经历了由减小至变大的过程,整体为减小,1981-2002年泥沙淤积、湖盆沉降的贡献比例分别为-107.6%和7.6%,2003-2019年泥沙淤积、湖盆沉降及采沙的贡献比例分别为-11%,24.8%和86.2%。三峡水库蓄水后湖盆沉降速率大于泥沙淤积速率,同时湖区采沙为三峡水库蓄水后湖容变化控导因素,随着新一轮采沙规划(2023-2027年)实施,洞庭湖将呈现扩张趋势。

  • 欧阳小平
    中国农村水利水电 . 2023, (10): 15-22.   DOI: 10.12396/znsd.230137
    HTML186 PDF61

    随着我国工业化和城镇化快速发展,未经处理的生活污水、工业污水以及雨季地表径流中污染物排入河道水系,导致城市水体污染加重。由于城市污染水体来源和环境条件等因素复杂多变,当前河道修复思路仅仅注重水体水质快速恢复,没有从河流水体生态系统受损恢复角度去考虑,导致水体自我净化能力较差、生态系统不稳定,水体水质难以维持与持续改善,生物多样性水平较低。文章系统阐述了近自然化修复和城市海绵城市的理念发展历程和内在科学性,分析了其在城市河流生态修复过程中的应用效果和优势。由于二者特点与属性都与河道生态修复存在共性,其理念及其应用措施可作为未来城市河道生态修复发展方向。结合在安徽省阜阳市所做城市河道修复工程和效果,对工程实施过程中的近自然化和海绵城市理念进行了提炼。最后,基于国内外先进城市环境修复和管理经验,总结了近自然化和海绵城市理念下的城市河道修复原则、主要措施和未来发展方向,可为保障未来城市水生态系统的良性循环与可持续发展提供研究基础和理论参考。

  • 丁钰童, 莫李娟, 黄冬菁, 葛诗阳, 鞠琴, 顾鹤南
    中国农村水利水电 . 2023, (9): 166-170.   DOI: 10.12396/znsd.230559
    HTML172 PDF14

    调控河道边界出口流量的大小可改变河道内水体流速和流向,从而可有效改善水体水质,改善效果与引排水规模、排水口布局等有关。以宁波市江北镇海平原河网区为例,选取模拟时段2022年10月1日至11月1日,以主要污染物NH3-N为指标,构建MIKE11水质水量耦合模型,考虑出流口泵站出流能力和维持流域最低用水量,通过3个出流口启、闭排列组合,设置出流口流量分别为9、18、24、36 m3 /s的28种出流方案,利用构建的水质水量耦合模型模拟分析不同方案下边界出口流量对水体流速及污染物NH3-N的影响,结果表明:①综合水动力水质因素,出流量为18 m3/s时能更好的改善河流水动力条件与水质状况,出流口为24、36 m3 /s较大流量时,开放一或两个出流口,河道存在溢流风险,此时需多开启出流口,以保证防洪安全;②模拟后的最优方案可使平均流速达到0.056 m/s,NH3-N平均浓度下降至1.660 mg/L,水质改善率达17.0%,河道水质可从劣Ⅴ类提升至Ⅳ类或Ⅴ类水标准,为河流水动力水质改善提供参考依据。

  • 马宝龙, 朱新民, 崔炜
    中国农村水利水电 . 2024, (5): 1-8.   DOI: 10.12396/znsd.231591
    HTML186 PDF81

    分析了钢丝的预应力作用机理和管道的破坏过程,提出了一种基于力学仿真分析的PCCP断丝预警与报警阈值评估方法。通过ABAQUS程序建立了PCCP有限元模型,模拟了包括铺设垫层、安装管道、分步回填在内的完整施工过程,计算了不同埋深、不同设计工作压力近百种工况下管道预应力钢丝、钢筒和管芯混凝土的应力状态,提出将管芯混凝土在水锤作用下起裂的最大允许断丝数作为爆管预警阈值,将管道埋地承载力极限状态的最大允许断丝数作为爆管报警阈值,并分析了不同工作内压和埋深条件下PCCP断丝预警与报警阈值之间的关系。

  • 宋妍萌, 芮钧, 赵宇
    中国农村水利水电 . 2024, (3): 34-40.   DOI: 10.12396/znsd.231144
    HTML170 PDF20

    多元能源互补优化有利于充分发挥并组合利用不同电源的出力优势。为应对风电、光伏装机容量不断增长所带来的新能源消纳与电网调峰问题,构建一种风光水火储多能互补双层优化调度模型。首先考虑多能互补优化调度问题涉及众多决策变量与约束条件,为降低模型求解的复杂度,选择以多种能源的出力特性与互补关系为切入点进行合理化分层;然后综合考虑源荷协调、清洁能源消纳、发电经济性等应用需求,将模型划分为以净负荷方差最小与清洁能源发电量最大为目标的风光水储联合优化调度上层模型,和以火电机组运行成本最小为目标的火电机组优化调度下层模型,并将上层联合优化调度得到的净负荷曲线作为下层火电机组优化调度的约束条件;最后以IEEE30节点系统为例,设置3种典型的调度场景进行仿真对比,采用MATLAB平台CPLEX求解器进行求解,结果表明:风光出力的反调峰性会扩大净负荷的峰谷差和方差,增加火电调峰备用的压力,造成发电成本和机组损耗的增加;水电参与多能互补对系统净负荷波动有明显的抑制作用,能有效缓解电力系统调峰压力;储能可以在一定程度上缓解平抑净负荷波动与提高清洁能源发电量的矛盾,所提优化调度模型可以有效平抑源荷波动,促进清洁能源消纳,降低系统运行成本,助力电网安全低碳运行。

  • 李国智, 陈娟, 钟平安, 张璐, 徐琦, 冯小蔓, 曹端祥
    中国农村水利水电 . 2024, (1): 117-125.   DOI: 10.12396/znsd.230877
    HTML181 PDF21

    水库群实时防洪优化调度作为一种重要的非工程措施,可以通过较少的投入降低洪水灾害带来的损失,起到流域防洪减灾作用。考虑了各水库自身安全和下游防洪点安全,以下游防洪控制断面最大过水流量最小、各水库最高水位最低为目标函数,建立了水库群实时防洪多目标优化调度模型;引入“滤波算子”,提出一种改进多目标利希滕贝格算法(Multi-Objective Lichtenberg Algorithm,MOLA),进行模型求解,得到水库群实时防洪调度多目标方案集,增强优化调度解在防洪调度实际应用中的可操作性;最后,提出一种基于层次聚类和Pareto前沿物理意义的综合筛选法,对Pareto前沿上的众多调度方案集进行聚集和筛选,选取有限代表解供决策者进行选择,增加防洪决策的聚焦性。研究以淮河史灌河水系为例,进行了水库群实时防洪多目标优化调度模型的应用研究,结果表明:基于改进MOLA的水库群实时防洪多目标优化调度模型计算效率高、实用性较强;采用梯度分析法定量分析了鲇鱼山水库最高水位、梅山水库最高水位、蒋家集断面最大过水流量之间的多目标互馈关系,结果表明梅山水库水位变化对蒋家集断面的组合流量影响更为显著,梅山水库可作为史灌河流域防洪风险调控的优先考虑对象。研究成果可为水库群实时防洪调度提供技术支持和决策参考。

  • 马旭民, 林凯荣, 郭伟建, 郭靖, 陈刚
    中国农村水利水电 . 2024, (1): 142-149.   DOI: 10.12396/znsd.231117
    HTML193 PDF9

    广东省综合单位线法作为一种在工程实践中得到广泛应用的单位线,由1983年前的雨洪资料分析综合得到,它反映了广东省城镇化之前的产汇流关系,但是目前针对其在城市化地区适用性评价与修正的研究较少。以广东省深圳市景田流域为例,基于景田水文站2011-2019年间的暴雨洪水记录资料,采用纳什效率系数、认同指数、相关系数等评价指标,对广东省综合单位线的适用性进行评价,通过Spearman秩相关系数法对重要参数进行敏感性分析,并基于拉丁超立方抽样法、约束最小二乘法等方法对广东省综合单位线法进行了修正。研究结果表明:景田流域自20世纪80年代后经历了快速的城市扩张,不透水下垫面所占比例已超过90%,广东省综合单位线法对该流域雨洪过程的刻画能力存在明显不足,提出的通过对重要参数进行率定以及对单位线进行修正两种方案都提高了模型的模拟效果。其中,针对小样本提出的基于网格搜索的交叉验证参数优化方法与约束最小二乘法的单位线修正方法,表现出良好的模拟性能,纳什效率系数、认同指数、相关系数等指标都有明显提高,较好地反映了景田流域的产汇流特性;相较于广东省综合单位线法的推荐单位线,经过修正的单位线表现出洪峰流量变大、峰现时间提前、总历时缩小的特征,更符合城市化的产汇流规律。

  • 王楠, 辜玉慧, 马孝义
    中国农村水利水电 . 2023, (9): 75-83.   DOI: 10.12396/znsd.222182
    HTML164 PDF34

    农业是全球生态系统碳循环的重要组成部分,受干旱影响较大,因此了解干旱对农业生态系统碳汇强度的影响有助于理解农业生态系统碳循环的变化规律,为实现碳排放的控制提供理论依据。利用植被光合呼吸模型(VPRM)对华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统净生态系统碳交换量(NEE)进行模拟,基于蒸散发和归一化植被指数计算干旱严重程度指数(DSI)作为评价农业干旱强度的指标,并通过地理探测器和去趋势分析评估了华北平原农业生态系统NEE对农业干旱的时空响应。结果表明,冬小麦生育期间华北平原北部农业干旱强度大于南部,且随着冬小麦发育,其农业干旱强度逐渐降低;夏玉米生育期间,华北平原进入雨季,整体较为湿润。农田生态系统固碳能力随着农业干旱强度的增加而减小,且农田生态系统NEE对农业干旱的敏感性在冬小麦/夏玉米生育中期大于生育初期和末期,其中农业干旱的空间变异性对冬小麦NEE的解释力在3月最大(q=0.681),对夏玉米NEE的解释力在8月最大(q=0.792)。随着农业干旱强度的加重,若不考虑籽粒碳含量,麦田和玉米田从强碳汇变为弱碳汇,若考虑籽粒碳含量,则其最终转变为碳源。

  • 王西平, 吕谋, 赵桓
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 219-223.   DOI: 10.12396/znsd.222553
    HTML147 PDF9

    通过控制管网压力来降低管网漏损是当前供水行业最为有效的方法之一。传统上采用减压阀来降压只适用于局部管网的压力管理,采用减压阀与供水泵站实时调控的方法对管网压力进行管理,在系统分析漏损量与节点压力之间的响应关系及其特性的基础上,建立管网漏损水力模型。以华北某城市CYN区供水管网为实例,分别使用遗传算法(GA)、粒子群优化算法(PSO)和鲸鱼优化算法(WOA)对实例进行求解,进而比较分析这3种算法的运行效果。结果表明鲸鱼优化算法对于漏损量模型的求解有着更好的性能。

  • 郑天翼, 蔡守华, 张璇
    中国农村水利水电 . 2023, (11): 250-255.   DOI: 10.12396/znsd.222403
    HTML126 PDF26

    为了模拟不同工况条件下管道输水灌溉系统的运行状况,根据恒定流质量守恒定律与能量守恒及转化定律,构建了管道输水灌溉系统的数值模拟模型。该模型对管道输水灌溉系统建立水力状态方程组,并以二分法进行求解,模拟结果包括各级管道主要节点的流量、工作压力,各放水口的流量以及水泵的流量、扬程、轴功率、效率等状态参数。案例分析表明,该模型用于模拟各轮灌组工作状态时,均可快速收敛,模拟结果为系统用水管理与工程设计方案的优化提供了重要依据,体现出较好的实际应用价值。

  • 马彪, 刘为锋, 张阳, 张宇
    中国农村水利水电 . 2023, (10): 61-68.   DOI: 10.12396/znsd.230618
    HTML151 PDF22

    受气候变化、人类活动等因素影响,近年来长江上游径流特性发生明显变化,给长江上游流域水资源的合理开发利用、三峡及上游水库群等国家战略淡水资源库作用的发挥带来诸多挑战,径流变化归因定量识别的研究对流域水资源的开发利用具有重要的意义。基于1951-2013年三峡入库径流序列资料,采用Mann-Kendall法、Spearman法、Pettitt法等统计方法,诊断了三峡入库径流的演变规律;基于同期气象、土地利用等资料,分别利用气候弹性模型、水热耦合平衡模型、SWAT模型定量识别三峡入库流量变化原因。结果表明:①三峡入库径流在1993年前后发生明显的突变,1993年以前为径流受气候变化和人类活动影响较小的相对天然期,1993年以后径流为受气候变化和人类活动影响较大的变化期;②研究期三峡入库径流发生了显著减少,减少速率为8.8 mm/10 a,长江上游大规模的人类活动是三峡入库径流减少的主要原因,降水量减少和气温上升是径流减少的重要原因;③气候弹性模型法与SWAT模型法归因识别结果一致,水热耦合平衡模型法低估了人类活动这一引起三峡入库径流减少的主要因素;④考虑土地利用时空变异的SWAT模型方法较传统“两段论”的方法能够更好地刻画径流演变的原因。研究成果对指导三峡水库水资源综合利用和长江上游水资源的合理开发具有重要意义。

  • 王霞, 尹文杰, 张梦琳, 马美红, 雷伟伟, 聂圣琨
    中国农村水利水电 . 2023, (12): 68-76.   DOI: 10.12396/znsd.231042
    HTML180 PDF12

    受限于粗糙的空间分辨率,GRACE重力卫星数据难以在中小尺度区域上得到应用。基于随机森林算法分别在格网(Random Forest-Grid, RF-G)和区域(Random Forest-Zone, RF-Z)两种尺度上构建降尺度模型,将云南省滇中地区2003年至2020年GRACE陆地水储量异常(Terrestrial Water Storage Anomaly,TWSA)的空间分辨率从1°×1°提高至较为精细的0.1°×0.1°,并将降尺度结果与基于PCR-GLOBWB(PCRaster Global Water Balance)水文模型的降尺度方法从时空角度进行对比分析以验证降尺度结果的准确性。进一步地,利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)方法对降尺度后TWSA进行时空模式分解以及特征分析,从而更深入地分析降尺度后的数据特征及影响因素。结果表明:基于RF-Z模型对滇中TWSA的降尺度效果最佳——其降尺度前后的相关系数为0.99,纳什效率系数为0.97,均方根误差为6.68 mm,平均绝对误差为5.22 mm,且其降尺度结果有效地消除了网格化现象;EOF分解的前4个特征向量方差贡献率共91.73%,第一模态表现为“西南高东北低”,其时间系数存在显著的季节性规律,第二模态呈“西北高东南低”分布且对应时间系数呈明显的下降趋势,而第三和第四模态则分别呈现出“全区型”和“西北高东南低”的分布特征;此外,TWSA与驱动变量中的归一化植被指数存在较强的相关性。本文可为滇中地区的水资源管理和生态环境保护提供数据支撑和技术保障。