2022, 38(2):1-6. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.001
摘要:针对联安围防洪保护区地形多变,水系复杂的特点,以水力学方法为理论基础,构建了一维水流模型与二维非恒定流模型水动力耦合的洪水模拟模型,综合考虑研究区丘陵地形、不同重现期洪水、防洪系统薄弱堤段等组合情景,进行基于情景方案的河道溃决洪水演进模拟及风险分析,模拟不同情景下保护区内的淹没面积、水深、溃口流量过程和洪水演进过程。结果表明,该模型能综合反映溃堤洪水造成的影响,可为洪水灾害的预警提供技术支持。
2022, 38(2):7-16. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.002
摘要:运用水文气象地区线性矩频率分析法,选取广东省及周围缓冲区雨量站1 h、6 h、12 h和24 h年最大降水量资料,计算站点降雨频率估计值,分析暴雨高风险区划。结果表明:根据1 h、6 h、12 h和24 h年最大降水量资料广东省可分别划分为13、15、16和16个水文气象一致区,大部分一致区的最优分布为广义极值分布和广义正态分布;降雨频率估计值的空间分布态势在相同时段不同重现期下基本一致,而不同时段存在一定差异,1 h暴雨高风险区位于西南部沿海阳江附近,6 h、12 h和24 h暴雨高风险区位于阳江、珠江三角洲广州到清远和东部沿海陆丰附近区域。
2022, 38(2):17-24. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.003
摘要:为破解城市排涝规划设计中难以选择蓄涝水面率、暴雨历时的问题,提出了基于蓄涝水面率和暴雨历时2个关键参数耦合效应的设计方法,针对常规的平均排除法在部分工况下失效或得出的排涝流量偏小问题进行了改进。该方法能够协调较短历时暴雨及其后续降水过程中的排蓄关系,快速确定蓄涝水面率与暴雨历时耦合条件下的设计指标成果表,进而合理确定关键参数与设计指标的大小。以南昌市沙井电排区为例,借助MIKE模型分析改进前后排涝进程的差异,验证该方法的可靠性;该方法可以弥补常规方法的2个缺陷,实现关键参数耦合条件下的设计指标快速计算,解决其计算结果偏小、难以适应短历时集中强降雨的问题。
2022, 38(2):25-31. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.004
摘要:针对当前我国海绵城市控制指标体系存在的问题,在系统分析代表性发达国家城市雨洪管理指标体系的基础上,对比了国内外城市雨洪管理指标体系的异同,总结了发达国家指标体系对我国的借鉴意义。我国与发达国家在项目自身设计指标以及衡量建设效果的控制指标方面均存在一定差异,今后可考虑在我国雨洪管理指标体系中新增入渗控制指标、洪水控制指标、舒适性指标和生态指标,以完善现有海绵城市控制指标体系;应充分结合各地水质条件、气候条件和经济发展水平,系统研究制定控制指标,同时应加强部门间的沟通与磋商机制建设,确保指标的实施效果。
2022, 38(2):32-40. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.005
摘要:基于高精度水动力模型与机器学习技术,运用极限随机树(ERT)及KNN算法,构建了高分辨率山洪灾害快速预报模型。利用确定系数、平均绝对误差和均方根误差3种指标评估模型的整体可靠性,同时,截取流域出口断面流量验证模型的预报性能。结果表明:所建模型预报结果与水动力模型模拟结果淹没范围基本一致,流域淹没范围平均相对误差低于5%,模型整体稳定可靠;流域出口断面流量平均相对误差低于10%,断面平均水深、流速平均相对误差低于5%,模型预报性能良好;模型可在10s内完成最大淹没情况计算并输出淹没范围图,能为紧急决策提供足够的前置时间,协助决策者更好地采取应对措施。
2022, 38(2):41-47. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.006
摘要:在水系形态特征与水系结构连通性基础上,增加了包含水工建筑物数量、下游收水量和换水周期在内的水力连通性评价指标,构建了更加全面的水系连通评价指标体系。通过层次分析与熵权法相结合的综合评价法确定各指标权重,并利用该评价指标体系对廊坊市北运河-永定河区域水网3种水系连通方案进行了评价,得到最优水系连通方案。评价结果表明,构建的评价指标体系能够更加全面地表征水系连通情况,可用于河网水系连通评价。
2022, 38(2):48-55. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.007
摘要:基于DEA模型评价河南省水资源绿色效率、环境效率和经济效率,运用ArcGIS软件分析水资源效率的时空特征,依托GeoDa软件进行相关性分析。结果表明:河南省不同类型水资源效率变化趋势不同,其中水资源经济效率呈现下降趋势,水资源环境效率和绿色效率呈现波动上升趋势;河南省18市水资源效率差距变化趋势不同,其中水资源经济效率差距呈缩小趋势,水资源环境效率和绿色效率差距呈增大趋势,且水资源经济效率明显高于水资源环境效率和绿色效率;河南省水资源经济效率高和中高等级城市、低和中低等级城市各占50%,而水资源环境效率和绿色效率高和中高等级城市、低和中低等级城市则分别占55.6%和44.4%;河南省水资源效率相似的地区存在空间集聚效应,其中水资源经济效率全局空间自相关性呈增强趋势,水资源环境效率和绿色效率全局空间自相关性则呈减弱趋势;河南省水资源经济效率、环境效率和绿色效率低-低集聚地区均为安阳市,经济效率高-高集聚地区为平顶山、许昌、漯河和周口等4市,环境效率高-高集聚地区为平顶山和许昌市,绿色效率高-高集聚地区则为洛阳和许昌市,低-高与高-低集聚地区数都为0。
2022, 38(2):56-61. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.008
摘要:针对水资源配置方案评价过程中指标权重的模糊和随机不确定性问题,引入定性定量转换模型——正态云模型,提出一种基于正态云组合赋权和云相似度TOPSIS法的水资源配置方案综合评价方法。该方法利用逆向云生成算法将多个主客观权重进行信息融合,生成不确定正态云组合权重;通过计算水资源配置方案与理想方案综合云模型间的相对相似度对方案进行排序并确定最佳方案。利用所提出的方法对天津市水资源配置8种方案进行评价,并与其他5种水资源配置方案评价方法进行对比分析,结果表明:基于正态云组合赋权的水资源配置方案综合评价方法是可行且有效的,评价结果与实际相符;该方法可以有效避免对评价指标赋权的不确定性,有效地解决组合权重不确定信息的融合问题。
2022, 38(2):62-67. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.009
摘要:针对沙颍河流域水资源供需矛盾日益突出问题,根据沙颍河实际情况,提出了沙颍河流域水资源配置原则及流程,基于MIKE BASIN软件建立了沙颍河流域水资源配置模型,利用该模型对2015—2016年沙颍河流域河南段进行水资源配置计算。结果表明:水资源配置前,在生态流量保证率为100%的情况下,除中牟断面以上区间,其他区间均存在不同程度的缺水情况;根据模型水量配置结果,从颍河等处向郑州、开封等缺水城市调水的方案,可缓解流域河南段整体缺水状况,说明该模型可有效地进行水资源配置。
2022, 38(2):68-75. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.010
摘要:以广州市国家综合管廊试点区域——杨梅河流域为研究对象,利用SWMM和SUSTAIN模型对传统开发情景、传统综合管廊情景、低影响开发情景、低影响开发和综合管廊联合作用的“海绵型”综合管廊情景下的水文效应进行对比评估,结果表明:实测降雨条件下,SWMM模型的模拟结果与流域内涝实际情况相符,证明该模型适用于杨梅河流域水文效应研究;结合SWMM和SUSTAIN模型的优势,将SUSTAIN模型中的低影响开发优化布局方案输入至SWMM模型进行水文模拟,使得低影响开发布局更科学合理;“海绵型”综合管廊情景下,溢流量削减效果最佳,50 a重现期设计降雨条件下溢流总量削减率超过60%,与“快排”模式下的传统综合管廊情景相比,“海绵型”综合管廊使杨梅河出水口峰值流量明显降低,峰现时间也相应延迟。
2022, 38(2):76-82. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.011
摘要:概括了降雨点面折减系数(ARF)的影响因素,包括流域面积、降雨持续时间、重现期、地形、天气类型和季节等,综述了估算ARF的定点定面法和动点动面法的算法过程、基础数据类型和应用范围,分析了各种方法的特点和适用性。指出方法的选择对ARF的计算有显著的影响,ARF的经验法虽然计算烦琐,对数据要求高,但其时间和空间适用性强,仍具有优势。解析法及动点动面法往往依赖于简化的假设,应用范围有限。未来应系统研究各种计算方法的差异,并借助于卫星、雷达等高分辨率降雨数据,开展ARF的空间分析,为工程设计及水文模拟提供更可靠的信息。
2022, 38(2):83-90. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.012
摘要:针对NSGA-Ⅱ应用于梯级水电站优化调度存在大量非可行解影响寻优效率的问题,考虑相邻阶段相互制约关系,提出基于个体面临时段双向约束技术改进的NSGA-Ⅱ。以龙江-瑞丽江流域的龙江水电站(上游)与瑞丽江一级水电站(下游)为例,建立多目标联合优化调度模型,优选典型年最优调度方案并与水电站独立调度对比。结果表明,改进算法解决了非可行解参与进化甚至收敛于非可行Pareto前沿的问题;随着来水渐枯,典型年Pareto前沿范围趋于缩小,龙江水电站汛期蓄水时间逐渐提前,枯水期水位下降时间滞后;与独立调度相比,联合调度的径流补偿作用使龙江水电站发电量略有减小,而系统总发电量增加3.47%~10.02%,也显著降低了瑞丽江一级水电站枯水期弃水量。
2022, 38(2):91-96. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.013
摘要:在分析平原坡水区水资源优化调度特点的基础上,构建了协调泵站提水量和受水区缺水量两个目标的优化调度模型。针对传统粒子群算法存在的容易陷入局部极值点、早熟等缺点,从惯性因子及学习因子选择、外部档案维护和全局最优选取策略3个方面进行改进,对比改进多目标粒子群算法与传统NSGA-Ⅱ算法在求解测试函数中的表现,验证改进算法的可行性和优越性。对宿迁市黄河故道及以南地区水资源优化调度进行实例研究,采用改进算法求解模型得到Pareto前沿,结果显示,两个目标函数值分布范围较广,且各频率来水调度方案集在空间中分布均匀。
2022, 38(2):97-102. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.014
摘要:以南水北调东线江苏段沿线5个城市为研究区,运用信息熵原理和灰色关联理论,分析研究区用水结构演变及其驱动因素。结果表明:2001—2016年研究区5市中扬州市、宿迁市用水均衡度变化最大,用水结构趋向均衡;农作物种植结构、工业增加值比例和第三产业比例是影响研究区用水结构变化的主要驱动力;改善农作物种植结构、优化产业结构是实现农业水资源高效利用与城市用水结构多元化与均衡化的有效调控措施。
2022, 38(2):103-111. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.015
摘要:为满足区域水资源可持续开发与高效利用条件下中山市未来的社会经济发展需求,构建了系统动力学模型,模拟中山市经济社会、水资源供需及水环境的变化趋势,采用了熵权TOPSIS模型进行参数敏感性分析,综合评价不同参数变化对2030年和2040年水质、水量以及经济社会的影响。结果表明:常规发展模式下,中山市水资源供需矛盾逐渐凸显,水环境恶化愈发严重;控制用水量的方案对促进区域可持续发展的作用较为明显,且万元工业(不含火电)增加值用水量的减少产生效果最为显著;不同参数调整方案对水资源系统近期及远期的影响不尽相同,为使水资源管理政策更加适合长远的发展,应重视远期作用明显的参数调整方案。
2022, 38(2):112-118. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.016
摘要:针对我国再生水事业推进缓慢、再生水利用激励措施不健全等突出问题,初步探析了我国再生水利用激励机制的基本框架,系统地阐述了该机制的激励理论和建立过程。再生水利用激励机制是一种政府作为激励主体,对从事再生水生产的企业和用户产生激励作用的框架体系。通过对激励过程理论、马斯洛需求层次理论的分析,指出了当前再生水利用不同主体在激励过程面临的障碍,结合激励机制理论和环境经济学原理,提出了促进再生水利用经济外部性内部化的主要途径和激励手段。再生水利用激励机制将政府、再生水企业、用户有效地结合起来,妥善处理其中的利益关系,从而推动我国再生水市场健康发展。
2022, 38(2):119-127. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.017
摘要:采用InVEST模型的产水模块研究海南岛1995—2015年的产水量时空变化,同时基于FLUS模型利用1995年与2015年两期的土地利用数据及自然、交通和社会因子,模拟2035年海南岛不同情景的土地利用变化及其对产水功能的影响。结果表明:1995—2015年海南岛城镇化加剧导致建设用地增加,增加的建设用地主要来源于林地和耕地的转换;1995—2015年海南岛产水量处于增长状态,产水深度总体呈现出东北部高、西南部低的空间分布格局;2035年自然发展情景下海南岛仍延续快速城镇化的发展速度,建设用地将增加36.7%,由此导致海南岛产水量较2015年增长0.67%;生态空间保护情景下的产水量增长率为-0.21%,实施生态保护措施可以很好地抑制产水量的增加,能够降低洪涝风险,保障海南岛生态系统产水功能。
2022, 38(2):128-138. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.018
摘要:以CNKI和Web of Science数据库为数据源,将长江流域范围内地表蒸散研究与国内外地表蒸散研究利用CiteSpace信息可视化软件进行了计量比较分析。结果表明:1992—2020年,国内外共发表地表蒸散为主题的文章5 216篇,其中长江流域范围内179篇,2016年前中英文文章数量皆呈增加趋势;长江流域内地表蒸散研究中,南京信息工程大学、河海大学和中国科学院南京地理与湖泊研究所论文数量在研究机构中名列前三,这些研究机构主要依靠所属试验站提供实测蒸散数据和气象数据进行蒸散模拟与验证研究;研究内容以蒸散获取和数值模拟为重点,其次为地表蒸散变化机制与时空演变过程分析,而关于地表蒸散变化的生态环境效应研究相对较少;从高引用趋势可以发现,在地表蒸散估算精度不断提高的情况下,学者们也逐渐关注蒸散组分、变化机制的研究,环境因子对长江流域内地表蒸散的影响研究较多,而土地利用、地表覆被、植被类型等下垫面性质及变化对蒸散的影响研究较少;蒸散变化效应分析则主要集中在地表蒸散对水平衡、湿地处理以及作物产量的影响。
2022, 38(2):139-146. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.019
摘要:基于1962—2016年珠江三角洲河网区12个水文站的月平均水位资料,利用Mann-Kendall趋势检验法、旋转经验正交函数法(REOF)等方法分析了该地区平均水位的时间演变趋势和空间分布特征。结果表明:水位呈显著上升趋势的月份主要集中在1—3月和12月,水位呈显著下降趋势的月份主要集中在8—9月;珠江三角洲河网区平均水位分布特征可划分为4个典型空间异常型,第一空间异常型表现为旱季水位呈上升趋势,雨季水位呈下降趋势,第二、三、四空间异常型均表现为旱季和雨季水位均为先上升再下降的趋势。
2022, 38(2):147-153. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.020
摘要:针对汾河流域河川径流量、河川基流量急剧减少和流域内生态环境恶化严重的问题,根据汾河流域上游控制站兰村水文站实测径流量数据,对比了数字滤波法、时间步长法对汾河流域基流分割的适用性,分析了基流变化特征及主要影响因素,并应用随机森林算法对影响因素重要性进行了评价。结果表明:数字滤波法(α=0.925)适宜汾河流域基流分割,可以客观反映汾河流域基流情况;河川基流量在1956—2016年呈极显著下降趋势,在2008年之后有所缓解,突变发生在1981年和2008年;汾河流域上游基流年内分布呈典型双峰型结构,峰值流量从之前的8月转移至3月,2000—2009年平均基流量仅为1956—1959年的1/8;降水量减少对基流量减少的贡献率仅为9.96%,不考虑气温影响时人类活动对基流量减少的贡献率为83.19%;人类活动中煤矿开采和地下水开采是造成基流减少的主要因素。
2022, 38(2):154-159. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.021
摘要:为优化黄河三角洲作物结构,以东营市垦利区为例,计算了当地主要作物各生育阶段及整个生育期内的作物需水量、有效降水量以及淋洗需水量,并对不同作物的水分盈亏情况进行了分析。结果表明:作物补充灌溉需水量从小到大依次为玉米、棉花、小麦、水稻;玉米水分亏缺程度最低,应适当增加玉米种植面积或者把冬小麦、夏玉米轮作更换为一年种植两季玉米(春玉米和夏玉米);减少棉花在中、轻度盐碱地的种植面积,对耐盐性较好的棉花改用排水回用或微咸水灌溉;兼用灌溉用水和洗盐用水种植水稻,在经水稻种植改良成轻度盐碱地的土壤上种植玉米和小麦。
2022, 38(2):160-167. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.022
摘要:为精准揭示三峡库区澎溪河流域非点源污染的空间异质性特征,基于WRF模型,构建了反映流域3 km×3 km精细格点降水的流域非点源污染模拟预测模型,对澎溪河流域非点源负荷进行模拟预测。结果表明:与由澎溪河流域6个气象站点2009—2012年观测降水资料得到的径流模拟结果相比,基于WRF模型输出降水的径流模拟精度提高了27%,总磷质量浓度模拟精度提高了31%,总氮质量浓度模拟精度提高了36%;采用WRF模型输出降水模拟的年径流量范围为35.28亿~54.04亿m3,总磷负荷均值为1 151.35 t/a,总氮负荷均值为11 759.72 t/a;澎溪河流域总磷、总氮非点源负荷较高的子流域单元多呈集聚状分布在河流水系附近,空间异质性明显。
2022, 38(2):168-175. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.023
摘要:以滦河承德段为研究对象,先对该河段的9个断面采用单因子指数法和灰色关联分析法进行了水质评价,再根据水功能区特征划分控制单元,采用一维模型核算该河段的水环境容量,最后基于经济、环境、公平原则,采用等比例分配法对各行政单元进行水环境容量初始分配,选取GDP、区域面积、人口作为基尼系数的分配指标,并利用各指标下的基尼系数对分配方案进行了评价及优选。结果表明:滦河承德段水质较优,COD、NH3-N、TP 3种污染物的水环境容量分别为5203.61t/a、505.71t/a、72.92t/a;在环境容量分配中,4种分配方案均满足相对公平要求,且环境效益权重较大的方案更为合理。
2022, 38(2):176-182. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.024
摘要:为系统认识我国不同区域河流生态基流达标现状,针对全国各大流域90个已确定生态基流目标的主要河流控制断面,基于2009—2018年实测流量资料,综合月均流量、日均流量2种不同达标评估方法,对断面生态基流达标现状进行了评估,并初步剖析了不同区域不达标原因,提出了调控保障建议。结果表明:按照月均流量达标评价,全国主要河流断面生态基流达标率为73.3%;采用日均流量达标评价方法,全国主要河流断面生态基流达标率显著下降,仅为26.7%。东北、西南地区生态基流达标率好于其他区域,黄淮海地区的淮河水系、沂沭泗水系及东南沿海地区的西江水系为本次评价中生态基流达标率最差的3个水系。全国层面,取用水总量高、取用水季节性冲突、水利工程不合理调度等人为因素是生态基流不达标的主要原因,占比62.3%。
2022, 38(2):183-189. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.025
摘要:从水安全保障、水资源保护、水污染防治、水环境治理、水生态修复、水文化建设、水工程管护、水制度创新等8个方面选取30个指标,构建了生态河道建设评价指标体系,利用云模型对江苏省宿迁市生态河道建设进行评价。结果表明:云模型对宿迁市生态河道建设综合评价值为89.52,说明其生态河道建设处于良好水平;水资源保护子体系综合评价值最低,处于中等水平,其余一级指标子体系综合评价值处于良好水平,验证了云模型评价方法在生态河道建设评价中的有效性和适用性。
2022, 38(2):190-196. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.026
摘要:针对罗梭江替代生境适宜度及影响因素尚缺乏定量分析的问题,选取澜沧江干流特有经济鱼类中国结鱼(Tor sinensis)为目标物种,基于河流内流量增加法(IFIM),结合二维水动力模型和鱼类栖息地适宜性曲线,建立了罗梭江典型鱼类的栖息地评价模型,分析了替代生境适宜度及其影响因子。结果表明:罗梭江作为澜沧江最大支流,能为中国结鱼提供良好产卵场,产卵场在丰水期(7—9月)数量和质量较优,高质量产卵场主要分布于河流蜿蜒处;罗梭江不适宜成鱼全年栖息,尤其在枯水期(2—4月),成鱼产卵及育肥适宜度最差。在罗梭江替代生境后期管理中,建议优先加强对河流弯道处的生境保护及捕捞管理,同时重视其关联干流的生态保护。
2022, 38(2):197-202. DOI: 10.3880/j.issn.1004-6933.2022.02.027
摘要:研究了改性植物单宁(Tanfloc)絮凝对铜绿微囊藻的去除效果、影响因素及机理。10 mg/L的Tanfloc投加量下,10 min内即可获得94%的高去除率,而当投加量进一步增加时,去除率反而略有下降。Tanfloc具有较宽的初始pH值适用范围,在酸性条件下和弱碱性条件下(pH值不大于9.0),藻去除率均超过90%;而在强碱性条件下(pH值不小于10.0),藻去除率逐渐下降。Tanfloc在高藻细胞密度(大于4.87×109 个/L)下可以获得大于95%的高除藻效果。水体pH值会影响除藻机理,pH值为5.5、8.0和9.5时,电中和、静电簇和架桥作用分别是除藻的主要影响因素。
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