黄河下游典型滩区社会经济—防洪安全—生态环境耦合协调分析

黄河下游滩区是一个复杂的互馈系统，系统的安全及协调发展关系到一个地区的稳定与可持续发展。为科学评价黄河下游典型滩区社会经济-防洪安全-生态环境耦合系统的安全发展水平与协调程度，明确影响其发展趋势的主要原因。针对黄河下游兰东滩区的区域特征，综合考虑社会经济、防洪安全、生态环境对滩区发展的影响，遵循指标选取的诸多原则，通过组合权重法确定指标体系权重，构建了黄河下游兰东滩2001-2020年的耦合协调度模型，对耦合协调度变化趋势进行分析预测。结果表明：(1)黄河下游兰东滩区社会经济-防洪安全-生态环境耦合系统相互作用明显，但整体协调耦合发展程度不高，距离优质协调还有一定的差距；(2)综合系统的耦合度与耦合协调度拟合优度较好，均在0.9以上，且其趋势线与防洪安全评价指数趋势较为接近，表明防洪安全对综合系统的影响较大；(3)组合权重占比较大的主要是防洪安全方面的指标，其次是社会经济，最后是生态环境，表明兰东滩安全发展与环境友好的前提就是保障最基本的防洪安全；(4)3个子系统的安全评价指数在近20年都有不同程度的增幅，社会经济子系统安全评价指数稳定上升，增长速度明显高于防洪与生态，防洪安全与生态环...     

锦江水库对下游径流年际变化影响分析

基于仁化、长坝2个研究站点及参照站点犁市1958-2009年的日径流资料,分别采用滑动平均法和Mann-Kendall检验法定性与定量分析各站点径流年际变化趋势,再联合R/S分析法计算出Hurst指数评估趋势的持续性,最后用改进的Mann-Kendall法作突变点检验,以此来分析锦江水库对下游径流年际变化的影响。同时,分析研究区域的降水年际变化以印证水库对下游径流年际变化的影响。结果表明,建库后多年平均降水量增加,锦江下游多年平均径流量却减少;Mann-Kendall检验表明建库后锦江下游仁化段在汛期(4、5、6月)的月径流量年际间呈显著下降趋势,年径流总量虽成下降趋势,但Hurst指数显示这种趋势的持续性很弱;突变检验表明锦江下游年径流在2004-2008年期间发生突变。总体而言,锦江水库对锦江下游的影响程度要大于对干流浈江的影响。     

黑河分水对中下游水环境的影响

黑河流域水资源紧缺,区域生态环境十分脆弱。分析表明分水对中游会产生一定的负效应:分水引起地表水与地下水转化减弱,同时对地下水的开采有增加的趁势,叠加作用的结果使得中游地区水环境恶化,地下水位下降1.3~2.7 m,地下水储量减少约8.2×108m3,给中游绿洲植物的生长带来潜在威胁;而对下游有一定的正效应,增加了下游的入境水量,下游的河岸地下水位抬升幅度在横向上0.4~0.6 m,纵向上0.3~3.1 m,有效地改善了下游的水环境,从而使下游的生态环境的恶化得到一定程度的遏制,植被覆盖明显增加。但对黑河中、下游水质变化监测还需要进一步加强。     

伊洛河入汇对黄河下游水沙关系的影响分析

根据小浪底、花园口、黑石关3个水文站近50 a实测径流量与输沙量数据资料,运用交叉小波分析方法,结合交叉小波能量谱、小波凝聚谱和小波功率谱探讨了尹洛河水沙入汇对黄河干流下游水沙的影响。结果表明:(1)黑石关与小浪底径流量在1978-1992年间均具有4~9 a的周期尺度;黑石关站输沙量和小浪底站输沙量相关性不显著;(2)黑石关径流量对花园口径流量有持续稳定的影响,主要体现在1965-1996年的0~9 a的周期尺度上;黑石关输沙量对花园口输沙量有一定影响,主要表现在1958-1970年的4~10 a和1956-1962年的0~6 a的周期尺度上,但影响程度不大。总体而言,伊洛河水沙入汇对黄河下游径流过程影响显著,输沙过程影响不大。     

煤矿排水影响下的水体水质特征及灌溉适宜性评价——以贵州织金县贯城河小流域为例

煤矿废水的直接排放影响下游农田灌溉的水体水质。以贵州省典型煤矿区织金县贯城河小流域为例,研究基于GIS的水质空间分布特征,并用EC、SAR、Na%和KI指数对地表水和地下水的农田灌溉适宜性进行评价。结果表明,受矿山开采的影响,地表水各物理化学参数变化范围较广,地下水中SO_4~(2-)含量范围变化较大;地表水和地下水中pH、EC、TDS、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)和HCO_3~-具有较一致的空间分布特点;大部分地表水处于较适合灌溉水平,与矿山排水有水力联系的上游地表水体灌溉适宜性较差,而地下水均适合用于灌溉。     

变标度法的轴承故障诊断方法研究

滚动轴承的早期故障,其振动信号微弱,常规的故障诊断方法难以准确辨析。本文从分形原理出发,利用Hurst指数和变标度极差分析法,对轴承微弱故障产生的非平稳、非线性信号进行了定量的描述。研究表明,滚动轴承不同类型的故障,其动力学产生的机制不同,造成其分形维数、Hurst指数明显不同。因此利用Hurst指数以及变标度极差分析法可以准确地诊断和预测滚动轴承的早期故障。文章研究内容为滚动轴承的微弱故障的诊断与预测提供了新的研究思路。     

BP神经网络在浅层地下水矿化度预

针对导致黄河下游三角洲地区土壤盐渍化的浅层地下水因素,以该地区典型区域为研究对象,将人工神经网络引入地下水矿化度的模拟和预测中,建立了基于土壤盐分、地下水埋深和pH的地下水矿化度预测的BP神经网络模型,并与多元回归模型在拟合精度和预测性能方面进行了比较。结果表明：研究区域地下水矿化度与土壤盐渍化程度呈显著的相关性,多元回归模型能较好地拟合地下水矿化度;通过网络训练确定了地下水矿化度的BP神经网络的拓扑结构为5：8：1,BP神经网络的拟合精度明显优于多元回归模型;统计检验表明BP神经网络的预测性能亦优于多元回归方法,其预测精度提高了50.1%。该研究可为黄河三角洲地区盐渍化的水盐调控和预测预报提供理论基础与决策依据。     

2000—2013年北部湾海岸带蒸散量时空动态特征

基于北部湾海岸带2000—2013年MOD16蒸散发(ET)数据和植被类型数据,借助于Theil-Sen中值趋势分析、Mann-Kendall检验以及Hurst指数等数理统计方法对海岸带蒸散量的时空变化特征进行定量分析,并在此基础上对蒸散量的未来变化趋势进行预测。结果表明:时间尺度上,2000—2013年北部湾海岸带蒸散量呈波动增加趋势,增速为1.41 mm/a,高于广西桂南地区,海岸东岸蒸散量增速快于全区,而丘陵地区和海岸西岸地区增速慢于全区。季节蒸散量由大到小排序为:夏季(111.88 mm)、秋季(93.45 mm)、春季(85.57 mm)、冬季(47.98 mm),分别占年内蒸散量的33.01%、27.58%、25.25%和14.16%;空间尺度上,蒸散量自东北—西南中心线呈现海岸带西岸年均蒸散量高于海岸带东岸,东南地带年均蒸散量达到全年最小值的态势,ET_sen趋势度介于-50.93~51.76 mm/a,海岸带蒸散量在空间上呈现出减小的趋势;空间波动性上,海岸带蒸散量的变异系数较大,其值介于0.02~0.39。海岸带中部以及东南部蒸散量处于高波动状态,而海岸带西岸和西北部处于低波动状态,其中合浦县的南流江三角洲蒸散量的波动性最大;未来变化趋势上,海岸带蒸散量Hurst指数的范围为0.25~0.93,平均值为0.68,呈现单峰右偏分布,Hurst指数反持续序列(7.58%)小于持续性序列(92.42%),说明研究区ET未来变化呈持续性减小的趋势。     

基于同位素和水化学的地下水污染机理研究

为查明河南省新乡市浅层地下水的污染机理,通过现场调查并对地下水、地表水进行采样,测定其氢、氧稳定同位素及水化学成分,对水样的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律进行了分析。结果表明:降水是地下水的主要补给源。太行山区是剥蚀丘陵岗地地下水的主要补给区;中部冲洪积平原地下水受共产主义渠水的影响,二者同位素值较接近;受黄河灌溉回归水的影响,南部冲积平原地下水氢氧同位素值较接近黄河水,是大气降水和黄河水的混合水体。而研究区地下水污染除与地表污水侧渗、污染物通过包气带直接下渗有关,还与不合理开采地下水导致盐分和污染物的迁移有关。     

基于集对分析的黄河源区气候变化分析

理论与实际相结合综合确定气候特征突变年份,进而根据黄河源区气象站2015年前日照、气温、风速及降水数据,应用粗糙集及集对分析相关理论构建黄河源区气候特征联系度模型,结合Mann-Kendall及R/S方法探讨黄河源区气候特征的变化趋势。结果表明:与基准期1990年前相比,黄河源区气候特征存在向不稳定发展的态势, 20世纪90年代末以来针对黄河源区保护措施的实施遏制了变差的趋势,效果较为明显,但对于改变黄河源区现阶段整体变差趋势的效果较弱,且Hurst指数为0.38,系统具有反持续性,促使该状态的转变仍需很长一段时间。     

干旱区地下水脆弱性机理及评价指标体系的探讨

从系统学的观点出发,辩证地研究了干旱区地下水系统作为一个开放性的自然-人工二元复合系统所具有的功能及其环境,揭示了其脆弱性机理,建立了地下水脆弱性的评价指标体系,并根据模糊数学的原理,对石羊河流域各分区的地下水脆弱性采用二级模糊综合评判模型进行了评价。评价结果表明:民勤县和古浪县为极端脆弱,凉州区为严重脆弱,金昌市为一般脆弱。评价结果与实际情况相符合,说明该评价指标体系和评价方法具有一定的科学性和合理性。     

易涝易渍农田地下水动态特征

地下水动态是评价易涝易渍农田生产稳定性的重要指标,基于湖北四湖流域大量调查观测资料对此进行了研究。结果表明,易涝易渍农田地下水位存在明显的年、季差异,呈现出一定的波动性,在不同季节以及不同水平年间波动幅度不大,绝对偏差一般只有1 0~2 0 cm左右,最大不超过4 0 cm,地下水位呈现出在高水位上波动的特点;从微地形地貌看,沿江地势较高的农田其地下水平均埋深和地下水位波动与地势低洼的滨湖农田明显不同,前者明显大于后者。在较大尺度上当降水很接近时,农田地下水埋深随微地貌分异并不显著;对于水网密织的南方平原湖区,农田地下水位变化与周边水体相联系并受其影响,在农田涝渍防治中必须处理好农田与周边水体的关系。     

扬水灌区封闭型水文地质单元的地下水盐动态研究

西北内陆干旱区的扬水灌区灌溉排水属外引内排方式,灌区内的水盐运移主要受控于灌溉水入渗,属于典型的入渗-蒸发型水盐运移。对扬水灌区封闭型水文地质单元15 a监测资料的分析表明,监测区的地下水运移具有径流滞缓、水盐积累的特点。灌溉水入渗带和溶质迁移带的地下水矿化度受入渗溶滤影响呈振荡变化型,汇水聚盐带的盐沼化面积由1993年的25.83 km2增加为2008年的30.88 km2,地下水矿化度和土壤含盐量均呈逐年上升趋势,地下水矿化度最高达172.15 g/L,水化学类型为Cl-—SO42-—(K++Na+)—Ca2+型。     

地下水超采评价的指标体系与评价过程

地下水超采评价工作对于合理开发利用地下水、逐步控制超采具有重要的指导意义。从地下水系统胁迫(地下水开采)-状态(地下水位下降)-响应(诱发地质环境因子及生态环境变化)的过程出发,在分析地下水超采评价指标及评价方法的基础上,初步构建了地下水超采评价指标体系,并提出了地下水超采综合评价过程,以期为更好的开展地下水超采评价工作提供参考。     

河北省地下水超采治理效果过程化评价

为解决地下水严重超采问题,河北省开展了一系列的综合治理工作,如何把治理工作长期有效地坚持下去,就要通过科学合理的评估手段来实现.基于此,提出了地下水超采治理效果过程化评价模式,并构建了主题化评价指标体系,采用组件技术、综合集成技术将评价方法组件化,基于综合集成平台实现地下水超采治理效果的过程化评价.以河北省衡水市为例开展实例研究,根据地下水超采情况确定地下水环境状况、水资源利用状况、土壤环境状况和社会经济状况4类评价主题,采用灰色关联评价和影响因子相关分析方法,对衡水市2013-2017年地下水超采治理效果指标数据进行评价,结果表明:2014年以来衡水市地下水超采状况得到有效缓解,2016年和2017年评价等级均为良,超采治理效果显著.治理效果过程化评价可为地下水超采治理和保护提供科学依据,并促进地下水资源的可持续发展.     

水闸闸室体系可靠度分析

在结构体系可靠度研究的基础上，根据水闸的工作特点，对服役水闸的体系可靠度计算方法进行了探讨．并分析了建子软基上的水闸闸室的体系可靠度。对水闸闸室的安全性进行了评价。软基上的水闸可看成由4种主要失效模式（沿闸基面的滑动、下游闸趾压坏、上游闸踵拉裂和上下游应力不均匀）所组成的串联体系。通过工程实例，建立了水闸极限状态功能函数，运用Monte-carlo法求得对应的可靠性指标与失效概率；并用常用的体系可靠度计算方法得到水闸体系可靠度和失效概率。由计算结果看出，水闸闸室沿闸基面滑动为水闸的最主要失效模式．上下游应力不均匀、上游闸踵拉裂、下游闸趾压坏为次要失效模式。可采取相应措施来提高水闸的抗滑穗定性。另外，某些变量的随机特性对失效模式的可靠性指标影响甚大。变量摩擦系数、粘聚力为影响水闸稳定的关键参数。而变量上下游水位则影响上下游应力的不均匀性。     

焦作地区水文地质条件对浅层地下水污染的控制作用研究

通过现场调查、水质分析以及模拟污染物扩散迁移发现,受水文地质条件的控制,在焦作不同区域浅层地下水的主要污染方式不同。水文地质条件还影响着污染物在地下水系统中的分布、迁移。在山前倾斜冲洪积平原地区,主要污染方式为入渗---径流扩散,本区浅层地下水对污染敏感性较高,浅层地下水中污染物浓度高于其他地区,污染物进入地下水系统后在地下径流的控制下自西北向东南方向扩散,沿大沙河一线扩散最快;在山前交接洼地,径流---蒸发浓缩作用成为主要的污染方式,长期的蒸发浓缩作用使得该区总硬度普遍超标;黄沁河冲积平原地区,入渗---蒸发浓缩为主要的污染方式,受包气带土层特殊性质的影响,浅层地下水氟污染较严重。     

Development and application of a modeling approach for surface water and groundwater interaction

Investigation of the interaction of surface water (SW) and groundwater (GW) is critical in order to determine the effects of best management practices (BMPs) on the entire system of water resources. The objective of this research was to develop a modeling system for considering SW–GW interactions and to demonstrate the applicability of the developed system. A linked modeling approach was selected to consider SW–GW interaction. The dual-simulation scheme was developed to consider different time scales between a newly developed surface model: Dynamic Agricultural Non-point Source Assessment Tool (DANSAT), and existing groundwater models; a three-dimensional finite-difference groundwater flow model (MODFLOW) and a modular three-dimensional transport model (MT3D). A distributed and physically based DANSAT predicts the movement of water and pesticides in runoff and in leachate at a watershed scale. MODFLOW and MT3D simulate groundwater and pesticide movement in the saturated zone. Only the hydrology component of the linked system was evaluated on the QN2 subwatershed in the Nomini Creek watershed located in the Coastal Plain of Virginia mainly due to lack of observed data for MT3D calibration. The same spatial scale was used for both surface and groundwater models while different time scales were used because surface runoff occurs more quickly than groundwater flow. DANSAT and MODFLOW were separately calibrated using the integrated GW approach which uses own lumped baseflow components in DANSAT, and using the steady-state mode in MODFLOW, respectively. Then the linked system was applied to QN2 based on the parameters selected for DANSAT and MODFLOW to simulate time-dependent interactions on the entire system. The linked approach was better than the integrated approach for predicting the temporal trends of monthly runoff by improving the monthly Nash–Sutcliffe efficiency index from 0.53 to 0.60. The proposed linked approach will be useful for evaluating the impacts of agricultural BMPs on the entire SW–GW system by providing spatial distribution and temporal changes in groundwater table elevation and enhancing the reliability of calibrated parameter sets.     

区域尺度地下水浅埋区拟二维水流数值模型

建立拟二维系统模型,在非饱和含水层采用沿平面积分得到的垂向一维方程,在饱和含水层采用沿侧向积分得到的垂向二维方程,推导了模型的动态耦合项,提出饱和-非饱和含水层迭代耦合算法,解决潜水面处网格变动问题。与SWMS_2D进行对比,采用垂向二维水分运动稳定流解析解算例验证拟二维模型的准确度,采用非稳定流算例验证拟二维系统模型对计算效率提升的显著性。