水循环模拟与水资源配置云模型服务平台构建与应用

水利云模型研究仍处于起步阶段,缺乏水循环模拟、水资源配置云模型服务平台。该研究构建水循环模型、水资源多目标优化配置模型,采用模块化建模方式,以模型库为核心,基于B/S开发架构,设计研发多模型云服务平台,实现两个模型的双向耦合,并以渭河流域陕西段为例,构建渭河流域陕西段水循环模拟与水资源多目标配置云模型服务平台,模拟分析研究区水循环演变规律,开展规划水平年水资源多目标优化配置研究。结果表明：1)状头以上率定期和验证期的相对误差分别为-4.32%和-1.62%,月平均径流Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.80和0.82,林家村—咸阳率定期和验证期的相对误差分别为-4.96%和-1.71%,月平均径流Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.79和0.81,云模型服务平台的水循环模型较好地刻画了径流变化过程;2)调用云模型服务平台的水资源配置模型,利用遗传算法(NSGA)-Ⅲ、群体多属性决策模型筛选出渭河流域水资源合理配置方案,2025年需水量63.35亿m³,供水量为58.30亿m³,缺水5.05亿m³,缺水...     

综合灌溉用水效率研究——以河北省成安县为例

灌溉用水效率评价是提高灌溉水资源利用效率的基础。为克服传统的灌溉用水效率评价将相对评价和绝对评价分离的缺点,基于农户的灌溉用水生产技术效率(灌溉用水技术效率)和水分生产率,兹提出了综合灌溉用水效率的概念。以河北省成安县为例,基于问卷调查数据,测算了农户的灌溉用水技术效率和水分生产率,分析了农户的综合灌溉用水效率和节水潜力,并基于Tobit模型研究了影响农户灌溉用水效率的因素。结果表明,农户的平均灌溉用水技术效率为68.36%,平均作物水分生产率为1.38 kg/m3,综合灌溉用水效率为0.62。农户的年龄、文化程度、灌溉电价、农户的主要收入来源都对灌溉用水效率有显著的影响。     

基于地下水更新能力的黄河下游豫北平原地下水脆弱性研究

豫北平原地处黄河中下游,地下水污染问题随着大发展愈加严重,地下水脆弱性评估是度量潜在地下水污染的有效工具,是管理地下水资源和预防地下水污染的前提。目前传统的DRASTIC模型已成为地下水脆弱性评价最为广泛的手段,但其评价结果需要有充分的地下水化学、同位素相关分析的证据,因此研究采用DRASTIC与地下水更新能力相结合的方法,在传统DRASTIC模型评估豫北平原区地下水脆弱性的结果上,形成“层次分析框架-GIS”地下水易污性分布图,采用氢氧稳定同位素、地下水年龄和更新速率来建立的地下水更新能力指标,分析验证地下水脆弱性结果,研究表明：极高和较高脆弱性区域主要分布在靠近南太行山前和黄河两侧的地区,分别覆盖研究区面积的13%和18.5%,同位素发生明显的富集(²H:-65～-53SMOW‰,³H:16.6～29.1TU,¹⁸O:-8.9～-7.4SMOW‰),地下水年龄较小(2～6.6年),地下水的更新速率较快(4.3%～15%a^-1);而极低和较低脆弱性区域主要分布在研究区中部和北部,分别覆盖17.9%...     

基于能量转换的地貌单位线计算方法及应用

该研究基于能量转换原理构建汇流模型,针对中小河流汇流参数确定困难、汇流计算准确度低的问题,分析流域内水质点能量的空间分布,采用将重力势能转化为动能的方式估计地表水流速度,计算空间流速场并提取地貌单位线。采用分辨率30 m×30 m的数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）数据,将湖南省竹溪坡流域划分为57个计算单元,分别采用能量转换法和坡度雨强法提取了地貌单位线。构建了研究区的分布式模型,其中产流计算采用新安江模型,坡面汇流采用地貌单位线模型,河网汇流采用马斯京根法,对竹溪坡流域36场降雨径流过程进行模拟。采用统计方法分析汇流参数,对参数的取值范围进行了评估。结果表明,与坡度雨强法相比,基于能量转换方式的洪水模拟结果中,峰现时间误差不超过1 h的场次比例由30.5%提高到83.3%,确定性系数不低于0.9的场次由9场提升至17场,平均确定性系数达到0.89,显著提高了模拟精度。通过对断面流速进行统计分析,评估竹溪坡流域汇流参数取值范围为[0.008, 0.014],当参数在此区间浮动时,确定性系数不低于0.9的场次比例为44%～50%,与率定得到的结果接近。该方法物理意义明确,参数可以通过率定或者测量方式确定,为无资料地区汇流规律研究提供了一种可靠思路。     

地下水埋深空间插值方法比较和空间变异性研究

为准确获取区域内地下水埋深空间分布特征以及在水土环境变迁下其年际动态变化规律。以甘肃景泰川电力提灌灌区为研究区,以2015年的16个监测井测得的地下水埋深数据为基础,采用Arc GIS软件中的空间插值模块分别运用反距离权重法、样条函数法、趋势面法以及普通克里金法对区域内地下水埋深数据进行空间插值,并采用交叉验证法和误差矩阵评价方法选取地下水埋深最优插值方法。运用最优插值方法对研究区1994、2001、2008和2015年的地下水埋深观测数据进行空间插值。结果表明:普通克里金(球面函数)插值精度最高,能准确反映地下水埋深时空变异规律及分布特征。研究区地下水位埋深总体上表现为西南低东北高的特征,呈现由西南到东北逐渐升高的趋势,研究区地下水埋深最小值每年都在减小,浅埋深区域逐年增加,地下水埋深平均值2015年较1994年减小了4.85 m,表明整个研究区地下水埋深都在持续抬升,但研究区内,地下水埋深最大值变化较小。该结果表明在水土环境变迁下研究区地下水埋深呈现出逐年升高的趋势,对研究区盐渍化土壤的水盐调控及地下水资源合理开发利用具有重要意义。     

垄植沟灌夏玉米棵间蒸发试验研究

为了探明沟灌夏玉米农田棵间蒸发规律,采用自制不同直径的棵间蒸发皿在夏玉米全生育期内分别于每天早上8点加以观测,对不同水分下限条件下沟灌夏玉米大田总蒸发量及垄面、沟面蒸发量进行了试验研究.结果表明沟灌夏玉米棵间蒸发量随着土壤水分下限降低呈减少的趋势,在全生育期内棵间蒸发在拔节前占很大比例,苗期和拔节期农田棵间蒸发量各占蒸腾量的90%和40%左右;拟合不同水分处理沟面和垄面蒸发的线性方程,相关系数在0.8以上;最后对比苗期和抽雄后期垄沟蒸发过程,两者都随着时间推移呈减小的趋势.垄面蒸发和沟面蒸发的比例约为20∶13,这为以后沟灌夏玉米农田土壤水分循环模拟提供了数据参考,在沟灌夏玉米农田蒸发中,应在拔节期前控制棵间蒸发量达到节水的目的.     

黄土台塬区不同时代黄土水分入渗特性和迁移规律的试验研究

为了探索黄土台塬地区不同时代黄土水分入渗特性和迁移规律，通过黄土台塬区不同时代黄土(Q₄,Q₃,Q₂)分层垂向一维积水入渗试验、自然降雨和地表入渗池800 mm入渗条件下的土壤水分迁移试验，分析了不同时代黄土的入渗特性和土壤水分迁移特征，并采用3种入渗模型对入渗过程进行拟合。结果表明：Q₂黄土入渗能力最弱，稳定入渗率为0.53 mm/min，较Q₄和Q₃黄土的稳定入渗率分别低44.2%和45.4%;Q₄黄土的入渗过程较好地符合Kostiakov模型，Q₃、Q₂黄土的入渗过程较好地符合Horton模型。研究区自然降雨和蒸发对土壤水分的最大影响深度约1.0 m，入渗后第4～83 d，入渗池中心土壤湿润锋从2.65 m运移到4.20 m，入渗池中心垂向入渗湿润锋深度随时间呈幂函数关系变化。     

尾墩体型优化对消减南水北调典型渡槽水位波动的效果研究

南水北调中线工程大流量输水期间，部分渡槽出现尾墩下游尾涡交替作用及槽身段水位大幅波动现象，严重影响工程的输水稳定及结构安全。针对提出的“渐收缩、加长尾墩”用以破除尾涡、消减水位波动的尾墩体型优化方案，采用RNG k-ε模型和VOF方法，研究不同尾墩型式及尾墩长度对消波控制的效果，并确定了适宜的工程措施。研究结果表明，在各类常见墩体型式中，椭圆形尾墩对消波控制效果最佳；当其墩体加长至8 m时，消波控制效果显著，可有效改善槽身水流流态和水力特性；尾墩长度超过一定范围后，对槽身段水位波动的消减效果提升较小，推荐墩体长度采取8 m左右，兼顾控制水位波动效果和工程投资最少要求。     

河北省城镇居民层次化需水研究

随着城市化的发展和居民生活水平的提高，城镇居民生活节水成为节水工作的重点。将城镇居民生活用水细分为饮用水、烹饪用水、洗漱用水、环境清洁用水、洗衣用水、洗澡用水及冲厕用水共7部分，针对河北省城镇居民2016年和2020年用水行为开展问卷调查，基于刚性、弹性、奢侈用水层次理论，构建居民层次化生活需水评判模型，并通过问卷进行参数率定，计算各用水行为的层次化用水量，横向、纵向对比分析城镇居民3个层次用水量的用水结构变化及时空变化规律。研究结果表明：(1)2016年洗衣和洗澡用水占总用水量的54%,2020年占比60%，均超过50%，而且洗衣和洗澡用水是弹性用水和奢侈用水的主要组成部分。(2)2016年人均刚性、弹性、奢侈3个层次用水量分别占总人均用水量的51%、33%、16%;2020年人均刚性、弹性、奢侈用水量分别占总用水量的48%、33%、19%。人均刚性用水量比重减少，人均弹性用水量比重保持不变，人均奢侈用水量比重增加。(3)河北省经济发达地区（石家庄市、保定市）的人均刚性用水量小于经济欠发达地区（张家口市、承德市），人均弹性和奢侈用水量大于经济欠发达地区，可见经济越发达地区，人均刚性用...     

河北省城镇居民生活层次化用水的影响因素分析

随着城镇化进程的不断加快，居民生活用水成为新的需水增长点。目前，大多数基于因素分解模型的研究偏向于用水总量的影响因素，对刚性、弹性、奢侈3个层次的居民生活用水因素的分解未见报道。在河北省城镇居民层次化需水研究的基础上，基于刚性、弹性、奢侈用水层次理论，构建居民层次化生活需水评判模型，并通过调查问卷进行参数率定，计算各用水行为的层次化用水量。为定量识别河北省各层次用水变化的影响因素，运用Kayal恒等式和LMDI分解法，计算了河北省11个城市人口规模、经济发展水平、节水技术水平对城镇居民刚性、弹性和奢侈3个层次用水变化的影响程度，并进行分析。结果表明：(1)人口规模效应和经济发展水平效应为正向促进效应，节水技术水平为负向抑制效应；全省来看，刚性用水中节水技术水平效应起主导作用，在弹性用水和奢侈用水中经济发展水平效应起主导作用。(2)大部分城市刚性用水呈增长趋势，其中经济发展水平起主要促进作用，节水技术发展有一定抑制作用；(3)除邢台市外，各城市弹性用水量均呈增长趋势，人口规模和经济发展对弹性用水量的增长起正向作用，节水技术水平效应对弹性用水量增长起抑制作用；(4)大部分城市奢侈用水量增长...