基于Guelph法的土壤饱和导水率测定方法对比

为探寻该区域Ks的最优测定方法,应用Guelph入渗仪测量了川中低山丘陵区的林地和坡耕地土壤的饱和导水率,对比分析单水头法(LA法、USH法)和双水头法(TH法、BH法)所测得饱和导水率(Ks)的差异,同时比较了田间原位Guelph法与室内降水头法测定结果的差异。对于同一土层深度,不同方法估算所得的Ks有较大的差异:1)双水头TH法测得的值最大(坡耕地土层>20～40cm除外),林地0～20cm,>20～40cm土层的Ks值分别为0.134,0.266mm/min,坡耕地0～20cm土层的Ks值为0.860mm/min。单水头USH法5cm水头所得值最小,林地0～20和>20～40cm土层的Ks值分别为0.015和0.022mm/min,坡耕地对应土层则分别为0.040和0.022mm/min;2)单水头USH法10cm水头(USH2)测得的Ks大于5cm水头(USH1)所得值,采用前者所测得林地0～20和>20～40cm土层、坡耕地0～20和>20～40cm土层的Ks值分别为0.031,0.056,0.211,0.031mm/min;3)田间原位BH法和USH2法(压力水头为10cm)测定的Ks均大于室内降水头法所测得的值,这可能与室内环刀法在采样中对土壤大孔隙通道的切断与破坏、所测定土壤样品的体积较小有关。综合上述结果,并考虑到单水头法操作简便,故而该研究推荐在川中低山丘陵紫色土地区使用单水头USH2法,压力水头为10cm。     

基于EVT法和MC模型的极限水文干旱历时计算研究

【目的】研究极值理论(extreme value theory,EVT)法和马尔科夫链(Markov chain,MC)模型在极限干旱历时计算中的预测精度,为区域干旱历时预报提供依据。【方法】以黄河流域兰州、龙门、白马寺3个水文站年径流序列为例,利用EVT法和MC模型2种方法分别计算不同截断水平对应的极限干旱历时(Expected longest duration,E(LT)),并采用纳什效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NS)和平均绝对百分误差(Mean absolute percentage error,MAPE)评价2种方法的计算精度。【结果】兰州、龙门、白马寺3个水文站采用EVT法计算的极限干旱历时值E(LT)与对应观测值(Observed longest duration,LT-ob)的NS和MAPE分别为0.921 0,0.854 6,0.929 4和0.046 0,0.155 5,0.039 1;而一阶马尔科夫链(one-order Markov chain,MC-1)模型结合hazen绘点位置公式计算的极限干旱历时值与对应观测值的NS和MAPE分别为0.824 7,0.668 1,0.908 1和0.206 3,0.327 3,0.104 6。2种方法均可取得较好的计算效果,但EVT法的计算精度优于MC-1模型。【结论】EVT法较MC-1模型所需要的参数少,计算过程较为简单,且计算结果误差小,是黄河流域可行的极限干旱历时计算方法。     

旱涝不稳定度的定量化研究及应用

【目的】从定量化的角度研究旱涝的不稳定度,为提高旱涝的预测精度提供参考。【方法】采用关中地区42个气象站1971-2007年的月降水量资料,运用成因分析法和数理统计法推导旱涝不稳定度及其分析变量的计算方法,分析关中地区不同时间尺度下旱涝不稳定度的时空分布及其变化规律。【结果】不同时间尺度下,关中地区旱涝不稳定度最小值均为0,说明旱涝状态均会连续发生。时间尺度为3和6个月时,旱涝的平均不稳定度与降水量成反比。不同时间尺度下,旱涝不稳定度均呈现出一定的周期性变化特征,且其波动程度基本与时间尺度成正比。长时间尺度下（6和12个月）,旱涝不稳定度呈逐渐减小趋势。【结论】旱涝不稳定度能够较好地反映旱涝变化的剧烈程度,且计算简单、便于应用。     

基于改进灰狼算法的庆阳市水资源优化配置

【目的】对传统灰狼算法进行改进，并在甘肃省庆阳市的水资源配置中进行应用。【方法】针对传统灰狼算法易陷入局部最优、收敛速度慢、精度不高等不足，通过Tent混沌序列对群狼位置进行初始化，对灰狼算法中的距离控制参数a和位置更新方程进行优化和改进，并采用8个测试函数对改进灰狼算法进行测试。在此基础上以甘肃省庆阳市为例，分别以2020，2025，2030年为近期、中期和远期规划年，采用改进灰狼算法、传统灰狼算法、传统多目标配置方法，对庆阳市水资源的优化配置进行计算，并对3种方法进行主成分比选。【结果】改进灰狼算法的8个测试函数中有7个函数的最优值明显比传统灰狼算法更接近函数理论极小值；改进灰狼算法的2020，2025，2030 3个规划年的资源优化配置综合得分分别为0.18，0.69和1.00，其计算结果明显优于相同年份传统灰狼算法和传统多目标配置方法。经过水资源优化配置计算，2020,2025和2030年水资源所对应的经济生产总值分别为1 074.46亿、1 601.18亿和2 196.12亿元，其中2020年的经济生产总值计算值大于《庆阳市十三五经济规划》的目标值1 000亿元。【结论】改进灰狼算法在水资源优化配置中具有较好的可行性，可为水资源优化配置模型提供新的优化计算途径。     

石头河水库供水潜力与抗旱减灾作用研究

简述了石头河水库的工程规模和运用概况;拟定了在现有基础上均匀和非均匀增加供水量的多种供水方案;通过长序列多年逐旬模拟兴利调度,提示了水库在城乡生活、工业及农业供水方面的潜力;并分析了水库的抗旱减灾作用。     

区域水资源-社会经济-环境协调模型研究

以区域水资源-社会经济-环境复合系统为研究对象,应用Bossel可持续发展基本定向指标框架,研究了其协调度的定量分析方法,建立了水资源-社会经济-环境复合系统协调模型.最后以陕西省为例,进行了水资源、社会经济、环境协调发展的定量评价.     

设计洪水频率曲线的粒子群优化适线法研究

应用现代智能优化算法，按照不同适线准则进行了设计洪水的频率计算。根据我国水利水电工程设计洪水计算规范，应用粒子群算法按照离（残）差平方和最小，离（残）差绝对值最小和相对离（残）差平方和最小准则，进行了设计洪水频率曲线参数的优化估计研究。通过实例验证，认为粒子群算法进行设计洪水频率曲线参数估计优于传统的经验适线法。与传统优化方法相比，粒子群算法对优化目标函数要求低，避免了大量的求导计算，是一种推求设计洪水频率曲线统计参数的新途径。     

灌溉渠道闸门调控过程中的非恒定流研究

灌溉中的水量与流量调度是一个动态过程,渠灌区因流量调度不当导致的弃水是灌溉水损失的重要因素,为了准确调控渠道中的流量,对灌溉渠道干渠在配水过程中分水闸调节产生流量变化而引起的非恒定流问题进行了研究。数学模型以圣·维南方程描述,数值求解应用特征线法,并采用矩形特征差分网格二阶精度格式。模拟给出了不同调节流量、调节时间相应于不同初始流量、水位和调控方式情况下的模拟渠段上、下游边界处的流量与水位过渡过程     

区域水资源可持续利用评价的人工神经网络模型

根据给定的水资源可持续利用评价等级标准，采用随机技术模拟生成足够数量的评价指标序列，应用BP网络模型，以评价指标生成序列和其所属的评价等级值来建立评价模型，并进行了实例研究。结果表明，建立的模型实用、可操作性强，可以用于区域水资源可持续利用评价。     

基于SD-MOP模型的生态型灌区水资源优化配置研究

为解决传统灌区日益严重的水资源短缺和生态环境问题,构建以"资源节约、高产高效、生态环境良好"为理念的生态型灌区,开展灌区水资源优化配置研究。以陕西省泾惠渠灌区为例,基于节水-经济-生态多重目标,构建系统动力学-多目标规划(System Dynamics-Multi-Objective Programming,简称SD-MOP)耦合模型,仿真模拟生态型灌区各子系统因果反馈关系,开展"P=50%"水平年的生态型灌区水资源优化配置研究。结果显示:到2030年,当灌区农业需水量、工业需水量、生活需水量和生态环境需水量分别为3.23、0.58、0.37和1.16亿m3时,可实现生态型灌区节水效益、经济效益以及生态效益最佳,泾惠渠灌区总需水量下降7.93%,经济效益和生态效益分别提高67.78%、9.09%。与单目标SD模型仿真结果相比,工业需水量和生活需水量分别增加3.57%和2.78%,农业需水量和生态环境需水量分别下降14.10%、9.38%的情况下,灌区总需水量下降10.40%,经济效益、生态效益分别增加27.28%、10.20%。研究表明,基于SD-MOP模型的水资源优化配置方案更有利于生态型灌区的实现,该成果可为生态型灌区水资源可持续利用和生态环境良性发展提供科学依据。