塔里木河流域产水量时空分布及驱动因素分析

【目的】研究区域产水量时空变化及其驱动因素,为区域水资源的调配与管理提供理论支撑。【方法】利用In VEST模型模拟了2000―2015年和田河流域、开都-孔雀河流域和叶尔羌河流域产水量的时空分布并对驱动因素进行了分析。【结果】空间上,各流域多年平均产水量均集中分布在流域上游地区,平均产水量多在30 mm以上。2000―2015年和田河流域和开都-孔雀河流域产水量以下降趋势为主,而叶尔羌河流域则相反。降水对流域产水功能起着关键作用,和田河流域、开都-孔雀河流域和叶尔羌河流域产水量与降水呈显著相关性的面积占比较大,分别为73.99%、88.49%和71.11%。气温和降水是影响各流域产水量空间分布的主导因素,其q值都在0.4380以上;各流域两两因子之间的交互作用都存在着非线性增强;和田河流域人口密度与GDP、开都-孔雀河流域相对湿度与太阳辐射和风速、叶尔羌河流域GDP、人口密度与相对湿度之间差异显著。【结论】西北干旱区内陆河典型流域产水量主要受气温和降水的影响。     

基于多特征融合的遥感图像河流提取

遥感影像中地物复杂多样,为得到较高精度的河流区域信息,弥补单一特征河流提取适用性受限的局限,提出一种融合纹理、光谱和形状特征的河流区域提取方法。首先选取图像红外通道作为输入,根据纹理特征计算灰度共生矩阵,并选取灰度共生矩阵统计量中的角二阶矩图作为处理对象;接着根据光谱特征对角二阶矩图进行最大类间方差（OTSU）计算获取二值图像;然后进行连通域标记,根据几何特征构建特定滤波器以滤除非河流噪声,最后生成精度较高的河流流域图。处理的河流遥感影像中包括了林地、城市、山地、耕地等不同类型的区域,通过与经典算法的对比验证,提取结果显示该方法能够提高河流流域提取的精确度和完整度。     

基于SWAT模型的古蔺河流域面源污染模拟研究

近年来古蔺河水质日益变差,为了解古蔺河流域面源污染的时空分布特征与关键污染源区(CSAs),首先运用分形理论确定流域最佳集水面积阈值,然后基于SWAT模型进行子流域划分,在此基础上研究古蔺河流域农村面源污染的迁移转化及污染负荷,结果表明:流域最佳集水面积阈值为1 500 hm~2,此时子流域划分为37个;模型月平均径流与氮、磷负荷模拟评价指标Nash系数大于0.5,决定系数R2大于0.6,SWAT模型在研究区有较好的可适用性;古蔺河流域2013年TN输出量为2 761.72 t,TP输出量为338.27 t,古蔺镇、德跃镇、石屏乡污染负荷占比较大,各子流域污染源贡献率排序均为化肥畜禽养殖居民生活,因此农业化肥和古蔺镇、德跃镇、石屏乡是流域面源污染防治的重点。     

分布式水文模型在流域水资源量趋势演算中的应用

采用SWAT分布式水文模型分析计算流域水资源量变化趋势,并以伊通河流域为例,分析伊通河流域1993-2008年在水资源量变化情况及演变趋势。并得出以下结论:从1993-2001年,研究区域地表水资源量有减少趋势,减小幅度为12%左右,由于地下水开采量逐年增加,地下水水位下降,疏干面积增加,降水入渗补给量及地表水体补给量增加,地下水资源量有增加趋势,这9年间是伊通河流域地下水资源情势变化较大的时期,2001年以后,伊通河流域地表及地下水资源变化幅度较小,趋于平稳。     

基于土地利用/覆被变化的依格孜牙河流域生态环境质量评估

研究依格孜牙河流域1990-2019年间土地利用变化下的生态质量及其变化特征,为干旱区土地资源的利用及区域经济的可持续发展提供科学依据。基于1990、2000、2010和2019年4期Landsat TM遥感影像数据分析土地利用变化过程,研究依格孜牙河流域土地利用与植被覆盖度的时空演变特征,同时对流域环境质量进行评价。研究结果表明：(1)1990-2019年依格孜牙河流域耕地面积增加了225.02%,建筑用地面积增加了56.36%。(2)2019年依格孜牙河流域总林地面积较1990年,2000年和2010年林地总面积均有所增加,分别增加幅度31.00%、216.40%及325.06%;其中天然林地面积整体变化不大,仅减少了9.80%;人工林面积持续增加594.00%,有林地、疏林地、灌木林地面积在整个时间段内均略微减少,说明近29年以来依格孜牙河流域天然林受破坏的程度最轻。(3)1990-2019年依格孜牙河流域草地总面积呈先稍增加后减少趋势,但大体变化趋势为减少;29年间高、低覆盖度草地面积大体呈减少趋势,2019年较1990年面积分别减少了33.61%、36.59%;而中覆盖草地面...     

基于SWAT模型的合理亚流域划分和径流模拟

以葫芦河流域为研究对象,建立2006-2012年流域月尺度SWAT模型,探究不同亚流域划分下模型对流域径流、泥沙、营养物的响应情况,确定流域亚流域划分水平,并在此基础上进行月尺度的径流模拟,验证其适用性。结果表明:(1)径流与硝氮的变化幅度相差不大,7个亚流域划分后相对误差均小于10%,泥沙与有机氮、有机磷、氨氮、总氮、总磷的变化趋势基本一致,通过分析确定葫芦河流域合理的亚流域划分水平为37个左右;(2)通过PSO算法得到合理亚流域划分下模型的月径流模型可以用于葫芦河流域的SWAT模型径流模拟,其率定期和验证期的R~2值依次为0.84和0.81,Ens值依次为0.76和0.62,模拟效果理想。研究结果可为葫芦河流域进一步的水文模拟研究提供有效的参考依据。     

南宁市八尺江水生态修复工程规划

为保护和修复南宁市八尺江河流生态系统,综合运用了河流生态修复原理和方法,开展了水生态修复工程规划,内容包括：沿八尺江44km河段两岸设置了宽度为30~100m河岸过渡带和宽度约为5m的河流水陆交错带;修复河流周边湖泊（山塘）4处,总面积为60ha;修复各类型湿地6处,总面积为211.1 ha;修复河畔林面积3.2km2,修复清水泉溪流、颜村渠溪流等退化河溪总长约3280m。本项规划诠释了城市河流水生态修复的具体内涵,可为八尺江流域水系的保护与合理开发提供指导。     

榆林市境内无定河流域水质现状评价

无定河流域煤炭、石油和天然气的大规模开发利用给流域内水资源带来极大的安全隐患。该文利用2013—2016年榆林市流域内水质监测数据进行研究。结果表明:无定河流域的地表水综合污染指数在0.29～0.55,由于受到沿河区域人类活动的影响,2013—2016年除庙畔之外,其余各监测断面的总磷均有不同程度的超标;2013—2015年As、Hg、Cd、Pb均符合标准,2016年开始出现污染,Se于2015开始出现污染现象;石油类和阳离子表面活性剂在2013—2016年均出现不同程度的超标。为进一步改善无定河流域的水质,须全方位监控流域内水资源污染情况,并加强管理。      

排水工程对三江平原湿地流域的影响分析

在三江平原别拉洪河流域地形图、土地利用图和排水工程建设资料的基础上,利用地理信息系统进行流域景观制图,并根据排水工程建设量将该流域划分出4个排水分区。利用景观结构分析软件FRAGSTATS分别计算了各分区2个时期(1967年和2005年)的多种景观结构指标。结果表明:排水工程之前,除了旱地无排区的其它3个排水区域,自然湿地覆盖率均达到90%以上,且呈大块连续状分布,结构比较简单,自然状态保存完好;排水渠大量修建之后,沼泽地因排水基本消失,草甸及其它沼泽类型也大片被排干,取而代之的是以大面积的旱地和水田为基质,湿地以小的斑块体镶嵌其中的流域景观,景观结构破碎化严重并趋于复杂化。最后提出下一步的研究工作。     

城镇小汇水面积设计洪水计算方法比较

洪峰流量是确定城镇小汇水面积防洪构筑物断面尺寸的主要依据。城镇小汇水面积一般无实测河川流量资料,设计洪水的推求一般采用暴雨途径。目前,城市防洪工程设计洪水的计算有水利部门与城建部门两套方法,水利部门计算小流域设计洪水主要采用单位线法与推理公式法,城建部门主要采用室外排水设计流量计算公式。由于采用的方法不同,公式中参数的取值对计算结果影响很大,导致两个部门同一设计频率洪水设计值存在较大的差异。本文对小汇水面积设计洪水计算方法进行全面介绍,并对常用方法计算结果进行对比分析。     

湖北省晚稻灌溉定额计算参数与修订方法研究

针对湖北省现行灌溉定额标准存在问题,采用灌溉试验成果和典型县实地调研资料,计算分析了不同分区晚稻灌溉定额计算参数及其变化规律。考虑耕作方式与灌溉模式对晚稻灌溉定额影响,计算了湖北省不同分区不同频率4种组合模式(人工耕作+浅灌适蓄、机械耕作+浅灌适蓄、人工耕作+间歇灌溉、机械耕作+间歇灌溉)晚稻灌溉定额,并进行了合理性分析。经分析,该计算成果能够更全面真实反映湖北省晚稻灌溉用水水平,并提出了不同类型灌溉定额适用条件。该研究成果对湖北省水资源管理与其他区域晚稻灌溉定额修订具有重要指导意义。     

院基寺水库新设取水口工程运行对溢洪道影响研究

武汉市北部黄陂区前川城区因城市发展需要,拟在院基寺水库增设取水口。由于工程选址在水库溢洪道附近,为分析取水口建成运行对溢洪道的影响,分别从工程建设前后溢洪道泄流能力变化和工程运行时溢洪道边坡渗流稳定两个方面进行研究,采用Flow3D软件对工程建设前后不同泄流工况的流场进行建模并对比分析,应用Geostudio软件选取2处不利断面进行了边坡渗流稳定分析,结果表明工程建设前后溢洪道泄流流量变化小于1%且工程对泄流流场影响可忽略不计;若发生管道渗漏,溢洪道边坡最大水力坡降在规范允许范围内,且工程建设对溢洪道边坡渗流稳定影响较小,研究成果可供类似工程应用参考。     

县域尺度中面向用水部门的初始水权配置

综合考虑各用水部门的发展目标及其历史与现状,提出县域尺度中面向用水部门的初始水权分配原则,确定不同用水部门的用水优先级别,并建立多目标规划模型,将县域获得的水权合理分配到各用水部门,从而减少各用水产业内部的初始水权配置纠纷,降低水权交易中因水权模糊而产生的信息搜集、谈判和监督的成本。最后以广西南宁市宾阳县为例,预测宾阳县2025年的可用水量只能满足50%的灌溉保证率下各部门用水量的需求;宾阳县2030年的农业用水部门缺水更加严峻,高用水和一般工业用水部门的缺水现象也开始体现。根据以上缺水情况提出了应形成相应节水激励机制,并制定合理有效的节水措施等解决思路,对宾阳县未来的初始水权配置有一定的指导意义。     

基于渗漏损失的渠系水利用系数分析

渠系水利用系数是衡量灌区渠系输水效率的一个重要指标,其准确推算,对于评估灌区渠系状况和管理水平具有积极意义。以内蒙古河套灌区义长灌域皂火干渠人民支渠控制范围为研究区,通过现场勘测渠系分布状况,采用以考斯加科夫渠道渗漏经验公式法为基础的渠系水利用系数测算软件对研究区的渠系水利用系数进行推算。根据可能存在的衬砌状况、渠道流量、地下水埋深设置了不同的情景,计算各情景的渠系水利用系数。结果表明:该区现状渠系水利用系数为0.728;若渠道不采取防渗措施,渠系水利用系数仅为0.567;若全部渠道均设有混凝土衬砌,渠系水利用系数可高达0.934。分析表明,如果对渠道进行部分衬砌,优先选择渠道上游位置衬砌,可提高渠系水利用系数;在衬砌条件相同的情况下,输水流量较大或地下水位较高时,渠系水利用系数也较高。上述结果对于选择衬砌方案和渠道的运行管理具有实际意义。     

基于HEC-HMS的小流域山洪雨量预警

山洪灾害频发严重威胁着人民生命财产安全,山洪灾害预警指标分析对山洪灾害的防治意义重大。基于HEC-HMS模型,该研究选用雨量预警指标,综合考虑土壤含水量、汇流时间等,由曼宁公式建立水位流量关系,由模型试算法反推临界雨量,进而确定不同土壤干湿(较干,一般,较湿)情况下的雨量预警指标阈值,并检验复核,分析误差来源。结果表明:从偏离度分析,部分临界雨量偏离度小于10%,预警指标的部分合理;从频率区间分析,特征雨量与临界雨量大多位于同一频率区间,预警指标基本合理。为缺乏水文资料的山丘区有效防治山洪灾害提供了参考,在无更精确方法时,可用此方法获取雨量预警指标。     

纤维混凝土的损伤力学模型及抗拉性能研究

数值模拟方法广泛应用于纤维混凝土抗拉性能的研究中,但是由于纤维的尺寸较小且数量庞大,使得常用的等效模拟方法和离散模拟方法在模拟精度或建模效率上难以兼顾。近年提出的半离散模拟方法克服了上述方法在纤维几何模拟上的缺陷,实现了精度和效率的平衡,但是该方法在力学模型方面仍有改进的空间。通过借鉴混凝土的多线性损伤理论,构建了纤维强弱黏结损伤力学模型,与混凝土损伤力学模型相结合,实现了纤维混凝土损伤力学模型的统一,并据此改进了半离散模拟方法,这有利于该方法在纤维混凝土力学特性研究中的应用。基于上述理论,使用FORTRAN语言编写了相应的程序。针对单骨料混凝土试件的单轴拉伸试验以及砂浆试件的单丝拉拔试验,通过数值试验与物理试验的结果对比,验证了纤维混凝土损伤力学模型的合理性。基于骨料级配曲线以及蒙特卡洛方法,生成了一组复杂纤维混凝土试件,通过一系列单轴拉伸数值试验,研究了不同纤维掺量、纤维初始刚度、砂浆强度对混凝土抗拉强度、阻裂性能及韧性的影响。     

长距离重力流输水系统的爆管过渡过程和阀门关闭规律的研究

由于爆管事故具有随机性、不可预知性,在长距离重力流输水系统中一般无法通过非破坏性试验直接测量爆管时的压力和流量变化过程。根据瞬变流理论,在输水管道的水锤基本方程上,引入爆管边界,建立爆管的水力学模型,并采用特征线法求解。通过假设在输水工程管线不同位置处发生爆管,比较不关阀和关阀两种条件下爆管后管线内的压力瞬变过程和爆管点漏损量的变化,结果表明通过合理选取爆管点上下游液控阀的关闭规律,能够明显减小爆管泄漏量,避免爆管后关阀操作不当可能诱发的二次水锤及次生危害。     

关联价值下初始排污权分配的网上拍卖机制

针对现有文献忽略排污企业之间信息交互影响估值的情形,在关联价值的信息结构下,设计了一种网上拍卖机制,以实现初始排污权公平有效的分配。首先,描述了排污企业的关联估值特征及其在排污权初始分配市场上的行为特点,其次,建立了排污产生社会总效益最大化的优化模型,从而提出了具体的拍卖机制,再次,通过理论分析表明,该机制不仅能够实现地方政府的即时决策,而且能够吸引更多的排污企业自愿参与排污权初始分配,激励排污企业披露真实的到达时间、离开时间和评价信息,优化配置排污权。最后,利用算例说明了所提出机制的适用性和可操作性。     

筑埂机旋耕切削部件的优化设计与疲劳寿命研究

针对我国现有筑埂机械存在功耗较大、机具磨损严重、土壤破碎不充分和筑埂不坚实等问题,设计一款新型旋耕切削装置,该装置由旋耕弯刀、抛土弯刀、L型弯刀以及刀轴等部件组成。运用离散元法构建刀具与土壤接触的力学模型,探究不同刀具的结构参数对其工作性能的影响。结果表明旋耕弯刀弯折角为125°,幅宽为60 mm,正切面端面刀高为55 mm,侧切刃包角为27°时,刀具功耗相对较低,而且碎土效果较好;抛土弯刀的弯折角为120°,幅宽为80 mm时,刀具的功耗及碎土效果较好;从材料损耗的角度考虑,L型弯刀幅宽为40 mm时刀具所用的材料最小。最后,对旋耕弯刀的疲劳寿命进行分析,为延长刀具的使用寿命提供理论依据。     

基于云模型的合同节水管理风险评价

针对合同节水管理风险评价过程中各评价指标定性概念的随机性及模糊性,提出一种基于云模型的综合评价方法。运用层次分析法确定指标权重,通过正向云发生器对合同节水管理项目的风险评价标准进行云变换得到概念云模型。通过专家打分法获取云滴,采用浮动运算法和综合运算法实现合同节水管理项目由低级指标向高级指标的转换。将结果转换为云图,并与风险评价标准的概念云模型进行对比,得出评价结果。最终通过实例分析,证明云模型应用于合同节水管理风险评价的有效性和可行性。