黄河上游径流统计特征及演变规律分析

以黄河上游唐乃亥水文站1956—2011年径流量资料为基础,分析了年内、年际径流量的变化特征,采用线性倾向估计法和极大熵谱分析法对径流量序列的趋势性和周期性进行了识别。结果表明:1黄河上游径流量年内分配差异明显,径流量主要集中在7—10月,7—10月径流量占全年径流总量的60%;2研究时段内丰水/特丰年份占整个序列长度的48.21%,年径流量极值比为3.08,径流量呈微弱减小趋势,有利于黄河上游水资源的综合开发利用;3黄河上游径流量存在28、8、5 a的显著周期。

基于最小相对熵原理的区域投入产出直接消耗系数修订模型

投入产出理论是系统分析区域水资源、社会经济、生态环境复杂系统协调可持续发展的一个重要途径。以直接消耗系数由历史年份向现状年份过渡的部门投入消耗随机变量相对熵最小为优化目标,建立了基于最小相对熵原理的区域投入产出直接消耗系数修订模型,并在山东省14个产业部门开展了应用研究。研究结果表明,2007年山东省14个产业部门直接消耗系数计算值与实际值之间误差的标准差R与不等系数U分别为0.352 2和0.074 7,均小于基于二次规划原理的QP方法和国民经济预测的NAVE方法的计算结果。可见,直接消耗系数修订的熵优化模型既可以体现历史年份区域部门产出与投入消耗之间的依存关系,也可以反映现状年份部门经济技术水平的发展状况,可为进一步丰富和发展基于投入产出分析的区域水资源、社会经济、生态环境复杂系统协调发展的理论研究提供科学合理的指导依据。

宁蒙河段旬槽蓄水增量影响因子分析

近年来,宁蒙河段凌汛灾害较为严重,槽蓄水增量是导致宁蒙河段凌汛灾害发生的关键因子之一。采用相关性分析原理,从气温、上游来水情况及前期形成的槽蓄水增量等多方面发掘影响宁蒙河段旬槽蓄水增量的因子,并分析了不同影响因子对旬槽蓄水增量的影响程度。结果表明,前期已形成的槽蓄水增量是凌汛期旬槽蓄水增量的主要影响因子,其次是气温,最后是上游来水情况。研究成果可为宁蒙河段防凌调度提供参考。

区域产业用水需求变化驱动效应测度及空间分异分析

区域产业用水需求驱动效应测度及空间分异分析涉及社会经济、科学技术、生态环境及行政管理等多方面因素,是制定产业结构与用水结构调控方案、最大程度地将最严格水资源管理制度落到实处的一项基础性工作。以山东省为例,为科学阐述全省17个地市历史年份产业用水需求变化不同因子的驱动效应及空间分异特征,基于扩展的Kaya恒等式将产业用水驱动效应分解为经济水平、水资源禀赋条件、水资源开发利用水平、人口规模、产业结构及用水效率6类驱动效应,进而采用LMDI因素分解模型量化不同因素的驱动效应贡献程度,并结合基于加速遗传算法的ISODATA聚类模型对不同因子驱动效应进行空间分异分析,由此绘制了山东省17个地市产业用水变化不同因子驱动效应的GIS空间分布图。结果表明:经济水平效应和用水效率效应是促使区域产业用水变化的两个主要因素,其相对贡献率均值分别为39. 93%、-109. 55%,对产业用水变化分别具有正向增量驱动效应和反向减量驱动效应。上述研究成果在一定程度上阐明了山东省近年来产业结构与用水结构之间的协同演变机制,可为制定和实施最严格水资源管理模式下的产业结构与用水结构适应性协同发展策略提供科学的决策依据。

应用型本科院校《工程水文学》课程教学方法探讨

随着科技发展对多元化人才的需求,高等教育在培养目标、培养方式等方面也在逐渐面向多元化发展。针对应用型本科院校的特点,应用型本科院校应培养生产、管理、服务一线的高素质技术应用型人才,结合水利水电工程专业必修课《工程水文学》的教学内容,从优化教学内容、改革教学方法、提高学生工程意识等方面对教学过程进行了探讨,提出了提高课程教学质量、进一步培养适合水利工程应用型科技人才的具体措施。

黄河上游梯级水库多目标水沙联合模拟优化调度模型

黄河上游梯级水库群联合调度运行是实施黄河水沙"固-拦-调-放-挖"综合治理模式的一项重要非工程措施。以黄河上游沙漠宽谷河段为研究对象,首先,以河段输沙水量最大为优化目标,建立了基于自迭代模拟优化算法的黄河上游梯级水库多目标水沙联合模拟优化调度模型;其次,系统分析上游来水、沿黄用水、调水调沙时段及起调水位选取等因素对黄河上游梯级水库输沙、发电及供水等综合利用效益的影响;最后,推荐制定了黄河上游调水调沙最优方案,即丰水年应尽量抬高非汛期(4月)龙羊峡水库初始水位,最大程度上发挥黄河上游水资源综合利用效益。研究成果对维护黄河健康、丰富和完善梯级水库优化调度理论及方法、促进黄河上游水能资源综合开发利用具有十分重要的理论意义和应用价值。

基于遥感数据的洪泽湖库容曲线推求

基于洪泽湖区域21景ETM+遥感影像,解译得到洪泽湖的水面变化时间序列数据;结合三河闸(闸上)实测水位数据,推导了洪泽湖水位水面面积函数关系,运用积分方法得到洪泽湖库容曲线,并与现有库容曲线进行了对比分析。结果表明:洪泽湖周边水域圈圩养殖区是早期形成的,2000—2015年间圈圩总体上得到一定的控制,但在洪泽湖西岸有进一步加剧的趋势;水位-水面面积函数的选取对低水位水面面积推算有影响,进而对湖泊死库容计算产生累计误差影响;遥感影像数据越丰富、影像之间的湖泊水位差越小,则库容曲线越准确。

智慧水资源管理系统的设计与应用

构建智慧水资源管理系统,提高水资源监测和管理能力是落实最严格水资源管理制度的有效技术措施之一。在深入分析水资源管理信息化建设需求、目标和内容的基础上,研制了智慧水资源管理系统。该系统由Web网站、移动APP、富客户端和三维数字地球仿真模块构成,其核心业务模型和信息扩展接口利用百度地图API、NASA World Wind数字地球及微软WCF共享技术集成。智慧水资源管理是蚌埠市智慧水利的重要组成部分,为水资源管理决策提供专业、科学、准确的技术支持。该系统助力蚌埠市2014年、2015年和2016年在落实最严格水资源管理制度考核中取得了安徽省第一名,取得了较为明显的社会效益和经济效益。

丁坝流场及局部冲刷的数值模拟研究

为探索丁坝附近水流流场,揭示其局部冲刷机理,采用Flow-3d软件对非淹没单丁坝周围的流场及局部冲刷情况做了三维数值模拟。研究发现,形成丁坝坝头冲刷坑的主要因素是马蹄涡和下潜水流。冲刷坑的模拟深度和范围与实验结果吻合较好,表明该模型可以用于丁坝及相关河道整治工程的流场和冲刷计算。

《水工钢筋混凝土结构》课程工程化教学方法研究

《水工钢筋混凝土结构》课程实践性很强,针对课程内容抽象复杂,学生理解应用困难等问题,对课程进行了工程化教学方法的改革和探索研究。从教学考核方法改革、课程设计、学生的工程意识等方面进行了探讨,结果表明此方法可以提高教学质量,提升了学生的实践能力。

基于信息扩散与适线法的区域农业旱灾风险评估

区域旱灾风险评估作为科学揭示旱灾风险系统演变机理的基础性工作,可为制定区域旱灾风险防控措施、实现旱灾风险管理提供合理有效的决策依据。为此,以安徽省蚌埠市一市三县1990-2007年农业因旱受灾率作为农业旱灾指标,针对区域历史灾情资料缺乏导致的样本数据信息不足的问题,采用模糊信息扩散理论开展蚌埠市农业旱灾风险评估,并结合水文频率适线法构建旱灾损失与风险之间的关系曲线,据此计算不同旱灾水平下的区域农业因旱受灾率。结果表明,基于信息扩散与适线法的旱灾风险评估模型可真实反映区域农业旱灾风险演变机制,计算结果对区域抗旱减灾工作具有一定的参考价值。

基于正态云模型及熵权法的区域水资源承载力评估

为有效地对区域水资源承载力进行评估,本研究建立了基于正态云模型和熵权法的综合评估模型.综合考虑主体支撑力、客体压力及调控力3个方面,构建研究区芜湖市水资源承载力指标体系,采用熵权法确定各指标权重,借助正态云模型定量描述各指标综合影响条件下区域水资源承载力等级.结果表明:2006~2015年芜湖市水资源承载力总体处于2级临界状态,水资源承载能力有逐年增加的趋势.

渭河流域径流对土地利用变化的时空响应

为定量分析渭河流域土地利用变化对径流的时空影响,该文基于渭河流域1985年,1995年和2005年3期土地利用数据,分析了流域近20 a的土地利用变化特征,结合SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,设置5种土地利用变化情景,研究了流域土地利用变化与年、季径流的响应关系。结果表明,SWAT模型在渭河流域有较好的适用性;耕地、林地和草地为流域主要土地利用类型,面积变化小于10%,但它们在空间上的位置发生了较大转移;流域近20 a土地利用变化对径流影响小于15%;极端土地利用情景下,产流量总体趋势为耕地>草地>林地。退耕还林对年、季径流的影响程度均为干流大于支流,退耕还草对年径流(干流中游、下游、泾河)和季径流(冬季)的影响程度较大。该研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。

基于物元分析的连云港市土地生态安全研究

基于PSR模型,从压力、状态、响应3个方面构建了连云港市土地生态安全评价体系,结合物元分析法对连云港市2000—2016年土地生态安全进行评价分析.结果表明,在研究期内连云港市土地生态安全等级由“不安全”升至“较安全”,整体安全水平趋势变好,但处于“较安全”的状态不稳定,土地生态安全状况不容乐观.

基于广义联系度函数的城市防洪标准方案优选模型

城市防洪标准方案优选是城市洪水灾害风险管理系统的重要组成部分,可为城市适应环境变化和应对洪水带来的自然灾害等方面提供科学的决策依据。城市防洪标准方案优选的本质是复杂系统多因素评价问题,其研究难点是如何有效地将多属性指标综合成一维单指标形式,由此实现一维单指标的方案优选。为此,针对标准集对分析方法(SPA)联系度计算时如何确定差异度系数i的难点,从投票模型原理出发,进一步分解差异度,再次分解为同一度、差异度和对立度,提出了基于集对分析广义联系度函数的复杂系统方案优选模型。将上述模型进行应用,计算结果表明:该模型物理概念清晰、计算过程直观、易于理解,能较好地表征不同方案不同指标之间的差异情况。

变态模型闸堰泄流模拟试验研究

通过模拟试验,研究了常规变态和复合变态两种模型的泄流情况,并分别与原正态模型的综合流量系数进行比较。结果表明:自由出流情况下,复合变态模型与正态模型的泄流能力基本相当,而常规变态模型流量系数较大,不符合原型的泄流情况;淹没出流情况下,三种模型的流量系数均变化不大,但复合变态模型比常规变态模型与正态模型的吻合程度更高。

基于有序联系度熵的水资源空间均衡综合评价方法

实现水资源空间均衡目标是当前我国水资源集成化管理实践的重要思路。为有效描述水资源空间均衡不同子系统及均衡指标之间的关系结构特征及整体均衡态势,提出从水资源承载压力、支撑力及调控力三大子系统之间的作用关系角度出发,采用集对分析三元联系数刻画不同均衡指标与相应承载等级之间的单指标联系属性,利用有序度熵与三元联系数耦合模型表征水资源空间均衡系统整体均衡态势及其变化趋势,并依据减法集对势诊断识别制约水资源空间均衡态势变化的关键影响因素,最终提出了基于有序联系度熵的水资源空间均衡综合评价方法(OCDE)。上述方法在安徽省不同地市2009—2018年水资源空间均衡综合评价的应用结果表明:皖南地区水资源空间均衡程度最高,皖中次之,皖北最差,全省2009—2018年水资源空间均衡系统整体均衡态势呈现逐渐改善的趋势,且人均水资源量和产水模数是制约全省及不同地市水资源空间均衡系统均衡态势变化最主要的负向驱动因素。上述计算结果与安徽省历史年份经济社会发展统计数据基本一致,表明构建的水资源空间均衡综合评价模型计算结果合理有效,可为制定和实施区域水资源空间均衡措施及方案提供科学有效的决策依据。

基于三元链式传递结构的区域旱灾实际风险综合防范机制分析

区域旱灾风险防范对保障粮食安全、推动经济社会和生态环境可持续发展具有重要意义。针对旱灾风险防范的复杂性,为分析区域旱灾风险综合防范机制,采用自然灾害系统理论和结构水资源学方法相结合的研究途径,分析了区域旱灾风险形成的物理过程,提出了由六要素组成的区域旱灾风险系统,揭示了以致灾因子危险性、承灾体脆弱性和损失风险这三种关系(简称三元)链式传递为灾害风险系统基本结构特征的区域旱灾实际风险三元链式传递机理,以及相应的旱灾风险调控三元链式传递机理,进而从功能调控、准则调控、要素调控、空间调控、过程调控、综合调控等方面探讨了这些动态优化防范实施策略的区域旱灾风险防范机制及其可行性,认为区域旱灾风险综合防范迫切需要深入开展水科学、自然灾害学、系统科学和智能科学等多学科交叉融合的相应研究。

基于联系数集对势置信区间估计的旱灾风险分析模型

针对现有集对势方法难以进一步挖掘联系数中不确定性变化信息问题,提出将三元联系数减法集对势看作一个服从正态分布的随机变量,采用95%置信水平下置信区间的长度来反映不确定性大小,建立了基于联系数集对势置信区间估计的旱灾风险分析模型。以宿州市为例对构建的模型进行了验证,评价结果与现有的减法集对势、半偏减法集对势方法相一致,说明基于联系数集对势置信区间估计的旱灾风险分析模型合理有效;该模型得到的评价结果不是一个数值,而是一置信概率区间,提供了关于评价结果可靠性方面的信息,能够反映在多种不确定因素综合影响下的旱灾风险实际情况,在水资源保护系统不确定性分析评价中具有应用前景。

基于链式传递结构的旱灾实际风险定量评估方法与应用模式

面向防灾减灾能力、孕灾环境孕险性实际条件下区域旱灾风险定量评估与区划等自然灾害风险防灾减灾关键问题,应用计算思维、系统科学多学科交叉的研究途径,从风险传导角度探讨了区域旱灾风险物理成因机制,阐述了面向致灾机理的区域旱灾五要素系统结构、基于链式传导的旱灾风险六要素系统结构,探讨了区域旱灾实际风险的概念、由旱灾脆弱性连接干旱与损失变量间关系的因旱致灾机理、连接干旱危险性关系与损失风险关系的旱灾风险传导机理、定量评估方法及其主要应用模式,在自然灾害风险评估中具有推广应用前景。