引江济淮工程(河南段)水资源调配系统设计与开发

为强化引江济淮工程(河南段)水资源统一调配,基于Spring Boot和Vue前后端分离开发的模式,利用天地图API、WebGL、Echarts等技术设计研发引江济淮工程(河南段)水资源调配系统。从设计思路、功能界面、关键技术3个角度论述系统设计思路和实现过程,从而实现地理信息服务、供需水预测、水资源优化配置、水资源优化调度等功能,实现水量分配可视化、运行调度智能化和跨流域调水管控一体化。系统测试结果表明:引江济淮工程(河南段)水资源调配系统的建立提高了受水区水资源精细化管理的水平,解决了引江济淮工程(河南段)跨流域调水的配置难题,为受水区水资源高效利用提供有效的技术支撑。

引江济淮工程(河南段)多目标水量优化调度

引江济淮工程(河南段)涉及河道、闸泵、管道和调蓄水库,约束条件复杂,常规的优化调度算法难以搜索可行解,求解效率低。选用受水区缺水率平均值最小、泵站总抽水量最小和受水区缺水率标准差最小作为目标函数,从供水保障、供水成本和公平性角度构建多目标水量优化调度模型。基于可行搜索思路,结合逆序演算和顺序演算过程对约束条件进行处理,引入决策系数,通过映射关系使搜索空间保持在可行域中,结合多目标非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms,NSGA-II)进行求解,得到Pareto最优解集,并采用熵权法进行方案优选。结果表明,基于可行搜索的NSGA-II算法能够有效求解复杂调度系统的多目标优化问题,综合考虑多个目标的最优方案相对单目标方案更加合理,结果可为引江济淮工程(河南段)运行管理提供决策支撑。

调水工程建设期安全-进度-投资系统风险分析——以引江济淮工程(河南段)为例

以引江济淮工程(河南段)为例,在确定安全-进度-投资系统风险评价指标体系的基础上,基于层次分析-模糊综合评价方法分析安全、进度、投资的单项风险;在考虑工程建设期安全、进度、投资的相互影响后,基于改进的综合风险评价方法分析安全-进度-投资系统风险。结果表明:当分析单项风险时,安全、进度和投资风险的评价结果均为一般风险;当分析系统风险时,得到安全风险>进度风险>投资风险;进一步分析指标体系中的准则层和指标层,安全风险的现场风险中施工技术方案风险排序第一,是后续风险管控的重点。本研究为提高工程建设期安全-进度-投资系统风险的可靠性、降低风险事件的发生提出了理论和技术参考。

高海拔季节冻土区完全融化期土壤水分特征曲线适用性

以怒江源区那曲流域为例,基于4个试验场完全融化期(6—9月)的土壤体积含水量(0.15~0.51 cm^(3)/cm^(3))和土壤基质势数据(0~200 kPa)实测数据,选择Van Genuchten(VG)、Brooks-Corey(BC)和Campbell 3个模型进行拟合,以均方根误差ERMS和决定系数R2为评价指标,分析3个模型对高海拔季节冻土区不同土层和不同土壤质地的适用性。结果表明:从整体上看,VG模型(平均R2为0.992,平均ERMS为0.006 cm^(3)/cm^(3))的拟合效果优于BC模型(平均R2为0.972,平均ERMS为0.019 cm^(3)/cm/3)和Campbell模型(平均R2为0.984,平均ERMS为0.014 cm^(3)/cm^(3));但是在不同土层和不同土壤质地情况下模型的适用性有所区别,VG模型更适用于壤土和壤质砂土(平均R2为0.987,平均ERMS为0.008 cm^(3)/cm^(3))以及土壤深层(10~35 cm土层,平均R2为0.990,平均ERMS为0.007 cm^(3)/cm^(3)),Campbell模型更适用于砂质壤土(平均R2为0.985,平均ERMS为0.009 cm^(3)/cm^(3))以及土壤表层(5 cm土层,平均R2为0.993,平均ERMS为0.006 cm^(3)/cm^(3)),BC模型在不同条件下都不是最优模型;参数θr取值大小会显著影响土壤水分特征曲线的形状。本研究可为深入研究高海拔季节冻土区的土壤水分运动特性以及中华水塔区的水源涵养作用提供支持。

黄河流域河南段科技创新与绿色发展耦合协调研究

为给黄河流域科技创新驱动绿色发展提供科学支撑,以黄河流域河南段8个地市科技创新与绿色发展的耦合协调关系为研究对象,基于2012—2021年8个地市面板数据,利用主客观赋权法和协调发展度模型,探讨流域科技创新与绿色发展两系统的时空耦合特征。结果表明:研究期内黄河流域河南段各地市科技创新和绿色发展综合指数均有明显增长,多呈科技创新滞后型发展;各地市两系统耦合度持续提升,科技创新与绿色发展呈现明显的正向促进作用;各地市科技创新与绿色发展协调发展度均有不同程度提升,存在空间异质性;郑州、洛阳属绿色创新协调类地市,新乡、济源、三门峡、焦作、开封属绿色创新磨合类地市,濮阳属绿色创新拮抗类地市。基于研究结论,提出了强化绿色创新协调类地市创新成果供给的有效性、提升绿色创新磨合类地市的科技创新水平、补齐绿色创新拮抗类地市科技创新短板等提升科技创新与绿色发展耦合水平的建议。

基于改进层次分析法的征迁实施效果评价

基于改进层次分析法(Improved Analytic Hieratchy Process,IAHP),对南水北调中线工程豫北段征迁工作的实施效果进行模拟评价。IAHP法有效避免了层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)中难以准确对元素间相对重要程度进行定量判断,IAHP法创建的判断矩阵具有自调节性,满足判断矩阵一致性的要求,可以省去AHP法一致性检验的过程,降低了参与者对指标间进行比较的繁杂程度,同时后期计算量也大为降低。从评价结果看,当评价指标和指标体系构建合理时,IAHP法能很好地替代AHP法。

1982—2020年黄河流域(河南段)NDVI动态演变及其与气候变化响应研究

基于GIMMS NDVI3g和MODIS NDVI数据,利用一元线性回归模型,本文构建了1982—2020年黄河流域(河南段)GIMMS-MODIS NDVI数据集;在此基础上,结合Sen趋势、Mann-Kendall(M-K)及偏相关分析等方法探究了黄河流域(河南段)NDVI时空演变及其对气候因子的响应。结果表明:(1)重构的GIMMS MODIS NDVI和GIMMS NDVI拟合效果较好,其R^(2)达到了0.8799(P<0.01),二者的月均值直方图差值在[-0.02,0.02]之间的占比高达81.47%;(2)1982—2020年黄河流域(河南段)年和春、夏、秋、冬四季NDVI值均呈现波动增加的趋势,其增加速率分别为0.0018 a^(-1)(P<0.01)、0.0027 a^(-1)(P<0.01)、0.0006 a^(-1)(P<0.1)、0.0013 a^(-1)(P<0.01)和0.0024 a^(-1)(P<0.01);空间上,该流域年和春、夏、秋、冬四季NDVI显著增加的面积占比分别为76.62%、76.62%、33.64%、57.19%和77.16%,显著下降的区域主要位于流域中南部地区;(3)1982—2020年黄河流域(河南段)年均气温呈现显著增加的趋势(slope=0.0377℃·a^(-1),P<0.01)。从季节变化来看,春季和秋季的平均气温增加速率最快,降水的变化在年及其春、夏、秋、冬四季变化均不显著;(4)1982—2020年黄河流域(河南段)年、春季及其冬季NDVI变化主要受到气温控制,夏季NDVI变化主要受降水影响;从空间分布来看,年、春季和冬季NDVI与气温呈显著相关的站点比例分别为82.14%、50%和75%,春季、夏季和秋季NDVI与降水呈显著正相关的站点比例分别为3.57%、14.29%和3.57%,主要零星分布在流域的中部地区。

基于云模型的引调水工程突发水污染事件风险评价——以引江济淮工程(河南段)为例

开展引调水工程突发水污染事件风险评价,降低突发水污染事件的危险性和危害程度,对发挥引调水工程综合效益、提高区域供水安全保障能力等具有十分重要的意义。基于驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型,构建能反映风险源特征和风险受体特性的引调水工程突发水污染事件风险评价指标体系,提出基于云模型的引调水工程突发水污染事件风险等级评价方法,定量评价引江济淮工程(河南段)突发水污染事件风险。结果表明,引江济淮工程(河南段)突发水污染事件风险较低,有5个评价河段的风险等级均为一般(Ⅳ级),2个评价河段的风险等级为重大(Ⅱ级),与从风险源危险性、风险受体易损性、风险控制有效性等3个方面开展的定性评价结果一致。研究结果为合理评价引调水工程突发水污染事件风险提供了新的方法,为引江济淮工程(河南段)突发水污染事件风险管理提供了依据。

黄河流域河南段县域能源消费碳排放时空格局演变特征

为探究黄河流域河南段县域能源消费碳排放时空格局演变特征,本文基于2012—2021年的NPP-VIIRS夜间灯光数据和河南省能源消耗数据模拟出黄河流域河南段各县域碳排放量,运用泰尔指数、趋势分析、变异系数、标准差椭圆和空间自相关分析从不同角度对黄河流域河南段各县域能源消费碳排放时空格局演变特征进行分析,并制定了有效的碳减排策略。结果表明:2012—2021年黄河流域河南段能源消费碳排放总量呈波动上升趋势,碳排放总量由2012年28107.455万吨增长至2021年52461.807万吨,碳排放总体差异随研究尺度的减小而增大;黄河流域河南段县域碳排放空间分布格局差异显著,碳排放高值主要集中在郑州市东部及洛阳市洛龙区,碳排放呈“东北-西南”方向扩散趋势,各县域碳排放变化趋势存在显著的地域差异;各县域碳排放不平等性先增大后减小,碳排放空间集聚显著,呈以郑州市为核心向周围不断辐射的圈层格局。

基于SWAT模型的黄河流域(河南段)径流模拟研究

【目的】水土资源不平衡严重制约着河南省经济社会高质量发展,开展径流模拟是进行水土资源合理调控的前提,对于流域水土资源高效管理具有重要意义。【方法】基于GIS构建黄河流域(河南段)的SWAT模型,建立流域模型的空间数据库和属性数据库,采用SUFI-2算法对影响模拟径流结果的重要参数进行分析,选择花园口站和艾山站作为出口进行校准,模拟黄河流域(河南段)的径流过程。【结果】结果表明,参数中SFTMP、SOL_AWC对的径流模拟结果的影响最为显著;花园口站和艾山站的R~2和NSE均大于0.8,SWAT模型在黄河流域(河南段)具有较好的适用性。【结论】研究结果可为黄河流域(河南段)水资源量模拟提供参考,建立的模型为花园口站和艾山站未来径流变化模拟提供了借鉴。

河南省住院心力衰竭患者患病特点及诊治现状分析

目的分析河南省住院心力衰竭(心衰)患者患病特点及诊治现状。方法横断面选取2018年1月至2021年12月河南省心衰中心联盟45家医院住院的心衰患者20620例(数据来源于中国心血管健康联盟-心衰中心数据库)。采集所有患者年龄、性别、体质量指数、受教育程度、吸烟史、饮酒史、血压、心率、病因、合并症、症状、体征、左心室射血分数、血钾、血钠、血红蛋白、肌酐、药物及器械治疗情况等资料。结果河南省心衰患者平均年龄(69.0±13.0)岁;男性比例为56.4%。心衰主要病因中冠心病比例为70.9%、扩张型心肌病比例为8.4%、心脏瓣膜病比例为7.6%,合并症中冠心病比例为76.5%、高血压比例为56.9%、贫血比例为44.6%。平均住院日为10(7,14)d。所有病例中射血分数减低的心衰患者5073例(27.4%)、射血分数中间值的心衰患者4940例(26.7%)、射血分数保留的心衰(HFpEF)患者8519例(46.0%)。与中国心衰中心联盟心力衰竭医疗质量报告(2022年)数据比较,河南省心衰类型分布同样以HFpEF为主;心衰主要病因同为冠心病;心脏再同步治疗除颤器比例、心脏再同步治疗起搏器、置入式心脏复律除颤器低于全国水平,差异无统计学意义(0.5%vs1.8%、0.2%vs0.6%、0.4%vs1.8%,P>0.05)。结论河南地区住院心衰患者以HFpEF为主,主要病因为冠心病,器械治疗比例偏低,基于指南指导的心衰患者药物应用及器械治疗与指南推荐仍存在一定差距。

基于A-NSGA-Ⅲ的引江济淮工程河南段水资源优化配置研究

为优化引江济淮工程河南段水资源配置,构建了以经济效益最大、缺水量最小和污染物排放量最小为目标函数的水资源优化配置模型,利用改进的第三代非支配排序遗传算法(A-NSGA-Ⅲ)对模型进行求解,并优选出了4种侧重不同目标的水资源优化配置方案进行模拟分析。结果表明:引江济淮水的引入可极大地缓解受水区供需矛盾,规划年2030年、2040年缺水率可分别降至10.43%、5.47%,并有助于优化供水结构,改善生态环境;耦合经济-社会-生态环境协调度最大的方案4为最优方案,方案4规划年地下水供水占比分别下降至53.32%、46.59%;A-NSGA-Ⅲ在解决多目标高维水资源配置问题时具有较好的适用性,优化方案可为引江济淮工程河南段水资源调配方案制定提供参考。

引江济淮工程河南受水区水资源利用效率及其空间自相关性分析

选取引江济淮工程河南受水区9个县(区),构建包括水资源、经济社会和生态环境3个维度的水资源利用效率测算指标体系,采用“单指标量化-多指标综合-多准则集成”评价方法对水资源利用效率进行测算,构建障碍度模型辨析受水区水资源利用效率制约因素,通过空间自相关模型分析各县(区)水资源利用效率的集聚性特征。结果表明:受水区水资源利用效率指数(water resource utilization efficiency index,WREI)呈现波动上升趋势,年均增幅为3.55%;主要障碍因子是生态用水占比和人均水资源占有量;WREI具有较为明显的空间正相关作用,空间集聚性呈降低趋势。

基于泰尔指数的水资源配置公平性研究——以引江济淮工程河南段为例

水资源的公平性配置对促进区域水资源量与经济社会空间均衡发展具有重要意义。选择泰尔指数表征区域间和区域内用水户间不同层面配水的公平性,以缺水率最小、经济效益最大、公平性最高为目标函数构建水资源优化配置模型,并以引江济淮工程河南段为实例开展应用研究。结果表明:工程调水后,规划年2030年和2040年河南段受水区缺水率降低为10.42%和5.48%,有效调整了水源供水结构,缓解了地下水超采、生态用水被挤占等问题;规划年2030年和2040年河南段受水区泰尔指数分别为0.479和0.420,水资源配置公平性得到明显提升,区域内不同用水户间的差异是影响河南段受水区水资源配置公平性的主要因素。

涡河流域河南段浅层高碘地下水分布及成因

通过分析涡河流域河南段249组浅层地下水样,发现浅层高碘地下水分布面积为5818.9 km^(2),占总面积的51.97%,主要分布于研究区北部、东北部,其次分布于太康县的东部地区。第四纪松散沉积物中的碘是浅层地下水中碘的主要来源。气候条件使得浅层地下水中的碘倾向于聚集,地形地貌控制下的地下水流场以及抽取地下水灌溉庄稼的过程,均使浅层地下水中的碘逐渐浓缩而形成浅层高碘地下水。

黄河流域河南段生态保护和高质量发展评价研究

为给黄河流域河南段生态保护和高质量发展的战略需求与实现路径研判提供参考,在剖析生态保护和高质量发展关系及幸福河湖内涵的基础上,从经济高质量发展、社会高质量发展、环境高质量发展3个维度,构建黄河流域河南段生态保护和高质量发展评价指标体系,运用专家赋分法确定各指标权重,采用综合评价模型对2019年黄河流域河南段8个地级市生态保护和高质量发展水平进行测度分析。结果表明:黄河流域河南段生态保护和高质量发展整体为中等水平,还有较大提升空间;在经济、社会、环境3个维度高质量发展评价分值中,经济高质量发展平均为60.50分、环境高质量发展平均为67.28分、社会高质量发展平均为74.96分。总体上黄河流域河南段生态保护对经济、社会高质量发展的支撑不够,从水战略角度提出了采取工程措施、非工程措施支撑生态保护和高质量发展的建议。

沙颍河流域河南段生态系统服务价值及影响因素评估

为提高沙颍河流域河南段生态系统服务水平,推动区域高质量发展,采用当量因子法、热点分析法、地理探测器模型评估沙颍河流域河南段2000—2018年生态系统服务价值(ESV)时空分异特征及影响因素。结果表明:耕地、草地、林地面积减小,城镇与农村居民点面积大幅度增大,耕地转出面积占总转出面积的57.71%,是其他土地利用类型转入的主要贡献者;研究区总ESV值随时间变化整体呈先增大后减小趋势,生态系统服务高值区范围缩小,主要分布在流域西部、北部;生态系统服务低值区范围扩大,主要分布在流域中部、东部,生态系统服务高值区、低值区空间集聚明显;生态系统服务价值增加的原因主要是耕地转水域、耕地转林地,减少的原因主要是林地转耕地、水域转耕地、耕地转城镇与农村居民点;生态系统服务价值空间分异受多因子的共同影响,其中人为干扰指数的影响最大,与各因子的交互作用最显著。下一步须严格限制林地、水域向耕地与建设用地转化,加强对生态用地的投入与管护,开展生态修复及流域生态补偿,以期改善生态环境,提高生态系统服务价值。

黄河流域河南段湿地景观格局和生态系统服务价值演变及预测研究

基于5期土地利用数据,探讨1980—2020年黄河流域河南段湿地景观格局的时空演变特征,运用CA-Markov模型预测2060年湿地格局,并利用效益转移法评估湿地生态系统服务价值(ESV)。结果表明:(1)黄河流域河南段湿地主要分布在黄河干流及支流两岸,其余区域湿地呈零星分布特征。(2)湿地面积以2000年为界呈先减后增的变化趋势,但总体仍减少13.18%,主要转化为耕地。预计2060年湿地面积将比2020年增加5.90%。湿地景观结构以2000年为界由趋于分散变为趋于聚合,2020—2060年将略趋于破碎。(3)湿地是研究区生态系统服务价值最高的地类。湿地总ESV变化趋势与其面积一致,总体减少129.26亿元。预计2060年湿地总ESV将比2020年提高50.24亿元。水文调节是湿地价值最高的生态系统服务功能。

黄河大堤内外农村居民点空间格局演变特征及差异分析--以河南段为例

为探寻黄河下游生态薄弱河段大堤内外居民点空间格局演变特征及差异,基于2009—2019年高分辨率遥感影像,运用空间韵律测度、GIS空间分析等方法对研究区居民点空间格局特征变化进行分析。结果表明,在空间分布变化方面,大堤内外农村居民点均分布更加集中和密集,堤内聚集态势更强,居民点发展方向相反。核密度高值区域变化不明显,中低值区域变化显著;在规模特征变化方面,研究区居民点总量减少,总体规模偏小。堤外居民点规模明显高于堤内,但堤内居民点扩张面积却超过堤外,居民点个数变化受不同因素影响,小规模居民点扩张明显。热点区沿黄河大堤呈糖葫芦形间断分布,热点区和冷点区均减少;在形态变化方面,堤内外居民点形态均朝规则方向发展,堤内外均保持着较好的连通度。堤外破碎化程度高于堤内,并且在10年后该态势保持不变。结合近10年来滩区和堤外居民点空间格局变化特征,提出堤内外差别化居民点空间管控和整治,为黄河滩区生态保护和高质量发展背景下的农村居民点迁建工程、滩区脱贫攻坚提供参考。

黄河流域河南段八市高质量发展评价体系研究

为了给黄河流域河南段八市高质量发展提供参考,以2011—2020年的统计数据为基础,从绿色、协调、开放、创新、和谐5个维度进行分析,建立了黄河流域河南段八市的高质量发展评价体系。采用全局熵值法计算了八市的高质量发展指数,并运用皮尔逊相关系数法研究了其相关性。结果表明:从绿色、协调、开放、创新、和谐5个维度来看,八市的高质量发展指数虽然在增长,但是在协调发展和创新发展上仍有所不足,指数均未能突破0.800,而在开放发展与和谐发展上高质量发展指数较为均衡,且这些城市的高质量发展指数正相关。在推动黄河流域河南段八市高质量发展进程中,应注重提升协调性和创新性,进一步完善发展策略和政策,推动经济、环境、社会等各方面的协调发展。