永定河流域水文演变与多水源联合优化调度

水资源是保护修复永定河生态环境功能、维护河流生命健康的控制性因素。永定河流域水资源极为紧缺,且地表水资源量呈显著衰减态势。为实现紧缺严苛的水资源条件下永定河生态水量的有效保障,系统解析了流域水文演变特征,核算了分河段基本生态水量和多水源生态补水潜力,建立了耦合水资源供用耗排过程和水工程群联合运用的多水源优化调度模型,提出了常规和极端情况下的多水源生态水量调度方案和基于降水年型研判的调度方案运用方式。研究成果为有效保障永定河生态水量、提升应对变化环境的韧性提供了关键方法和模型,为华北地区其他河流生态保护修复和综合治理提供技术参考。

大汶河流域土地利用时空演变分析及生态空间多情景模拟

多情景模拟土地利用演变为大汶河流域土地管理和推动区域高质量发展提供参考。基于大汶河流域1990、2000、2010和2020年土地利用数据,借助动态度和土地利用转移矩阵分析研究区近30年来的土地利用时空演变特征和相关驱动机制,从地理环境、社会经济和交通路网三方面选取12个驱动因子,设置生态保护、耕地优先和经济发展3种情景,利用PLUS模型模拟研究区2030年土地利用空间分布及对比分析各情景模拟差异。结果表明:①近30年来,耕地面积减少明显,达630 km^(2);建筑用地面积持续增长且增幅较大,占比从8.8%增至16.7%。②2020年土地利用模拟结果Kappa系数为0.89,总精度为93.15%,均高于标准,PLUS模型满足大汶河流域土地利用模拟要求。③综合3种情景模拟结果发现,耕地优先情景下,耕地面积总量得到有效保护,相对限制建筑用地面积的增长,同时生态环境和经济建设都得到较好保障。因此耕地优先情景更符合大汶河流域可持续发展的要求。

长三角地区医疗卫生资源供给的时空演化特征及其影响因素

在健康中国与长三角区域一体化发展国家战略的目标驱使下,医疗卫生资源供给能力日渐成为区域公共设施均等化发展的重要指标,新型冠状病毒肺炎疫情等突发公共卫生事件对地区医疗卫生资源供给能力提出了更高的要求。为辨明长三角地区医疗卫生资源供给的发展特征与影响因素,构建了以时间演变、空间分异与因子探究为主的分析结构,采用泰尔指数、空间自相关、多尺度地理加权回归等方法,研究了2001—2019年长三角地区41个城市医疗卫生资源供给的区域差异与影响因素。结果表明,研究期内长三角地区医疗卫生资源增长迅速,区域均衡性提高;总体格局与长三角“Z”字形空间结构相吻合;医疗卫生资源供给的影响因素涵盖社会、经济与政治3个维度,且作用强度存在空间异质性。在此基础上,提出了促进长三角地区医疗服务一体化发展的对策及建议。

基于多区域投入产出的黄河流域贸易隐含碳排放时空格局及结构分解

厘清黄河流域贸易隐含碳排放时空格局及其驱动因素,对于制定公平有效的减排方案,实现区域合作减排的重要目标至关重要。利用多区域投入产出模型深入研究2007—2017年黄河流域9个省区贸易隐含碳排放的构成,以及其在省级和行业层面的转移路径;通过结构分解方法,追踪黄河流域贸易隐含碳排放区域内外的影响因素,揭示其区域内外影响因素的异质性。结果表明:黄河流域整体呈净贸易隐含碳转出区域,主要由中间投入的贸易方式进入其他各省的生产需求时导致。该流域的生产供应和整体需求正向中西部和东北地区转移,而对东南沿海省份的供应和需求正逐渐减少。区域外的最终需求和本地的碳排放强度是影响转出贸易隐含碳的主要因素,区域内的最终需求和区域外的碳排放强度是影响转入贸易隐含碳的主要因素。此外,生产结构和最终需求是影响黄河流域贸易隐含碳排放的关键因素,前者对黄河流域贸易隐含碳排放起抑制作用,后者则主要起驱动作用。

考虑新能源消纳的黄河上游水电站群生态优化调度研究

为降低黄河上游水电站群调度中新能源消纳对河流径流情势和生态完整度的影响,以河流径流情势变化最小、水电站群发电量最大、发电出力平稳性最高为目标,建立了风水光多能互补系统生态调度模型,采用多目标进化算法求解,探讨了多能互补系统发电出力、新能源消纳及河流生态保护之间的均衡关系。结果表明:水电站群发电量和河流生态保护目标之间呈现明显的竞争关系,多能互补系统的发电出力波动越大,水电站群发电量越大,径流情势变化也越大;入库径流量越大,水电站群生态调度对径流情势的影响越小;多能互补系统生态调度对径流情势的影响主要集中在年发生高/低流量脉冲次数和流量平均增加率/减少率这两项指标,在枯水年发电量最大的调度结果中,年发生低流量脉冲次数和流量平均减少率指标的变化最大。

黄河河口流路多目标联合运用方式研究

黄河河口流路运用方式面临着新形势下保障防洪安全、维持生态功能和减缓海岸蚀退等多目标需求。采用实测水文资料和现场调查资料,分析河口河道防洪形势、黄河口国家公园建设需求和备用流路现状情况。清水沟流路在小浪底调水调沙运用后防洪形势明显改善,然而仍面临着大洪水的威胁;目前河道滩地呈现约6‱的倒比降,加剧了大洪水时的防洪压力。黄河口国家公园清水沟片区在清四控导工程以下无整治工程,规划的科研平台和大量基础设施要求洪水尽量不漫滩。刁口河片区规划的生态补水量为0.55亿m^(3),附近海岸因缺乏泥沙补给处于蚀退状态。刁口河主槽淤积萎缩,滩地开发建设侵占严重,亟待长期过水加强保护。新形势下黄河河口流路运用方式为“联合运用、常态过水、平滩分流、双河行洪”。刁口河常年维持一定的过水流量。当清水沟流量达到3500 m^(3)/s时向刁口河分流,大洪水时两条流路作为5000 m^(3)/s流量的泄洪通道。

混合式抽水蓄能电站群容量计算研究Ⅱ:多尺度嵌套容量计算模型及实例

基于流域梯级水电站增建混合式抽水蓄能电站(简称混蓄电站),对保障新型电力系统安全稳定运行、促进新能源大规模发展和消纳具有重要意义。研究提出基于多尺度嵌套调度模型的混蓄电站群容量计算模型,该模型嵌套含混蓄电站的梯级水电站短期调峰模型、考虑短期调峰与综合利用供水任务的梯级水电站中长期优化调度模型两大核心模块;此外,针对该容量计算模型的高维特征,提出基于代理模型思想的求解方法。以黄河上游待规划的大型混蓄电站群为实例,分别计算混蓄电站单独开发、梯级开发、整体开发三种模式下电站装机容量以及抽水调峰效益,并推导理论公式揭示混蓄电站抽发循环效率及抽水时长对电站装机容量的影响机制。实例计算取得的结果:龙羊峡-拉西瓦混蓄电站推荐采用水泵机组+可逆式抽蓄机组形式开发,单独开发模式下,推荐装机160万kW;当其与拉西瓦-尼那混蓄电站梯级开发时,推荐装机205万kW。当混蓄电站设计抽水时长减小时,其装机容量可增加,调峰能力变大,但电站抽水耗电调峰效益不变。拉西瓦-尼那、李家峡-直岗拉卡、公伯峡-苏只混蓄电站推荐装机分别为75万、16万和59万kW。4座混蓄电站整体开发模式下,可用于新能源消纳的抽水调峰电量为年均87.42亿kWh。

基于PLUS模型的2030年滹沱河流域山区段生态承载力时空格局多情景预测

为探讨滹沱河流域山区段当前及未来不同发展情景下生态承载力的时空变化,应用植被净初级生产力改进的生态足迹模型测算分析了流域2015—2020年生态承载力的时空格局变化,并借助经过精度验证的PLUS模型对2030年区域自然发展、经济发展及生态保护三种发展情景下的生态承载力时空格局进行预测。结果表明:2015—2030年滹沱河流域山区段单位面积生态承载力整体格局变化不大,但内部空间分异明显,整体呈东南及西北区域单位面积生态承载力高,而东北、西南部区域单位面积生态承载力低的特点。2015—2020年区域生态承载力总量由1.0780×10^(6)bhm^(2)增加到1.0796×10^(6)bhm^(2),呈上升趋势;2030年自然发展和经济发展情景下区域生态承载力总量分别为1.0783×10^(6)、1.0782×10^(6)bhm^(2),与2020年相比呈下降趋势,草地向耕地的转移、林地向建设用地的转移是生态承载力下降的主要原因;2030年生态保护情景下生态承载力总量为1.0802×10^(6)bhm^(2),与2020年相比呈上升趋势,耕地向林地、草地转移是区域生态承载力增加的主要原因。各类用地的生态承载力总量由高到低依次为草地>耕地>林地>建设用地>水域,生态保护情景有益于林地、草地生态承载力总量的增加,经济发展情景有益于耕地和建设用地生态承载力总量的增加,水域生态承载力总量在各种发展情景下变化较小。生态保护情景更有利于未来生态承载力的增加,符合区域未来发展方向。严格控制草地向耕地的转变以及林地向建设用地的转变,继续实施退耕还林、还草生态工程,加强区域废弃矿山生态复垦的力度,将会提高区域未来生态承载力,实现区域生态安全及经济、社会、生态的可持续发展。

黄河流域煤炭-煤电-煤化工场地特征精准智能识别方法及应用

黄河流域是“能源流域”,兼具生态环境治理和经济社会发展的重任,涉煤产业场地类型、数量及特征的精准智能识别是流域能源资源-低碳发展-生态保护的关键基础问题。研究融合多源数据与深度学习算法,从流域-基地-场地尺度对黄河流域13个大型煤电基地的煤基场地特征精准解析,获得煤电基地高精度、高质量的本底信息,提出一种实时实景智能识别涉煤产业空间特征的新方法。(1)筛选Google image、GF-6影像、Sentinel-2影像等多源数据,采集13个大型煤电基地煤基场地样本,构建煤炭场地(露天)、煤炭场地(井工)、煤电场地、煤化工场地4类数据集,涵盖21种样本类型。按照每种样本六面体设定6×10个样本,共计1 260个场地样本,分析得出最适样本数量-最高识别效率-最优识别模型的置信区间为80%~86%。(2)建立了煤基场地类型量化模型(Coal-based Site Classification Quantitative Model, CSCQM)和煤基场地范围特征模型(Coalbased Site Range Characteristic Model, CSRCM),模型平均精准度为0.837。明析了黄河流域涉煤产业场地本底信息,提出Google image底图叠加场地智能识别模型解算结果的高精度场地智能识别方法。(3)解析了流域神东煤炭-煤电产业集聚区精准本底数据,依据遥感生态指数(Remote Sensing Based Ecological Index,IRSE)分析,煤基场地分布2 km核心区地表生态质量受煤炭、煤电产业影响明显,5 km缓冲区则影响不明显,而8 km控制区基本不受煤炭、煤电产业影响,从而给出了“动态修复”与分区域、分阶段重点治理等低碳路径。(4)解析了流域宁东煤炭-煤电-煤化工产业集聚区精准本底数据,2022年煤炭场地17.81 km^(2)、占比34.1%,煤化工场地22.3 km^(2)、占比42.6%,煤电场地12.2 km^(2)、占比23.3%,煤化工场地>煤炭场地>煤电场地。进而采用PSR(Pressure-State-Response)模型得到风险管控综合得分53.93分,较2003年提高了27.2%。划分生态维护区、生产监测预警区、损毁修复重建区、其他调控区的分区管控模式。研究为涉煤产业煤基场地潜在污染控制、场地治理及区域生态修复提供技术方法与实践支撑。

秦腔剧本英译的多模态协同与意义重构——以《满江红》为例

秦腔,这种艺术形式源自古代陕西关中一带的汉族民间歌舞,融合了语言、唱腔、角色塑造、音乐表演、装扮以及服饰等元素,是一种多模态的艺术形式。本文基于张德禄多模态话语分析理论,从文化、语境、内容、表达等4个层面探讨秦腔剧本《满江红》英译过程中语言模态、视觉模态、听觉模态之间的互补关系、非互补关系与意义重构,据此提出相应的英译方法。

基于多源数据的长江流域1982—2022年骤旱事件时空演变

骤发性干旱(简称骤旱)是一种突发性高且强度大的极端干旱现象,会对农业生产和生态系统构成严重威胁。近年来,长江流域骤旱频发,然而其骤旱时空演变格局及规律尚不明晰。本研究基于GLEAM、GLDAS和ERA5-Land数据,以标准化蒸发胁迫比及其变化值作为识别指标,开展1982—2022年长江流域骤旱识别,全面分析长江流域骤旱空间分布和时间演变特征;并鉴于2022年旱情的严重性和特殊性,重点分析该年长江流域骤旱事件。研究结果表明:①在空间分布上,长江流域上游的金沙江水系和中下游的大型水库湖泊骤旱发生频率最高且强度最大;②在时间演变上,骤旱发生频率、平均持续时间和强度均在长江流域整体上呈现出非显著上升趋势,而有显著变化趋势的区域在2001年前后表现出明显的趋势反转现象;③2022年夏季受极端高温热浪影响,长江流域遭遇大规模骤旱事件,具有波及范围广、持续时间长的特点,且骤旱在空间上呈现出从上游向下游传递的态势。

城市河网工程群多目标联合调度优化模型

城市河网工程群联合调度优化是一项复杂的系统工程,涉及多种闸、泵、堰等水利工程,是多时段、多对象、多约束、多目标非线性优化问题。基于此,提出了面向河网水环境改善目标的水工程群多目标联合调度优化模型,综合运用了“水量水质模型—优化调度模型—优化求解算法—方案优选方法”耦合方式,构建面向河网水环境改善的工程群多目标联合调度优化模型,并采用EMMOPSO算法的优化模型求解、基于AHP-TOPSIS的联合调度方案优选,以实现对河网水工程群联合调度的优化与决策支持,选择了长三角地区某城市河网开展了优化模型关键技术的数值试验与案例分析。结果表明:相较于水工程常规调度方式,本优化模型可以减少河网生态引水量23.9%~28.5%、提升河网水体水质达标度11.8%~90.4%,优化模型能够支撑平原城市河网地区取得显著的防洪除涝、水资源调配、水环境改善等多方面的综合效益。

玛曲谷地3 ka以来气候变化对黄河一级阶地土壤发育过程的影响

青藏高原东部若尔盖盆地不同地貌位置发育了较好的黄土-古土壤序列,但目前关于这些风积物的时间序列、空间分异及其对地表过程的指示意义尚不十分清楚。本文根据野外考察所获资料和实验室数据,针对这些问题进行分析论述,成果可为准确理解若尔盖古湖泊消亡后,该地区风沙活动的盛衰变化、风化成土强度变化和气候变化规律及其他们之间的关系提供直接证据。选择黄河一级阶地玛曲老桥西(LQX)剖面为探究对象,对其剖面构型、磁化率、地球化学、微形态等进行研究,用光释光(OSL)方法进行测年断代。研究认为:在若尔盖盆地普遍发育多周期土壤,但不同地貌位置发育的黄土-古土壤序列的时间序列和构型并不相同。LQX剖面具有MS0-MS1-L-MS2-L构型,为近3.0 ka以来连续发育所成,风沙活动强度变化是影响土壤连续发育的主要原因;矿物组合、CIA、Rb/Sr比值、磁化率等数据指示该剖面整体处于低级风化强度阶段,土壤层风化成土强度有所增加,但增强的幅度有限;5~4 ka形成的黄河一级阶地为风成堆积和保存提供了有利条件,3.0 ka前后区域气候转向较干旱,风沙活动较强形成了黄土L。1.5 ka前后,气候向较湿润方向转化,降水增加,地面的水热条件有利于草甸类植物生长,形成土壤层MS2。0.6 ka前后,出现短暂的气候较干旱时段,土壤发育中断,风尘堆积加剧形成约30 cm厚的黄土。0.3/0.4 ka始,气候干旱降低,风沙活动减弱,土壤又重新发育,形成MS1+MS0。

基于流溪河模型的任河流域城口段暴雨洪水模拟

为准确、有效地预报任河流域城口段暴雨洪水,以DEM、土地利用和土壤类型数据为基础,利用流溪河模型构建任河流域3级河道模型,选取20190627暴雨洪水手动优选模型参数,借助20170923、20180919暴雨洪水验证模型适用性;考虑降雨移动方向,利用优选模型模拟12 h降雨量为30、60、90、120、150 mm等5种情景洪水流量,分析各情景模拟特征。结果表明,参数优选后,20190627暴雨洪水洪峰误差减至2.79%,峰现时间提前5 h,模型模拟效果显著提升。20170923、20180919两次暴雨洪水洪峰误差小于20%、峰现误差小于3 h,满足模拟精度要求,流溪河模型可用于研究区暴雨洪水模拟。多情景下,30、60 mm降雨洪峰流量均小于150 m3/s;从90 mm降雨开始,洪峰流量急剧增加,增长率高达94.17%;降雨由上游往下游移动时洪水曲线至少出现1次峰值,反之洪水曲线仅有1次峰值,降雨量每增加30 mm,峰现时间提前1 h。流溪河模型在任河流域具有较好适用性,多情景模拟结果可为城口县设置暴雨洪水防治措施提供多视角支持。

黄河中下游水资源多目标利益对古贤水库运行的响应

为量化未来古贤水库参与黄河中下游梯级水库群联合运行对供水、发电、调水调沙、生态多目标关键利益及非关键利益的影响,设置2030水平年有古贤水库及无古贤水库两种情景,基于梯级水库群多目标协同优化调度理论构建黄河中下游梯级水库群多目标协同优化调度模型,通过求解模型分析了径流减少及未来综合需水增加的背景下,黄河中下游多目标利益对古贤水库参与联合运行的响应关系。结果表明:与无古贤水库情景相比,有古贤水库情景下水库群调度系统总协同度略微增加,供水与发电子系统有序度有所增加,农业关键期、非关键期多年平均缺水量减少,水库群多年平均发电量增加;除调沙频率略微下降外,有古贤水库情景下输沙、生态目标关键利益及非关键利益均有所提升。

基于最优变分模态分解的渭河流域多步径流预报

针对渭河流域月径流序列的非平稳性日益加剧而难以对其进行精准预测的问题,提出了一种基于最优变分模态分解(OVMD)、随机配置网络(SCN)和递归多步预测策略的月径流序列多步预测模型。首先,利用OVMD将径流数据投影到不同频率的子序列中;然后通过SCN对每个分解部分进行预测,叠加得到单步预测结果;最后通过递归多步预测方法对未来较长时间的径流数据进行预测,得到多步预测结果。选取渭河流域华县水文站和咸阳水文站1970~2019年的实测月径流时间序列进行实例分析,并与其他常用模型进行对比,选取均方根误差RMSE、平均绝对误差MAE、平均绝对百分比误差MAPE以及纳什效率系数NSE对预测结果进行评价。研究结果表明:在华县水文站和咸阳水文站的单步预测试验中,OVMD-SCN模型的NSE分别达98.15%和98.52%,显著高于其他流行模型;在两个水文站的多步预测试验中,OVMD-SCN的各项评价指标均优于其他流行模型,表明所提方法可以精准预测5个月后的径流量。研究成果可为渭河流域的月径流精准预测提供技术支持。

干旱地区河槽暗蓄雨洪资源化利用模拟

目的 研究利用雨洪资源解决干旱地区用水短缺问题,提出利用河槽暗蓄收集雨洪最佳工程方案,为该类工程的设计提供参考。方法 应用Visual Modflow软件模拟研究辽西喀左地区内第二牤牛河流域中不同调蓄方案和拦蓄入渗方案对河槽暗蓄雨洪资源化的影响。结果 通过不同调蓄方案的对比,采用可调控悬挂截渗坝代替现有截渗坝时,雨洪资源利用率可提高至20.3%;通过不同拦蓄入渗方案的对比,“不清河床+坑塘+拦水堰”方案的雨洪资源入渗量为天然条件下雨洪资源入渗量100倍以上。结论 河槽暗蓄雨洪资源化工程最佳的拦蓄入渗和调蓄组合方案为在“不清河床+坑塘+拦水堰”的情况下采用可调控悬挂截渗坝,可显著提高雨洪资源利用率。

黄河流域高质量发展效率耦合协调格局分异及其影响因素分析

高质量发展是中国式现代化建设的必由之路.本研究在厘清黄河流域经济、社会、生态和城市建设之间逻辑关系的基础上,构建了黄河流域多维系统的高质量发展效率评价指标体系,基于MinDS模型和耦合协调度方法测算2009-2020年不同尺度下黄河流域高质量发展效率多系统耦合协调演化,并利用Tobit模型讨论其影响因素.结果表明:1)黄河流域高质量发展效率总体缓慢上升.其中:经济高质量发展效率呈现“倒U”型发展趋势,由高到低排序为下游、中游、上游;社会高质量发展效率缓慢下降,由高到低排序为上游、下游、中游;生态高质量发展效率快速上升,由高到低排序为中游、上游、下游;城市高质量发展效率平稳波动,由高到低排序为中游、上游、下游.2)黄河流域全域、上游和中游的高质量发展效率多系统耦合协调整体属于较协调状态,下游整体属于接近协调状态.3)经济发展水平、产业结构转型、科技投入强度、科技产出水平、能源消耗强度、环境规制、对外开放程度、基础设施保障和城镇化水平等对黄河流域高质量发展效率多系统耦合协调,在不同流域段的影响表现出空间异质性.基于此,本研究提出了促进黄河流域高质量发展的对策建议.

长三角新质生产力涌现的动态识别与驱动因子捕捉——基于多时点SNA与QCA分析

因地制宜发展新质生产力是实现高质量发展的必然选择。本文以2013年、2017年、2022年长三角地区41个城市为例,运用多时点SNA与QCA探究长三角地区城市新质生产力的演变格局与异质性驱动路径。研究发现:首先,长三角地区新质生产力网络密度随时间推移逐渐增大,关联度逐渐增强且趋于稳定,空间上逐步形成以上海、苏州、无锡、杭州、南京为核心的联系网络;其次,个体中心性分析表明中心城市仍然存在新质生产要素层面的虹吸效应,进一步用多时段QCA抓取了数字政策、科技人才、技术创新、产业升级、数字金融五大要素促进城市新质生产力的多样化组态;最后,通过对比三个时段间组态演化发现,科技人才和数字金融在各时段内始终扮演着重要角色,其余驱动因子也在各时段组态中展现出异质性驱动作用。研究为捕捉区域视角下新质生产力的演化规律,深化对各时段长三角新质生产力多重因素间复杂互动的认识,以及因地制宜培育和发展新质生产力提供了借鉴。

基于NSGA-Ⅱ的南水北调东线一期北延应急工程水资源多目标优化配置

为推进南水北调工程高质量发展,以南水北调东线一期北延应急供水工程为研究对象,开展北延应急供水工程水资源多目标优化配置研究。以缺水量最小、调水成本最低为目标,构建北延应急供水工程受水区水量多目标优化配置模型,基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行模型求解。确定各受水区在经济最大化和缺水总量最小化条件下的供水量,制定符合农业、生态和城市应急等需求的精准调配方案。结果表明:平水年满足按需分配条件,做到满足最大需水量的同时也满足供水成本最低的目标;枯水年年供水保证率分别为57%、56%、55%、54%、53%、49%、46%、36%、34%和21%情况下的10组最优解作为水量优化配置方案,其中7个优化配置方案供水保证率大于规划调水量的供水保证率值38%。在水资源多目标优化配置方案下可高效完成受水区供需水任务的同时,有效提高供水保证率,同时保证调水成本的经济性。