河北省植被NDVI时空演变特征及影响因素

为了探究植被生长状况及影响因素,以河北省为研究区域,基于卫星遥感数据和气象数据,利用Mann-Kendell趋势检验、Sen斜率、偏相关分析等方法,探讨河北省植被时空分布特征,并结合NDVI与气候因子、人类活动的相关性分析河北省植被NDVI变化的影响因素。结果表明:(1)河北省2001—2020年植被NDVI值时间上总体呈增长趋势,年均增长率为2.84×10-3,其中2001—2005年呈现快速增长趋势,2005—2020年为缓慢增长,并伴有波动;(2)研究区植被NDVI值空间上由南向北逐级递增,植被改善区域(81.71%)大于退化区域(13.79%),改善区域主要集中在承德、张家口市;(3)人类活动(GDP)是影响NDVI增长的主要影响因素之一,气候因子(降水、温度)次之。GDP的变化对植被的生长有着显著的影响,且河北省植被的改善主要与林地和草地相关;气候因子中,降水是主要影响因素。

低影响开发组合措施(LIDs)-调蓄泵站联合削减城市径流效果——以河北省某县主城区为例

采用低影响开发(LID)和泵站等措施有效控制雨洪是治理城市内涝的重要手段。为探究低影响开发和泵站联合削减山丘城区的暴雨径流洪峰效果,构建了河北省某县主城区的SWMM模型。选用渗透铺装-下凹式绿地-雨水桶的低影响开发组合措施(LIDs),并考虑区域上、下游关系联用调蓄泵站布局设计了6种不同的布设方案,并就径流系数及其削减率、出口断面径流峰值及其削减率、峰现时间开展了研究。结果表明:在区域上游、下游及全域布设LIDs方案,虽然能有效控制径流系数和出口断面径流峰值,但是其峰现时间滞后效果并不显著,下游管网排水能力不足的问题也没有完全解决;联合布设LIDs及调蓄泵站后,上游、下游及全域布设方案下的出口断面径流峰值均得到显著削减,最大削减率分别为23.22%、42.88%和44.07%,同时峰现时间可滞后29~187 min。通过对比分析各方案的出口断面径流峰值削减率和峰现时间,最终优选得出下游布设LIDs和调蓄泵站联用方案综合效益最佳。

河北省潜在蒸散发的气候敏感性

为揭示河北省潜在蒸散发(ET0)对气象因子的敏感程度,本文基于河北省12个气象站1970~2012年的气象资料,运用Penman-Monteith公式和Beven敏感系数公式,开展了ET0对气象要素的敏感性分析。结果表明:河北省多年平均年ET0值为1007.7 mm,ET0对各气象要素的敏感水平大小分别为:湿度 > 风速 > 日照 > 气温。其中ET0对湿度的敏感系数小于0,而对风速、日照和气温的敏感系数均大于0。从季节上来看,春、秋、冬三季,ET0对风速和湿度比较敏感;夏季,ET0对日照和湿度比较敏感。在空间分布上,河北省东北部地区和西北部地区的ET0分别对气温和风速的敏感性较强;而东南部地区和西南部地区的ET0分别对湿度和日照的敏感性较强。

基于信息熵的河北省用水结构时空演变分析

为了揭示河北省用水结构在时间和空间上的演变规律,采用信息熵理论分析河北省及各地市2001-2018年的用水结构时空变化规律。结果表明:2001-2018年河北省各地市用水结构信息熵值由0.68上升至1.00,反映出各地市用水系统的稳定性和均衡性在不断增强;时间尺度上,各地市信息熵值分为“高、中、低”3个梯队,梯队之间的差异呈现逐渐扩大的演变趋势,2018年各梯队信息熵值的差异均在0.12以上;空间尺度上,全省信息熵值由环渤海地区向内陆、环京津地区向冀南地区均呈现逐渐减小的渐变型分布规律。上述时空演变特征反映了河北省的经济社会发展历程对用水结构变化的映射作用。研究成果可为河北省各地市未来产业优化布局和用水管理提供科学决策依据。

基于水动力耦合的明渠调水工程节制闸安全调控

针对明渠调水工程中流量切换时,由于调控不当导致闸前水位突破水位上下限的问题,提出安全调控可行域的概念及其划分原则,通过一维水动力模型耦合二分法建立明渠调水工程节制闸的安全调控模型,实现流量切换时节制闸调控开度、安全水位和调控时间区间的计算,进而得到节制闸的安全调控可行域和调控方案,并以南水北调中线工程陶岔渠首至淇河节制闸4个节制闸开展实例研究。研究过程中根据各节制闸流量变化情况,分别设置12种工况进行计算,结果表明:经模型计算的调控方案调控后,闸前水位控制在安全水位区间内,划分的安全水位区间-Ⅱ较水位区间-Ⅰ起到了降低水位变幅的作用,模型运算速度快,最长时间为8.99 s。给出了柔性调度方案,使得调度更为灵活,面向实际工程更实用、操作性强,为调水工程的调度决策提供了支撑。

讲好智慧水电故事,培养新时代工程人——“水电站”课程思政建设与实践

结合学校大工程文化办学特色,以讲好智慧水电故事,培养新时代工程人为目标,利用自主研发的虚拟仿真实验平台,从立体化思政教学内容,智慧化思政教学方法,融合式思政建设模式,多样化思政建设方法路径四方面,开展"水电站"课程思政建设与实践,情系中国水电,并结合社会实践、科技创新等形式,拓展实践情景,塑造德、善、勤、技、新的新时代工程人。建设与实践成效显著。

潜水系统非稳定流抽水试验智能优化配线

精确求解水文地质参数是地下水数值模拟、地下水资源评价与开发的前提。为此,基于抽水试验降深—时间数据,采用随机权重粒子群优化(RandWPSO)算法对考虑给水滞后的博尔顿模型智能优化配线,实现潜水完整井非稳定流水文地质参数反演。结果表明,RandWPSO算法选择的曲线拟合参数精度r/D值为0.1753,较人工选择的0.2精确度更高。该方法显著提高了反演参数精度,可为曲线族标准曲线拟合方法在实际工作中难以应用的问题提供借鉴。

基于投影寻踪模型的水-能源-粮食-人口系统安全评价

河北省作为京津冀城市圈中不可或缺的一部分,其水、能源、粮食、人口等资源安全稳定对于整个区域经济和社会的发展尤为重要。为了深入了解河北省水-能源-粮食-人口系统的安全状况,将人口因素纳入水-能源-粮食系统进行分析,构建水-能源-粮食-人口系统的安全评价指标体系,运用基于麻雀算法改进的投影寻踪模型对河北省2010—2019年水-能源-粮食-人口系统安全进行时空演变综合评价。结果表明:在研究期,河北省水-能源-粮食-人口系统安全等级逐渐升高,各市的水-能源-粮食-人口系统安全差异性降低;河北省各市水-能源-粮食-人口系统安全等级值在1.32~3.95之间,说明该系统安全处于不安全、亚安全、安全3个等级。建议河北省根据自身资源优势,合理分配资源,实现水、能源、粮食和人口的协调发展。

复合盐冻侵蚀下玻璃粉对混凝土孔隙结构影响分析

玻璃粉作为掺合料用于混凝土的改良已得到广泛关注和研究,然而关于复合盐溶液冻融循环下玻璃粉混凝土的孔隙结构特征尚未形成一致认识。针对不同玻璃粉掺量下的混凝土试样,开展室内复合盐溶液冻融循环试验和CT扫描试验,分析了不同玻璃粉掺量下混凝土孔隙结构特征参数分布变化规律,进一步揭示复合盐冻侵蚀下玻璃粉对混凝土细观损伤特征的影响机理。结果表明,玻璃粉掺量增加一定程度上降低了因复合盐冻侵蚀导致的混凝土孔隙结构分布波动变化;10%掺量的玻璃粉对混凝土受复合盐冻损伤影响抑制效果相对更好。相关研究成果可为盐冻环境下混凝土结构冻融侵蚀损伤防治及玻璃粉固废材料的资源化利用提供一定的理论支撑。

基于压力估计的供水管网水力模型校核

供水管网水力模型校核过程中,由于监测点个数较少而校核的参数过多,校核结果往往与实际不符。为使校核结果较为符合实际,提出一种基于压力估计的水力模型校核方法,根据实测监测点压力和入口流量数据估计非监测点的压力,并将估计的节点压力作为校核问题中的已知条件。以管道海曾威廉系数为校核参数,使用多层感知器(Multilayer perceptron,MLP)估计节点压力,使用遗传算法(Genetic algorithm,GA)优化目标函数。案例分析表明,提出的MLP-GA比GA校核效果更好,3个监测点压力绝对误差之和从37.81 m减小到33.65 m,降幅达11.0%;管道海曾威廉系数的绝对误差之和从933.5降低到847.0,降幅达9.27%。

降雨径流过程对不透水面空间分布的响应解析

【目的】城市化导致城市下垫面空间特征复杂化,其中显著特征是不透水面与透水面之间形成复杂的空间关系,对城市地表径流过程产生一定影响。进一步探索降雨径流过程对不透水面空间分布的响应机理,有利于深化城市水文效应科学认知。【方法】开展了降雨径流试验,基于试验数据对二维水动力模型参数进行了率定和验证,并基于所得参数构建了区域大小为1 km×1 km的降雨径流模型,开展了3场真实降雨情景和4类(不透水面上、中、下游和随机分布)城市不透水面空间分布情景下的地表径流过程模拟,对不同情景下的地表径流过程和径流特征进行了分析。【结果】结果表明:在降雨情景A(降雨量10.0 mm)和20%不透水率情景下,上游分布和随机分布之间的径流系数差值占比最大,可达59.9%;在降雨情景B下(降雨量51.8 mm),最大径流流量差值占比为67%。【结论】在同一不透水率下,不透水面空间分布对地表径流过程和径流特征值有一定影响,其影响程度通常随着降雨强度的增加而减小;在同一降雨和不透水率下,在设置的4类不透水面空间分布情景中,不透水面随机分布对径流过程的影响相对其他分布较大。研究结果可为城市径流管控与洪涝防治提供一定参考。

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。

内蒙古阴山北麓草原植被净初级生产力变化特征及其气候驱动力

【目的】研究阴山北麓草原植被净初级生产力的时空变化特征,揭示气候、地形因子对植被NPP变化的影响,为内蒙古草原生态保护与可持续发展提供理论基础。【方法】基于MODIS NPP,气象及DEM数据,采用Theil-Sen Median趋势分析、M-K突变、地理探测器以及Person相关分析等方法,阐明阴山北麓草原植被NPP的变化特征,并识别植被NPP的驱动因子。【结果】2001—2022年,阴山北麓草原植被NPP年均增加2.784 gC m-2a-1,增长速度较快的区域分布在东部及南部。植被NPP变化受降水、日照时数、最低气温、最高气温、地形等因子共同驱动。降水增加促进了植被NPP的增长,相关系数为0.639;最高气温与最低气温与植被NPP均呈轻微负相关,相关系数分别为-0.162、-0.051。【结论】阴山北麓草原植被NPP整体呈显著增加趋势,地形因子对植被NPP的驱动力不强,降水是植被NPP的主要驱动因子,降水与日照时数、最高气温、最低气温的交互作用显著影响植被NPP变化。

南水北调中线渠首前馈控制方案快速计算分析

明渠调水工程中为适时适量的满足下游用水需求,需要提前制定控制方案。前馈控制方案的设计往往较为复杂,且影响因素众多,调度人员难以快速做出决策。基于蓄量补偿法对南水北调中线工程刁河节制闸至十二里河节制闸段作前馈控制,基于蓄量补偿计算结果,分析了初始流量、分水流量与前馈控制时间的关系,构建了单、双变量的前馈控制时间快速计算公式。探究了不同因素对蓄量补偿控制下游水位偏差的影响,得到初始流量、分水流量与下游水位最大偏差之间的函数关系式。针对工程运行中的极端工况,原蓄量补偿控制的下游水位偏差过大的问题,采用二次蓄量补偿规则对渠池进行前馈控制,有效减小了下游水位偏差。

跨学科视角下的流域磷源示踪技术:原理、实践与挑战

文章详细介绍了流域磷源示踪技术的种类和原理,包括化学特征示踪法、同位素示踪法、微生物指纹法和模型模拟法,并讨论了各方法的优势、局限性以及面临的挑战。尽管这些技术在理解磷循环的复杂性和动态特性方面各有优势,但其有效应用受限于技术方法的局限性、数据解释框架的多样性和比较难度、操作的高度复杂性以及对先进技术的依赖。该文强调了跨学科协作在推动技术创新、数据处理集成和成本效益平衡方面的重要性。通过结合化学、生物学、环境科学等学科的方法和理念,可以为磷源示踪技术的优化提供新视角,助力未来的研究和实践应用。

抽水蓄能电站输水管道区域环境振动分析及减振措施

为了探讨抽水蓄能电站输水管道区域环境振动的问题,结合实际工程的环境振动监测资料,采用Midas-GTS软件分析抽水蓄能电站输水管道区域环境在不同工况下的振动影响,并提出合理的减振措施。研究结果表明:库区上游靠近机组的区域环境振动分贝值均大于库区下游,库区下游靠近居民区的环境振动分贝值均大于居民区环境振动标准值,且严重影响居民的正常生活。由于抽水蓄能电站区域环境振源复杂,填充沟措施效果显著,且易施工,对类似的抽水蓄能电站工程具有一定的借鉴意义。

组合三棱柱振子流致振动运动特性分析

以流致振动能量转换系统(flow induced motion energy conversion system,FIMECS)为基础,以截面形式和刚度为变量针对组合三棱柱振子进行试验,评估振幅、频率等指标。试验选取了组合三棱柱振子进行了模型试验,通过改变截面排布形式以及系统刚度来研究截面布局、刚度对组合三棱柱振子的影响。该研究旨在探究组合振子流致振动的最佳振动条件,为后续多振子流致振动研究扩展思路。试验结果表明:三种不同排布形式的组合振子,在不同刚度工况下都有较好的振动效果,Ⅰ型和Ⅲ型振子振动随流速变化表现为典型的涡激振动,Ⅰ型排布振子具有最好的振动表现。

基于Rhino和Flow-3D耦合的串列四桥墩局部冲刷数值模拟

针对复杂地形下串列四排桥墩局部冲刷问题,以洺河京港澳高速桥6号桥组为研究对象,以不同泥沙级配及中值粒径表征非均匀沙质河床及来沙条件,考虑泥沙水下休止角等影响因素,通过建模软件Rhino耦合Flow-3D开展三维数值模拟研究,得到串列四排桥墩周围流场结构及冲坑演变过程。将模拟得到的流速值和冲深值与物理试验结果对比,相对误差均在10%以内,表明构建的数学模型能够较好地实现复杂地形下非均质河床的四排桥墩局部冲刷数值模拟。模拟方法可为类似三维曲面数值模拟研究提供参考,对于识别桥墩周围水流结构和冲刷特性、指导桥梁规划设计具有重要的参考价值。

基于时间序列的冬小麦信息提取及灌溉信息识别方法研究

河北是我国主要农业大省,一直是农业干旱多发区,其原因一方面在于区域水资源短缺严重,另一方面是仍以粗放型灌溉为主,造成水资源浪费。解决上述问题的关键在于提高我国农田灌溉用水效率,要做好该项工作,充分掌握农作物实际种植结构和灌溉信息至关重要。选取邯郸市邱县为研究区域,基于Landsat 8、高分1号影像数据以及无人机数据,结合冬小麦物候特征,构建冬小麦生长季时间序列数据集,采用支持向量机分类法进行了冬小麦信息提取;在此基础上,根据灌溉前后遥感指数变化规律,反演了地表温度(LST)、植被供水指数(VSWI)、温度植被干旱指数(TVDI)等因子,进行区域农作物灌溉信息提取模型实验。研究结果表明:①遥感影像时间序列数据SVM分类方法信息提取精度较高,Kappa系数为0.92;②Landsat 8影像LST、VSWI、TVDI灌溉面积提取结果对比发现,三类指数提取结果占冬小麦面积的比例均在60%以上,具有较好的一致性,调查证实基于VSWI反演灌溉面积效果最好;③三类指数提取结果叠加分析得到面积为128.357 km^(2),其中VSWI指数与此面积重叠率达88.48%。上述研究方法较准确的识别出冬小麦种植面积及其灌溉信息,可以作为区域水资源调度、种植结构调整、干旱防治的理论支撑和决策参考。

考虑降雨入渗的高边坡开挖支护稳定性分析

【目的】为研究降雨入渗对多级开挖支护后高边坡的稳定性,针对四川达州市某高边坡工程,基于ABAQUS软件并结合现场工程地质和水文地质条件,建立高边坡开挖降雨渗流模型。【方法】考虑不同降雨条件的影响,引入多层非饱和土计算方法,结合现场监测情况,对降雨工况进行研究,进而研究非饱和土边坡的稳定性。【结果】研究结果表明,孔隙水压、边坡位移与降雨强度和降雨持续时间呈正相关,长时间高强度降雨易使多级开挖的高边坡产生较大滑移。【结论】建议采取边开挖边支护的施工措施。研究成果可为高边坡多级开挖支护的稳定性研究提供一定的参考。