改进AHP法灰色关联和模糊综合评价在地下水质评价中的适用性

以改进层次分析法(AHP)权重值研究为目的,通过对数据的标准规范化处理自行构造判断矩阵,采用MATLAB计算研究区地下水质的权重值,将所得权重值运用于灰色关联和模糊综合评价两种方法,以白城地区为例对地下水中铁、砷、氟等9项指标进行评价。结果表明:铁、钠、氯化物、硝酸盐(N)、硫酸盐、溶解性总固体、总硬度、砷、氟的权重分别为0.137、0.105、0.130、0.113、0.106、0.070、0.057、0.209、0.073。两种方法评价结果具有较高的空间一致性,白城地区水质总体较差,Ⅰ～Ⅴ类水占比分别为12%、13%、9%、14%、52%,西北部洮儿河扇形地区水质远优于东南部平原区。通过两种方法的适用性验证,表明改进的AHP法是符合实际的。     

基于物理成因识别的第二松花江汛期径流预报

针对第二松花江流域中长期径流预测精度较低问题,为了分析物理预报因子的作用过程以提高汛期洪水预报精度,选取太阳黑子相对数为物理影响因素,进而识别其影响时滞,以影响时滞期内的太阳黑子相对数作为径流预报因子,以汛期(6—9月份)月平均径流为预报项目,采用BP神经网络识别映射关系,采用历史资料作为训练样本,完成网络训练和检验。以第二松花江干流控制性水利工程丰满水库为例,对2017年汛期月平均径流进行预报。结果表明:丰满水库汛期月平均入库流量为1 400 m~3/s,来水频率为11%,定性预报第二松花江流域2017年为丰水年;2017年丰满水库实际来水141.00亿m~3,为多年均值的112%,为偏丰来水年份,来水定性预报正确。该方法的创新点在于:采用全局敏感性分析方法识别太阳活动的影响时滞,以确定预报因子;采用BP网络模拟预报因子与预报项目的复杂非线性相关关系,以构建预报网络。研究成果为2017年吉林省水文预报和防汛决策提供了重要支撑。     

伊犁河谷西部平原多级次地下水循环模式

分析伊犁河谷西部平原区地质条件与水文地质条件,结合2017、2018年研究区内采集的220组地表水及地下水样品的水化学、D、~(18)O、~3 H及CFCs等指标测试结果,以伊犁河南北岸2个典型剖面为重点,分析了区域地下水环境同位素和水化学的空间分布特征。伊犁河谷西部平原区地下水主要接受山区降水补给,地形地貌和含水层岩性变化是控制区内地下水循环最主要的影响因素,区内地下水循环表现为多级次的循环演化特点,以伊犁河为界,伊犁河谷西部平原区南北两侧地下水水流系统可划分为局部、中间和区域等3个级次的地下水流系统。不同级次的地下水水流系统在循环范围和深度上存在一定差异。     

白山流域春季径流影响因素及作用机理识别

我国北方流域春汛来水水源组成多元,影响径流过程的因素众多,且各因素的作用过程复杂,给春汛来水预报带来了挑战。春汛是白山流域第二个集中来水期,准确的春汛预报是科学合理制定水库调度方案的前提和基础,既可以保证农业供水需求、航运用水需求,又能为后期防汛预留库容,实现水资源高效利用。依托白山水库1958—2016年春季长系列日入库流量过程资料,通过Eckhardt递归数字滤波法进行基流分割并绘制基流比过程,根据基流比过程演化趋势将春季径流的水源组成划分为融雪产流、冻土条件下融雪、降雨产流和冻土条件降雨产流等3个阶段。多年平均状况下,白山流域融雪产流开始日期为3月28日,冻土条件产流开始日期为4月28日,融雪产流结束日期为5月20日,冻土消融日期为6月15日;多年平均状况下,融雪产流历时为28 d,冻土条件下融雪、降雨产流历时为26 d,冻土条件下降雨产流历时为24 d。以白山流域内3个气象站1960—2016年日降雨、温度、辐射和风速数据为影响因素,以白山水库日入库径流量(径流深)为目标变量,在融雪产流期(3月28日—5月20日)内,采用全局灵敏度分析法识别出日总辐射和平均风速无时滞效应、最低温度具有1 d的时滞效应、平均温度和最高温度具有2 d的滞后效应,继而识别出基于时滞的日总辐射、平均风速、平均温度和降水为融雪产流的关键影响因素;采用遗传算法拟合融雪产流经验公式,1960—2010年校准期内模拟精度较好,在径流系数小于等于1时和大于1时,拟合优度分别为97.1%和77.5%,平均相对误差为7.5%和22.5%,效率系数分别为96.8%和71.2%;在2011—2016验证期内,在径流系数小于等于1时和大于1时,拟合优度分别为99.3%和99.8%,平均相对误差分别为7.4%和16.8%,效率系数分别为97.8%和94.6%。     

基于智能聚类识别的 SWAT 模型参数优化方法 −以石头口门水库流域为例

为探究 SWAT 模型参数优化过程与方法,降低参数估计不确定性,采用敏感性分析方法遴选关键参数,针对 关键参数采用拉丁超立方抽样构建参数样本集,进而结合各组关键参数组合下的模拟精度指标构建聚类指标集, 采用 SOM 聚类算法进行聚类,并基于模拟精度较高且波动较小类别识别各关键参数取值范围,形成一种 SWAT 模型关键参数优化系统方法。以石头口门水库流域为例,选取 1980—2016 年（1980—1986 年为预热期,1987— 2009 年为率定期,2010—2016 年为验证期）的月径流实测资料,建立流域 SWAT 模型,引入 SOM 聚类算法进行参 数优化,不断缩小模型关键参数合理取值区间,并应用 SUFI-2 算法进行模拟结果对比。结果表明：SWAT 模型适 用于石头口门水库流域,且参数优化前验证期的决定系数 R2为 0.79,纳什效率系数 ENS为 0.74,P-factor 为 0.65,R-factor 为 0.56;参数优化后验证期 R 2为 0.88,ENS为 0.83,P-factor 为 0.70,R-factor 为 0.50,模拟效果较好。故 应用 SOM 算法进行 SWAT 模型参数优化可以降低模型不确定性,提高径流模拟精度,为水文模型参数优化算法 的选择提供思路,对水资源管理政策制定与水库优化调度具有重要意义。     

基于气象要素驱动的流域水旱灾害智慧“四预”系统研究及应用探析

为助力数字孪生水利体系建设,以探索流域水文与气象的复杂联动关系为基础,研究长期气候变化和短期极端天气事件对流域水旱灾害发生频率的潜在影响,推动关键气象要素驱动数据集的多源数据融合和水文气象预测平台的构建,通过中短期极端气象事件的实时预报和同步解译,提升流域防洪抗旱决策制定及工作部署的能力和反应速度。研究成果对于推动数字孪生流域水旱灾害“四预”精细化和智慧化具有重要意义。     

U型井取热不取水地热开采潜力及影响因素分析

取热不取水井筒闭循环采热工艺是开采地热水低产区、地热尾水回灌难地区地热资源的有效方式。为了研究U型井式闭循环地热系统对中低温砂岩地热资源的可持续开采能力,文章以河北任县已有的地热地质数据和短期供暖数据为基础,使用井-储耦合模拟程序T2WELL对U型井采热能力进行数值分析,探究U型井式闭循环地热系统对该研究区地热供暖的可持续潜力。此外,定量分析了不同关键工程参数对U型井提热能力的影响,以指导设计合理的U型井取热不取水地热开采方案。结果表明：U型井地热开采系统的产流温度和提热功率在同一个供暖季内随时间降低,在连续多个供暖季内也随时间降低,其变化趋势为先快后慢。基于文章模型研究,确定U型井式闭循环地热系统最适合的注采流量、回灌温度、水平井长度分别为60 m3/h,10℃和400 m。     

长白山北坡流域水资源涵养功能与矿泉水开发阈值研究

长白山北坡流域内矿泉水资源丰富,查明水源涵养量并制定开采阈值,有利于流域内矿泉水资源的合理利用。基于InVEST模型分析了水源涵养量和影响因素;结合Logistic模型与生态基流量理论计算和评价了矿泉水开发阈值。结果表明：研究区水源涵养总量由2000年的14.0×10⁸ m³增加到2020年的16.8×10⁸ m³,气候为水源涵养量的主要影响因素,控制了研究区88.2%的面积;植被覆盖度增加的区域表现为气候和土地利用共同促进水源涵养量的增长。推荐生态基流量为1.014～1.244 m³/s,河源区和河流中下游的推荐开采系数分别为0.36～0.46、0.4～0.5,目前开发程度远未达到阈值,可以继续进行开采。本文明确了水源涵养量与矿泉水的关系,广阔的森林面积涵养了大量水源,高水源涵养量可以保证矿泉水的水量和水质,适宜开发利用,且开发阈值的划定有利于矿泉水的可持续发展。研究成果对长白山区的生态保护和矿泉水开发利用具有一定的参考意义。     

青海省共和县地下热水水文地球化学特征研究

以青海省共和县地下热水为研究对象,对所取得的水样进行水化学以及氢氧同位素测试,并分析测试结果。结果表明：共和地区地下热水水化学类型以Cl-Na型为主;地下热水受到浅表层氧化作用的影响较大,所处环境的封闭性较差,有浅层地下水或地表水的混合;地下热水受大气降雨补给;地下热水热源和水源不是同一来源;地下热水未达到水岩平衡状态,估算出地下热水热储温度在37.59~108.22 ℃之间,循环深度为500~2000 m,属于中低温地热系统。     

塔城盆地北区承压地下水化学特征及其形成机制

基于2015年8月在研究区采集的81个地下水化学和同位素数据,分析了塔城盆地北区承压水化学类型分布特征,并结合研究区水文地质条件,采用背景比拟法、Gibbs图、氘盈余模型、离子比值法、氯碱指数及钠吸附比等水化学分析方法,分析了地下水化学形成作用及其演化机制。结果表明:承压含水层普遍赋存水质较好的淡水,水化学类型以HCO_3-Ca型(Ca·Mg型、Ca·Na型)水为主。随地下水径流方向,承压水TDS及水化学类型呈较好的水平分带规律,即从承压水的上游区,沿区域地下水流向,地下水TDS逐渐升高,水化学类型由HCO_3-Ca型水,演化为SO_4·HCO_3~-Ca·Na型和SO_4~-Ca·Na型水。承压水化学特征,主要受水岩作用控制,蒸发作用对其影响有限,而且基本未受人类活动影响。整体上,在上游区,承压水化学组成主要受碳酸盐矿物和正向阳离子交替吸附作用的影响,而在中、下游区主要受石膏溶解影响。在个别径流路径上,正向阳离子交替吸附作用对地下水化学组成的影响超过矿物溶滤作用。