水库大坝监测资料整编分析系统的研究与开发

针对水库大坝的监测资料整编与分析需求,研发出一套水库大坝监测资料整编分析系统。系统首先建立了通用的监测资料整编模板和数学分析模型,并借助现代信息技术实现了资料整编与分析的自动化。该系统可自动进行粗差剔除、特征值统计、各类时间和空间分布图形的绘制、定量分析等工作,生成相应的年、季、月等资料整编报告,并可将报告输出为Word格式文档,大大降低水库管理人员的工作量,提高监测资料整编的质量和规范化。      

中国水土资源开发利用特征及匹配性分析

水资源和土地资源的开发利用程度及匹配关系决定了一个地区的经济发展规模和生态安全形势。为了客观地评价我国水土资源的空间匹配情况,以我国346个地市级行政区为研究对象,分析了2005年、2010年、2015年各地市级行政区的水资源开发利用率和土地资源开发利用率,并通过基尼系数法探讨了不同省级行政区的水土匹配特征。计算结果表明:华北平原、河西走廊和塔里木盆地西侧地区是我国水资源开发里程度最高的地区;东北平原、华北平原、关中平原、四川盆地以及广东沿海地区是我国土地资源开发利用程度最高的地区;甘肃、陕西、内蒙古和西藏是我国水土空间匹配状况差距最悬殊的省份,其中甘肃、陕西和内蒙古水土匹配差异悬殊是由于当地水资源无法支撑如此多的土地资源,西藏则是由于大量的水资源无法被当地短缺的土地资源充分利用。     

基于临界雨量推求复合预警指标的方法及应用

基于全国山洪灾害调查评价获取的山洪灾害防治断面临界雨量数据,依据流域产汇流原理充分考虑前期影响雨量Pa、临界雨量P和预警时段H对复合预警指标的不同影响,提出了由临界雨量推求复合预警指标的公式,并以江西婺源县为例说明了该公式的可行性及其应用过程,提出了一套完整的山洪灾害预警方案。结果表明:婺源县复合预警指标值的平均极差为5.4,平均变差系数为0.029,由临界雨量推求复合预警指标可行。将降雨开始时的前期影响雨量、实测或预报的雨量及其时段长代入公式得实时复合预警指标值,再与断面复合预警指标阈值比较,达到或超过预警阈值即发布山洪预警,否则根据后续降雨情况重新判断是否预警。该方法充分利用事发之前的已有信息,能计算任意时段预警值,可为山洪灾害预警提供一种新的有效方法。     

气候变化与人类活动影响下大清河流域上游河流径流响应研究

河北雄安新区的设立,引起了各界对雄安新区所在的大清河流域的广泛关注,特别是其水资源的变化特征与影响因素是了解雄安新区水资源情势的重要参考。研究解析了人类活动和气候变化对大清河流域上游径流过程的相对影响,采用SWAT模型模拟了大清河流域上游径流过程,并结合弹性系数法验证比对,分离了人类活动与气候变化对大清河流域上游径流过程的贡献率。结果表明,1981-2015年,大清河流域上游山区倒马关站及紫荆关站径流量均呈减少趋势,倒马关站及紫荆关站年径流量递减速率分别为0.10m3/s及0.07m3/s。人类活动为影响径流的主导因子,其贡献率为53.4%～60.8%;气候变化较人类活动影响径流稍小,其贡献率为39.2%～46.6%。研究结果可为支撑未来雄安新区建设区域水资源规划和管理提供依据。     

基于粒子群算法优化极限学习机的区域地下水水质综合评价模型

地下水环境质量的准确评价可降低由水质不确定性导致的农业水管理决策风险,对于指导区域发展绿色农业、清洁生产等均具有重要的实践意义。针对ELM会随机产生输入层与隐含层的连接权值和隐含层阈值,导致网络泛化能力降低以及过度拟合引起的评价结果失真问题,提出一种基于粒子群算法优化极限学习机的地下水水质综合评价模型。选取黑龙江省建三江地区为研究区域,通过典型农业机井中地下水体的实地采样,利用构建的PSO-ELM模型对地下水水质进行综合评价。结果表明:PSO-ELM模型拟合性高于传统的ELM模型和RBF模型,并提高了区域地下水水质的模拟评价效果。建三江地区下辖的15个农场,整体地下水水质较好。研究区范围内地下水水质等级呈现出集中式分布特点,地下水综合水质较差的农场集中在研究区中东部,水质较好的农场集中在研究区的东西两侧。建三江地区地下水水质地域性规律主要与化肥施用量有关。为此,在保障粮食安全与用水安全的同时实现清洁生产应注意控制化肥的使用量,积极探索作物高产新举措。     

石漫滩水库坝基廊道析出物组成特征与成因分析

大坝廊道析出物是坝基水对基岩及混凝土等侵蚀作用的产物,其形成与演变可能对大坝运行安全产生不利影响。石漫滩水库除险加固前其廊道内广泛分布各类析出物,为探明其物质组成并分析来源,对析出物及其附近渗漏水进行了采样分析,对析出物分别采用X射线衍射和荧光光谱分析方法确定其矿物和化学组成,并通过水化学图示和模型计算等方法研究渗漏水的化学组成及演变。结果表明,分布最广泛的白色析出物主要化学组分为CaO和烧失量、矿物组分为方解石,其来自于坝体混凝土中水泥结石的溶解与再沉淀,而部分黑色析出物主要化学组分为MnO,来源于坝基水对基岩中锰质胶结物的化学侵蚀。分析结果结合扬压力等观测资料,可为除险加固工程中坝体及坝基对应补强提供科学依据。     

水泥改性膨胀土强度与变形特性试验研究

以驷马山中-弱膨胀土为研究对象,以水泥作为改性材料,通过室内常规三轴试验,研究水泥改性膨胀土的强度与变形特性。试验结果表明:掺入水泥后,能提高膨胀土的塑限,降低塑限指数和自由膨胀率;水泥改性膨胀土三轴应力-应变曲线存在弹性、非线性强化、应力软化等三个阶段,并随围压的增大,由软化型逐渐向硬化型发展;峰值强度、残余强度均随围压的增大而增大,试样为剪切破坏形态,剪切破坏角符合摩尔-库伦理论计算值。     

基于PCA和ArcGIS空间分析的河北省农业节水区划

农业节水区划是区域农业规划的前提。针对河北省水资源匮乏的问题,选取灌溉需水指数、农田生产潜力、作物净初级生产力、土壤类型、地下水利用情况、地形地貌、人口及GDP等8项指标,通过ArcGIS的空间分析功能结合主成分分析法,构建了河北省节水区划模型,对河北省进行合理的农业节水区划,以提高灌溉水利用效率和农业生产效率。结果显示,河北省各县/区间模型评价结果差异明显,根据模型评分将河北省149个县/区划分为农业节水急切发展区、农业节水重要发展区和农业节水暂缓发展区3类区域,总体上河北省东南部农业节水建设需求高于西北部。最后根据各类区域特点,提出了各区存在的问题及未来发展建议。     

基于数值模拟的深圳民治片区暴雨内涝风险评估

以深圳市民治片区为研究对象,建立了基于SWMM模型和二维水动力学模型的城市雨洪水文水动力耦合模型,并采用历史调研资料对所构建的城市雨洪模型进行验证,结果表明该模型具有良好的精度和可靠性。利用所构建的城市雨洪模型模拟分析民治片区内涝情况,根据致灾因子和受灾体情况建立民治片区内涝风险评估指标体系,利用ArcGIS技术和层次分析法对民治片区内涝灾害进行风险评价,风险评价结果表明城市内涝灾害风险主要受淹没情况影响,民治片区高风险区主要集中在民强社区、民治社区、新牛社区内民治河沿河下游区域,低风险区主要分布在远离民治河的民乐社区、民泰社区和大岭社区。     

基于耦合模型的流域污染负荷分配实例

流域污染负荷分配是实施流域精细化管理的重要措施。在指标选取过程中,为了定量描述评价指标对流域污染负荷分配的重要性,引入随机森林算法对各指标作重要性评价,依据重要性程度筛选涵盖全部影响因素的评价指标,并进一步确定各指标权重。将评价指标体系与环境基尼系数模型相结合,构建污染负荷分配耦合模型,并以清潩河流域(许昌段)为例,制定基于控制单元的COD负荷分配方案。结果表明,满足重要性评分要求的指标分别是居民人均收入、单位GDP污水产生量、工业企业水消费量、地表水资源量、控制单元面积,评分分别为13.97、9.65、8.77、5.21、1.09。依据耦合模型制定的2020年清潩河流域(许昌段)各控制单元COD负荷分配方案中,控制单元QYH-3的削减量和削减率均最大,分别为617.14t/a和30.44%。分配方案基本符合流域实际,结果较为科学合理。