海河流域“五湖”水生态评价与修复研究

京津冀协同发展战略对海河流域"五湖"生态环境保护提出了新要求。综合利用水质监测、生物监测、遥感影像解译等手段,全面评价了白洋淀、衡水湖、七里海、南大港、北大港的水生态现状。针对"五湖"水生态现状的问题和特点,从水质改善、水量保障和生境恢复等方面,提出了"五湖"生态修复措施。     

基于EEMD的黄河上游主要来水区年来水量预测

为了提高径流预测的精度,采用EEMD将非线性、非平稳的径流时间序列分解为若干固有模态分量和趋势项分量,高频分量采用GA-SVM模型进行预测,低频分量采用GA-BP模型进行预测,趋势项采用RBF模型进行预测,然后对各分量进行重构,从而建立了EEMD组合预测模型,并应用于黄河上游主要来水区年来水量预测。结果表明:黄河上游主要来水区年来水量预测误差小于20%的预报合格率为100%,预测精度高,具有较高的实用价值。     

再生水开发利用影响因素及作用机制研究 ——基于胡焕庸线的空间定量分析

针对我国再生水开发利用现状,开展驱动 约束影响因素分析,解析影响因素间的关联关系与层次结构,在此基础上,考虑影响因素的空间异质性,以胡焕庸线为分界线,对东西两侧地区分别建立再生水开发利用驱动 约束非递归结构作用机制框架,采用结构方程模型（structural equation modeling,SEM）刻画影响因素间的传导路径,量化影响因素贡献率。结果表明：胡焕庸线东侧地区再生水开发利用驱动推进作用大于约束限制作用,具备高水平开发潜质;西侧地区约束限制作用大于驱动推进作用,再生水开发利用推动能力不足。再生水配套管网等工程条件不完善为东侧地区主导制约因子,影响程度贡献率为11.8%,地区经济条件与污水处理技术水平为次要制约因子;区域水资源环境胁迫、再生水工程设施建设不完善、地区经济发展水平偏低为西侧地区主导制约因子,贡献率为15.9%~18.1%,污水处理技术水平为次要制约因子。     

栅格新安江-地表地下双人工调蓄分布式水文模型

为了提高地表地下双重人类活动干扰下的流域洪水模拟精度,基于调蓄水库概念提出了考虑地表水利工程和地下水超采影响下的网格化降雨径流模拟方法,通过在栅格新安江模型基础上引入地表地下双调蓄模块,构建了栅格新安江-地表地下双人工调蓄分布式水文(GXAJ-DAR)模型,将该模型同半分布式新安江-海河模型在海河的典型流域清水河流域进行了验证比较。结果表明：GXAJ-DAR模型在清水河流域的模拟精度高于新安江-海河模型;基于栅格的双调蓄结构能根据水利工程控制区域和地下水埋深的实际空间分布对地面和地下径流人工调蓄过程进行准确模拟;GXAJ-DAR模型对自由水蓄水库蓄水容量参数的取值较新安江-海河模型更加合理,能有效提高清水河流域的洪水模拟精度。     

基于模糊事故树的溃坝风险评估与管理

将模糊理论引入到溃坝事故树的编制中,首先介绍了事故树分析法,分析了模糊集理论、基本事件模糊数的三角归一化方法及其模糊重要度;然后给出了基于模糊事故树的溃坝风险评估与管理步骤和流程图;最后以某土石坝溃坝为例,对各基本事件进行了模糊重要度求解,找出了对溃坝影响较大的基本事件,确定了降低溃坝发生概率的方法。     

水足迹视角下西北旱区种植结构协同调整

以西北旱区为例，采用水足迹模型，分析主要农作物的耗水特点，并以水资源消耗量最小、生态安全和经济 效益最大化为目标，构建以耕地资源、水资源和食物安全为约束条件的多目标规划模型对种植结构进行优化。结 果表明：2000—2020 年西北旱区主要作物产量增长 2.41 倍，种植面积增长 1.24 倍，粮食作物和经济作物的种植比 例由 2:1 向 1:1 转变，种植结构由专一化向多样化发展；作物生产水足迹总量从 838.70 亿 m3增至 1109.05 亿 m3， 其中蓝水足迹占比高达 79.09?%，农业生产面临着巨大的水资源压力；调整作物种植结构，适当将蔬菜、薯类和豆 类的种植面积提高 140.593 万?hm2、1.863 万?hm2和 0.340 万?hm2，水资源消耗量可减少 107.25 亿 m3，生态效益可提高 27.47 亿元，经济效益可提高 470.74 亿元。研究结果对促进西北旱区农业结构优化调整和水资源可持续利用具 有重要的参考价值。     

南美洲巴拉那河流域水文气象要素演变特征及径流变化的气候响应

基于1951-2014年巴拉那河流域月尺度降水、气温、径流3个要素的观测数据,运用线性回归与MannKendall方法分析了序列的趋势性,运用小波方法分析了序列多时间尺度特征及气象因子与水文要素的内在联系。结果表明:在研究时段内,3个要素均有不同程度的增大趋势,气温与径流量显著上升,降水量不显著上升;在月尺度特征方面,3个要素均存在12个月左右的主周期,同时不同要素存在不同的次周期,其中气温存在微弱的6个月左右的次周期,月均降水量无明显次周期,径流量具有约36个月、48个月、64个月、100个月的次周期;在年尺度特征方面,3个要素均无明显主周期存在,降水量存在约3、4、8、10 a的次周期,气温无明显连续次周期,径流量的次周期特征与降水相似;交叉小波凝聚谱显示,巴拉那河流域月降水量的变化对径流量的影响远大于月均气温变化对其的影响;结合趋势性分析与小波分析可以清晰地了解流域内水文气象要素的变化规律与内在联系。     

水库群蓄水调度多目标随机规划与聚类分析

梯级水库群汛后蓄水期蓄水时机、速率、次序决策面临径流不确定、多目标竞合关系复杂等问题。针对蓄水期决策难题,构建发电、蓄满、生态、上、下游防洪安全等指标的水库群多目标随机规划模型,生成非劣解集;采用K均值聚类法提取非劣解集类别特征,分析目标矛盾关系及蓄水机制。以溪洛渡-葛洲坝梯级水库群为例,结果表明：蓄水期来水越枯,蓄水难度越大,综合效益越低,枯水年发电量较丰水年下降了21.6%;上游防洪安全与发电量矛盾性最强,由枯到丰相关系数降低了0.047;溪洛渡、三峡蓄水呈分段式变化,前期快速蓄水,中后期缓速蓄水。本研究提出的耦合水库群多目标随机规划与聚类分析方法对于科学制定水库群蓄水方案具有参考价值。     

信息矩阵方法在山洪灾害风险预警中的应用

山洪灾害风险预警指标的确定是防洪减灾工作中的关键技术问题,但由于山洪实测资料序列较短且山洪灾害样本量较小,难以采用传统的统计模型建立山洪灾害风险预警指标。任何统计模型其本质是建立输入-输出关系,在数学上可以用函数关系表达,信息矩阵方法能够从小样本获得信息并建立这种函数关系。利用淠河流域历史降水与流量极值资料,将2003-2012年17次典型洪水过程作为学习样本,构建流域前期土壤含水量饱和度、5个时间尺度（1,3,6,12,24 h）降雨量以及4个重现期（＜5、≥5、≥20、≥50 a）洪峰流量的模糊关系矩阵,进而建立山洪灾害风险预警不同等级组合指标。从2003-2012年洪水资料中选取未参与统计的40组独立样本,对不同时间尺度山洪灾害风险预警组合指标进行应用检验,总体预警合格率达到70%,表明该方法应用于山洪灾害风险预警是可行的。     

气候变化对南方典型小水电站入库径流及发电的影响

在全球气候变化不断加剧的背景下,降水、气温、蒸发等气象要素的变化对流域水文和水力发电产生重要影响;中国作为水能资源丰富的国家,水力发电在能源结构中具有重要地位,研究气候变化对入库径流和水力发电的影响,对实现水资源和水电能源的可持续开发利用具有重要意义。以位于北江支流的官溪水电站为研究对象,基于19个CMIP6全球气候模式数据,利用RCCC-WBM模型分析了未来气候变化对官溪水电站入库径流和发电量的影响。结果表明：（1）在SSP2-4.5情景下,官溪水电站以上流域的气温、降水均呈现上升趋势;（2）尽管不同GCMs模式预估结果存在一定差异,从19个模式集合平均结果看,官溪水电站未来入库径流和水力发电量将有所增加;（3）与基准期（1981—2020年）相比,2031—2060年和2061—2090年官溪水电站入库流量将增加3.55%[-34.14%, 39.84%]和5.66%[-32.27%, 41.96%],发电量将可能增加5.87%[-29.3%, 50.1%]和8.03%[-27.3%, 52.4%]。未来径流和发电潜能的增加为官溪水电站的扩容改造提供了一定的科学依据。