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融合星载LiDAR系统GEDI数据与Sentinel-2影像的长江中游洲滩典型禾本科植物高度动态研究

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湖泊科学 2024年第2期36卷 562-574页

作者：石希夏军强周美蓉辛沛武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 河海大学水灾害防御全国重点实验室南京210098

植物是大型河流生态系统的重要成分。但受气候变化和人类活动影响,洲滩禾本科植物高度不断发生调整,进而影响洲滩生境和河道防洪安全,故需长期监测。近年来,伴随着星载激光雷达(LiDAR)技术的发展,应用LiDAR卫星数据反演洲滩禾本科植物... 详细信息

植物是大型河流生态系统的重要成分。但受气候变化和人类活动影响,洲滩禾本科植物高度不断发生调整,进而影响洲滩生境和河道防洪安全,故需长期监测。近年来,伴随着星载激光雷达(LiDAR)技术的发展,应用LiDAR卫星数据反演洲滩禾本科植物高度成为一种可能。本文融合新一代星载LiDAR系统GEDI数据与Sentinel-2影像,基于XGBoost算法构建了考虑物候、累积温度与光合有效辐射指标的洲滩典型禾本科植物高度外推模型,同时利用Attention-UNet算法搭建了洪淹区域识别模型。随后以长江中游洲滩为例,探明了星载LiDAR技术在获取洲滩植株高度方面的性能,分析了各指标对模型精度的影响,并初步得出了洲滩典型禾本科植物高度对不同淹没条件的响应模式。主要结论包括:(1)星载LiDAR系统GEDI具有准确探测洲滩植物高度的能力,与无人机航测数据相比RMSE=0.43 m;(2)运用GEDI数据构建禾本科植物高度外推模型时,考虑物候和累积温度等指标可有效提升模型精度,提升幅度为6.8%~10.7%;(3)利用无人机航测数据对模型外推植物高度进行评价,RMSE=0.80 m。同时从模型外推结果中可知,受2020年流域尺度洪水影响,中游各河段平均植物高度下降了0.03~0.24 m;(4)在2020年流域尺度洪水作用下,淹没历时≤10天的洲滩禾本科植物,其次年株高整体呈增长趋势;而淹没历时>10天时,其次年株高平均下降了2.3%~3.1%。此外,对于日均淹没水深与株高的比值>0.95的洲滩,随着比值增加,洪水对禾本科植株高度的负面作用逐步增强。

关键词：星载激光雷达 GEDI 植被高度长江中游洲滩

小浪底水库运用后黄河下游游荡段游荡程度变化特点及机理

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地理学报 2024年第5期79卷 1161-1176页

作者：刘雨晨夏军强周美蓉程亦菲武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

为实现黄河下游游荡段游荡程度变化的定量评价,提出了游荡指数的计算方法;本文结合Landsat影像,分析了小浪底水库运用后游荡段游荡程度的变化特点及机理。研究表明,2000—2022年黄河下游游荡段整体游荡程度降低,游荡指数由0.918减至0.6... 详细信息

为实现黄河下游游荡段游荡程度变化的定量评价,提出了游荡指数的计算方法;本文结合Landsat影像,分析了小浪底水库运用后游荡段游荡程度的变化特点及机理。研究表明,2000—2022年黄河下游游荡段整体游荡程度降低,游荡指数由0.918减至0.674,且游荡程度降低速率先快后慢。其中铁谢—伊洛河口河段和花园口—夹河滩河段游荡程度显著降低,伊洛河口—花园口河段游荡程度基本不变,夹河滩—高村河段游荡程度有所增加。此外,游荡段游荡特性演变与水沙、河床边界条件变化以及局部河势调整密切相关。从水沙条件来看,小浪底水库运用后黄河下游输沙锐减、洪峰调平,使得河道全线冲刷、流路集中,以致游荡段游荡特性减弱,且丰水年较枯水年更有利于河势归顺;从河床边界条件来看,沿程河岸约束性强的河段游荡特性趋于减弱,且河床纵向稳定性增加是游荡段游荡程度降低及降低速率减慢的因素之一;从局部河势调整的影响来看,朱寨—东坝头河段河势变化是夹河滩—高村河段后期切滩频发的重要原因。

关键词：游荡程度时空变化演变机理游荡指数 Landsat影像黄河下游

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三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究

中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 722-733页

作者：王增辉夏军强周美蓉齐张辛西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

针对大部分水库调度模型中水沙输移计算大幅简化且与库水位计算过程间只有单向耦合的问题,本研究构建了基于激波捕捉式有限体积法与河网算法的库区水沙调度模型.该模型采用河段连接单元内水沙质量与动量守恒方程的准二维求解算法,河网... 详细信息

针对大部分水库调度模型中水沙输移计算大幅简化且与库水位计算过程间只有单向耦合的问题,本研究构建了基于激波捕捉式有限体积法与河网算法的库区水沙调度模型.该模型采用河段连接单元内水沙质量与动量守恒方程的准二维求解算法,河网算法可以反映干支流交汇角的影响,并且使用OpenMP技术实现了并行求解.该模型的水库调度模块将调度方案表示为5个触发条件和4个调度指令参数构成的调度规则表,由水沙动力学模型向调度模块提供入库监测断面的水沙条件与实时更新的水位库容关系,水库调度模块为水沙动力学模型提供库区下游边界条件,从而实现两者双向耦合.采用2020年三门峡库区实测水沙数据进行了模型验证,库区三个河段的水位、流量和含沙量计算结果与实测值相符,在坝前水位最快下降速度达到2.3 m/h的敞泄排沙时段,数值计算过程稳定且成功预测了出库沙峰.针对近年黄河来沙量减少而潼关高程下降趋势并不稳定的问题,应用模型开展了三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究,通过对不同的汛期和非汛期调度方案的模拟分析,初步确定了坝前控制水位对于年内库区冲淤量和潼关高程影响显著的时期,研究结果可以为三门峡水库调度方案进一步优化提供思路.

关键词：水库调度数值模拟三门峡水库潼关高程冲淤量

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沙波形态及运动特征的概化数学模型研究

应用基础与工程科学学报 2024年第2期32卷 426-441页

作者：曹玉芹夏军强周美蓉邓珊珊武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

水库修建后坝下游水沙条件发生显著变化,推移质补给大量减少,悬移质占输沙量的主要部分.在河床持续冲刷过程中,沙波运动从以推移质为主逐渐转变为推移质与悬移质共同输移.建立了一维沙波形态及运动特征的概化数学模型,对比了基于推移质... 详细信息

水库修建后坝下游水沙条件发生显著变化,推移质补给大量减少,悬移质占输沙量的主要部分.在河床持续冲刷过程中,沙波运动从以推移质为主逐渐转变为推移质与悬移质共同输移.建立了一维沙波形态及运动特征的概化数学模型,对比了基于推移质和悬移质输移的沙波运动特征,采用已有公式对基于推移质运动的沙波形态变化和运动速度进行了验证,并讨论了不同参数对沙波运动的影响.模拟结果表明:(1)基于推移质运动的沙波向下游运动,沙波上各点的运动速度与其高程正相关,迎流面冲刷,背流面淤积,沙波形态逐渐向不对称发展,沙波运动临界时间为31.78h,与已有解析解误差仅为1.5%;基于悬移质运动的沙波未向下游运动,以垂向冲刷为主,沙波上各点冲刷强度与其高程正相关,波高逐渐减小,沙波形态基本对称且趋于消亡;(2)基于推移质运动的沙波波峰和波谷的运动速度计算值分别为51m/d和17m/d,与已有公式的最大相对误差小于26%,形态曲线的平均相对误差小于19%,故计算结果能较好地反映沙波运动特征;(3)水沙参数对沙波的影响比沙波初始形态参数更显著,增大单宽流量和减小水深均能使沙波运动增强,且对水深变化的响应更加敏感.

关键词：沙波运动推移质悬移质沙波形态沙波演化模型

近20年长江中游监利—汉口河段氮、磷负荷时空变化特征分析

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环境科学 2024年第9期45卷 5204-5213页

作者：毛禹夏军强周美蓉邓珊珊武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

氨氮(NH_(4)^(+)-N)和总磷(TP)属于长江流域重点管控污染物.基于2003~2020年实测水质数据,分析长江中游监利至汉口河段NH_(4)^(+)-N和TP浓度及通量的时空变化,研究水沙因素和支流入汇等对污染物通量变化的影响,结果表明:①近年来干流NH_... 详细信息

氨氮(NH_(4)^(+)-N)和总磷(TP)属于长江流域重点管控污染物.基于2003~2020年实测水质数据,分析长江中游监利至汉口河段NH_(4)^(+)-N和TP浓度及通量的时空变化,研究水沙因素和支流入汇等对污染物通量变化的影响,结果表明:①近年来干流NH_(4)^(+)-N和TP浓度降低明显,2020年二者较2003年各断面平均减幅为41%和34%;沿程上NH_(4)^(+)-N和TP浓度均先降低后升高.由支流洞庭湖及汉江入汇的NH_(4)^(+)-N和TP浓度整体低于干流;干流二者多年均值均为0.12 mg·L^(−1),支流入汇的则为0.11 mg·L^(−1)和0.09 mg·L^(−1).②通过上、下游断面通量差扣除支流入汇贡献后,NH_(4)^(+)-N和TP通量在监利—螺山段沿程损失,在螺山—汉口段沿程增加.在监利—螺山段,与侧向入流(如洞庭湖)的NH_(4)^(+)-N和TP浓度偏低从而造成该段NH_(4)^(+)-N和TP浓度降低有关,在螺山—汉口段则相反且该段水量、沙量沿程增加.整个监利—汉口河段TP通量和水量、沙量总体增加,而NH_(4)^(+)-N通量显著减少应归因于长江地区以NH_(4)^(+)-N为主的污染物减排政策.③相关性分析结果表明,NH_(4)^(+)-N通量与NH_(4)^(+)-N浓度的相关性最好,而与流量及与输沙率无明显相关,反映研究段NH_(4)^(+)-N主要受点源控制;TP通量与流量及与输沙率的相关性在高流量时期相对较好,而其与TP浓度的相关程度在低流量时期更高,反映枯水期点源排放对TP贡献较丰水期增大.

关键词：长江氮、磷浓度氮、磷通量时空变化水沙

长江中游水沙通量时空变化及河床冲淤分布特征

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中国农村水利水电 2024年

作者：郭率刘鑫周美蓉关见朝中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理中心长江水利委员会水文局武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室中国水利水电科学研究院泥沙研究所

三峡及上游水库群运用后长江中游水沙条件发生显著变化，河床持续冲刷调整，因此有必要研究干支流水沙通量的时空变化特征及河床冲淤分布特点。基于干支流主要控制站实测水沙资料与平滩河槽冲淤量数据，本文详细分析了长江中游及各子河... 详细信息

三峡及上游水库群运用后长江中游水沙条件发生显著变化，河床持续冲刷调整，因此有必要研究干支流水沙通量的时空变化特征及河床冲淤分布特点。基于干支流主要控制站实测水沙资料与平滩河槽冲淤量数据，本文详细分析了长江中游及各子河段水沙通量及冲淤量的时空变化规律。分析结果表明：（1）从时间尺度来看，三峡工程运用后中游干流年径流量变化不大，输沙量减少68%～92%。径流年内均呈汛期减小，枯水期增大的规律。除仙桃站年径流量和湖口站年输沙量增大外，其余支流和通江湖泊的水量和沙量均减小；（2）从空间尺度来看，径流量沿程变化未发生显著调整，但输沙量由三峡工程运用前的沿程减小调整为沿程增加，且泥沙来源由三峡工程运用前的上游输入为主（占比约为120%）调整为运用后的河床冲刷补给为主（占比为53%）；（3）2002～2020年长江中游干流平滩河槽累计冲刷26.3亿m3，约占中下游总冲刷量的54%，尤以荆江段冲刷幅度最大（占比为47%），且冲刷重心由宜枝段向汉湖段移动；（4）建立了分河段累计冲淤量与对应控制站前5年汛期平均水流冲刷强度的函数关系，决定系数(R2)均高于0.8，定量反映了坝下游河床纵向调整对来水来沙条件变化的响应关系，可用于定量估算不同水沙条件下各河段的河床冲淤量。

关键词：三峡工程水沙通量河床冲淤时空变化长江中游

黄河下游近期持续冲刷过程中床沙粗化特性分析

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水力发电学报 2024年第5期43卷 1-12页

作者：曹玉芹夏军强周美蓉陈建国武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

床沙组成的变化影响悬沙沿程恢复及河床阻力变化。本文基于黄河下游7个水文站1999—2020年的实测床沙资料,计算了各水文断面不同粒径组床沙占比的年际变化,分析了近二十年持续冲刷过程中不同河型河段床沙的时空粗化特性,讨论了河床冲淤... 详细信息

床沙组成的变化影响悬沙沿程恢复及河床阻力变化。本文基于黄河下游7个水文站1999—2020年的实测床沙资料,计算了各水文断面不同粒径组床沙占比的年际变化,分析了近二十年持续冲刷过程中不同河型河段床沙的时空粗化特性,讨论了河床冲淤过程对床沙粗化的影响。从时间来看,小浪底水库运用后,不同时期床沙的粗化特点不同,拦沙初期(2000—2006年)急剧粗化,拦沙后期(2007—2020年)粗化放缓,高村站及上游各站床沙呈波动粗化,高村站以下则变化不大,且粗化程度最强处由游荡段向下游过渡段转移;从空间来看,床沙沿程细化,游荡段以极粗沙为主,过渡段以粗沙和极粗沙为主,弯曲段的中细沙不可忽视。拦沙初期各河段床沙组成的调整表现为中细均冲;拦沙后期则表现为中粗均冲,极粗沙占比增大,利津以上各站细沙占比不足5%,对悬沙的补给受限,中沙和粗沙仍经受冲刷,极粗沙对相应悬沙有较好补给作用。河段汛后床沙中值粒径与河床累计冲刷量呈良好的幂函数正相关关系,但拦沙后期床面已粗化到相当程度,河床冲淤对床沙粗化的影响受限。研究结果有助于掌握近期整个黄河下游床沙的粗化现状及预测下游河道冲淤变形规律。

关键词：床沙粗化不同河型补给受限持续冲刷黄河下游

长江中游洲滩植被生长动态及其对水流阻力的影响

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水资源保护 2024年

作者：刘胜琪夏军强石希周美蓉辛沛武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室河海大学水灾害防御全国重点实验室

河流洲滩上生长有不同种类的水生植物，淹没后不仅会增加水流阻力，还可能导致洪水位抬升。以长江中游洲滩典型水生植物芦苇为研究对象，构建了考虑淹水胁迫影响的芦苇生长模型及其生物量分层模型，提出一个可以考虑芦苇生长动态的等效... 详细信息

河流洲滩上生长有不同种类的水生植物，淹没后不仅会增加水流阻力，还可能导致洪水位抬升。以长江中游洲滩典型水生植物芦苇为研究对象，构建了考虑淹水胁迫影响的芦苇生长模型及其生物量分层模型，提出一个可以考虑芦苇生长动态的等效曼宁糙率计算方法，分析了不同洪水淹没条件和不同芦苇生长过程对等效曼宁糙率的影响。结果表明：(1) 考虑淹水胁迫影响的芦苇生长模型可以较好地模拟芦苇地上生物量和形态参数的变化过程，模拟结果纳什效率系数为0.85 ～ 0.94；(2) 芦苇生物量和阻水面积有相似的垂向分布规律。以相对高度0.3为界限，芦苇茎阻水面积“下多上少”，叶阻水面积“下少上多”，在相对高度0.7以下芦苇总阻水面积和地上生物量近似呈均匀分布；(3) 最大等效曼宁糙率计算值约为0.300。淹水胁迫影响下芦苇地上生物量减小，导致同水深条件下等效曼宁糙率值减小10.0% ～ 29.1%。建立了非淹没状态下等效曼宁糙率与芦苇地上生物量、相对淹没度的经验计算公式。

关键词：芦苇生长等效曼宁糙率生物量阻水面积相对淹没度长江中游

人性化健康宣教在过敏性鼻炎揿针治疗患者中的应用效果

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中文科技期刊数据库（引文版）医药卫生 2024年第4期 0128-0131页

作者：周美蓉江苏省中医院耳鼻咽喉科江苏南京210029

探讨与分析人性化健康宣教在过敏性鼻炎揿针治疗患者中的应用效果。方法 2021年9月~2023年11月选择在江苏省中医院耳鼻咽喉科门诊诊治的过敏性鼻炎患者90例作为研究对象,每45例设置为一组,组别数量为2。对每位患者实施揿针治疗,参考组:... 详细信息

探讨与分析人性化健康宣教在过敏性鼻炎揿针治疗患者中的应用效果。方法 2021年9月~2023年11月选择在江苏省中医院耳鼻咽喉科门诊诊治的过敏性鼻炎患者90例作为研究对象,每45例设置为一组,组别数量为2。对每位患者实施揿针治疗,参考组:常规护理,人性化组:基于参考组实施人性化健康宣教。结果依据数据统计结果观察,以参考组作为对照,人性化组的总有效率更高(P<0.05)。护理3周后人性化组与参考组的鼻痒、鼻塞症状评分都与护理前相比有统计学意思的降低(P<0.05),护理3周后人性化组的鼻痒、鼻塞症状评分与参考组相比有统计学意思的降低(P<0.05)。护理3周后人性化组与参考组的生活质量评分与护理前相比有统计学意思的增高(P<0.05),护理3周后人性化组的生活质量评分也与参照组相比有统计学意义的明显提高(P<0.05)。结论人性化健康宣教在过敏性鼻炎揿针治疗患者中的应用能效果良好,可在临床推广应用。

关键词：人性化健康宣教过敏性鼻炎揿针治疗临床症状生活质量