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基于生态系统恢复力的干旱区植被生态需水阈值计算方法与应用

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湖泊科学 2024年第2期36卷 645-656页

作者：雷逸甦粟晓玲褚江东张特刘雨翰西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100

本文以石羊河流域中下游为研究区,采用考虑生态系统恢复力(latitude of ecosystem resilience,LER)的月尺度生态需水评估方法计算19822020年植被月适宜生态需水量、最小生态需水量以及相应的生态缺水量,并与土壤水分特征值法(characteri... 详细信息

本文以石羊河流域中下游为研究区,采用考虑生态系统恢复力(latitude of ecosystem resilience,LER)的月尺度生态需水评估方法计算19822020年植被月适宜生态需水量、最小生态需水量以及相应的生态缺水量,并与土壤水分特征值法(characteristic value of soil water,CVSW)进行比较,分析不同类型植被生长期的水分盈亏关系。结果表明:LER法和CVSW法计算结果相近,但LER法具有更大的生态需水阈值区间;天然降水基本可以满足植被的基本生存,但无法满足正常生长需求;LER法的适宜需水条件下,各植被生长期总体处于缺水状态,缺水严重程度排序为灌木林>其他林地>疏林地>高覆盖度草地>中覆盖度草地>有林地,全部植被生长期总适宜生态需水量为3.7×10^(8)m^(3),亏缺水量为1.2×10^(8)m^(3),同一植被亏缺水量基本符合春秋多、夏季少的规律;最小需水条件下,只有其他林地存在生长期缺水情况,全部植被生长期总最小生态需水量为0.8×10^(8)m^(3);在缺乏土壤水分数据的干旱地区,LER法具有良好的适用性。研究结果可为石羊河流域水资源高效利用和干旱区生态系统的恢复与重建提供理论参考。

关键词：生态需水生态系统恢复力干旱区植被石羊河流域 Penman-Monteith公式

基于GRACE数据重建的黄河流域实际蒸散发及其时空演变特征分析

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水资源保护 2024年第05期40卷 112-121页

作者：王芊予粟晓玲褚江东胡雪雪张特西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室西北农林科技大学水利与建筑工程学院

利用多种深度学习方法对重力场恢复与气候试验(GRACE)数据进行插补，利用随机森林算法对GRACE数据进行空间降尺度，基于水量平衡方程计算黄河流域实际蒸散发，并采用4种蒸散发产品进行验证，进而分析黄河流域实际蒸散发的时空演变规律... 详细信息

利用多种深度学习方法对重力场恢复与气候试验(GRACE)数据进行插补，利用随机森林算法对GRACE数据进行空间降尺度，基于水量平衡方程计算黄河流域实际蒸散发，并采用4种蒸散发产品进行验证，进而分析黄河流域实际蒸散发的时空演变规律。结果表明：长短期记忆神经网络的整体插补精度优于深度神经网络和卷积长短期记忆神经网络；基于GRACE数据估算的实际蒸散发与4种蒸散发产品的平均相关系数为0.903,表明基于GRACE数据估算的实际蒸散发结果适用性较好；2003—2021年黄河流域多年平均实际蒸散发为144.38～775.62 mm,空间上呈南多北少的分布特征，时间上呈夏多冬少的季节变化特征，2003—2016年以2.51 mm/a的速率上升，2017年后呈下降趋势。

关键词：实际蒸散发 GRACE数据深度学习方法随机森林算法黄河流域

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计及能源自洽率和共享氢储能的电-氢-交通耦合配电网低碳经济运行

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高电压技术 2024年第6期50卷 2424-2432页

作者：苏小玲陈来军赵超凡曹博文刘立泽青海大学新能源电力系统智慧运行教育部重点实验室西宁810016

新型储能的多元化发展为能源资源的优化配置和就地高水平消纳奠定了基础,为此提出了一种计及能源自洽率和共享氢储能(shared hydrogenstorage,SHS)的能源网低碳经济调度方法。设计了包含电负荷-氢负荷的氢燃料电池车(hydrogen fuel cell... 详细信息

新型储能的多元化发展为能源资源的优化配置和就地高水平消纳奠定了基础,为此提出了一种计及能源自洽率和共享氢储能(shared hydrogenstorage,SHS)的能源网低碳经济调度方法。设计了包含电负荷-氢负荷的氢燃料电池车(hydrogen fuel cell vehicle,HFCV)交通网与新能源配电网双向耦合架构。在此基础上,以提高能源自洽率、降低碳排放成本为目标,综合考虑配电网、交通网、氢储能系统的运行约束条件以及短期氢储能(short-term hydrogenstorage,STHS)和SHS服务,建立了电-氢-交通耦合配电网的低碳经济优化调度模型,并给出了基于精英遗传算法(elitist strategy genetic algorithm,ESGA)的求解方法。算例分析证明,提出的方法可有效提升电-氢-交通耦合网络能源自洽率、降低整体系统碳排放成本。

关键词：能源自洽率电-氢-交通耦合新型储能共享氢储能短期氢储能

基于水代谢和水循环理论的石羊河流域水资源承载力评价

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水资源保护 2024年第05期40卷 86-94+157页

作者：贾玉博杨宏伟粟晓玲褚江东徐吉海西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室西北农林科技大学水利与建筑工程学院甘肃省水利厅石羊河流域水资源利用中心

基于水代谢和水循环理论，构建了包含输入、消耗、活力、调节、输出5个子系统的水资源承载力评价指标体系，采用最小二乘法组合网络层次分析法和熵权法确定权重，基于可变模糊集模型综合评价了石羊河流域2011—2020年水资源承载力，耦... 详细信息

基于水代谢和水循环理论，构建了包含输入、消耗、活力、调节、输出5个子系统的水资源承载力评价指标体系，采用最小二乘法组合网络层次分析法和熵权法确定权重，基于可变模糊集模型综合评价了石羊河流域2011—2020年水资源承载力，耦合高斯混合回归模型和3种可解释性机器学习方法量化了各评价指标对承载力的影响，从全局和局部尺度探究了其与水资源承载力的关系。结果表明：2011—2020年流域水资源承载力总体呈波动向好态势，但仍处于濒临超载的状态，评分值由2011年的3.79增长到2013年的4.18,之后下降到2020年的3.23;高斯混合回归模型能够较好地处理高维、小样本的水资源承载力指标数据；单位面积农业灌溉用水量、污水处理回用率、生态环境用水率、水资源开发利用率、产水模数和地下水开采率是该流域水资源承载力的主要影响因素；从全局看，水资源承载力与主要影响因素呈非线性关系，并随其非单调变化，从局部看，2011—2015年主要影响因素多表现为对水资源承载力的抑制作用，2016—2020年逐步转为促进作用；流域水资源承载力虽有提高，但仍需加强水资源开发利用管理，降低地下水开采率。

关键词：水资源承载力可变模糊集高斯混合回归模型水代谢和水循环理论石羊河流域

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考虑水转化过程的干旱区内陆河流域适宜灌溉规模

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农业工程学报 2024年第6期40卷 228-236页

作者：胡雪雪粟晓玲朱兴宇褚江东张特吴海江西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100

农业适水发展是保障干旱区水土资源高效利用和生态健康的关键,其核心在于如何科学确定灌溉规模,进而控制农业灌溉用水量。该研究以石羊河流域为研究区,在明确非灌溉需水量的基础上,基于水均衡模型计算考虑水转化过程的不同水文年农业灌... 详细信息

农业适水发展是保障干旱区水土资源高效利用和生态健康的关键,其核心在于如何科学确定灌溉规模,进而控制农业灌溉用水量。该研究以石羊河流域为研究区,在明确非灌溉需水量的基础上,基于水均衡模型计算考虑水转化过程的不同水文年农业灌溉可用水量,并构建多目标种植结构优化模型对作物种植结构进行调整,最后改进水热平衡模型构建考虑水转化过程的旱区适宜灌溉规模计算模型,分析流域不同情景下的适宜灌溉规模。结果表明:地表水地下水联合调控下,石羊河流域丰、平、枯水年的灌溉可用水量分别为18.97亿~21.57亿、14.75亿~17.51亿、12.31亿~14.95亿m^(3);优化作物种植结构后能够以减少2.94%的经济效益实现14.13%的灌溉节水;构建的适宜灌溉规模计算模型在干旱区内陆河流域具有较好的适用性,采用该方法得到现状条件下石羊河流域丰、平、枯水年的适宜灌溉规模分别为27.73万~31.66万、21.55万~25.76万、18.01万~22.03万hm^(2),提高节水水平、调整种植结构后,流域的适宜灌溉规模有所增加。现状2020年(平水年)的实际灌溉面积高于当地水资源能够承载的临界适宜灌溉规模,需压减2.13万~6.34万hm^(2)。研究结果可在宏观层面上为决策者制定适水农业发展方案提供理论依据。

关键词：水资源灌溉模型水转化适宜规模种植结构优化石羊河流域

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交通网-电网耦合框架下制氢加氢站选址定容

太阳能学报 2024年第8期45卷 54-62页

作者：赵元发司杨麻林瑞高梦宇苏小玲青海大学新能源电力系统智慧运行教育部重点实验室西宁810001

制氢加氢站(HPRS)的合理规划对氢燃料电池车的发展具有重要意义,为此提出交通网-电网耦合框架下的HPRS规划方法,实现大规模分布式新能源并网电力系统下的HPRS选址定容。首先,基于城市路网阻抗信息模型对氢燃料车的出行进行模拟,得到交... 详细信息

制氢加氢站(HPRS)的合理规划对氢燃料电池车的发展具有重要意义,为此提出交通网-电网耦合框架下的HPRS规划方法,实现大规模分布式新能源并网电力系统下的HPRS选址定容。首先,基于城市路网阻抗信息模型对氢燃料车的出行进行模拟,得到交通网层面上加氢负荷时空分布。然后,以建设运营成本、交通网加氢负荷覆盖率与电力网络运行稳定性为约束,构建多目标综合评价选址定容模型,通过改进粒子群算法对HPRS的选址和设备容量进行求解。在33节点电网和25节点交通网上进行算例分析,结果表明所提出方法有效降低了HPRS在接入电网后引起的电网损耗与电压偏差,同时提升新能源自消纳率,提高了HPRS的交通网服务质量并减少了建设运营成本。

关键词：区域规划制氢加氢站选址交通网配电网

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2022年长江流域不同类型干旱时空响应关系

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水资源保护 2024年第3期40卷 61-70页

作者：董蓉蓉粟晓玲屈艳萍姜田亮吴海江西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究中心北京100038 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038

为研究2022年长江流域不同类型干旱的时空响应关系,基于三维时空聚类识别方法在月尺度下提取2022年长江流域气象、农业和水文干旱事件,在候尺度(5 d)下利用三类型干旱事件对匹配规则识别2022年长江流域存在时空联系的气象农业水文干旱... 详细信息

为研究2022年长江流域不同类型干旱的时空响应关系,基于三维时空聚类识别方法在月尺度下提取2022年长江流域气象、农业和水文干旱事件,在候尺度(5 d)下利用三类型干旱事件对匹配规则识别2022年长江流域存在时空联系的气象农业水文干旱事件对,定量揭示各类型干旱之间的时空响应关系。结果表明:三维时空聚类识别方法在月尺度下识别出历时大于2月的气象、农业和水文干旱事件分别为3、2和2场,能够清晰地刻画出各类型干旱在时空上的发生、发展、消亡过程;利用三类型干旱事件对匹配规则在候尺度下识别出2022年长江流域1场气象农业水文干旱事件对,即由气象和农业干旱事件共同引发的水文干旱事件,该场干旱事件对中各类型干旱事件迁移路径均为长江上游至中下游迁移,最终分别在湖北,重庆和湖北结束。

关键词：特大干旱聚类识别方法干旱识别时空响应长江流域

基于复合事件指数的西北地区高温干旱复合事件风险评估

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水资源与水工程学报 2024年第1期35卷 82-89页

作者：钱潭锐逯家彤粟晓玲吴海江西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100

基于标准化降水指数SPI和标准化温度指数STI构建了两个监测高温干旱复合事件指数:标准化复合事件指数SCEI和混合干热事件指数BDHI,并评估了SCEI和BDHI在西北地区高温干旱复合事件中的监测能力。以严重程度、面积覆盖百分比和发生频率分... 详细信息

基于标准化降水指数SPI和标准化温度指数STI构建了两个监测高温干旱复合事件指数:标准化复合事件指数SCEI和混合干热事件指数BDHI,并评估了SCEI和BDHI在西北地区高温干旱复合事件中的监测能力。以严重程度、面积覆盖百分比和发生频率分析了高温干旱复合事件的风险变化。结果表明:由于BDHI充分考虑了不同干热条件之间的相关性,其在西北地区监测高温干旱复合事件的能力明显优于SCEI,而SCEI存在将湿热状况误判为高温干旱复合事件的情况。相较于1982—1993年,1994—2022年西北地区发生高温干旱复合事件的严重程度、范围和频率更高;1994—2022年西北地区发生轻度、中度、重度等级以上的高温干旱复合事件的面积占比分别为35%、25%、10%;新疆中部、甘肃北部和东部、青海南部和陕西大部分地区在1982—1993年几乎未发生过重度等级以上的高温干旱复合事件,但上述地区在1994—2022年的发生频率明显增加。

关键词：高温干旱复合事件风险评估复合事件指数西北地区

Spatiotemporal Characteristics of Drought in the Heihe River Basin Based on the Extreme-Point Symmetric Mode Decomposition Method

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International Journal of Disaster Risk Science 2019年第4期10卷 591-603页

作者： Kai Feng xiaoling su College of Water Resources and Architectural Engineering Northwest A&F UniversityYangling 712100China Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas Ministry of EducationNorthwest A&F UniversityYangling 712100China

Assessment of spatiotemporal characteristics of drought under climate change is significant for drought *** this study,the standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI)calculated at different timescales was adopted to describe the drought conditions in the Heihe River Basin(HRB)from 1961 to *** period characteristics and spatiotemporal distribution of drought were analyzed by using the extreme-point symmetric mode decomposition(ESMD)and inverse distance weight interpolation *** main results were obtained.(1)The SPEI series of the upper reaches of the HRB at different timescales showed an upward trend(not significant)during 1961–*** the middle and lower reaches,the SPEI series exhibited significant downward trends.(2)The annual SPEI series of the lower reaches was decomposed through the ESMD method and exhibited a fluctuating downward trend as a *** oscillation showed quasi-3.4-year and quasi-4.5-year periods in the interannual variation,while a quasi-13.5-year period occurred in the interdecadal *** interannual period plays a leading role in drought variation across the HRB.(3)The entire research period was divided into three subperiods by the Bernaola–Galvan segmentation algorithm:1961–1966,1967–1996,and 1997–*** spring drought frequency and autumn drought intensity arrived at their maxima in the lower reaches during 1997–2014,with values of 72.22%and 1.56,*** high frequency and intensity areas of spring,summer,and autumn drought moved from the middle-upper reaches to the middle-lower reaches of the HRB during 1961–2014.(4)Compared to the wavelet transform,the ESMD method has self-adaptability for signal decomposition and is more accurate for drought period ***-point symmetric mode decomposition is a more efficient decomposition method for nonlinear and nonstationary time series and has important significance for revealing the complicated change features of climate systems.

关键词： China Drought Heihe River Basin Spatiotemporal drought analysis