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南水北调中线焦作采空区地表沉降DS-InSAR监测与风险分析

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遥感学报 2024年第4期28卷 900-910页

作者：张子彦张敬凯张豪磊杜玉玲闫世勇中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室徐州221116 河南省资源环境调查五院郑州450053

南水北调中线工程是优化水资源配置和促进区域协调发展的国家战略性工程,为及时发现和评估沿线煤炭开采沉陷对南水北调中线干渠的威胁,本文基于Sentinel-1A数据和分布式散射体合成孔径雷达干涉测量(DS-InSAR)技术,通过同质像元识别和相... 详细信息

南水北调中线工程是优化水资源配置和促进区域协调发展的国家战略性工程,为及时发现和评估沿线煤炭开采沉陷对南水北调中线干渠的威胁,本文基于Sentinel-1A数据和分布式散射体合成孔径雷达干涉测量(DS-InSAR)技术,通过同质像元识别和相位优化将分布式目标融入时序InSAR处理,获取了焦作采空区2019年—2020年地表形变时空分布,在此基础上结合形变和距离要素构建了一种南水北调沿线形变风险评估指标,并依据指标实现了研究区形变风险分级。结果显示,焦作采空区内存在多个沉降盆地,其中最大沉降量达到180 mm,最大形变速率约为-125 mm/a;南水北调干渠沿线以无风险区和低风险区为主,伴随有少量中高风险区。研究表明南水北调中线干渠焦作段整体受开采沉降影响较小,但在张屯矿西北侧、白庄矿和中马村矿内存在较高形变风险区域,需要对其进行持续监测以预防潜在沉陷灾害。本文提出的基于形变信息的风险指标具有良好的指示性,能够为南水北调灾害风险评估提供科学依据。

关键词：遥感采空区 DS-InSAR 地表形变监测南水北调中线风险指标

基于全气象参数的南水北调中线冬季水气热交换模型

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水利学报 2024年第2期55卷 179-189,201页

作者：潘佳佳郭新蕾王涛付辉陈玉壮李明新流域水循环模拟与调控国家重点实验室中国水利水电科学研究院北京100038 中国南水北调集团中线有限公司北京100038

针对南水北调中线干渠水体表面热交换精细模拟技术欠缺和多气象因素相互作用机理不明等关键问题,考虑太阳高度角、日照时间、云层遮挡和反照率等因素对太阳辐射的影响,并综合分析水体吸收、反射和发射的净长波辐射、涵盖水体蒸散发失热... 详细信息

针对南水北调中线干渠水体表面热交换精细模拟技术欠缺和多气象因素相互作用机理不明等关键问题,考虑太阳高度角、日照时间、云层遮挡和反照率等因素对太阳辐射的影响,并综合分析水体吸收、反射和发射的净长波辐射、涵盖水体蒸散发失热、水面温差引起的热传导和降雪引起的失热,建立了基于全气象参数的大型明渠水气热交换数学模型。结合南水北调中线全线通水后5年的冬季水温、气温、相对湿度、气压、风速、太阳辐射等原型观测资料,重点分析和模拟了典型年北拒马河、漕河渡槽和滹沱河倒虹吸等渠池的净热通量量值及其组分占比。结果表明,模型能够精细模拟不同渠池水体逐小时吸收的太阳辐射、释放的长波辐射、蒸发失热和水气热传导。模拟结果和观测资料均显示中线干渠冬季以失热为主,其中太阳辐射对净热通量的贡献最大,其次分别为长波辐射、蒸散发失热、温差引起的热传导,占比分别为43.1%、30.9%、17.2%和8.8%。本文量化了中线干渠冬季热通量组成,为进一步研究中线水温冰情精细模拟和输水能力提升提供了基础。

关键词：热交换全气象要素南水北调中线冬季输水数学模型

南水北调中线总干渠冰期充水控冰调度方式研究

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中国农村水利水电 2024年

作者：孙卫军管光华熊发京郭兴涛吴永妍中国南水北调集团中线有限公司武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司长江勘测规划设计研究有限责任公司

南水北调中线工程以明渠输水为主要的输水形式，沿线距离长、跨度大，渠道首尾气候差异较大。严寒低温会使得渠道内出现冰凌现象，给渠道的运行调度带来极大的挑战。而西黑山节制闸附近的雄安调蓄库的底层温水向渠道充水以提升渠道水温... 详细信息

南水北调中线工程以明渠输水为主要的输水形式，沿线距离长、跨度大，渠道首尾气候差异较大。严寒低温会使得渠道内出现冰凌现象，给渠道的运行调度带来极大的挑战。而西黑山节制闸附近的雄安调蓄库的底层温水向渠道充水以提升渠道水温，给渠道冰情调控带来了新的思路。本文通过建立考虑旁侧温水入流的一维渠道冰水力学仿真模型，对温水入渠后渠道内的水温和冰情变化情况进行仿真研究。以京石段干渠为原型构建渠道模型，通过设置不同入流比例、入流温度、混合水量、入流时间工况，探索不同温水入流条件下渠道内的水温和冰盖厚度的沿程变化规律。结果表明：（1）采用离线水库充蓄缓解渠道冰情的思路基本可行，但调蓄库的来流对总干渠水温的影响主要在下游20km渠道内，越靠近下游的渠池受到的影响越小，且水温升高的滞后时间越长。（2）水库来流占比越高，对渠池的水温影响越显著。（3）水库来流温度越高，下游渠池水温的提升效果越明显，且冰盖持续时间明显缩短，但未能明显减小结冰范围。（4）混合流量越大，水温降低的速度越慢，出现冰盖的断面的越靠近下游。（5）实际调度时应结合气象预报，在冬季降温之前开始向渠道掺入温水，并持续整个低温期，以达到最好的冰情缓解效果。本文的研究结果可为后续输水除冰方案的确定提供数据支持，为工程的可行性作合理参考，亦可对其他类似温度掺混问题计算模拟提供参照。

关键词：冰期输水充水控冰南水北调中线数值模拟

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南水北调中线沉藻池布置方案优化

南水北调与水利科技（中英文） 2024年第4期22卷 798-809页

作者：吴永妍李书友郭辉刘少华黄明海长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉430010 南水北调中线实业发展有限公司北京100038 长江水利委员会长江科学院武汉430010

南水北调中线总干渠联通工程处拟新建沉藻池,实现总干渠藻类等混合物集中沉降和处理。通过现场试验研究总干渠水体藻类等混合物沉降特性,并采用二维水动力数值仿真分析沉藻池在设计工况条件下的水流特性,提出导流墩的优化布置思路。结... 详细信息

南水北调中线总干渠联通工程处拟新建沉藻池,实现总干渠藻类等混合物集中沉降和处理。通过现场试验研究总干渠水体藻类等混合物沉降特性,并采用二维水动力数值仿真分析沉藻池在设计工况条件下的水流特性,提出导流墩的优化布置思路。结果表明:在水深基本一致条件下,随着断面平均流速的增加,有效沉降距离增加,有效沉降率有所降低;在沉藻池初始设计方案下,藻类等混合物可在沉藻池内进行沉降,但沉藻池利用效率不足;布置纵向导流墩后,可有效改善沉藻池内水流平顺性和水体交换能力;在设计工况下,沉藻池内回流区水域面积占比从57%降低至7%,池内水流平均流速从约0.10 m/s降低至约0.07 m/s,平均水龄从约18 h降低至约6 h。研究成果可为中线沉藻池工程布置提供基本技术支撑。

关键词：南水北调中线沉藻池工程布置导流墩沉降距离

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南水北调中线总干渠水情数据智能清洗

南水北调与水利科技（中英文） 2024年第3期22卷 436-444页

作者：陈晓楠顾起豪张召靳燕国顾沁扬中国南水北调集团中线有限公司北京100038 中国水利水电科学研究院北京100038 水利部水利水电规划设计总院北京100120

南水北调中线总干渠水位、流量等实时水情数据受外界扰动、测量系统误差等因素影响而产生的病态水情数据将造成调度模型计算失真,甚至导致计算失败。为此,针对上下游流量数据空间上的逻辑错误和水位数据时间序列的跳变,分别建立基于粒... 详细信息

南水北调中线总干渠水位、流量等实时水情数据受外界扰动、测量系统误差等因素影响而产生的病态水情数据将造成调度模型计算失真,甚至导致计算失败。为此,针对上下游流量数据空间上的逻辑错误和水位数据时间序列的跳变,分别建立基于粒子群优化的水量平衡模型和指数加权滑动平均模型,对病态水情数据在空间、时间上实施横向、纵向清洗处理。以穿黄节制闸至漳河节制闸间的渠段为典型研究区间,利用模型自动识别流量倒挂点,并对该渠段涉及的12座节制闸、26处分水点的流量数据进行统一修正,实现了上下游逻辑上的合理性。同时,选取研究渠段内的闫河节制闸为代表,在48 h内运行基本稳定状态下,对每2 h的闸前水位数据序列进行分析,自动识别出跳变数据并进行合理修正。结果表明:建立的模型可自动识别病态水情数据并进行智能清洗,处理后的数据能够较好地满足输水调度分析决策的需要,因此该模型具有推广应用的价值。

关键词：南水北调中线数据清洗输水调度粒子群优化算法指数加权滑动平均模型

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南水北调中线总干渠水情数据智能清洗研究

南水北调与水利科技(中英文) 2024年

作者：陈晓楠顾起豪张召靳燕国顾沁扬中国南水北调集团中线有限公司中国水利水电科学研究院水利部水利水电规划设计总院

南水北调中线总干渠水位、流量等实时水情数据受外界扰动、测量系统误差等因素影响而产生的病态水情数据将造成调度模型计算失真，甚至导致计算失败，为此，针对上下游流量数据空间上的逻辑错误和水位数据时间序列的跳变，分别建立基于... 详细信息

南水北调中线总干渠水位、流量等实时水情数据受外界扰动、测量系统误差等因素影响而产生的病态水情数据将造成调度模型计算失真，甚至导致计算失败，为此，针对上下游流量数据空间上的逻辑错误和水位数据时间序列的跳变，分别建立基于粒子群优化的水量平衡模型和指数加权滑动平均模型，对病态水情数据在空间、时间上实施横向、纵向清洗处理。以穿黄节制闸至漳河节制闸间的渠段为典型研究区间，利用模型自动识别流量倒挂点，并对该渠段涉及的12座节制闸、26处分水点的流量数据进行统一修正，实现了上下游逻辑上的合理性。同时，选取研究渠段内的闫河节制闸为代表，在48 h内运行基本稳定状态下，对每2 h的闸前水位数据序列进行分析，自动识别出跳变数据，并进行合理修正。结果表明：建立的模型可自动识别病态水情数据，并进行智能清洗，处理后的数据能够较好地满足输水调度分析决策的需要，因此该模型具有推广应用的价值。

关键词：南水北调中线数据清洗输水调度粒子群优化算法指数加权滑动平均模型

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南水北调中线工程受水区水环境变化特征研究

水利规划与设计 2024年第6期 45-50,55页

作者：肖洋刘俊陈诺李晨长江水资源保护科学研究所湖北武汉430051 鄂北地区水资源配置工程建设与管理局(筹) 湖北武汉430062

识别受水区水环境变化特征,对南水北调中线工程水量调度方案优化和受水区水环境治理方案制定具有重要指导意义。文章以南水北调中线工程受水区为研究区域,分析工程实施前后区域地表水和地下水环境质量变化情况。研究结果显示,工程运行前... 详细信息

识别受水区水环境变化特征,对南水北调中线工程水量调度方案优化和受水区水环境治理方案制定具有重要指导意义。文章以南水北调中线工程受水区为研究区域,分析工程实施前后区域地表水和地下水环境质量变化情况。研究结果显示,工程运行前后,受水区河湖地表水环境质量显著改善,但Ⅳ类—劣Ⅴ类水质河流仍存在。工程通水后,区域地表水供水量增加、地下水供水量逐步减小,有效压减了地下水开采量;同时工程通水后,受水区地下水水质总体保持稳中向好趋势。研究结果表明南水北调中线工程对受水区水环境改善具有积极作用。

关键词：受水区水环境变化特征南水北调中线

基于标准化温度指数的南水北调中线工程沿线地区冷暖冬评估

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南水北调与水利科技（中英文） 2024年第4期22卷 810-820页

作者：陈晓楠李天毅郭新蕾李景刚中国南水北调集团中线有限公司北京100038 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

选择南水北调中线工程沿线邯郸、正定、涿州为代表地区,利用1979-2021年冬季逐日气温数据,分析各代表区气温序列统计频率分布与理论概率分布的拟合情况,提出标准化温度指数(standardized temperature index,STI),并据此建立新的冬季冷... 详细信息

选择南水北调中线工程沿线邯郸、正定、涿州为代表地区,利用1979-2021年冬季逐日气温数据,分析各代表区气温序列统计频率分布与理论概率分布的拟合情况,提出标准化温度指数(standardized temperature index,STI),并据此建立新的冬季冷暖量化评估模型。结果表明:STI方法与国标法的冬季冷暖评估结果基本一致,但在各代表区强冷冬和强暖冬划定上,STI评估得出的年份数量均少于国标法;各代表区以1月份气温计算得出的冷暖等级阈值对应的气温值均明显低于按整个冬季3个月计算结果。工程所在纬度越高,冬季冷暖等级阈值对应的气温值越低;根据STI评估结果,邯郸、正定、涿州发生强冷冬概率分别为7.14%、9.52%和4.76%,发生弱冷冬及以上的概率分别为38.09%、40.48%和38.09%,发生平冬的概率分别为21.43%、28.57%和21.43%,发生弱暖冬及以上的概率分别为40.48%、30.95%和40.48%,发生强暖冬的概率分别为4.76%、7.14%和2.38%。研究成果与基于正态分布的国标法相比,考虑了气温序列的偏态性概率分布特征,对相对冷暖的判别更科学,有推广应用价值。

关键词：南水北调中线标准化温度指数冰期输水冬季冷暖评估

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基于PS-InSAR技术的南水北调中线某膨胀土渠段地表形变规律研究

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金属矿山 2024年

作者：冯党刘先林康静伟刘文锴胡青峰邹根中王鹏华北水利水电大学测绘与地理信息学院河南贾鲁河环境综合治理有限公司中国南水北调集团中线有限公司渠首分公司

为揭示南水北调中线某膨胀土渠段地表变形规律，基于PS-InSAR技术，利用2020年6月—2021年2月期间覆盖研究区的22景升降轨TerraSAR-X影像数据，采用多轨道时序InSAR方法开展南水北调中线某膨胀土渠段地表变形规律研究。该方法不仅能够... 详细信息

为揭示南水北调中线某膨胀土渠段地表变形规律，基于PS-InSAR技术，利用2020年6月—2021年2月期间覆盖研究区的22景升降轨TerraSAR-X影像数据，采用多轨道时序InSAR方法开展南水北调中线某膨胀土渠段地表变形规律研究。该方法不仅能够对研究区进行面域全方位监测，而且能够揭示监测区域变形的时序特征，有效弥补了传统水准或GNSS监测方法仅能够实现单点监测的不足。获得了2020年6月—2021年2月研究区渠段的二维地表形变演化特征，并对地表形变时空分布特征进行了分析和提取。结果表明：在监测时间段内研究区渠段年平均沉降形变速度为-25～20 mm/a；其中深挖方渠段呈现抬升趋势，年平均形变速率达20 mm/a，高填方渠段呈现沉降趋势，年平均形变速率达-25 mm/a。结合研究区工程地质条件分析，可知研究区深挖方渠段呈现抬升的主因是膨胀土遇水膨胀；高填方渠段呈现沉降的主要原因在该渠段范围内边坡较陡峭，在膨胀土遇水膨胀和边坡滑移共同作用下，渠道边坡向下滑移起了主要作用，从而呈现不同的形变趋势。

关键词：南水北调中线 PS-InSAR TerraSAR-X 二维形变膨胀土