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北京市主城区高分辨率的城市水碳通量模拟研究

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水利学报 2024年第5期55卷 516-527页

作者：邵薇薇邵蕊倪广恒王义成杨志勇刘家宏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 清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

城市化通过影响地表蒸散发(ET)过程改变了区域水热平衡等水文和生态过程,进而改变了陆地生态系统的结构与功能。为科学评估城市水碳过程,基于哨兵二号卫星数据的植被信息,估算了2016—2021年逐月北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的植... 详细信息

城市化通过影响地表蒸散发(ET)过程改变了区域水热平衡等水文和生态过程,进而改变了陆地生态系统的结构与功能。为科学评估城市水碳过程,基于哨兵二号卫星数据的植被信息,估算了2016—2021年逐月北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的植被指数,进一步结合PT-JPLim四源蒸散发模型、InVEST模型以及解析型生态系统水分利用效率(WUE)模型,模拟了2016—2021年北京市主城区10 m×10 m空间分辨率的蒸散发、蒸散发分量(植被蒸腾E t、土壤蒸发E b、截留蒸发E i和不透水面蒸发E u)、总初级生产力(GPP)、碳储量以及WUE的月值,并分析了其相关关系。植被指数较大值集中在西部山区,其次为北京市的公园区域,归一化植被指数NDVI最大值为0.65。主城区多年平均蒸散发量为497 mm,ET随着叶面积植被指数LAI和增强植被指数EVI的增加而增加。2016—2021年期间,NDVI、LAI和EVI分别以每年0.0048、0.016 m^(2)·m-2和0.0047的速度增加。区域平均E t为141.51 mm,E i为50.77 mm,E b为272 mm,不透水面上的E u ET为18.2%。碳储量较高的区域主要分布在西部山区,该区域海拔相对较高,植被覆盖率较高,总碳储量密度高值超过5 t hm^(2)。研究区GPP的平均值为2.7 g·m^(-2)·d^(-1),多年平均WUE为0.63 g·mm^(-1)。WUE和E t ET呈显著负相关(R=-0.44,p<0.001),WUE随GPP的增加呈现显著的上升趋势。精细化的城市水碳模拟能够为海绵城市的建设和评估提供理论基础,对“双碳”目标的实现具有重要意义。

关键词：城市化生态系统蒸散发北京市水分利用效率

马尼拉俯冲带最大可能地震对南海诸岛的海啸灾害评估

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第4期64卷 612-618页

作者：赵广生牛小静清华大学水圈科学与水利水电工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084

马尼拉俯冲带是南海可能发生大型地震海啸的地质构造带,一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。该文通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程,评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。研究综... 详细信息

马尼拉俯冲带是南海可能发生大型地震海啸的地质构造带,一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。该文通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程,评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。研究综合考虑地震震中、震源深度和断层滑动非均匀性等因素对海啸的影响,模拟了最大震级条件下70万个可能的海啸情景。其中,基于GPS大地测量数据的俯冲带闭锁反演和历史地震数据,选取评估结果500年一遇地震震级8.9级作为最大可能地震。研究给出了南海主要岛礁在发生8.9级地震时的岸外海啸波高,结果表明:即使在同一震级下,海啸波高也有很大的随机性,东沙岛的海啸波高可从1.8 m增加到6.2 m。断层非均匀性对海啸波高影响显著,忽略断层非均匀滑动分布的传统模型会低估海啸波高约20%~50%。从空间分布来看,西沙宣德群岛的南沙洲、南岛和北岛,以及东沙群岛的海啸危险性最大,海啸波高超过4 m。

关键词：马尼拉俯冲带 TDEFNODE 断层闭锁南海诸岛海啸灾害评估

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水库运用对金沙江下游水沙变化的影响

湖泊科学 2024年第6期36卷 1911-1921页

作者：张国帅邓安军张帮稳冯志毅吕瑞茹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京100048 中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室北京100048

大型水库运用后,金沙江下游水沙时空分布发生重大变化。本文基于金沙江下游干支流水沙观测资料,分析了下游流域水沙时空分布特性。1954-2021年,金沙江下游径流主要来源为金沙江中游及雅砻江,两者年均径流量为1150.73亿m^(3),占总来水量... 详细信息

大型水库运用后,金沙江下游水沙时空分布发生重大变化。本文基于金沙江下游干支流水沙观测资料,分析了下游流域水沙时空分布特性。1954-2021年,金沙江下游径流主要来源为金沙江中游及雅砻江,两者年均径流量为1150.73亿m^(3),占总来水量的80.75%;年输沙量主要来自下游区间,其年均来沙量为9943.17万t,占总输沙量的48.12%。运用Mann-Kendall突变检验、R/S分析以及双累积曲线法,分析水库运用对金沙江下游水沙变化趋势的影响。结果表明:1954-2021年金沙江下游水库运用对年径流量变化趋势无明显影响,而对流域年输沙量影响显著。金沙江下游出口水沙关系在1998、2010及2012年发生突变,主要原因为雅砻江、金沙江中游、下游干流上大型水库的拦沙运用,导致下游出口含沙量由1.82 kg/m^(3)逐步降低为1.31、0.86、0.01 kg/m^(3)。利用金沙江下游干支流水沙关系及沙量平衡原理,分别计算局部区间水库拦沙对流域总减沙量的贡献度。1998-2009年二滩水电站建成运行,金沙江下游出口总减沙率为35.16%,雅砻江水库拦沙对下游总减沙贡献度为32.88%;2010-2012年金安桥等中游水电站运行后,下游出口总减沙率为51.43%,金沙江中游、雅砻江、三堆子至白鹤滩区间和白鹤滩至向家坝区间对下游总减沙贡献度分别为21.54%、23.10%、30.67%、24.69%;2013-2021年金沙江下游梯级水库运行后,下游出口总减沙率为99.37%,4个区间对来沙量减少的贡献度分别为19.64%、14.72%、12.34%、53.30%。

关键词：金沙江下游水沙变化趋势水沙关系减沙贡献度

基于ANN-GA协同寻优的大跨度双曲桁架拱钢闸门结构优化设计

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水电能源科学 2024年

作者：王皓臣张燎军张汉云章寰宇林润丰宋琰河海大学水利水电学院

针对大跨度双曲桁架拱钢闸门结构的优化设计,采用拉丁超立方随机抽样方法建立试验抽样点,通过对抽样点的训练建立人工神经网络(ANN)预测模型;同时协同遗传算法(GA)的全局搜索能力,基于ANN模型构造相应的适应度函数,提出了一种ANN-GA协... 详细信息

针对大跨度双曲桁架拱钢闸门结构的优化设计,采用拉丁超立方随机抽样方法建立试验抽样点,通过对抽样点的训练建立人工神经网络(ANN)预测模型;同时协同遗传算法(GA)的全局搜索能力,基于ANN模型构造相应的适应度函数,提出了一种ANN-GA协同优化的结构优化模型,并对某拟建60 m大跨度双曲桁架拱钢闸门关键构件进行结构优化设计。结果表明,ANN模型可有效应用于结构尺寸与闸门总质量及最大折算应力的非线性建模,训练后的ANN-GA模型可根据结构尺寸准确预测该结构尺寸下所对应的闸门总质量及最大应力值;通过建立基于ANN模型构建的适应度函数,GA可实现在ANN模型预测的基础上快速全局寻优并快速收敛,基于ANN-GA的协同优化方法对于闸门结构尺寸优化切实有效。研究成果可为闸门结构优化设计提供参考。

关键词：钢闸门结构优化设计人工神经网络遗传算法

基于风险分析的高土石坝抗震安全评估方法研究

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工程科学与技术 2024年

作者：张宏洋王浩宇杨益格马聪汪顺生张先起华北水利水电大学水利学院华北水利水电大学智川书院黄河流域水资源高效利用省部共建协同创新中心

抗震安全风险评估是大坝抗震设计和风险管理的重要依据。然而现有对高土石坝的抗震安全风险评估的系统性研究分析还需要进一步深入。本文综合考虑地震危险性、易损性和地震灾害损失3方面内容，结合已有风险评估标准，提出了较为完整的... 详细信息

抗震安全风险评估是大坝抗震设计和风险管理的重要依据。然而现有对高土石坝的抗震安全风险评估的系统性研究分析还需要进一步深入。本文综合考虑地震危险性、易损性和地震灾害损失3方面内容，结合已有风险评估标准，提出了较为完整的高土石坝抗震安全风险评估体系。首先，通过F-N曲线法和ALARP准则将地震危险性、易损性和灾害损失分析结果相结合，采用风险矩阵法划分高土石坝地震综合风险等级；然后，通过数学模型量化各等级下的地震综合风险指标，并以此制定各等级的风险评价标准和接受准则；最后，综合以上内容建立高土石坝抗震安全风险评估体系，以生命损失为决定因子，给出了高土石坝地震综合风险等级评估标准。以紫坪铺大坝为研究实例进行抗震安全风险评估，结果表明，紫坪铺大坝的地震综合风险指数R=6.115×10-7，相应的地震风险等级为Ⅴ级，位于可接受区域，说明紫坪铺大坝因地震的破坏作用导致溃坝的可能性低，处于安全状态。本文所提抗震安全风险评估体系可为高土石坝抗震安全设计和风险控制提供参考。

关键词：地震易损性地震灾害损失溃坝后果综合评价抗震安全风险评估

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心理健康教育理念在课堂教学中的实践与运用

科教导刊 2024年第4期 139-141页

作者：张桂源黄露露高世举广西水利水电职业技术学院广西南宁530023

心理健康教育作为一种教学理念,需深度融入教育者的思想观念和课堂教学当中。形成以人为本、尊重差异,唤起主观能动的学生观;身心一体、三全共育,促进全人发展的教育观;挖掘优势、塑造环境,引领积极成长的教师观。提出三育融合设计教学... 详细信息

心理健康教育作为一种教学理念,需深度融入教育者的思想观念和课堂教学当中。形成以人为本、尊重差异,唤起主观能动的学生观;身心一体、三全共育,促进全人发展的教育观;挖掘优势、塑造环境,引领积极成长的教师观。提出三育融合设计教学目标、强调联结互动建构课堂生态、专注优势开发优化教学方法、聚焦成长过程建立评价体系,实现心理健康教育理念在课堂教学中的融入和渗透。

关键词：心理健康心理健康教育理念课堂教学

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基于数值试验的降雨径流过程对不透水面空间分布的响应分析

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水资源保护 2024年第1期40卷 86-92页

作者：梅超石虹远李瑞栋李玉龙刘家宏栾清华王浩王佳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 水利部数字孪生流域重点实验室北京100038 河北工程大学水利水电学院河北邯郸056038 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

为解析降雨径流过程对不透水面空间分布的响应关系,构造了一个3 km×3 km的假想试验区域,面向试验区域构建了包含6个不透水率的36种不透水面空间分布,并建立相应的数值试验模型,模拟了重现期分别为2、5、10、20、50、100 a共6种不同重... 详细信息

为解析降雨径流过程对不透水面空间分布的响应关系,构造了一个3 km×3 km的假想试验区域,面向试验区域构建了包含6个不透水率的36种不透水面空间分布,并建立相应的数值试验模型,模拟了重现期分别为2、5、10、20、50、100 a共6种不同重现期短历时设计降雨下的降雨径流过程,基于模拟结果对不同不透水面空间分布情景下的降雨径流过程进行了分析。结果表明:在同一不透水率下,不同不透水面空间分布的径流系数差异相对较小,不透水面空间分布对径流特征的影响主要体现在径流峰值和峰现时间上;在同一降雨条件下,不透水率变化是径流过程变化的主导因素,径流系数与不透水率呈线性相关关系,随着不透水率的增加,径流过程线逐渐由“矮胖”变得“尖瘦”。

关键词：不透水面空间分布不透水率降雨径流数值试验

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非线性剪胀模型土石坝变形计算适用性评价

水力发电学报 2024年第2期43卷 99-109页

作者：王克汤洪洁王睿张建民清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 水利部水利水电规划设计总院北京100120

以有限元方法为代表的高土石坝变形数值模拟的准确性极大依赖于本构模型对坝料应力应变关系描述的准确性。本文在邓肯-张EB模型基础上,建立了用于分析坝体变形的考虑剪胀的实用性非线性模型(EB-Dilatancy模型,简称为EBD模型)。基于阿尔... 详细信息

以有限元方法为代表的高土石坝变形数值模拟的准确性极大依赖于本构模型对坝料应力应变关系描述的准确性。本文在邓肯-张EB模型基础上,建立了用于分析坝体变形的考虑剪胀的实用性非线性模型(EB-Dilatancy模型,简称为EBD模型)。基于阿尔塔什面板砂砾石坝的大坝变形监测数据,设计了3个反演方案,获得最优的EB模型和EBD模型参数。采用最优参数模拟常规三轴试验,并与实际物理试验进行比较。结果表明:在坝体变形方面,传统的EB模型难以同时准确模拟堆石坝的沉降和水平变形分布,而EBD模型则能够在维持沉降分布模拟精度的基础上提高水平变形的计算精度;EB模型无法实现在合理模拟大坝变形的前提下有效模拟材料单元应力-应变响应,相比之下EBD模型可以同时实现大坝变形和材料单元力学行为的良好模拟。

关键词：高土石坝本构模型剪胀变形监测反演分析三轴试验

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基于深度学习的点云分割与洪水风险模拟方法

水科学进展 2024年第1期35卷 62-73页

作者：姜佩奇伍杰张社荣来亦姝刘康王超天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津大学建筑工程学院水利部水利水电规划设计总院

传统的洪水风险分析方法由于计算时长、数据不足和难以适应地形变化等，限制其在快速应急响应中的应用，亟需对大场景洪水进行快速预测建模与分析。本文推出一种融合大场景点云分割与深度学习的洪水风险快速模拟方法，通过数据采集与预... 详细信息

传统的洪水风险分析方法由于计算时长、数据不足和难以适应地形变化等，限制其在快速应急响应中的应用，亟需对大场景洪水进行快速预测建模与分析。本文推出一种融合大场景点云分割与深度学习的洪水风险快速模拟方法，通过数据采集与预处理、点云分割、重建数字高程模型和水动力学模拟，在中国南水北调工程的局部地区进行实证研究。结果表明，提取原始地面特征的平均交并比和总体分类精度分别高达70.8%和88.7%,洪水模拟设计与校核情景下的最大淹没面积分别为7.0万m2和10.5万m2。该方法为洪水风险快速评估提供了新方法，可提高洪水风险测绘的建模效率和分析精度。

关键词：洪水风险点云分割深度学习 DEM重建水动力学模拟