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流域洪水演进实时高效可视化仿真方法

应用基础与工程科学学报 2020年第2期28卷 271-286页

作者：冶运涛梁犁丽曹引蒋云钟王建华龚家国中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038

针对河道水流淹没区域识别困难的问题,提出了一种基于河势贴体网格的实时高效的流域水流演进可视化仿真方法.首先,将河势概念与贴体网格生成方法相结合,建立了河势贴体数字河道模型;其次,利用一维水动力学或水文模型计算的水位值,插值... 详细信息

针对河道水流淹没区域识别困难的问题,提出了一种基于河势贴体网格的实时高效的流域水流演进可视化仿真方法.首先,将河势概念与贴体网格生成方法相结合,建立了河势贴体数字河道模型;其次,利用一维水动力学或水文模型计算的水位值,插值出数字河道模型断面水位值;然后,结合数字河道模型地形网格和河道断面水位值,搜索相邻河道断面淹没线并进行组合,形成一条完整的河道淹没线;再者,根据河道淹没线的拓扑关系,识别出淹没区域,进而实现对水体淹没状况的实时可视化仿真.最后,通过在三峡库区实例应用,初步证明了提出方法的科学性和实用性.

关键词：数字流域洪水演进河势贴体淹没线搜索

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南水北调东线工程江苏段中长期优化调度研究

水力发电学报 2022年第6期41卷 65-77页

作者：闻昕李精艺谭乔凤茆云泽丁紫玉王浩河海大学水利水电学院南京210098 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038

在南水北调东线工程主要水源中长期来水预报精度不高且预见期有限的情况下,对调水系统进行科学调度和滚动决策是江苏段综合效益能否充分发挥的关键。本文提出了基于余留期调度成本函数的两阶段随机优化调度方法,在考虑预报不确定性条件... 详细信息

在南水北调东线工程主要水源中长期来水预报精度不高且预见期有限的情况下,对调水系统进行科学调度和滚动决策是江苏段综合效益能否充分发挥的关键。本文提出了基于余留期调度成本函数的两阶段随机优化调度方法,在考虑预报不确定性条件下实现工程的中长期滚动调度决策。首先分析各工程单元调度运行规则,基于水量平衡原理提出系统调水成本计算方法;然后分析主要水源历史来水规律,建立余留期成本函数定量表示余留期调水成本;最后针对不同来水条件分别建立两阶段决策模型,滚动生成中长期水量调度方案。结果表明,两阶段决策模型能够克服中长期预报不确定性对调度决策的不利影响,通过多水源互济互调、水源和线路选择有效降低调水成本。

关键词：不确定性跨流域调水两阶段决策中长期调度余留期成本

欧美亚典型发达国家洪水标准及应对气候变化策略

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南水北调与水利科技(中英文) 2024年第3期 605-617页

作者：胡义明温骐宇王静曹子恒彭安帮梁忠民河海大学水文水资源学院南京水利科学研究院中国水利水电科学研究院

针对洪水标准选用及应对气候变化适应性政策制定问题，系统调研欧美亚典型发达国家在该领域的研究及应用成果，从工程设计洪水标准和流域洪水管理标准等角度，综述了美国、荷兰、英国和日本洪水标准的制定政策；从气候变化对设计暴雨/... 详细信息

针对洪水标准选用及应对气候变化适应性政策制定问题，系统调研欧美亚典型发达国家在该领域的研究及应用成果，从工程设计洪水标准和流域洪水管理标准等角度，综述了美国、荷兰、英国和日本洪水标准的制定政策；从气候变化对设计暴雨/洪水的影响角度，分析总结英国和日本在应对气候变化上的适应性对策。建议在洪水标准及气候适应对策研究中，抛弃单纯依据大坝尺寸确定洪水标准的方式，基于动态发展及整体-局部互馈关联视角，兼顾气候变化对暴雨洪水的影响，从洪水潜在危害及风险角度出发，制定相应的政策规范。本综述可为我国新时期的洪水标准选用规则及适应气候变化策略的制定提供参考。

关键词：洪水标准气候变化适应性对策美国荷兰英国日本

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基于能量转换的地貌单位线计算方法及应用

农业工程学报 2022年第8期38卷 135-142页

作者：王文川赵延伟徐冬梅刘昌军马强华北水利水电大学水资源学院郑州450046 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究中心北京100038

该研究基于能量转换原理构建汇流模型,针对中小河流汇流参数确定困难、汇流计算准确度低的问题,分析流域内水质点能量的空间分布,采用将重力势能转化为动能的方式估计地表水流速度,计算空间流速场并提取地貌单位线。采用分辨率30 m×30 ... 详细信息

该研究基于能量转换原理构建汇流模型,针对中小河流汇流参数确定困难、汇流计算准确度低的问题,分析流域内水质点能量的空间分布,采用将重力势能转化为动能的方式估计地表水流速度,计算空间流速场并提取地貌单位线。采用分辨率30 m×30 m的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据,将湖南省竹溪坡流域划分为57个计算单元,分别采用能量转换法和坡度雨强法提取了地貌单位线。构建了研究区的分布式模型,其中产流计算采用新安江模型,坡面汇流采用地貌单位线模型,河网汇流采用马斯京根法,对竹溪坡流域36场降雨径流过程进行模拟。采用统计方法分析汇流参数,对参数的取值范围进行了评估。结果表明,与坡度雨强法相比,基于能量转换方式的洪水模拟结果中,峰现时间误差不超过1 h的场次比例由30.5%提高到83.3%,确定性系数不低于0.9的场次由9场提升至17场,平均确定性系数达到0.89,显著提高了模拟精度。通过对断面流速进行统计分析,评估竹溪坡流域汇流参数取值范围为[0.008, 0.014],当参数在此区间浮动时,确定性系数不低于0.9的场次比例为44%~50%,与率定得到的结果接近。该方法物理意义明确,参数可以通过率定或者测量方式确定,为无资料地区汇流规律研究提供了一种可靠思路。

关键词：径流流速空间分布洪水预报地貌单位线分布式水文模型

基于可变集和云模型的河湖水系连通方案优选决策方法

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农业机械学报 2018年第12期49卷 211-225,313页

作者：冶运涛梁犁丽曹引蒋云钟赵红莉王建华中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038

河湖水系连通工程方案优选是一个具有确定性的评价指标和评价标准与具有不确定性评价因子及其权重变化相结合的分析过程,所涉及的资源准则类、经济准则类、社会准则类、环境准则类、工程准则类等各评价指标具有中介过渡性,导致不同的多... 详细信息

河湖水系连通工程方案优选是一个具有确定性的评价指标和评价标准与具有不确定性评价因子及其权重变化相结合的分析过程,所涉及的资源准则类、经济准则类、社会准则类、环境准则类、工程准则类等各评价指标具有中介过渡性,导致不同的多属性决策方法得到的结果具有不确定性,需对这些决策方法进行稳定性评价。根据可变集的对立统一数学定理,提出河湖水系连通方案优选决策可变集原理与方法,并提出了基于云模型的可变集决策结果灵敏度分析方法。以浙北引水工程中的新安江方案(S1)、富春江方案(S2)和太湖-富春江方案(S3)为例,分综合评价和不同准则评价两种情况评价分析了3种方案的排序,同时分析了单一指标变化和多个指标权重变化下的可变模型评价结果鲁棒性。结果表明:利用级别特征值和相对差异度来分析多准则综合评价结果,说明S3优于S1和S2;从指标灵敏度分析看,可变模型(α=1,p=1)和(α=2,p=1)综合评价的方案排序稳定性较好;从权重灵敏度分析看,4种参数组合的可变模型综合评价的方案排序容易受指标权重变化的影响,尤其是S2和S3;结合综合评价和不同准则评价的指标灵敏度和指标权重灵敏度分析来看,评价结果受指标体系的影响,说明该方法需要结合不同研究对象进行具体分析后选择合适的评价方法。

关键词：河湖水系连通可变集云模型方案优选决策方法

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特大干旱事件灾害孕育机理及影响研究进展

水资源保护 2020年第5期36卷 11-21页

作者：马明卫韩宇平严登华张小丽华北水利水电大学水资源学院河南郑州450046 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038

为有效推进特大干旱事件灾害孕育机理及其影响的研究,在回顾与展望特大干旱灾害的基础上,分别对其次生灾害孕育过程和对生态环境长期影响的研究进行梳理与评述,指出当前研究中存在的主要问题与薄弱环节,包括对特大干旱的聚焦不够、干旱... 详细信息

为有效推进特大干旱事件灾害孕育机理及其影响的研究,在回顾与展望特大干旱灾害的基础上,分别对其次生灾害孕育过程和对生态环境长期影响的研究进行梳理与评述,指出当前研究中存在的主要问题与薄弱环节,包括对特大干旱的聚焦不够、干旱灾害链及多灾种协同演进定量研究亟待深入、特大干旱对养分循环与生态过程的长期影响等方面的研究相对匮乏。认为特大干旱事件灾害孕育机理及影响方面的整体研究框架尚未确立,相应研究体系和技术方法体系也远未形成。建议未来着重研究特大干旱次生灾害的深层链式结构和复杂能量传递问题,有效揭示特大干旱事件灾害孕育机理与多灾种协同演进机制,进一步阐明特大干旱对水文生态过程和地表环境的多重影响。

关键词：特大干旱次生灾害灾害链极端气候全球变化生态环境

高分辨率数据驱动的流域非点源污染输出风险评估方法

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环境科学 2022年第6期43卷 3140-3148页

作者：顾晶晶冶运涛董甲平蒋云钟曹引赵红莉天津大学建筑工程学院天津300072 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038

近年来,非点源污染已成为我国部分水库水质恶化的主要原因.以潘家口水库流域为例,引入动态降水因子和地形因子改进经典的输出风险模型,结合高分辨率的卫星反演降水产品(GPM)和高分六号卫星影像,建立高分辨率数据驱动的非点源污染输出风... 详细信息

近年来,非点源污染已成为我国部分水库水质恶化的主要原因.以潘家口水库流域为例,引入动态降水因子和地形因子改进经典的输出风险模型,结合高分辨率的卫星反演降水产品(GPM)和高分六号卫星影像,建立高分辨率数据驱动的非点源污染输出风险评估模型,开展潘家口水库流域的非点源污染输出风险时空分布特征研究.结果表明,研究区2018年非点源污染输出风险较高,其中氮元素污染输出高风险和较高风险区约占流域总面积的70.6%,磷元素污染输出无高风险区,较高风险区约占流域总面积的21.9%.分析流域非点源污染输出风险时空分布特征,发现4~9月潘家口水库流域非点源污染输出风险呈现先增后减趋势,在7月和8月最高,与流域降水时空分布一致;结合土地利用分布特征分析,流域上游以耕地为主,城市集中在流域下游,受农业生产和人类活动的影响,这些区域的非点源污染输出风险较高.针对非点源污染输出风险时空分布特征,应制定合理的农业施肥方式,规划非点源污染“源-汇”景观布局以及建设植被缓冲带.

关键词：非点源污染输出风险评估高分辨率数据驱动输出风险模型潘家口水库流域

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黄河流域工业水资源利用效率测度与时空分异

水文 2023年第3期43卷 71-75页

作者：单是豪倪红珍汪党献中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038 水利部水利水电规划设计总院北京100020

工业水资源利用效率是影响工业用水的核心问题,测度并分析其时空特征可为黄河流域生态保护和高质量发展提供评价依据。将工业用水及水污染排放纳入测度体系,建立非期望产出MinDS窗口模型测算黄河流域工业水资源利用效率,采用核密度估计... 详细信息

工业水资源利用效率是影响工业用水的核心问题,测度并分析其时空特征可为黄河流域生态保护和高质量发展提供评价依据。将工业用水及水污染排放纳入测度体系,建立非期望产出MinDS窗口模型测算黄河流域工业水资源利用效率,采用核密度估计与变异系数法分析其时空变化,结果表明:2010—2019年黄河流域9省区整体工业水资源利用效率呈现波动性上升的“N”型趋势,总体效率水平有所提高。空间上高效率中心长期位于中下游地区,表现出东高西低的分布态势,效率空间格局非均衡性逐年减弱,分化程度降低。山东、陕西省工业水资源利用效率在流域内处于较高水平,其年平均效率值均超过0.9,2019年流域内中高效率省份占比由2010的44%增加至78%,除青海、甘肃外,均达到中高效率水平。

关键词：黄河流域工业水资源利用效率非期望产出MinDS模型 DEA窗口分析时空分异

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应用植被变化与火烧迹地对森林火灾反演

东北林业大学学报 2021年第5期49卷 71-75页

作者：王金鑫桑学锋刘鑫常家轩郑阳李子恒中国水利水电科学研究院水资源所北京100038

火灾后的植被变化与火烧迹地面积是森林火灾反演的重要指标。以2020年3月28日四川省凉山州木里藏族自治县项脚乡火烧迹地为研究对象,依据Sentinel-2卫星影像数据,采用归一化差分植被指数、差分归一化燃烧比、迭代加权多元变化检测算法... 详细信息

火灾后的植被变化与火烧迹地面积是森林火灾反演的重要指标。以2020年3月28日四川省凉山州木里藏族自治县项脚乡火烧迹地为研究对象,依据Sentinel-2卫星影像数据,采用归一化差分植被指数、差分归一化燃烧比、迭代加权多元变化检测算法和追踪识别提取算法,分析该地区火灾前后的植被变化和受灾面积。结果表明:实验检测的植被变化判别精度为91.95%;提取火烧迹地像元面积精度为90.77%,Kappa系数为0.87。

关键词：森林火灾归一化差分植被指数迭代加权多元变化检测算法差分归一化燃烧比追踪识别提取算法