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基于SWMM与LISFLOOD-FP耦合模型的城市街区内涝模拟研究

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水资源保护 2024年第3期40卷 98-105,124页

作者：卢兴超徐宗学李永坤胡小红唐清竹宋鹏越北京师范大学水科学研究院北京100875 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875 北京市水科学技术研究院北京100048

为了评估高度城市化建设背景下暴雨侵袭时城市街区内涝灾害的演变过程,以北京市海淀区清河流域某典型排水分区为研究对象,构建了基于SWMM与LISFLOOD-FP模型的水文水动力耦合模型。选择P20210712、P20210718和P202108233场实测降雨率定... 详细信息

为了评估高度城市化建设背景下暴雨侵袭时城市街区内涝灾害的演变过程,以北京市海淀区清河流域某典型排水分区为研究对象,构建了基于SWMM与LISFLOOD-FP模型的水文水动力耦合模型。选择P20210712、P20210718和P202108233场实测降雨率定和验证模型参数,并应用于P20210703实测降雨的预测,同时选取降雨重现期分别为10、20、30、50 a的长历时(24 h)设计降雨情景进行内涝模拟分析。结果表明:3场实测降雨条件下模型的纳什效率系数分别为0.76、0.68、0.71,模型参数设置合理;P20210703实测降雨条件下,模型模拟所得淹没范围、淹没水深与实际观测情况较为吻合,耦合模型精度较高;4种不同降雨重现期的长历时设计降雨情景下,溢流节点数和溢流总量均随降雨重现期的增大而增加,淹没深度大于1.00 m的淹没面积从降雨重现期为10 a的0.024 km^(2),增大到降雨重现期为50 a的0.345 km^(2),主要集中在上地下凹桥区、安宁庄西路、安宁庄中街、安宁庄路等位置,与观测情况吻合较好。

关键词：城市暴雨内涝模型水文水动力耦合模型溢流总量淹没深度

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基于WRF的北京副中心强降水模拟

南水北调与水利科技（中英文） 2022年第3期20卷 573-580,599页

作者：古玉彭定志邓陈宁赵珂珂北京师范大学水科学研究院北京100875 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875

以北京副中心北运河生态带、城北、河西和两河片区为研究区,选取典型强降水过程,基于新一代中尺度天气研究和预报模式(weather research and forecasting model,WRF),通过对物理参数化方案的优选,构建适用于北京副中心的数值天气模型。... 详细信息

以北京副中心北运河生态带、城北、河西和两河片区为研究区,选取典型强降水过程,基于新一代中尺度天气研究和预报模式(weather research and forecasting model,WRF),通过对物理参数化方案的优选,构建适用于北京副中心的数值天气模型。通过区域大气模式可以实现定量降水模拟与预报,为缺乏降水资料地区的相关研究提供数据支撑。研究结果表明:不同参数化方案的模拟结果差异较大,积云参数化方案对研究区强降水模拟效果的影响最大;当云微物理过程取WRF Single-Moment 5-class方案,积云对流过程取Grell-Freitas方案,行星边界层过程取Yonsei University方案,长、短波辐射过程取newer version of the Rapid Radiative Transfer Model方案,表层取Revised MM5 Monin-Obukhov方案,陆地表面取Noah land surface model方案,城市表面取Urban canopy model方案时,模拟结果最优。

关键词： WRF 北京副中心强降水物理参数化方案

2001—2015年北京市地下水资源承载力变化特征分析

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中国生态农业学报（中英文） 2019年第7期27卷 1088-1096页

作者：高飞王会肖刘昌明北京师范大学水科学研究院/城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室

北京市地下水超采现象严重,由此引发了包括地面沉降等相关环境问题,严重制约了北京市的经济社会发展。本文采用地下水可利用量和用水效率定义了地下水承载力,并结合地下水开采程度(RG)和经济发展程度的投影图(RQ)对北京市2001—2015 年... 详细信息

北京市地下水超采现象严重,由此引发了包括地面沉降等相关环境问题,严重制约了北京市的经济社会发展。本文采用地下水可利用量和用水效率定义了地下水承载力,并结合地下水开采程度(RG)和经济发展程度的投影图(RQ)对北京市2001—2015 年的地下水资源承载力进行了评价。结果表明:北京市地下水的供水量高于地表水的供水量,地表水和地下水供水量波动幅度较小;北京市农业用水效率和工业用水效率逐年升高,其他行业用水效率除在2014 年和2015 年出现小幅度降低外,其他年份均处于升高趋势,折算后的综合用水效率也从2001 年的97 元·m^-3 增长到2015 年的620 元·m^-3;北京市地下水实际承载的GDP 从2001 年的2 636亿元增长到2014 年的11 469 亿元, 2015 年又减少到11 284 亿元。以2010 年为界限北京市地下水开采程度(RG)和经济发展程度(RQ)投影点分别位于Ⅰ区和Ⅱ区内,表明北京市地下水承载力2010 年以前处于相对荷载过重的状态, 2010 年以后荷载状态有所缓解。虽然北京市实际承载的GDP 低于理论承载的GDP,但是北京市地下水承载力仍然面临着严峻的挑战,逐步提高地表水使用量和提高用水效率是有效缓解北京市地下水超采的有力举措。

关键词：北京市地下水资源承载力地下水开采程度经济发展

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河道流量遥感估算研究进展与展望

地理学报 2024年第3期79卷 565-583页

作者：孙文超王星灿徐宗学北京师范大学水科学研究院北京100875 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875

河道流量数据为水文水资源领域科学研究与水利工程规划设计提供重要的科学依据。缺实测资料地区河道流量估算是过去几十年水文学界重点解决的科学问题之一。基于遥感观测的河道流量估算方法是解决水文资料缺乏的有效手段,同时也是定量... 详细信息

河道流量数据为水文水资源领域科学研究与水利工程规划设计提供重要的科学依据。缺实测资料地区河道流量估算是过去几十年水文学界重点解决的科学问题之一。基于遥感观测的河道流量估算方法是解决水文资料缺乏的有效手段,同时也是定量遥感与水文水资源学科交叉研究的重要领域。本文系统总结了河道水面宽度、水面高程等与河道流量紧密相关水力学变量的遥感反演方法研究现状,梳理了经验关系法、与水文模型结合和与河流水动力模型结合等基于卫星观测的流量估算数学方法研究进展。在此基础上,阐述了河道流量遥感估算研究中流量估算结果误差评估、多星协作提升观测频率与方法普适性评估等难点问题与未来发展趋势。最后,探讨了遥感估算流量方法的应用前景。

关键词：遥感河道流量缺资料地区水力学水文循环

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多径流出口水稻田非点源污染试验研究及验证

环境科学研究 2020年第11期33卷 2484-2492页

作者：廖雅苏保林豆俊峰徐云强李丽芬北京师范大学水科学研究院城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875

为验证一种水稻田非点源污染原位观测方法的准确性和适应性,以北京市上庄镇某试验水稻田为例,应用原位观测方法分别在水稻田进水口附近(4#观测点)和出水口附近(2#观测点)安装水位计观测稻田水深,利用同步观测的降雨数据以及田内5个采样... 详细信息

为验证一种水稻田非点源污染原位观测方法的准确性和适应性,以北京市上庄镇某试验水稻田为例,应用原位观测方法分别在水稻田进水口附近(4#观测点)和出水口附近(2#观测点)安装水位计观测稻田水深,利用同步观测的降雨数据以及田内5个采样点定期采集的水质数据,进行非点源污染试验研究,探究基于同一块水稻田不同位置的水深观测数据是否对该方法的应用产生影响.结果表明:①晒田期间,由于4#观测点处于相对低洼的位置,其水深数据显示4 d的无水期,与实际晒田时间相符,而2#观测点水深数据显示10 d无水.②基于2#、4#观测点水深数据得到总蒸散发和渗漏损失、总径流量以及灌溉量的相对偏差分别为1.3%、1.0%、1.8%;应用原位观测方法估算出该水稻田的灌溉量在2620~2710 m 3之间.③基于2#、4#观测点水深得到的TN、NH 4+-N、NO 3--N、TP、COD Cr输出系数的相对偏差在0.8%~8.0%之间.研究显示:水位计安装位置对原位观测方法应用的影响不大,且主要体现在晒田期的水深观测,建议将水位计安装在稻田相对低洼处,以确保能够完整地监测水稻生长季的水深变化;应用该方法能准确识别水稻田的径流量和灌溉量,对具有多个径流出口的水稻田非点源污染试验具有较好的准确性和适应性.

关键词：水稻田非点源污染负荷原位观测法污染物输出系数

基于改进降水输入模块的融雪径流模拟:以拉萨河为例

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水利学报 2018年第11期49卷 1396-1408页

作者：刘江涛徐宗学赵焕彭定志北京师范大学水科学研究院北京100875 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875

降水是自然界物质循环和水循环的重要组成部分,是高寒地区径流的重要来源,水文模型中降水数据的输入精度对提高高寒地区融雪径流模拟效果具有十分重要的作用。青藏高原地区气象站点较少,站点数据无法全面反映流域内降水时空分布的真实情... 详细信息

降水是自然界物质循环和水循环的重要组成部分,是高寒地区径流的重要来源,水文模型中降水数据的输入精度对提高高寒地区融雪径流模拟效果具有十分重要的作用。青藏高原地区气象站点较少,站点数据无法全面反映流域内降水时空分布的真实情况,传统的融雪径流模型在地形、风向和水汽等要素对降水垂直分布的影响考虑不够全面,制约了模型在山区融雪模拟以及预测中的应用,因此有必要对模型的降水输入项进行改进,以期提高半干旱高寒地区融雪径流模拟效果。本文基于改进的遥感卫星数据校正理论,开发了适用于半干旱高寒地区的降水输入模块,将其与度日因子模型进行耦合,利用高程分带将降水组合成半网格半站点的降水输入数据驱动模型,并在拉萨河流域进行试验研究。结果表明:降水输入模块能够显著提高降水卫星反演地面降水精度,改进后的融雪模型在率定期和验证期的NSE(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient)分别为0.741和0.770,高于原融雪模型的模拟效果,表明改进后的模型能够在流域各个分区获得较为精确的降水数值,融雪径流模拟精度比原模型精度得到提高。总之,耦合降水输入模块的融雪模型可以有效提高降水输入精度,对缺资料半干旱高寒地区融雪模拟具有重要的参考价值。

关键词：融雪径流模型降水数据订正拉萨河

响应面法优化O3/US-混凝耦合去除皮革废水中的磷

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环境科学学报 2020年第4期40卷 1185-1195页

作者：仉铭坤杜明阳郭彦青邹京豆俊峰北京师范大学水科学研究院城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875

采用O3/US-混凝法去除皮革废水中的磷.结果表明,废水中的磷90%以上是以有机磷形式存在,无法通过单一条件的混凝法去除废水中的磷,臭氧氧化可以将大部分有机磷转为无机磷,该过程在超声的强化下转化率更高.在单因素试验的基础上,以总磷的... 详细信息

采用O3/US-混凝法去除皮革废水中的磷.结果表明,废水中的磷90%以上是以有机磷形式存在,无法通过单一条件的混凝法去除废水中的磷,臭氧氧化可以将大部分有机磷转为无机磷,该过程在超声的强化下转化率更高.在单因素试验的基础上,以总磷的去除率为响应值,采用Box-Behnken响应曲面法考察了氢氧化钙投加量、臭氧反应时间、聚丙烯酰胺(PAM)投加量、超声波功率4个因素之间的单独及交互作用.结果表明,4个因素影响顺序为:氢氧化钙投加量>PAM投加量>超声波功率>臭氧反应时间,数学模型拟合度高(Radj^2=0.995),利用该模型预测总磷的最大去除率为95.56%,在最佳反应条件:氢氧化钙投加量为718.35 mg·L^-1,臭氧反应时间为50.87 min,超声波功率为337.74 W,PAM投加量为22.27 mg·L^-1时验证实验结果的总磷去除率为93.68%,与模型预测值偏差1.88%.

关键词：有机磷总磷高级氧化法混凝沉淀响应曲面法

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夏玉米茎流速率变化规律及其影响因子研究

干旱地区农业研究 2020年第2期38卷 185-191,198页

作者：冯东雪刘海军高壮壮唐晓培北京师范大学水科学研究院城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875

采用FLOW32-1K包裹式茎流计测量茎流速率,分析2018年夏玉米(郑单958)蒸腾量(本研究采用茎流)与气象因子,包括净辐射、温度、饱和水汽压差(VPD)、风速的相关性,并以Pearson相关性系数进行评价。结果显示:试验期间土壤含水率保持在田间持... 详细信息

采用FLOW32-1K包裹式茎流计测量茎流速率,分析2018年夏玉米(郑单958)蒸腾量(本研究采用茎流)与气象因子,包括净辐射、温度、饱和水汽压差(VPD)、风速的相关性,并以Pearson相关性系数进行评价。结果显示:试验期间土壤含水率保持在田间持水率的70%~80%,得出在玉米不受水分胁迫条件下,茎流速率与净辐射、温度、VPD、风速均呈线性相关,相关系数分别为0.754、0.622、0.674、0.443,表明太阳辐射与茎流速率关系最密切,与风速关系最小。在夏玉米生长吐丝期、灌浆期和成熟期,晴天时茎流速率日变化为单峰曲线,早上5∶00茎流开始启动,随后茎流速率逐渐上升,在11∶00茎流速率达到峰值74.5 g·h^-1,随后又降低,一般在21∶00降低为0.0。雨天时由于大气辐射不稳定,表现为多峰曲线,且茎流速率波动较大(0~37.7 g·h^-1)。经计算夏玉米在灌浆生长期叶面积指数稳定在4.4,这时基础作物系数Kcb为1.0,9月10日后显著下降,至收获时(10月1日)降低至0.55。

关键词：夏玉米茎流速率气象因子作物系数

山区丘陵地区农业非点源污染负荷估算方法比较研究

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水电能源科学 2022年第11期40卷 45-49页

作者：李俊玲何璟嫕苏保林廖雅郑子璇北京师范大学水科学研究院北京100875 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875

为比较农业非点源污染负荷估算方法在山区丘陵地区的适用性和精度等,对比分析了机理模型SWAT模型法和经验模型流失系数法分别估算典型山区丘陵地区铁岭市的农业非点源污染负荷的差异。结果表明,SWAT模型法计算出的铁岭市农田地表径流总... 详细信息

为比较农业非点源污染负荷估算方法在山区丘陵地区的适用性和精度等,对比分析了机理模型SWAT模型法和经验模型流失系数法分别估算典型山区丘陵地区铁岭市的农业非点源污染负荷的差异。结果表明,SWAT模型法计算出的铁岭市农田地表径流总氮负荷量为850.2 t,总磷负荷量为70.5 t;流失系数法计算出的铁岭市农田地表径流总氮负荷量为937.0 t,总磷负荷量为71.4 t。流失系数法相对于SWAT模型法的计算结果,氮、磷负荷量相对误差分别为10.2%、1.3%。研究表明,SWAT模型法在山区丘陵地区的适用性较好,计算结果精度较高;流失系数法操作简便,但由于田间试验的尺度效应及未考虑入河过程,其计算结果精度较低,结果一般偏大。

关键词：山区丘陵地区非点源污染 SWAT模型法流失系数法比较研究