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土壤水分监测站点优选与预测模型选择的研究

中国农村水利水电 2024年

作者：张菊英覃光华郭立四川大学水利水电学院

土壤水分在水循环和气候变化等领域中均至关重要，但由于土壤水分的时空异质性较强，如何高效监测和估算土壤水分仍具有很大挑战。为优化土壤水分的监测站点布设与预测，本文以美国宾西法利亚州中部亨廷顿县Shale Hills为研究区，基于... 详细信息

土壤水分在水循环和气候变化等领域中均至关重要，但由于土壤水分的时空异质性较强，如何高效监测和估算土壤水分仍具有很大挑战。为优化土壤水分的监测站点布设与预测，本文以美国宾西法利亚州中部亨廷顿县Shale Hills为研究区，基于研究区33个站点3年（2011.5.20—2014.5.19）的日尺度数据，展开时间稳定性分析；再将分析结果结合研究区地貌单元划分对各土壤层监测站点进行优选；最后将优选站点作为模型输入值，分别采用线性（逐步多元线性回归）与非线性（反向传播神经网络）模型构建其它站点（27个）与优选站点（6个）土壤水分间的关系模型，以此预测优选站点以外的各站点土壤水分，并比较两模型的适用性。研究结果表明：基于时间稳定性分析优选站点是可行的，再结合地貌单元的划分可以在各土壤层分别优选6个站点作为模型的输入值；对于研究区而言，非线性模型更适用于土壤水分预测，对于研究区整体、各地貌单元、各站点均有良好的预测效果，在各土壤层验证数据集分别有32、29、30个站点R2达到0.7以上；RMSE值均低于土壤水分探头的精度，就RMSE与实测土壤水分比值，整个小流域不超过6%，在各地貌单元不超过8%，90%以上站点该比值不超过10%。研究成果为优化土壤水分监测、解决部分站点数据缺失提供了理论依据。

关键词：土壤水分时间稳定性反向传播神经网络逐步多元线性回归

天然黄铜矿催化过硫酸盐降解卡马西平的效能及机理研究

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高校化学工程学报 2024年第1期38卷 152-158页

作者：马翠路忻马攀峰王艳梅华北水利水电大学环境与市政工程学院河南郑州450046 河南省生态环境技术中心河南郑州450001 华北水利水电大学水资源学院河南郑州450046

针对卡马西平(CBZ)制药类废水难降解的问题,采用天然黄铜矿(NCP)活化过一硫酸盐(PMS)对CBZ进行降解处理。实验结果表明,在pH=7的条件下,当CBZ初始质量浓度为5.0 mg·L^(-1)时,在NCP和PMS投加量分别为1.0 g·L^(-1)和0.5 g·L^(-1)条件下... 详细信息

针对卡马西平(CBZ)制药类废水难降解的问题,采用天然黄铜矿(NCP)活化过一硫酸盐(PMS)对CBZ进行降解处理。实验结果表明,在pH=7的条件下,当CBZ初始质量浓度为5.0 mg·L^(-1)时,在NCP和PMS投加量分别为1.0 g·L^(-1)和0.5 g·L^(-1)条件下,反应30 min后CBZ的去除率可以高达82.34%。自由基淬灭试验和EPR分析得出NCP/PMS体系中的主要活性物质是硫酸根自由基(SO_(4)ˉ·)、羟基自由基(·OH)和单线态氧(^(1)O_(2)),阐明了NCP/PMS体系降解CBZ的反应机理及降解路径。研究选用天然黄铜矿作为催化材料,其来源广泛,减少了复杂、耗能的制备过程,对催化PMS降解水中有机微污染物的处理具有一定的指导意义。

关键词：卡马西平天然黄铜矿过一硫酸盐氧化降解机理

基于CEEMDAN-改进小波阈值的大坝变形数据处理研究

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水利水电科技进展 2024年

作者：石佳晨岳春芳朱明远皮李浪新疆农业大学水利与土木工程学院新疆水利水电科学研究院河海大学水利水电学院

针对现有方法对大坝变形监测数据去噪精度低、易将部分高频有用信息误判为噪声的问题。基于“分解-筛选-去噪”的思想提出了自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)和改进小波阈值联合去噪的模型。该方法首先利用CEEMDAN对原始数据进... 详细信息

针对现有方法对大坝变形监测数据去噪精度低、易将部分高频有用信息误判为噪声的问题。基于“分解-筛选-去噪”的思想提出了自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)和改进小波阈值联合去噪的模型。该方法首先利用CEEMDAN对原始数据进行分解，通过t检验对分解获得的多个本征模态函数分量(IMF)进行特征分析，筛选出含噪分量，并利用Pearson相关系数和方差贡献率对其进行校验。随后，采用改进的小波阈值对筛选出的含噪分量进行精细化去噪，将去噪后的模态函数分量进行重构，得到去噪后的数据。仿真实验和实例结果表明，该方法在信噪比、均方误差和波形相似度系数等指标上远优于其他方法，同时能够更有效地保留数据的高频有用信息提高准确度和平滑性，可为大坝中的非线性变形数据去噪提供参考和借鉴。

关键词：大坝安全监测 CEEMDAN分解 t检验改进小波阈值去噪精度分析乌鲁瓦提水库

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基于CMIP6的岷沱江流域径流预估

水生态学杂志 2024年

作者：江楠倪福全邓玉向军吴明炎康文东岳紫莹四川农业大学水利水电学院

岷沱江流域是长江流域的重要组成部分，其径流变化事关成渝双城经济圈可持续发展。为揭示岷沱江流域未来径流变化趋势，基于SWAT模型和第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6），采用6个全球气候模式（GCMs）的多模式集合平均（MME），将... 详细信息

岷沱江流域是长江流域的重要组成部分，其径流变化事关成渝双城经济圈可持续发展。为揭示岷沱江流域未来径流变化趋势，基于SWAT模型和第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6），采用6个全球气候模式（GCMs）的多模式集合平均（MME），将基准期（1981―2014年）与未来2个时期2017―2050年和2057―2090年对比，评估4种不同的共享社会经济路径（SSPs）下岷沱江流域未来径流情况。结果表明：（1）SWAT模型在岷沱江流域径流模拟中具有较好的适用性，研究区7个水文监测站月径流模拟效果较好；（2）采用MME模拟气温和降水相关系数分别为0.99和0.93，模拟值与观测值有极高的相似度；（3）相较基准期，在各种情景下，未来岷沱江流域年均气温呈增加趋势，SSP5.8-5增温最为明显，年均降水量呈波动上升趋势；（4）不同情景下的未来2个时期，岷沱江流域的径流量将会减少，2017―2050年期间径流减少的幅度大于2057―2090年，减少的区域集中在岷江上游、沱江下游和青衣江流域。降雨的增加并不能完全消弭流域持续温升驱动的径流量减少。研究结果可为岷沱江流域水资源科学管理和决策提供科学依据。

关键词：第六次国际耦合模式比较计划 SWAT模型径流集合预估岷沱江流域

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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弹性层界面刚度传递法

计算力学学报 2024年

作者：王超刘天云清华大学水利水电工程系

针对弹性层状结构问题，本文提出一种界面刚度传递求解新方法。基于弹性层的Love通解，引入状态向量间刚度矩阵，得到弹性层界面刚度传递矩阵方程，即一种Riccati矩阵方程，以及半无限弹性层解析的界面刚度矩阵。界面刚度传递矩阵法通... 详细信息

针对弹性层状结构问题，本文提出一种界面刚度传递求解新方法。基于弹性层的Love通解，引入状态向量间刚度矩阵，得到弹性层界面刚度传递矩阵方程，即一种Riccati矩阵方程，以及半无限弹性层解析的界面刚度矩阵。界面刚度传递矩阵法通过分解传递矩阵将半无限底层界面刚度自下而上传递至顶层，再根据顶层表面边界条件建立与求解边界面对称刚度平衡方程。本文方法保留了经典传递矩阵方法的优点，自然克服了指数增长计算问题，特别还为最优控制问题的Riccati方程提供了一种新解法。数值算例验证了界面刚度传递法。

关键词：弹性层状体系对偶状态向量界面刚度传递法边界平衡方程 Riccati矩阵方程

基于遥感技术的地下水埋深和储变量监测评估研究进展

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华北水利水电大学学报(自然科学版) 2024年

作者：孟俊贞杨小权李志萍华北水利水电大学河南水利与环境职业学院

地下水是一种珍贵的淡水资源，其分布、埋深及储变量监测是实现水资源可持续发展的关键，但由于复杂的地表环境和地质条件，如何利用遥感技术更准确的量化地下水资源仍然是一个技术难题。本文详细分析了水文地质遥感信息分析法、地学要... 详细信息

地下水是一种珍贵的淡水资源，其分布、埋深及储变量监测是实现水资源可持续发展的关键，但由于复杂的地表环境和地质条件，如何利用遥感技术更准确的量化地下水资源仍然是一个技术难题。本文详细分析了水文地质遥感信息分析法、地学要素遥感信息分析法、热红外遥感地表热异常评估法、遥感信息定量反演模型、重力卫星数据测量及地表形变测量在地下水分布、埋深及储变量上的应用与研究进展，得出以下结论：①现有遥感技术在地下水分布、埋深及储变量上的应用已成为传统测量方式的有效辅助手段，是一种更高效全面的地下水信息获取方式。②综合多遥感评估因子并结合地面勘探数据建立地下水评估模型，既充分利用了遥感技术的广覆盖性和高效性，又能获得传统勘探方式的准确性和可靠性，是当前应对特殊地理环境下地下水资源评估的首选。③多源遥感数据同化是遥感技术在地下水资源评估上的应用趋势，未来在遥感卫星技术及数据联合处理等限制上的突破将大大提高对地下水资源的监测与管理能力，为水资源综合治理提供更全面更可靠的信息支撑。

关键词：地下水埋深地下水储变量地下水评估遥感

基于力学仿真分析的PCCP断丝预警及报警阈值评估方法

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中国农村水利水电 2024年第5期 1-8页

作者：马宝龙朱新民崔炜河北工程大学水利水电学院河北邯郸056038 中国水利水电科学研究院北京100038

分析了钢丝的预应力作用机理和管道的破坏过程,提出了一种基于力学仿真分析的PCCP断丝预警与报警阈值评估方法。通过ABAQUS程序建立了PCCP有限元模型,模拟了包括铺设垫层、安装管道、分步回填在内的完整施工过程,计算了不同埋深、不同... 详细信息

分析了钢丝的预应力作用机理和管道的破坏过程,提出了一种基于力学仿真分析的PCCP断丝预警与报警阈值评估方法。通过ABAQUS程序建立了PCCP有限元模型,模拟了包括铺设垫层、安装管道、分步回填在内的完整施工过程,计算了不同埋深、不同设计工作压力近百种工况下管道预应力钢丝、钢筒和管芯混凝土的应力状态,提出将管芯混凝土在水锤作用下起裂的最大允许断丝数作为爆管预警阈值,将管道埋地承载力极限状态的最大允许断丝数作为爆管报警阈值,并分析了不同工作内压和埋深条件下PCCP断丝预警与报警阈值之间的关系。

关键词：埋深断丝预警和报警 PCCP 管土相互作用回填过程

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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