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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

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灌区对塔里木盆地西部极端暴雨的影响

清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 259-270页

作者：刘家辉倪广恒清华大学土木水利学院水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

塔里木盆地灌区支撑着当地的经济和社会发展,而近年来盆地内部的暴雨事件严重威胁人民群众的生命财产安全。该文通过中尺度气象模式(WRF)设置有无灌区的对比模拟实验,以2021年6月15日盆地西部的暴雨(“6·15”暴雨)为例,发现灌区使暴雨... 详细信息

塔里木盆地灌区支撑着当地的经济和社会发展,而近年来盆地内部的暴雨事件严重威胁人民群众的生命财产安全。该文通过中尺度气象模式(WRF)设置有无灌区的对比模拟实验,以2021年6月15日盆地西部的暴雨(“6·15”暴雨)为例,发现灌区使暴雨强度增加,并揭示了灌区对暴雨水汽输送过程和暴雨形成的影响机制。结果表明:由偏东急流引起的大量水汽向盆地西部输送是“6·15”暴雨形成的主要原因;灌区对水汽输送的阻挡作用使输送区域至暴雨区域的水汽增加,且灌区和山区地形的共同影响使水汽抬升作用增强,导致更多水汽在暴雨落区集中,使暴雨雨量增加。

关键词：塔里木盆地灌区极端暴雨水汽输送

膜下滴灌微咸水棉花临界氮稀释曲线模型与氮肥用量推荐

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农业工程学报 2024年第7期40卷 124-132页

作者：韦开邓铭江王全九郭毅蔺树栋穆卫谊陶汪海苏李君张继红西安理工大学水利水电学院西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048

为了优化膜下滴灌微咸水条件下棉花生产氮素管理,该研究于2017—2019年在新疆库尔勒市开展3 a定位施氮试验。以新陆中棉花为试验材料,设置施氮水平0(NF0)、150(NF1)、250(NF2)、300(NF3)、350(NF4)、450(NF5)kg/hm^(2),各试验处理灌水... 详细信息

为了优化膜下滴灌微咸水条件下棉花生产氮素管理,该研究于2017—2019年在新疆库尔勒市开展3 a定位施氮试验。以新陆中棉花为试验材料,设置施氮水平0(NF0)、150(NF1)、250(NF2)、300(NF3)、350(NF4)、450(NF5)kg/hm^(2),各试验处理灌水量均为487.5 mm,分析施氮量对棉花地上部干物质量、氮素累积吸收量、产量和氮肥利用效率的影响,构建了膜下滴灌微咸水棉花临界氮浓度稀释曲线模型。结果表明:棉花氮素累积吸收量随生育期进程的推进而增大,棉花临界氮浓度与最大地上部干物质量符合幂函数关系。氮肥农学利用率和表观利用率均与施氮量呈二次多项式关系,氮肥生理利用率和偏生产力均与施氮量呈线性关系。NF1、NF2和NF3处理的氮素营养指数均小于1,表明氮素营养供应不足,棉花生长受到氮素限制。NF4和NF5处理的氮素营养指数接近于1,说明棉花氮素营养状况较好,但NF5产量和氮素利用效率较低,NF4获得最高产量和较高的氮素利用效率。因此,南疆膜下滴灌微咸水棉花生育期推荐施氮量为350 kg/hm^(2)。该研究构建的临界氮浓度稀释曲线模型对田间施氮管理具有重要意义。

关键词：膜下滴灌棉花微咸水临界氮浓度稀释曲线氮肥利用效率

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

多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的影响因素分析——以辽宁清原抽水蓄能电站为例

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第5期60卷 917-926页

作者：孟祥鑫李芍毅胡森昶唐文哲清华大学水利水电工程系水圈科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

以辽宁省抚顺市清原抽水蓄能电站为研究案例,提出基于多能互补视角的抽水蓄能电站运营管理框架,并设计问卷,通过实地考察和发放问卷,调研多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的影响因素。均值分析结果表明,多能互补视角下抽水蓄能电站... 详细信息

以辽宁省抚顺市清原抽水蓄能电站为研究案例,提出基于多能互补视角的抽水蓄能电站运营管理框架,并设计问卷,通过实地考察和发放问卷,调研多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的影响因素。均值分析结果表明,多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的主要影响因素为电价机制的确定、参与方责权利分配以及缺少数字化管理技术的应用。通过系统聚类方法,将影响因素分为政策支持、电力市场需求、先进的技术和设备、激励机制与收益分配、多能互补智慧管理以及“源网荷储”共赢六大类,并提出多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理体系,构建多能互补视角下抽水蓄能电站相关方管理组织架构。最后,提出多能互补视角下抽水蓄能电站管理策略、抽水蓄能电站电网调节与新能源消纳综合管理策略以及“源网荷储”一体化管理系统搭建策略。

关键词：多能互补源网荷储抽水蓄能电站运营管理

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黄河未来气候情景下冰情特征演变分析

水利学报 2024年第3期55卷 355-366页

作者：周中元王涛孙亚翡陈玉状路锦枝中国水利水电科学研究院流域水循环与调控国家重点实验室北京100038 清华大学水利水电工程系北京100084

了解未来气候变化如何影响河流冰情特征对于研究冰凌洪水灾害、水电生产以及大坝管理运行等问题至关重要。基于黄河流域气象观测数据以及第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中8种全球气候模式(GCMs)的日均气温数据,评估了各GCMs在分位... 详细信息

了解未来气候变化如何影响河流冰情特征对于研究冰凌洪水灾害、水电生产以及大坝管理运行等问题至关重要。基于黄河流域气象观测数据以及第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中8种全球气候模式(GCMs)的日均气温数据,评估了各GCMs在分位数增量映射(QDM)偏差校正前后对于黄河流域凌汛期日平均气温的模拟能力,预估了黄河流域未来凌汛期气温变化趋势。建立了最大冰厚以及封冻历时预测模型,并预估了黄河防凌重点区域黄河宁蒙段未来最大冰厚以及封冻历时的变化趋势。研究表明,在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三种气候情景下预计2015—2100年期间黄河流域凌汛期平均气温升温速率分别为0.014、0.031和0.067℃a,黄河巴彦高勒断面21世纪内最大冰厚值将会分别下降8.5、19.5和39.5 cm。SSP2-4.5情景下,随着未来气温升高,2070年之后河道断面仅存一定宽度岸冰、河道中央存在较大清沟的现象将会频繁出现。未来黄河宁蒙段巴彦高勒、三湖河口以及头道拐断面的封冻历时将会呈现出不同程度的缩短趋势,其中巴彦高勒断面缩短趋势最为明显,三种气候情景下封冻历时分别以0.13、0.28和0.66 d a的速率缩短,三湖河口及头道拐断面封冻历时缩短速率较为接近,分别为0.07、0.15、0.36以及0.08、0.17、0.39 d a。

关键词： CMIP6 凌汛期河流冰情气候变化黄河流域

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冻融环境下泡沫混凝土的孔结构与力学性能

复合材料学报 2024年第2期41卷 827-838页

作者：高志涵陈波陈家林袁志颖河海大学水利水电学院南京210098 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098

对4种不同密度的泡沫混凝土试样进行了冻融循环试验,借助X-CT设备扫描了泡沫混凝土的孔隙结构,并使用声发射装置测试了泡沫混凝土单轴压缩过程中的声发射特征。结果表明:泡沫混凝土在单轴压缩过程中的应力-应变关系曲线具有明显的阶段性... 详细信息

对4种不同密度的泡沫混凝土试样进行了冻融循环试验,借助X-CT设备扫描了泡沫混凝土的孔隙结构,并使用声发射装置测试了泡沫混凝土单轴压缩过程中的声发射特征。结果表明:泡沫混凝土在单轴压缩过程中的应力-应变关系曲线具有明显的阶段性,单轴压缩过程中的声发射事件主要集中在接触期和陡增期。冻融循环后,泡沫混凝土的孔隙率和平均孔隙直径均增大,孔径分布更离散,孔隙壁厚度不断减小,引起力学性能的下降;冻融循环降低了试样的脆性,使其声发射累计振铃计数曲线更光滑,信号的活跃度随冻融次数的增加而降低;密度为1000 kg/m^(3)的试样在冻融循环100次后,其大部分孔径在1000μm以下,抗压强度只降低了23.7%,具有良好的抵抗冻融侵蚀的能力。

关键词：泡沫混凝土冻融循环单轴压缩声发射孔隙结构

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过冷沸腾近壁面温度和速度分布特性研究

工程热物理学报 2024年第8期45卷 2441-2445页

作者：徐铃淼李晓刘洪涛唐继国水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川大学水利水电学院成都610065

本文对25~40 K过冷度下核态沸腾和气泡微细化沸腾时近壁面液体温度和速度分布进行了实验研究。结果表明:在核态沸腾区域,加热面附近液体热量通过气泡生长、脱离和浮升带离;高温区主要集中在加热面上方。在MEB区域,无气泡脱离发生,近壁... 详细信息

本文对25~40 K过冷度下核态沸腾和气泡微细化沸腾时近壁面液体温度和速度分布进行了实验研究。结果表明:在核态沸腾区域,加热面附近液体热量通过气泡生长、脱离和浮升带离;高温区主要集中在加热面上方。在MEB区域,无气泡脱离发生,近壁面液体热量通过气膜剧烈振荡引入的对流过程向远端传递,以维持局部过冷度;此时加热面上方和边缘区域液体平均温度比远端液体温度约高4 K,且随时间剧烈波动。上述结果表明,核态沸腾和MEB时近壁面热量输运过程存在显著差异。

关键词：过冷沸腾微细化沸腾温度分布气泡行为

知识驱动和数据驱动在TBM智能施工机器学习中的应用

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土木工程学报 2024年第6期57卷 1-12页

作者：陈祖煜范立涛张云旆肖浩汉王琳西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 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

依托引绰济辽工程(YC)和引松供水工程(YS),从理论分析、统计检验等方面系统回顾并总结基于知识驱动方法提取的现场贯入指标FPI和扭矩贯入指标TPI在TBM智能施工机器学习中的应用。从智能预测围岩分类和掘进参数两方面出发,将基于特征参... 详细信息

依托引绰济辽工程(YC)和引松供水工程(YS),从理论分析、统计检验等方面系统回顾并总结基于知识驱动方法提取的现场贯入指标FPI和扭矩贯入指标TPI在TBM智能施工机器学习中的应用。从智能预测围岩分类和掘进参数两方面出发,将基于特征参数的预测结果与通过数据驱动获得的结果进行比较。研究结果表明:通过知识驱动获取的参数FPI和TPI可以降低数据维度和噪音,提高预测效率。在围岩分类智能预测方面,知识驱动和数据驱动方法均表现出较好的精度水平;在掘进参数预测方面,知识驱动的预测精度远高于数据驱动。作者认为单独使用FPI和TPI或者将其与数据驱动参数结合,可以丰富TBM领域机器学习的输入参数,获得较好的预测成果。

关键词： TPI FPI 知识驱动数据驱动围岩分类掘进参数预测