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基于CMIP6的漳河上游气温、降水及径流预估

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水利水电技术(中英文) 2024年

作者：刘丽博索梅芹宋亚轩河北工程大学河北省智慧水利重点实验室河北工程大学水利水电学院

【目的】为明确漳河上游流域未来气温、降水及径流的变化情况，【方法】采用第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project 6， CMIP6)中EC-Earth3模式下的4种情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5)数据... 详细信息

【目的】为明确漳河上游流域未来气温、降水及径流的变化情况，【方法】采用第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project 6， CMIP6)中EC-Earth3模式下的4种情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5)数据，基于SDSM降尺度模型对未来气温、降水进行预估，并结合SWAT水文模型预估未来径流变化。【结果】未来整个时期(2023—2070年)最高、最低气温和降水均有所增加，但在不同情景下的增速不同，分别为0.19℃/10a、0.19℃/10a、0.36mm/a(SSP1-2.6)，0.25℃/10a、0.29℃/10a、0.49mm/a(SSP2-4.5)，0.53℃/10a、0.44℃/10a、-0.17mm/a(SSP3-7.0)，0.76℃/10a、0.57℃/10a、-0.04mm/a(SSP5-8.5)；清漳河干流未来径流在4种情景下有减少现象，降幅位于8.48%～25.36%之间，多集中于1-8月份；浊漳河干流及漳河干流未来径流在4种情景下有增长现象，增幅分别位于28.59%～72.58%、20.99%～54.24%之间，且近期(2025—2050年)SSP1-2.6、中期(2021—2070年)SSP3-7.0及未来整个时段SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下漳河干流8、9月月峰值径流量高于基准期，最大增量为34.91 m3/s。【结论】未来整个漳河上游流域可能出现暖湿现象，发生极端水文事件的风险可能变大。通过对未来气候进行模拟，分析漳河上游流域径流变化特征，可为区域水资源配置、水资源利用提供科学依据与理论支撑。

关键词： SWAT 漳河上游流域 SDSM CMIP6 气候变化径流模拟

基于Rhino和Flow-3D耦合的串列四桥墩局部冲刷数值模拟

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水电能源科学 2024年 65-69+167页

作者：王紫麒路明郭志宇杨钧午梁海娇王琪河北工程大学水利水电学院河北工程大学河北省智慧水利重点实验室

针对复杂地形下串列四排桥墩局部冲刷问题，以洺河京港澳高速桥6号桥组为研究对象，以不同泥沙级配及中值粒径表征非均匀沙质河床及来沙条件，考虑泥沙水下休止角等影响因素，通过建模软件Rhino耦合Flow-3D开展三维数值模拟研究，得到... 详细信息

针对复杂地形下串列四排桥墩局部冲刷问题，以洺河京港澳高速桥6号桥组为研究对象，以不同泥沙级配及中值粒径表征非均匀沙质河床及来沙条件，考虑泥沙水下休止角等影响因素，通过建模软件Rhino耦合Flow-3D开展三维数值模拟研究，得到串列四排桥墩周围流场结构及冲坑演变过程。将模拟得到的流速值和冲深值与物理试验结果对比，相对误差均在10%以内，表明构建的数学模型能够较好地实现复杂地形下非均质河床的四排桥墩局部冲刷数值模拟。模拟方法可为类似三维曲面数值模拟研究提供参考，对于识别桥墩周围水流结构和冲刷特性、指导桥梁规划设计具有重要的参考价值。

关键词： Rhino Flow-3D 四排桥墩局部冲刷数值模拟

基于投影寻踪模型的水-能源-粮食-人口系统安全评价

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人民黄河 2024年第4期46卷 73-78页

作者：何立新周帅宇张峥李志会河北工程大学水利水电学院河北邯郸056038 河北工程大学河北省智慧水利重点实验室河北邯郸056038

河北省作为京津冀城市圈中不可或缺的一部分,其水、能源、粮食、人口等资源安全稳定对于整个区域经济和社会的发展尤为重要。为了深入了解河北省水-能源-粮食-人口系统的安全状况,将人口因素纳入水-能源-粮食系统进行分析,构建水-能源-... 详细信息

河北省作为京津冀城市圈中不可或缺的一部分,其水、能源、粮食、人口等资源安全稳定对于整个区域经济和社会的发展尤为重要。为了深入了解河北省水-能源-粮食-人口系统的安全状况,将人口因素纳入水-能源-粮食系统进行分析,构建水-能源-粮食-人口系统的安全评价指标体系,运用基于麻雀算法改进的投影寻踪模型对河北省2010—2019年水-能源-粮食-人口系统安全进行时空演变综合评价。结果表明:在研究期,河北省水-能源-粮食-人口系统安全等级逐渐升高,各市的水-能源-粮食-人口系统安全差异性降低;河北省各市水-能源-粮食-人口系统安全等级值在1.32~3.95之间,说明该系统安全处于不安全、亚安全、安全3个等级。建议河北省根据自身资源优势,合理分配资源,实现水、能源、粮食和人口的协调发展。

关键词：人口因素安全评价水-能源-粮食投影寻踪模型河北省

基于时间序列的冬小麦信息提取及灌溉信息识别方法研究

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中国农村水利水电 2024年

作者：于锐刘新侠杨鑫宇赵博凡河北工程大学水利水电学院河北工程大学河北省智慧水利重点实验室河北工程大学矿业与测绘工程学院

河北是我国主要农业大省，一直是农业干旱多发区，其原因一方面在于区域水资源短缺严重，另一方面是仍以粗放型灌溉为主，造成水资源浪费。解决上述问题的关键在于提高我国农田灌溉用水效率，要做好该项工作，充分掌握农作物实际种植结... 详细信息

河北是我国主要农业大省，一直是农业干旱多发区，其原因一方面在于区域水资源短缺严重，另一方面是仍以粗放型灌溉为主，造成水资源浪费。解决上述问题的关键在于提高我国农田灌溉用水效率，要做好该项工作，充分掌握农作物实际种植结构和灌溉信息至关重要。本文选取邯郸市邱县为研究区域，基于Landsat 8、高分1号影像数据以及无人机数据，结合冬小麦物候特征，构建冬小麦生长季时间序列数据集，采用支持向量机分类法进行了冬小麦信息提取；在此基础上，根据灌溉前后遥感指数变化规律，反演了地表温度（LST）、植被供水指数（VSWI）、温度植被干旱指数（TVDI）等因子，进行区域农作物灌溉信息提取模型实验。研究结果表明：（1）遥感影像时间序列数据SVM分类方法信息提取精度较高，Kappa系数为0.92；（2）Landsat 8影像LST、VSWI、TVDI灌溉面积提取结果对比发现，三类指数提取结果占冬小麦面积的比例均在60%以上，具有较好的一致性，调查证实基于VSWI反演灌溉面积效果最好；（3）三类指数提取结果叠加分析得到面积为128.357 km2，其中VSWI指数与此面积重叠率达88.48%。上述研究方法较准确的识别出冬小麦种植面积及其灌溉信息，可以作为区域水资源调度、种植结构调整、干旱防治的理论支撑和决策参考。

关键词：灌溉信息识别遥感反演种植结构植被供水指数

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低影响开发设施的水文与水环境效应评估

水电能源科学 2024年第6期42卷 54-58页

作者：龙岩刘珂璇张子怡张冰楠张谷迪河北工程大学水利水电学院河北邯郸056038 河北工程大学河北省智慧水利重点实验室河北邯郸056038

低影响开发(LID)作为海绵城市理念的核心之一,其目的是最小化土地利用活动对水资源的影响,减少城市对传统水资源的依赖,从而缓解水资源压力。以广州庙头涌排涝片为研究区域,基于SWMM模型,模拟透水铺装、雨水花园和绿色屋顶三种LID设施... 详细信息

低影响开发(LID)作为海绵城市理念的核心之一,其目的是最小化土地利用活动对水资源的影响,减少城市对传统水资源的依赖,从而缓解水资源压力。以广州庙头涌排涝片为研究区域,基于SWMM模型,模拟透水铺装、雨水花园和绿色屋顶三种LID设施组合的水文及水环境过程,并分析了LID设施空间分布变化对城市水文与水环境效应的影响。结果表明,单一LID设施中对城市水文效应控制最好的是透水铺装,对城市水环境效应控制最好的是雨水花园;当组合LID设施进行布设时,透水铺装+绿色屋顶+雨水花园(S7)对水文及水环境效应削减效果最好,对径流量的削减效果优于洪峰流量;LID设施布设在上游对径流量和污染物总量的削减效果最好,可以有效降低洪涝风险,改善城市水环境。

关键词：低影响开发 SWMM 空间分布水文效应水环境效应

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潜水系统非稳定流抽水试验智能优化配线

水电能源科学 2024年第3期42卷 33-37页

作者：何立新李翔张峥张勇河北工程大学水利水电学院河北邯郸056038 河北工程大学河北省智慧水利重点实验室河北邯郸056038

精确求解水文地质参数是地下水数值模拟、地下水资源评价与开发的前提。为此,基于抽水试验降深—时间数据,采用随机权重粒子群优化(RandWPSO)算法对考虑给水滞后的博尔顿模型智能优化配线,实现潜水完整井非稳定流水文地质参数反演。结... 详细信息

精确求解水文地质参数是地下水数值模拟、地下水资源评价与开发的前提。为此,基于抽水试验降深—时间数据,采用随机权重粒子群优化(RandWPSO)算法对考虑给水滞后的博尔顿模型智能优化配线,实现潜水完整井非稳定流水文地质参数反演。结果表明,RandWPSO算法选择的曲线拟合参数精度r/D值为0.1753,较人工选择的0.2精确度更高。该方法显著提高了反演参数精度,可为曲线族标准曲线拟合方法在实际工作中难以应用的问题提供借鉴。

关键词：水文地质参数 RandWPSO算法潜水含水层优化配线

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变化温度下岩石混凝土界面剪切损伤特征

水电能源科学 2024年第6期42卷 102-105,133页

作者：屈春来王晓阳刘世伟河北工程大学水利水电学院河北邯郸056038 河北省智慧水利重点实验室河北邯郸056038

环境温度变化改变了隧洞围岩与衬砌界面的力学性能,直接影响着衬砌结构的承载特性和隧洞围岩的安全稳定性。通过设计三种变温养护模式干预方案,进行混凝土单轴压缩和岩石混凝土直剪试验,获得不同温度变化干预下混凝土应力-应变曲线和岩... 详细信息

环境温度变化改变了隧洞围岩与衬砌界面的力学性能,直接影响着衬砌结构的承载特性和隧洞围岩的安全稳定性。通过设计三种变温养护模式干预方案,进行混凝土单轴压缩和岩石混凝土直剪试验,获得不同温度变化干预下混凝土应力-应变曲线和岩石混凝土界面剪切应力-位移曲线,分析变化温度干预下岩石混凝土力学性能、相对刚度及界面剪切损伤演化速率的变化规律。结果表明,初始干预温度越高,界面抗剪强度峰值和剪切刚度越大、岩石混凝土相对刚度越大、界面峰后剪切脆性越好、界面剪切损伤演化速率越大,初始干预温度的影响占主导地位;岩石混凝土相对刚度与界面剪切损伤演化速率呈正相关关系。相关研究成果可为高地温及变温环境下隧洞衬砌结构承载性能评价提供理论支撑。

关键词：环境温度变化岩石混凝土力学性能界面损伤特征相对刚度

纵向单裂隙分布位置对洞室围岩失稳特征影响试验研究

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水电能源科学 2024年第6期42卷 115-119页

作者：胡宝文宋金科李雪迎刘会欣栾亚伟南博文河北工程大学水利水电学院河北邯郸056006 河北省智慧水利重点实验室河北邯郸056006

为研究纵向裂隙分布位置对洞室围岩失稳特征的影响规律,通过无预制裂隙洞室模型及含不同位置预制裂隙洞室模型双轴加载试验,结合数字图像技术(DIC)对比分析了洞室模型宏观力学参数及破坏模式。试验结果表明,随侧压力系数(λ)增大,洞室... 详细信息

为研究纵向裂隙分布位置对洞室围岩失稳特征的影响规律,通过无预制裂隙洞室模型及含不同位置预制裂隙洞室模型双轴加载试验,结合数字图像技术(DIC)对比分析了洞室模型宏观力学参数及破坏模式。试验结果表明,随侧压力系数(λ)增大,洞室模型峰值强度和峰值应变呈先增大后减小趋势,在λ=1时达到最大值,弹性模量与之相反,呈先减小后增大趋势;从破坏模式来看,λ室破坏模式主要由张拉破坏逐渐转为拉剪复合破坏,裂隙位于拱顶,底板破坏明显,而裂隙位于直墙和底脚处,拱顶及底脚均破坏严重,随λ增大,λ≥1时,模型破坏以张拉裂纹为主,相比其他两个位置的裂隙,裂隙位于直墙,洞室稳定性最差;在相同λ下,高应变集中区会随裂隙位置改变而发生转移,但高应变区主要集中在预制裂隙端及洞室两底脚处。

关键词：侧压力系数数字图像技术裂纹扩展纵向单裂隙分布位置起裂应力水平

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