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水资源承载力评价关键因子与高效评价方法研究

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人民长江 2024年

作者：辛朋磊单婷婷江苏省水文水资源勘测局南通分局

适宜的评价指标和评价方法是确保水资源承载力评价科学、客观的关键。为识别影响水资源承载力评价的关键因子，并探索高效的评价方法，论文以2020年中国各地区指标数据为基础，结合水资源承载力的内涵，从经济、人口、环境三个维度构建... 详细信息

适宜的评价指标和评价方法是确保水资源承载力评价科学、客观的关键。为识别影响水资源承载力评价的关键因子，并探索高效的评价方法，论文以2020年中国各地区指标数据为基础，结合水资源承载力的内涵，从经济、人口、环境三个维度构建了水资源承载力评价指标体系，采用障碍度模型从定性和定量两方面筛选关键指标，对4种单一评价方法（熵权—TOPSIS、熵权—线性加权、模糊综合评价和因子分析法）和3种组合评价方法（模糊Borda法、漂移度组合法、离差最大化组合法）开展比较研究，并基于研究结果对2004—2022年中国水资源承载力演变趋势开展测度分析。结果表明：影响中国水资源承载力的关键因子是人均水资源占有量，其障碍度指数高达0.556，其次是生态环境用水比例（障碍度指数0.181）和农村生活污水处理率（障碍度指数0.057）等指标；组合评价法在稳定性和趋势性方面的表现优于单一评价法，但其计算过程较为复杂；单一评价法中，熵权—线性加权法表现最优，平均误差为4.30%；组合评价法中，离差最大化组合法表现最优，平均误差仅为1.56%；2004－2022 年中国水资源承载力指数从2004年的0.115增长至2022年的0.867，主要得益于政府在推动节约用水和生态环境改善方面发挥的关键作用。

关键词：水资源承载力评价指标单一评价法组合评价法

基于SSA-BP-SVM模型的云龙湖水质反演研究

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南京信息工程大学学报 2024年第2期16卷 279-290页

作者：任中杰江苏省水文水资源勘测局徐州分局徐州221006

利用遥感技术进行水质监测,全面地掌握水质分布情况对水环境保护具有重要意义.水质参数与地表反射率并非简单的线性关系,BP神经网络和支持向量机(SVM),因其非线性模拟的特点,被广泛应用于水质反演.传统BP神经网络存在收敛缓慢、容易陷... 详细信息

利用遥感技术进行水质监测,全面地掌握水质分布情况对水环境保护具有重要意义.水质参数与地表反射率并非简单的线性关系,BP神经网络和支持向量机(SVM),因其非线性模拟的特点,被广泛应用于水质反演.传统BP神经网络存在收敛缓慢、容易陷入局部最优的问题;SVM虽然具有很好的拟合能力,但受惩罚系数及核函数参数影响较大.以云龙湖为研究区域,利用Sentinel-2影像和实测数据,针对重要水质参数电导率和浊度,提出一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化BP神经网络及SVM的水质反演耦合模型,利用SSA对BP神经网络及SVM进行参数寻优,基于验证集MAE计算模型权重,对SSA-BP、SSA-SVM模型测试组输出层加权计算后获得最终反演结果.与BPNN、SVM、SSA-BP、SSA-SVM模型对比,结果表明:(1)Sentinel-2影像对电导率及浊度的敏感波段均为可见光及短波红外波段;(2)SSA-BP-SVM水质反演耦合模型精度更高,电导率及浊度反演模型R 2分别为0.92、0.89;(3)云龙湖具有典型的城市水体特征,电导率受上游南望净水厂排水影响较大,浊度受社会生产活动带来的颗粒污染物影响较大.基于Sentinel-2影像利用SSA-BP-SVM模型进行水质反演具有较好的应用潜力,能够为云龙湖水质监测以及制定保护措施提供一定的技术支撑.

关键词： BP神经网络支持向量机麻雀搜索算法电导率浊度

阳澄湖入湖河道分类、污染特征分析及治理策略

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湖泊科学 2024年第3期36卷 741-755页

作者：刘帅谢茂嵘吕文宋娜杨惠杨文晶姜宇白瑞泉沈逸史书杨金艳江苏省水文水资源勘测局苏州分局苏州215011 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

为进一步揭示阳澄湖入湖河道的污染物来源,提出相应的治理对策,以2017—2021年阳澄湖入湖河道水质监测数据为基础进行分析讨论。依据入湖水量选取10条主要入湖河道进行分析,其中位于阳澄湖东岸的白曲港在七浦塘拓浚工程建成之前主导流... 详细信息

为进一步揭示阳澄湖入湖河道的污染物来源,提出相应的治理对策,以2017—2021年阳澄湖入湖河道水质监测数据为基础进行分析讨论。依据入湖水量选取10条主要入湖河道进行分析,其中位于阳澄湖东岸的白曲港在七浦塘拓浚工程建成之前主导流向为出湖,工程建成后,通过Pearson相关分析证实了其流向与七浦塘引水时的水力关系,因此白曲港被选为主要入湖河道。采用距平系数法、系统聚类法和物元分析法将阳澄湖主要入湖河道分为3个类别:第1类别包括白荡、蠡塘河、北河泾、永昌泾4条河道,第2类别包括渭泾塘、界泾和施家斗港3条河道,第3类别包括南消泾、七浦塘和白曲港3条河道。使用因子分析法进行因子分析,第1类别河道的因子为高锰酸盐指数(COD_(Mn))、氨氮(NH_(3)-N)、溶解氧(DO)和总磷(TP),第2类别河道的污染因子为NH_(3)-N、总氮(TN)、pH、TP和DO,第3类别河道的污染因子为pH、TP、TN和DO。通过对上游河道水质情况分析、文件研究以及实地调查等方式得出第1类别河道区域的污染源主要为工业污染源和生活污染源,第2类别河道区域污染源主要为工业污染源与种植业污染源,第3类别河道污染源主要为陆地水产养殖污染源与种植业污染源。针对总体污染源情况,建议通过控制点源污染、削减面源污染、增强上游河道治理、开展生态治理修复以及加强巡查监管等方式对各类别河道区域进行针对性治理,以提高入湖河道水质,为阳澄湖的系统性和整体性治理打好基础。

关键词：阳澄湖入湖河道系统聚类物元分析因子分析污染源河道治理

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伊河源区小流域水沙污协同治理程度分析

武汉大学学报（工学版） 2024年第1期57卷 11-16页

作者：王国重李中原张继宇杨丹卢圆章程焕玲黄河水文水资源科学研究院河南郑州450004 河南省水文水资源局河南郑州450003 河南黄河河务局河南郑州450003 河南省周口水文水资源勘测局河南周口466000 河南省水土保持监测总站河南郑州450008

基于协同治理理论,建立了伊河源区小流域水源管护、泥沙与水土流失治理、面源污染防治子系统间的评估指标体系。采用耦合协调度模型分析其2006、2009、2012、2015、2018年间水、沙、污3个子系统的协同程度。结果表明:子系统内各指标对... 详细信息

基于协同治理理论,建立了伊河源区小流域水源管护、泥沙与水土流失治理、面源污染防治子系统间的评估指标体系。采用耦合协调度模型分析其2006、2009、2012、2015、2018年间水、沙、污3个子系统的协同程度。结果表明:子系统内各指标对耦合系统的影响程度差异显著;各子系统间存在着相互制约、相互影响的耦合关系,使耦合系统的综合评估指数呈“缓慢上升-缓慢下降-明显上升”变化趋势;小流域各子系统的耦合度呈“上升-上升-下降-上升”趋势变化,耦合协调度则是由中等缓慢上升到高等、再快速达到优等。这充分说明小流域生态清洁治理的深入开展促进了3个子系统间的协同。

关键词：协同治理耦合度协调度伊河

沙颍河干流河南段河道生态基流价值估算与分析

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水土保持研究 2024年

作者：王国重李中原杨丹张武云卢圆章徐志国邵全忠黄河水文水资源科学研究院河南省水利移民事务中心河南省周口水文水资源测报分中心河南省南阳水文水资源测报分中心河南省水文水资源测报中心

[目的]为使人们认识河道生态基流的重要性,对其价值进行量化,以便推动生态基流保障补偿工作的开展。[方法]以沙颍河干流河南段为例,基于生态基流功能分析,将生态基流价值划分为维持河道连通、局地气候调节、泥沙输送、维系河滩湿地、生... 详细信息

[目的]为使人们认识河道生态基流的重要性,对其价值进行量化,以便推动生态基流保障补偿工作的开展。[方法]以沙颍河干流河南段为例,基于生态基流功能分析,将生态基流价值划分为维持河道连通、局地气候调节、泥沙输送、维系河滩湿地、生物多样性维护、净化水质、水产品生产、科研与文化娱乐等;河道气候调节价值的计算采用水体蒸发的吸热量与释放相同热量的标煤用量构建的估算模型,其他价值的测算则是基于资源环境经济学算法。[结果] 2021年河南段气候调节价值为6.459亿元、泥沙输送价值5.056亿元、维持河滩湿地价值0.96亿元、生态多样性维护价值0.22亿元、水质净化价值10.28亿元、水产品生产价值10.092亿元、文化娱乐价值57.38亿元,则沙颍河干流2021年河南段生态基流总价值90.447亿元。[结论]各河段因所处位置、流域面积、区间长度等情况不同,生态基流价值差异较大,各河段生态基流价值占当地GDP比例均在1%以内,说明计算结果的合理性,也便于今后流域水土流失治理、生态保护与保障补偿工作的推进。

关键词：生态基流价值沙颍河干流河南段保障补偿

2021年秋汛期三门峡水库潼三区间来水量研究

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人民黄河 2024年第7期46卷 34-38页

作者：杨志豪谷苗苗钟家淦王雪莹王晓燕河南省三门峡水文水资源勘测局河南三门峡472000 河南省洛阳水文水资源勘测局河南洛阳471011 河海大学水文水资源学院江苏南京210098

2021年黄河发生1949年以来最严重秋汛,三门峡水库在此次秋汛防洪调度中发挥了重要的作用。由于潼关至三门峡区间(潼三区间)缺乏水文监测,因此在2021年秋汛期以潼关站计算的入库水量与实际水量相差10.4亿m^(3),对区间来水考虑不足影响了... 详细信息

2021年黄河发生1949年以来最严重秋汛,三门峡水库在此次秋汛防洪调度中发挥了重要的作用。由于潼关至三门峡区间(潼三区间)缺乏水文监测,因此在2021年秋汛期以潼关站计算的入库水量与实际水量相差10.4亿m^(3),对区间来水考虑不足影响了三门峡水库的精准调度。从库区区间来水分析着手,以潼三区间为研究对象,根据数字高程模型、土地利用类型、土壤类型、气象水文等数据,建立了HEC-HMS分布式水文模型,选取包括2021年秋汛在内的11场实测洪水资料进行率定和验证。结果表明,11场洪水模拟洪峰流量误差均小于20.0%,平均确定性系数为0.725,模拟合格率为90.9%,较准确地模拟了2021年秋汛期潼三区间来水过程,并量化了不同支流对区间来水总量的贡献率。

关键词： HEC-HMS模型洪水组成三门峡水库潼三区间流域

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2023年里下河地区暴雨洪水分析

水电能源科学 2024年第5期42卷 11-13,33页

作者：单帅刘融融薛海峰江苏省水文水资源勘测局盐城分局江苏盐城224000

里下河地区地势平缓,河网错综复杂,水势传播较慢,易发生超警戒洪水过程。为研究里下河地区梅雨期降雨特点,采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线法、距平分析法和降雨水位逐时过程图法,针对里下河地区2023年梅雨期暴雨洪水过程,通过与历史梅雨期降雨... 详细信息

里下河地区地势平缓,河网错综复杂,水势传播较慢,易发生超警戒洪水过程。为研究里下河地区梅雨期降雨特点,采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线法、距平分析法和降雨水位逐时过程图法,针对里下河地区2023年梅雨期暴雨洪水过程,通过与历史梅雨期降雨进行对比,全面分析了里下河地区梅雨期暴雨洪水特征。结果表明,里下河局部地区无降雨与极端降雨情况并存,在最大1天降雨中存在特大暴雨,最大3天降雨中出现特大暴雨的地方占8.4%。短时间强降雨加上里下河地区河网地势特征是发生超警戒洪水过程的主要原因。洪水过程下沿江抽排及五大港抢排对里下河地区水位变化有较明显影响。

关键词：里下河地区梅雨期暴雨洪水 P-Ⅲ曲线距平分析笼罩面积

违背不相关性假设对Triple Collocation方法精度的影响

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地球信息科学学报 2024年第3期26卷 591-603页

作者：谈松林王洁季静静刘美丽湛忠宇刘淼王丽荣胡晓东南京信息工程大学南京210044 水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室南京210044 江苏省水文水资源勘测局南京分局南京210008 江苏省水文水资源勘测局南京210029 河北省气象灾害防御和环境气象中心石家庄050022 江苏省水利科学研究院南京210017

Triple Collocation(TC)方法是一种可以在未知真值情况下评估3个独立观测样本各自不确定性的方法,该方法使用的前提是误差形式假设与2组不相关性假设,但在实际使用中,这3条假设难以完全满足。其中2组不相关性假设经常面临较大的违背,并... 详细信息

Triple Collocation(TC)方法是一种可以在未知真值情况下评估3个独立观测样本各自不确定性的方法,该方法使用的前提是误差形式假设与2组不相关性假设,但在实际使用中,这3条假设难以完全满足。其中2组不相关性假设经常面临较大的违背,并且无法得知这种假设违背对结果误差的影响。本文通过虚拟样本实验生成了多组不同程度违背不相关性假设的样本,以定量评估不同程度假设违背对结果误差的影响。结果表明,一般情况下,某一条不相关性假设的违背程度增加时,方法的结果误差会相应地呈线性或平方倍数增加;但当不相关性假设的违背处于某个特定关系时,TC方法结果的误差会突然大幅度增加,这种现象在以往的研究中并没有得到重视,后文将该现象简称为异常点。为了探求异常点出现的原因,本文从理论上推导出了违反不相关性假设与结果误差之间的关系,这种关系呈现为分式结构,而异常点的出现正是这种分式结构所致。异常点的存在影响了方法的稳定性。从差值形式的TC方法的角度来看,抑制异常点的关键在于如何更好地设计缩放系数。本文给出了2种抑制异常点的方法:(1)忽略加性偏差系数,使得缩放系数不受两组不相关性假设的影响;(2)限制缩放系数的上下限。根据实际数据分析,第2种改进方法优于第1种。第2种方法不仅保留了TC方法的准确性,而且有效地避免了异常点的出现。值得注意的是,在实际数据中,部分异常点会以负值形式出现并因计算结果不能为负而被剔除。在使用TC方法进行计算时,重复次数较少的情况下,可以不考虑异常点的影响。

关键词： Triple collocation 假设违背异常点遥感数据同化数据评估数据不确定性分析无实测数据

水闸运行对河流中氮污染物迁移转化与降解机制的影响

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节水灌溉 2024年第7期 75-79,87页

作者：程启亮刘娜栗泽超任焕莲王洪浩晋华长治市水文水资源勘测站山西长治046011 山西省水文水资源勘测局太原030001 太原理工大学水利科学与工程学院太原030024

近年来,氮素超标严重影响了河流水环境质量,造成水质恶化与水体富营养化,已经成为我国河流的主要水污染问题。水闸升降引起的河流水动力条件变化会对河流中不同形态氮素的迁移转化产生影响,进而影响不同形态氮素的降解系数。以山西省丹... 详细信息

近年来,氮素超标严重影响了河流水环境质量,造成水质恶化与水体富营养化,已经成为我国河流的主要水污染问题。水闸升降引起的河流水动力条件变化会对河流中不同形态氮素的迁移转化产生影响,进而影响不同形态氮素的降解系数。以山西省丹河为研究对象,探究水闸运行下氮污染物的迁移转化与降解机制。研究成果表明,NH_(4)^(+)-N降解系数与河流流速相关性显著,线性回归方程为:K(NH_(4)^(+)-N)=5.894 v-1.753(R=0.867,p<0.001);NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N和TN的降解系数均与河流流速的相关性不显著。顺直河段开闸放水期间,NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N和TN的降解系数比闸门关闭期间高出0.37 d^(-1)、0.43 d^(-1)、0.24 d^(-1)、0.72 d^(-1);弯曲河段开闸放水期间,NH_(4)^(+)-N的降解系数比闸门关闭期间减少0.4 d^(-1),NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N、TN的降解系数比闸门关闭期间高出0.67 d^(-1)、0.42 d^(-1)、0.87 d^(-1)。开闸放水和闸门关闭时,NH_(4)^(+)-N浓度在河流行进过程中表现为在顺直河段减小,弯曲河段增大;NO_(3)^(-)-N浓度和总无机氮浓度则在顺直和弯曲河段都不断减少;开闸放水较水闸关闭状态,河流在行进过程中总无机氮浓度下降更快,有利于无机氮的去除。研究成果有助于揭示水闸运行下河流的脱氮机理,可以通过优化水闸运行,提高河流氮污染物降解系数。

关键词：水闸运行降解系数氮顺直河段弯曲河段河流流速

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