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红壤工程堆积体坡面径流水动力特性研究

水土保持研究 2024年第3期31卷 143-152,159页

作者：芮茂刚周彦辰云南省水利水电科学研究院昆明650228 长江水利委员会长江科学院武汉430010

[目的]揭示裸坡和土石混合2种典型人为扰动工程堆积体在降雨条件下的坡面径流水动力参数特征,量化堆积体侵蚀动力临界条件,进而为阐明堆积体侵蚀动力机制奠定基础。[方法]以红壤工程堆积体为研究对象,通过模拟降雨试验,开展裸坡和土石混... 详细信息

[目的]揭示裸坡和土石混合2种典型人为扰动工程堆积体在降雨条件下的坡面径流水动力参数特征,量化堆积体侵蚀动力临界条件,进而为阐明堆积体侵蚀动力机制奠定基础。[方法]以红壤工程堆积体为研究对象,通过模拟降雨试验,开展裸坡和土石混合(20%砾石含量)堆积体在不同降雨强度条件下的径流水动力特性分析,进一步量化不同堆积体侵蚀临界动力条件,开展堆积体侵蚀内在机制研究。[结果]随降雨强度1.0 mm/min递增至2.0 mm/min,堆积体的径流由层流缓流过渡为层流急流,砾石使平均阻力系数增大1.40~3.54倍。径流剪切力和径流功率随降雨强度增大呈递增趋势,1.0 mm/min雨强时砾石作用使径流剪切力均值较裸坡下降44.99%,但≥1.5 mm/min时增大2.90%~18.50%,然而3种降雨强度下砾石均使径流功率均值较裸坡减少10.38%~68.13%,同时单位径流功率及过水断面单位能分别减少20.11%~40.45%和21.06%~37.57%。径流功率是表征堆积体侵蚀动态变化的最优参数,≤1.5 mm/min雨强时砾石抑制堆积体侵蚀,临界径流功率提高19.38%~138.12%,土体可蚀性降低79.87%~83.51%,雨强达到2.0 mm/min时,临界径流功率减小97.87%,土体可蚀性增大347.43%。[结论]降雨强度对裸坡和土石混合堆积体水动力参数均有显著影响,但随降雨强度增大砾石对堆积体侵蚀调控作用会发生改变,存在临界降雨强度。

关键词：水土保持红壤堆积体降雨水动力参数侵蚀

水利遥感智能云平台HydrSAI建设及应用

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人民长江 2024年第8期55卷 239-245页

作者：顾祝军曾麦脉吴家晟吴秉校罗成刘亚飞珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510610

水利行业对于整合“天-空-地”一体化遥感监测技术的应用需求越来越高,然而传统的遥感影像分析模型往往难以适应日益多样化的行业应用需求。因此,通过集成分布式存储、虚拟化管理、自动化运维和云安全等技术,以PaaS和SaaS方式提供云服务... 详细信息

水利行业对于整合“天-空-地”一体化遥感监测技术的应用需求越来越高,然而传统的遥感影像分析模型往往难以适应日益多样化的行业应用需求。因此,通过集成分布式存储、虚拟化管理、自动化运维和云安全等技术,以PaaS和SaaS方式提供云服务,构建了一个融合先进人工智能技术、面向行业应用的智能化遥感影像数据处理云平台HydrSAI。该平台集成了影像预处理、样本采集与建库、模型构建与优化、高性能矢量切片以及云计算服务技术,并配备可扩展的影像库、样本库和模型库。该平台在深圳市人为扰动图斑识别以及大藤峡库区开展了试验应用,其识别效率相较于目视识别得到显著提升。HydrSAI可为水利部门提供高效、便捷、智能化的遥感解译支持。

关键词：水利遥感人工智能大数据模型库样本库云平台

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鱼道厂坝集鱼系统运行工况对鲫上溯的影响

农业工程学报 2024年第4期40卷 129-137页

作者：侯轶群李阳希王晓刚周志金李冬晴谢红祝龙水利部中国科学研究院水工程生态研究所水利部水工程生态效应与生态修复重点实验室武汉430079 武汉大学水利水电学院武汉430079 南京水利科学研究院南京210029 湖北港口雅口航运枢纽有限公司宜城441400 三峡大学水利与环境学院宜昌443002

厂坝集鱼系统是在电站尾水管上方安装的鱼道多进口结构,实际使用中存在流态复杂、运行工况多、鲤科鱼类响应特征不明晰等问题。针对以上问题,该研究依据中国鱼道厂坝集鱼系统的主要结构特征建造试验装置,对成熟鲫(Carassius auratus)进... 详细信息

厂坝集鱼系统是在电站尾水管上方安装的鱼道多进口结构,实际使用中存在流态复杂、运行工况多、鲤科鱼类响应特征不明晰等问题。针对以上问题,该研究依据中国鱼道厂坝集鱼系统的主要结构特征建造试验装置,对成熟鲫(Carassius auratus)进行PIT(passive integrated transponder)标记,设置2种水位、2种补水孔出流方式共4个工况,观测产卵前后鲫的上溯行为。试验结果表明,进口吸引率主要受产卵发生阶段、水流动量影响,产卵前的被吸引率显著高于产卵后(P研究表明鱼类在厂坝集鱼系统中的上溯行为主要受生理生态需求驱动,同时受到出流动量、运行水位及上溯路线上的流速流态影响,对今后鱼道多进口结构设计具有一定的指导意义。

关键词：试验影响因子鱼道多进口结构上溯率吸引率尝试率

基于耦合协调模型的复合干旱研究——以汉江中下游流域为例

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湖泊科学 2024年第5期36卷 1588-1598页

作者：王晴喻婷陈燕飞朱文龙丁佳伟孙咏曦董玉茹长江大学资源与环境学院武汉430010 湖北省水利水电科学研究院武汉430010

近年来,流域干旱逐年加剧,城市规模扩大和人口增加,使得水资源供需矛盾突出。因此,研究气象干旱与水文干旱之间的关系对水资源的影响以及评估不同城市对干旱的脆弱性至关重要。本文提出了复合干旱概念及判别标准;基于汉江中下游1973一2... 详细信息

近年来,流域干旱逐年加剧,城市规模扩大和人口增加,使得水资源供需矛盾突出。因此,研究气象干旱与水文干旱之间的关系对水资源的影响以及评估不同城市对干旱的脆弱性至关重要。本文提出了复合干旱概念及判别标准;基于汉江中下游1973一2020年逐月降水、径流数据,利用标准化降水指数和借助粒子群优化算法改进的标准化径流指数分析了汉江中下游气象干旱与水文干旱的时空变化;结合耦合协调度模型探究了复合干旱之间的关系及时空分布特征。结果表明:(1)时间上,汉江中下游春季干旱由水文干旱主导;夏季整体无旱;秋季干旱由气象干旱主导;冬季由气象干旱和复合干旱主导。(2)时间上,1973一2020年汉江中下游气象干旱与水文干旱整体耦合程度以较强(0.75荆门市>襄阳市>武汉市>天潜都市圈;2013年后各地区耦合度大小为:武汉市>天潜都市圈>襄阳市>荆门市>仙孝都市圈。(3)汉江中下游气象干旱与水文干旱耦合协调关系以高耦合中协调为主,且在研究期内耦合协调关系呈减弱状态,整体下降了7.8%。2013年以后汉江中下游流域天潜都市圈、武汉市干旱防治最为紧迫。本文提出的基于耦合协调模型研究复合干旱的思路和方法可为流域的干旱防治与发展提供理论依据,从而实现城市可持续发展。

关键词：复合性干旱耦合协调粒子群优化算法汉江中下游流域

干湿循环作用下堆石料宏细观力学特性的离散元模拟研究

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岩土力学 2024年第S1期45卷 665-676页

作者：王辉钮新强马刚周伟武汉大学水工程科学研究院武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室长江设计集团有限公司

堆石料的物理力学特性在干湿循环作用下会发生明显劣化。基于堆石料颗粒三维扫描结果，建立了宽粒径范围的堆石料颗粒模板库。考虑干湿循环对颗粒强度、颗粒间接触模量和摩擦系数的影响，提出了一种考虑堆石颗粒干湿循环劣化的颗粒破碎... 详细信息

堆石料的物理力学特性在干湿循环作用下会发生明显劣化。基于堆石料颗粒三维扫描结果，建立了宽粒径范围的堆石料颗粒模板库。考虑干湿循环对颗粒强度、颗粒间接触模量和摩擦系数的影响，提出了一种考虑堆石颗粒干湿循环劣化的颗粒破碎模拟方案。在此基础上，采用FDM-DEM耦合方法对不同干湿循环作用下的堆石料试样进行一系列三轴压缩试验，讨论了在三轴压缩条件下干湿循环对堆石料宏细观力学特性的影响规律。结果表明：堆石料的初始模量和峰值强度随着干湿循环次数N的增加而呈非线性降低，干湿循环对体变曲线在初始阶段的剪缩和加载后期的剪胀有抑制作用，当N增大至某一值时，干湿循环对堆石料的宏观变形和强度的影响逐渐不明显。干湿循环次数越大，试样内部平均配位数越大，接触滑移比越大，试样内部的偏组构呈非线性减小，即各向异性程度在逐渐减小，这说明干湿循环对试样内部的各向异性发展有抑制作用。

关键词：干湿循环堆石体颗粒破碎离散单元法宏细观力学特性

金沙江上段大型底栖动物群落结构特征和生态位分析

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湖泊科学 2024年第4期36卷 1192-1203,I0022-I0025页

作者：池仕运胡俊郑金秀胡菊香李嗣新魏秘吕克强彭建华水利部中国科学研究院水工程生态研究所武汉430079 水利部水工程生态效应与生态修复重点实验室武汉430079 湖北省水生态保护与修复工程技术研究中心武汉430079

于2019-2021年对金沙江上段大型底栖动物的群落结构和生态位进行分析,以期为高海拔多沙河流的生物多样性保护提供科学依据。结果表明,金沙江上段大型底栖动物主要由水生昆虫组成,水生昆虫中双翅目物种占比较高。钩虾、扁蜉、襟襀、四节... 详细信息

于2019-2021年对金沙江上段大型底栖动物的群落结构和生态位进行分析,以期为高海拔多沙河流的生物多样性保护提供科学依据。结果表明,金沙江上段大型底栖动物主要由水生昆虫组成,水生昆虫中双翅目物种占比较高。钩虾、扁蜉、襟襀、四节蜉和纹石蛾为常见种。丰水期(夏秋季)钩虾丰度占比远高于枯水期(冬春季)。研究区域基于现场观测和统计推断的物种数枯水期远高于丰水期,单站物种数以及α多样性均是干流远低于支流。4个季度总体β多样性基于物种空间周转组分的贡献率远高于物种嵌套组分的贡献率,表明在底栖动物多样性保护策略上,所有河段均具有重要保护价值。常见种的生态位宽度处于较低水平,大部分常见种之间的生态位重叠值较低,表明在较为恶劣的自然环境下,种间竞争强度较低。各站位物种的出现具有较大的随机性,随机漂流成为群落构建的主要机制。从金沙江上段梯级水库形成后的水生态保护角度出发,建议加大支流的水生态保护力度,减少宽谷河段人口集聚区村落农业面源污染和城镇点源污染负荷,提升支流钩虾和EPT分类单元的种群规模,为珍稀冷水性鱼类提供饵料来源。

关键词：底栖大型无脊椎动物 β多样性分解生态位宽度生态位重叠多样性种间竞争金沙江上段

我国南方桉树人工林区水体泛黑物质分子组成及形成机理

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湖泊科学 2024年第4期36卷 1069-1081,I0008页

作者：黎明杰蒋彬郭晋川潘越蒋然廖玉宏张晓红朱新海陈子龙中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广州510640 广西壮族自治区水利科学研究院广西壮族自治区水工程材料与结构重点实验室南宁530023 中国科学院大学北京100049 珠江水利委员会珠江水利科学研究院水利部珠江河口治理与保护重点实验室广州510640 中山大学广州510275

我国南方桉树人工林区水库在秋冬季频繁出现黑水现象。现有研究指出,桉树叶中单宁酸等物质与金属离子(如铁离子)反应产生的金属-有机质络合物是导致这一现象的主要原因。然而,目前对于桉树叶中能形成金属-有机质络合物的潜在有机质前体... 详细信息

我国南方桉树人工林区水库在秋冬季频繁出现黑水现象。现有研究指出,桉树叶中单宁酸等物质与金属离子(如铁离子)反应产生的金属-有机质络合物是导致这一现象的主要原因。然而,目前对于桉树叶中能形成金属-有机质络合物的潜在有机质前体物认识仍然有限,基于分子组成层面的桉树人工林区水库水体泛黑形成机理也尚不清楚。为此,本研究利用傅立叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)等手段,对桉树叶浸泡液与典型桉树林区水库(金窝水库和天雹水库)水体中可溶性有机物进行了分子组成的分析。研究结果显示,桉树叶浸泡液主要由以苯三酚、没食子酸为母体的多酚类化合物及其多聚衍生物构成,其中最典型的化合物是鞣花酸(C_(14)H_(6)O_(8))。冬季水库水中鞣花酸强度远高于夏季,且表层水体高于底层水体,这表明秋冬季大量凋落的桉树叶释放出的这些芳香多酚类物质会显著促进水库黑水的形成。进一步的实验证明,鞣花酸、苯三酚和没食子酸都会与铁离子发生络合反应,生成黑色沉淀。这些结果均表明,桉树叶溶解出的芳香多酚类物质是导致水库变黑的核心因素。本研究基于分子组成层面提出了桉树人工林区水库水体泛黑形成机理,对于桉树人工林区的黑水治理和保障水库饮用水安全具有十分重要的意义。

关键词：桉树黑水芳香多酚类物质鞣花酸金属-有机质络合物傅立叶变换离子回旋共振质谱

干旱胁迫下珠江流域植被响应的滞后效应及损失概率评估

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应用生态学报 2024年第4期35卷 1083-1091页

作者：龚郑洁雷勇钟露露武传号暨南大学生命科学技术学院广州510632 珠江水利委员会珠江水利科学研究院广州510640 河海大学水灾害防御全国重点实验室南京210098 河海大学长江保护与绿色发展研究院南京210098

基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和归一化植被指数(NDVI),在网格尺度上定量识别珠江流域植被对干旱响应的滞后时间;基于贝叶斯理论和二维联合分布构建了干旱胁迫下植被损失的条件概率模型,定量评估了不同干旱情景下4种植被类型(常绿阔叶... 详细信息

基于标准化降水蒸散指数(SPEI)和归一化植被指数(NDVI),在网格尺度上定量识别珠江流域植被对干旱响应的滞后时间;基于贝叶斯理论和二维联合分布构建了干旱胁迫下植被损失的条件概率模型,定量评估了不同干旱情景下4种植被类型(常绿阔叶林、混交林、草地、耕地)的损失风险的空间分异性。结果表明:1982—2020年间,西江流域东部、北江和东江流域上游以及珠三角南部地区的干旱风险明显高于研究区的其他区域;上游高海拔地区植被对干旱的响应时间(大多8个月);干旱加剧了植被的脆弱性,其中,混交林在不同干旱强度下的损失概率大于其他3种植被类型,表现出更高的脆弱性;流域西北部植被损失概率低于流域中部地区。

关键词：归一化植被指数标准化降水蒸散指数 Copula函数植被响应滞后损失概率

2022年长江中下游干流河道输沙与冲淤变化特点

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水利水运工程学报 2024年

作者：肖潇吴时强吕超楠董炳江长江水利委员会水文局南京水利科学研究院中国长江三峡集团有限公司

2022年长江流域遭遇了汛期反枯的极端水文气象条件，导致长江中下游的水位降至有实测资料记录以来的同期最低，该极端水文情势使长江中下游河道冲淤变化出现了新特征。基于详细实测水沙监测及固定断面资料，对2022年极端水文气象条件下... 详细信息

2022年长江流域遭遇了汛期反枯的极端水文气象条件，导致长江中下游的水位降至有实测资料记录以来的同期最低，该极端水文情势使长江中下游河道冲淤变化出现了新特征。基于详细实测水沙监测及固定断面资料，对2022年极端水文气象条件下长江中下游干流河道输沙的冲淤变化特点进行深入分析。结果表明：1—6月份长江中下游各测站输沙量有增有减，总体上输沙量保持相对稳定；7—12月份各测站输沙量均出现了大幅下降，宜昌至九江河段通过输沙量法计算得知冲刷的泥沙总量为2 391 万t，通过断面法计算得知湖口至江阴河段泥沙淤积量为4 657 万m3(湖口至大通冲刷量为1 211 万m3，大通至江阴淤积量为5 868 万m3)，江阴以下河段冲刷量为6 335 万m3。上游来流减少和长江口潮位的影响是造成湖口至江阴河段淤积的主要原因。研究成果可为进一步探索长江中下游河道冲淤变化规律、预测未来的冲淤趋势提供重要参考。

关键词：长江中下游河道冲淤极端枯水汛期反枯