基于CMIP6的黄河流域三级水资源区未来气候变化预估

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作者 王佳琦 王坤 +2 位作者 严登华 周祖昊 赵津 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第2期242-250,276,共10页

基于地面气象站观测资料,采用地球交换全球每日降尺度预测(NEX-GDDP-CMIP6)气候模式数据下的7个气候模式和4个基线情景,评估各个气候模式和集合模式对黄河各个三级水资源区1956−2018年的模拟能力,并预测4个“一级”温室气体排放情景即... 基于地面气象站观测资料,采用地球交换全球每日降尺度预测(NEX-GDDP-CMIP6)气候模式数据下的7个气候模式和4个基线情景,评估各个气候模式和集合模式对黄河各个三级水资源区1956−2018年的模拟能力,并预测4个“一级”温室气体排放情景即共享社会经济途径(shared socioeconomic pathway,SSP)情景下2021−2080年黄河各个三级水资源区的降水和气温时空变化规律发现:相较于现有的上中下游区域划分,本研究对黄河流域29个三级水资源区进行了更精细化的分析,揭示不同区域在气候变化下的差异特征;在降水模拟方面,BBC_CSM2_MR模式在河源至玛曲(分区1)的表现优于集合模式,突破传统统一采用模式集合数据进行降水预估的局限性,证明单一模式在特定区域的高精度应用潜力;未来气候变化呈现“湿热”趋势,降水变化冬季最大、夏季最小;气温变化以夏季最大、冬季次之为主,表现为高温增强、低温减弱。研究结果可为未来黄河流域三级水资源区极端气候变化趋势研判和生态治理调控提供参考。 展开更多

关键词 CMIP6 气候变化 时间变化特征 空间变化特征 黄河三级水资源区

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基于水力响应时间的灌区实时渠系优化配水模型

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作者 张运鑫 郭邦 +3 位作者 樊煜 高占义 杨芸 刘洁 《节水灌溉》 北大核心 2025年第5期39-44,50,共7页

在实际情况中灌区配水条件不是一成不变的,灌区供水流量的变化以及水流运动时间的大小对配水方案的制定和渠道精准配水有着重要影响,因此需要建立相应的模型进行优化渠系配水。考虑到灌区供水流量实时变化以及水流运动时间对配水方案的... 在实际情况中灌区配水条件不是一成不变的,灌区供水流量的变化以及水流运动时间的大小对配水方案的制定和渠道精准配水有着重要影响,因此需要建立相应的模型进行优化渠系配水。考虑到灌区供水流量实时变化以及水流运动时间对配水方案的影响,建立了基于水力响应时间的实时优化配水模型。当供水流量变大或变小时,模型提供2种配水方式:方式1为优先调节流量,再调节配水渠道数量;方式2为增加或减少下级配水渠道的数量。模型以各配水支渠的配水流量、开始配水时间和结束配水时间为决策变量,以配水历时最短和渠道输水损失最小为目标函数,通过精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解。结果表明:2种方式的配水流量均在流量上下限之间,满足配水要求,响应时间的计算提供了更精准的配水时间;方式1可以保证所有渠道不间断配水,但出现了部分渠道配水流量较小的情况,配水历时为128.66 h;方式2中所有渠道均大流量配水,且配水流量大小能保持稳定,配水历时为122.13 h,但部分渠道会中断配水。水力响应时间的灌区实时渠系优化配水模型能够在供水流量变化时提供配水方案,方式1比方式2的配水流量波动大,渠道输水损失大,且配水时间多6.54 h。2种方式都考虑了水力响应时间对配水方案的影响,从而增加配水时间的准确性,可为灌区的配水工作提供指导。 展开更多

关键词 渠系配水 水力响应时间 优化配水模型 遗传算法 实时配水

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基于改进灰狼算法优化BP模型的滨州市用水量预测

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作者 张运鑫 郭邦 +1 位作者 王恰恰 樊煜 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第6期95-101,共7页

用水量预测对于水资源的可持续管理、提高生产效率以及保护生态环境都有着重要的意义。为提高用水量预测精度,提出改进灰狼算法优化BP神经网络(IGWO-BP)模型用于用水量预测。选取16个影响因子,利用灰色关联性分析筛选出与用水量关联性... 用水量预测对于水资源的可持续管理、提高生产效率以及保护生态环境都有着重要的意义。为提高用水量预测精度,提出改进灰狼算法优化BP神经网络(IGWO-BP)模型用于用水量预测。选取16个影响因子,利用灰色关联性分析筛选出与用水量关联性较大的4个影响因子作为IGWO-BP模型的输入变量,用水量作为模型的输出变量。使用Circle混沌映射、非线性收敛因子、引入Levy飞行和贪婪搜索策略来改进灰狼算法(GWO),将IGWO分别与GWO、遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)进行6种基本函数算法性能测试,验证算法的寻优和收敛性能;然后通过IGWO-BP模型对滨州市用水量预测,把IGWO-BP模型预测结果分别与GWO-BP模型、PSO-BP模型和BP神经网络模型预测结果进行对比。结果表明:在选取的16个影响因子中,总人口、农用地、平均气温和全年日照时间与用水量关系更加密切;同等参数下,在6种基本函数算法性能测试中IGWO的寻优和收敛性能明显优于其他3种算法;在用水量预测中,IGWO-BP模型适应度值的收敛速度和最小值都优于GWO-BP模型和PSO-BP模型,IGWO-BP模型预测值的平均相对误差和均方根误差相比于其他3个模型都有较大幅度的降低。无论是从模型适应度值还是预测值精度上,IGWO-BP模型用水量预测效果更好,预测精度更高,可为未来用水预测提供一种思路和技术支撑。 展开更多

关键词 用水量预测 IGWO-BP 灰色关联性分析 GWO-BP 适应度值

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基于PSR-Markov模型的水-经济社会协调发展时空演变

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作者 袁昕恬 王婷 +3 位作者 刘彬 沙金霞 游进军 王文睿 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第4期839-848,共10页

结合相邻地区正负效应,耦合“压力-状态-响应”(pressure-state-response,PSR)模型与马尔科夫(Markov)模型,构建河北省水资源与经济社会协调发展评价模型,并通过分析河北省及各地级市的协调发展程度及邻域效应,揭示其时空演变规律。结... 结合相邻地区正负效应,耦合“压力-状态-响应”(pressure-state-response,PSR)模型与马尔科夫(Markov)模型,构建河北省水资源与经济社会协调发展评价模型,并通过分析河北省及各地级市的协调发展程度及邻域效应,揭示其时空演变规律。结果表明:从时间演变看,河北省PSR系统整体与内部协调度自2019年持续上升,2021年达到最大值,发展前景良好,但短期难以跨等级跃升或衰退;从空间分布看,协调发展程度呈现中南部高、北部低的特点,高协调区多集中于经济发达的地级市,如唐山市、石家庄市。相邻地级市的协调发展类型显著影响周边地区,“中水平”和“低水平”地区协调发展情况易受周边地区影响而趋同。研究可为河北省水资源刚性约束下的高质量发展提供参考借鉴。 展开更多

关键词 水资源与经济社会协调发展 时空演变 PSR模型 MARKOV模型 河北省

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定量评估气候变化和人类活动对澜沧江流域植被动态的影响

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作者 袁泽申 程瑶 +1 位作者 武金坤 连曦 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第1期85-99,共15页

【目的】植被对水沙平衡、生源要素交换、生态系统稳定等方面具有重要影响。澜沧江是中国西南地区重要的水利工程和水资源调节中心,其植被动态事关流域防洪安全、供水安全和生态安全。【方法】以澜沧江流域为研究区域,利用1998—2020年... 【目的】植被对水沙平衡、生源要素交换、生态系统稳定等方面具有重要影响。澜沧江是中国西南地区重要的水利工程和水资源调节中心,其植被动态事关流域防洪安全、供水安全和生态安全。【方法】以澜沧江流域为研究区域,利用1998—2020年时间序列气象、归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)等数据,结合Mann-Kendall趋势检验和Sen’s Slope斜率估计,分析了澜沧江流域植被动态的时空变化差异,并采用偏最小二乘法结构方程模型定量评估气候变化和人类活动对澜沧江流域植被动态的影响。【结果】1998—2020年期间,澜沧江流域NDVI生长季年变化速率为0.0042/a,呈显著增长趋势,其中青海和西藏段变化速率为0.0020/a,云南段为0.0053/a。流域内植被明显改善的区域占比高于40%,严重退化的区域占比低于5%,春、夏、秋三季NDVI也均呈现显著增长,其中春季增长最快,夏季增长最慢。青海和西藏段增长速率最快的季节为夏季,春季的增长速率最低;云南段增长速率最快季节为春季与秋季,夏季增长速率相对最低。地形因素对植被的平均影响量为-0.085,人类活动对植被的平均影响量为0.009,气候因素对植被的平均影响量为0.451。【结论】气温目前是影响研究区植被生长的主要气候因子,人类活动对植被动态的影响较为微弱,地形因素通过调节气候因素间接影响植被生长。 展开更多

关键词 降水 气温 人类活动 归一化植被指数 澜沧江流域 偏最小二乘法结构方程模型 时空变化

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基于长距离引调水工程的前馈控制优化

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作者 练继建 霍小龙 +3 位作者 王孝群 雷晓辉 何立新 龙岩 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第5期1025-1035,共11页

为解决长距离引调水工程蓄量二次补偿前馈控制运行方式中因蓄量超调导致的水位波动剧烈等问题,以南水北调中线工程陶岔渠首至十二里河节制闸段为研究对象,构建一种基于蓄量部分补偿的前馈控制优化模型。该模型引入蓄量比例系数,以目标... 为解决长距离引调水工程蓄量二次补偿前馈控制运行方式中因蓄量超调导致的水位波动剧烈等问题,以南水北调中线工程陶岔渠首至十二里河节制闸段为研究对象,构建一种基于蓄量部分补偿的前馈控制优化模型。该模型引入蓄量比例系数,以目标调控渠池下游节制闸的闸前水位变幅最小为优化目标,求解最优闸门协同控制方案。基于一维水动力仿真系统,通过设定多种用水工况及4种典型分水工况,对不同运行条件的前馈控制性能进行研究分析。结果表明:在所有测试工况下,优化模型不仅实现了目标调控渠池与非目标调控渠池水位波动的协同控制(水位变幅均满足0.1 m的规范限值),而且在典型分水工况下显著抑制水位波动幅度(IAE指标降幅88.16%~95.32%,NISE指标降幅91.50%~99.94%),同步降低闸门操作强度(NIAW指标降幅62.37%~83.11%),并将系统稳定时间缩短至约3 h。研究成果可为南水北调中线工程的前馈控制提供一种新的技术方案。 展开更多

关键词 南水北调工程 前馈控制优化 蓄量部分补偿 闸前水位控制 粒子群优化算法

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基于Rhino耦合FLUENT的某蓄洪工程引溃条件下水流特性数值模拟

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作者 杨钧午 梁海娇 路明 《水电能源科学》 北大核心 2025年第8期217-220,共4页

近年来,强降雨引发超标准洪水导致流域安全风险问题日益凸显。针对超标准极端洪水下泄洪闸泄洪能力不足问题,采用Rhino耦合FLUENT三维数值模拟方法,对某防护堤开展瞬间引溃数值模拟研究,分析溃口周围流场的水流特性。结果表明,模型可较... 近年来,强降雨引发超标准洪水导致流域安全风险问题日益凸显。针对超标准极端洪水下泄洪闸泄洪能力不足问题,采用Rhino耦合FLUENT三维数值模拟方法,对某防护堤开展瞬间引溃数值模拟研究,分析溃口周围流场的水流特性。结果表明,模型可较好地实现瞬间引溃模拟,8、12孔瞬溃方案泄洪能力满足要求,1、4孔瞬溃后上游水位分别达到59.43、59.37 m,略高于设计水位59.15 m;由于溃堤后水流瞬时下泻,溃口底部流速最大,顶部流速最小。研究结果对开展溃堤问题分析和完善工程调度运用方案具有一定的借鉴意义。 展开更多

关键词 RHINO FLUENT 瞬间引溃 水流特性 数值模拟

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BER-BCO耦合工艺净化模拟微污染河水及除磷机理研究

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作者 孙广垠 潘晓敏 +1 位作者 马柏龙 王震 《水电能源科学》 北大核心 2024年第4期47-52,共6页

针对传统生物膜法对微污染河水脱氮除磷效率不佳的问题,设计了电极生物膜耦合生物接触氧化(BER-BCO)装置,采用单因素敏感性分析方法评估了不同碳源、电流密度、水力停留时间、填料填充比对工艺脱氮除磷效果的影响,并通过红外光谱表征阳... 针对传统生物膜法对微污染河水脱氮除磷效率不佳的问题,设计了电极生物膜耦合生物接触氧化(BER-BCO)装置,采用单因素敏感性分析方法评估了不同碳源、电流密度、水力停留时间、填料填充比对工艺脱氮除磷效果的影响,并通过红外光谱表征阳极附近沉淀物表面特征官能团,探究系统除磷机理。结果表明,在使用乙酸钠为碳源、电流密度为0.09 mA/cm^(2)、水力停留时间控制为24 h、填料比为40%的条件下,BER-BCO系统的脱氮除磷效能得到了显著优化;NH+4-N、TN、TP的去除率分别达到了83.10%、56.46%、97.93%;最终出水除TN外均优于《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中Ⅳ类水质标准;红外光谱分析显示阳极附近形成的含磷沉淀物中含有Fe-O键、P-O键、Fe-OH键,表明铁阳极具有高效除磷的特性。 展开更多

关键词 电极生物膜法 生物接触氧化 微污染河水 脱氮除磷 铁阳极

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静水压对水库泥水界面脱氮潜力的影响

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作者 李玉梅 陈凯 +5 位作者 何立新 柴蓓蓓 卓天宇 余柯宏 张金楠 雷晓辉 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期2119-2129,共11页

通过微宇宙模拟实验,结合宏基因测序技术研究了不同静水压条件(大气压、0.2MPa、0.5MPa和0.7MPa)对水库泥水界面微生物群落结构、氮循环功能基因及代谢通路的影响.结果表明:参与氮循环微生物物种数目随静水压增加呈先增加至1227种后减少... 通过微宇宙模拟实验,结合宏基因测序技术研究了不同静水压条件(大气压、0.2MPa、0.5MPa和0.7MPa)对水库泥水界面微生物群落结构、氮循环功能基因及代谢通路的影响.结果表明:参与氮循环微生物物种数目随静水压增加呈先增加至1227种后减少至1199种,古菌、真菌相对丰度占比随静水压增加分别增加0.002%、0.0006%,细菌占比减少.相较于低静水压,高静水压使微生物群落的生态网络联系更紧密,种间作用更复杂,系统稳定性更强;高静水压通过增强nxrB、narH等功能基因丰度和参与该路径的微生物丰度,来促进反硝化过程,抑制异化性硝酸盐还原作用.且在参与氮循环的微生物中,发现嗜压微生物(变形菌门、绿弯菌门、拟杆菌门等)以及嗜压功能基因(ompH、asd),嗜压基因多存在变形菌门中,嗜压基因丰度随静水压升高先增大后减小.静水压通过改变泥水界面处氮循环有关微生物种群结构以及相关功能基因丰度与参与的代谢路径,来提高水库沉积物脱氮潜力,进而控制水库的富营养化. 展开更多

关键词 宏基因组 静水压 微生物群落结构 氮循环 水库沉积物

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基于MTD类分布小样本增强的带压开采煤层底板破坏深度预测 被引量：1

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作者 刘世伟 赵家鑫 +3 位作者 袁乐忠 杨宇 陈茄齐 于昊 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第S2期175-185,共11页

机器学习预测方法在带压开采煤层底板破坏深度预测评价中得到广泛应用,然而在预测模型构建过程中常常存在着实测数据获取成本高、采集难度大以及随机性强等问题,基于少量样本构建的模型预测的性能往往受到预测精度和泛化能力的严重制约... 机器学习预测方法在带压开采煤层底板破坏深度预测评价中得到广泛应用,然而在预测模型构建过程中常常存在着实测数据获取成本高、采集难度大以及随机性强等问题,基于少量样本构建的模型预测的性能往往受到预测精度和泛化能力的严重制约。通过文献调研,收集获得50组实测数据样本,引入MTD(Mega-Trend-Diffusion)类分布虚拟样本生成技术,生成虚拟样本,进一步实现煤层底板破坏深度实测样本的扩充增强;采用SaDE-ELM(Self Adaptive Differential Evolution-Extreme Learning Machine)、GA-PSO-BP(Genetic Algorithm-Particle Swarm Optimization-Back Propagation Neural Network)、BP(Back Propagation Neural Network)等机器学习算法,构建虚拟样本增强前后煤层底板破坏深度预测模型,并对增强前后的模型预测精度进行对比分析。结果表明:所提方法生成的虚拟样本与实测样本的分布基本一致;采用虚拟样本增强后的预测模型精度均显著提高,其中基于MTD类分布小样本增强的PCA-SaDE-ELM(Particle Swarm Optimization-Self Adaptive Differential Evolution-Extreme Learning Machine)预测模型的预测效果最优,增强前后误差可降低42.95%~51.27%。采用MTD类分布生成技术进行小样本增强,并构建带压煤层底板破坏深度预测模型能够更加精确地预测多因素影响下煤层底板破坏深度,通过与规范经验预测结果和滑移线场理论预测结果进行对比分析,所提方法预测得到的云驾岭矿19105工作面底板破坏深度相对较大,有利于工作面安全生产管理。相关研究成果对奥灰承压水上煤层的安全高效回采提供了有利支撑。 展开更多

关键词 带压开采 底板破坏深度 小样本 数据增强 神经网络

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基于水动力学、水量平衡与积分时滞模型的坝上水位预测适用性分析

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作者 罗玮 谢新文 +3 位作者 龙岩 雷晓辉 郑钧 张有胜 《南水北调与水利科技(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第S2期92-98,共7页

针对径流式电站,水位运行区间小,水位波动大等特点,准确预测坝上水位对防洪、发电及生态管理至关重要。基于水动力学模型、水量平衡和自适应积分时滞模型对坝上水位进行对比分析,探讨各模型的适用性及优势。水动力学模型基于圣维南方程... 针对径流式电站,水位运行区间小,水位波动大等特点,准确预测坝上水位对防洪、发电及生态管理至关重要。基于水动力学模型、水量平衡和自适应积分时滞模型对坝上水位进行对比分析,探讨各模型的适用性及优势。水动力学模型基于圣维南方程,能够精确预测水库水位的动态变化,具有较高的精度,但建模复杂,要求较高。水量平衡模型简化了质量守恒原理,在实际工程中具有很大局限性,但在预测步长较大时明显优于其他模型。自适应积分时滞模型,在不同工况下通过调整参数来反映系统的滞后响应,不依赖历史数据,预测精度较高但其也具有适用工况较窄的特点。各模型在不同应用场景中具有独特的优势,本文在为水库管理实践提供有价值的参考。 展开更多

关键词 积分时滞模型 水动力模型 水量平衡 坝上水位 深溪沟电站

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