基于DPSIR-TOPSIS的山西省水资源脆弱性时空变化分析

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作者 薛景文 陈攀 +1 位作者 张洪斌 杜娟娟 《水电能源科学》 北大核心 2025年第5期48-52,共5页

开展水资源脆弱性时空变化分析对于区域水资源开发保护有重要意义。基于驱动力—压力—状态—影响—响应(DPSIR)模型构建指标体系,采用熵值法和逼近理想解排序法(TOPSIS)对山西省2011~2021年11个城市进行水资源脆弱性评价。结果表明,大... 开展水资源脆弱性时空变化分析对于区域水资源开发保护有重要意义。基于驱动力—压力—状态—影响—响应(DPSIR)模型构建指标体系,采用熵值法和逼近理想解排序法(TOPSIS)对山西省2011~2021年11个城市进行水资源脆弱性评价。结果表明,大同市和太原市等7个城市水资源脆弱性呈现下降趋势,其余城市则呈现出一定的波动特征;2011年多半城市为中度脆弱,且呈现出一定的南北差异,2021年所有城市均为轻度脆弱,但受区域水资源管理状况影响,脆弱度呈现中部低、南北高的特点;影响水资源脆弱性的主要因子为城市污水处理率、农田灌溉亩均用水量、人均日生活用水量和绿地率。因此,提高城市用水水平,增大污水处理能力和绿地面积,可有效降低山西省水资源脆弱性。 展开更多

关键词 水资源脆弱性 DPSIR模型 TOPSIS模型 时空变化 影响因子

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基于SWAT模型的汾河流域非点源氮磷污染负荷分布模拟研究

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作者 张轶杰 陈攀 +1 位作者 李京玲 吴鸿健 《水电能源科学》 北大核心 2025年第8期37-41,共5页

流域非点源氮磷污染会引起水体水质恶化和富营养化等一系列水环境问题,因此认识其分布规律尤为重要。以汾河流域为研究对象,采用SWAT模型对流域非点源氮磷污染的时空分布特征进行模拟分析。研究表明,该模型对流域的径流、泥沙、总氮(TN... 流域非点源氮磷污染会引起水体水质恶化和富营养化等一系列水环境问题,因此认识其分布规律尤为重要。以汾河流域为研究对象,采用SWAT模型对流域非点源氮磷污染的时空分布特征进行模拟分析。研究表明,该模型对流域的径流、泥沙、总氮(TN)和总磷(TP)均具有较好的拟合效果;2011~2020年流域TN、TP负荷增加为2000~2010年的1.2、1.7倍,汛期(6~9月)TN、TP负荷达到全年的78.3%、85.5%,其变化主要受径流的影响;耕地TN、TP负荷达到全流域的77.9%、65.9%,氮磷负荷主要集中于流域太原、吕梁和临汾段,其分布主要与土地利用情况有关,建议采取有效措施预防这些区域在汛期可能出现的氮磷非点源污染问题,以减少流域水污染带来的经济损失。 展开更多

关键词 非点源污染 氮磷 SWAT模型 汾河流域

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基于Stacking集成模型的膜下滴灌谷子作物系数预测

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作者 马健涛 郭向红 +4 位作者 雷涛 白艳茹 高晓丽 张家晔 赵鹏帅 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第4期892-904,共13页

为准确模拟膜下滴灌不同水肥处理谷子作物系数(crop coefficient,K_(c)),以水肥有关K_(c)的双因素方差分析为前提,采用随机森林(random forest,RF)、类别提升(CatBoost)、轻量级梯度提升机(LightGBM)、支持向量机回归(support vector re... 为准确模拟膜下滴灌不同水肥处理谷子作物系数(crop coefficient,K_(c)),以水肥有关K_(c)的双因素方差分析为前提,采用随机森林(random forest,RF)、类别提升(CatBoost)、轻量级梯度提升机(LightGBM)、支持向量机回归(support vector regression,SVR)、深度学习(DL)作为次级机器学习模型,基于Stacking策略以多元线性回归构建集成元模型(linear stacking model,LSM)对不同水肥处理膜下滴灌谷子K_(c)进行预测,并进行模型间模拟结果精度比较。结果表明:不同水肥处理间K_(c)日际变化趋势基本相同,但灌水因素和氮肥施用量对K_(c)均有显著影响;在次级机器学习模型中,树类模型(RF、CatBoost与LightGBM)相对SVR和DL模型估测精度较好,而相比次级模型,LSM模型提高了谷子K_(c)的模拟精度;依赖日序数、太阳辐射强度、风速、日均水汽压和土壤含水率建立的LSM模型能够准确模拟膜下滴灌谷子K_(c),决定系数(R2)和均方根误差(root mean squared error, ERMS)分別为0.91和0.11,且当土壤含水率特征加入时模型误差明显降低。研究成果可为膜下滴灌田间水分精准管理提供技术支撑。 展开更多

关键词 滴灌 谷子 作物系数 机器学习模型 Stacking集成模型

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基于AquaCrop模型的晋南冬小麦根区灌溉制度优化研究

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作者 许鸿鑫 郭瑾 +3 位作者 郑利剑 马娟娟 白继中 孙西欢 《节水灌溉》 北大核心 2025年第8期44-51,共8页

为了构建根区灌溉下AquaCrop模型并优化根区灌溉下的冬小麦灌溉制度,于2022-2024年在山西运城进行为期2 a的大田试验,设置2组根区灌溉模式:地下40 cm埋设滴灌管道(T1),地表滴灌加地下40 cm埋设滴灌管道(地表与地下灌水比例为3∶7,T2)。... 为了构建根区灌溉下AquaCrop模型并优化根区灌溉下的冬小麦灌溉制度,于2022-2024年在山西运城进行为期2 a的大田试验,设置2组根区灌溉模式:地下40 cm埋设滴灌管道(T1),地表滴灌加地下40 cm埋设滴灌管道(地表与地下灌水比例为3∶7,T2)。利用田间试验数据实现根区灌溉下AquaCrop模型的参数本地化校准,并综合产量和水分利用效率对不同水文年下根区灌溉冬小麦进行灌溉制度优化研究和评价。结果表明:①构建的根区灌溉下的AquaCrop模型对冬小麦生长发育的模拟精度较高,冠层覆盖度的R2为0.99、CVRMSE为1.4%~4.0%、d为0.97~1.00;生物量模拟R2为0.93~0.95、CVRMSE为19.3%~23.8%、d为0.93~0.94;土壤水分模拟R2为0.78~0.93、CVRMSE为11.0%~20.8%、d为0.87~0.93;②根区灌溉提高了水分利用效率,平水年条件下水分利用效率可达2.44 kg/m^(3);③特枯年和枯水年以T1处理效果最佳,宜采用4次灌水(越冬期、拔节期、抽穗期和灌浆期各67.5 mm);平水年以T2处理略优,宜采用3次灌水(越冬期、拔节期和抽穗期各67.5 mm);丰水年2种处理表现相当,宜优先保证2次灌水(越冬期和拔节期各67.5 mm)效果最佳。 展开更多

关键词 冬小麦 根区灌溉 AquaCrop模型 灌溉制度 水分利用效率

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深层微润灌溉对苹果树根系分布及根系吸水的影响研究

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作者 张家晔 郭向红 +4 位作者 毕远杰 雷涛 马健涛 白艳茹 赵鹏帅 《节水灌溉》 北大核心 2025年第7期85-92,共8页

为了探明深层微润灌对果树根系分布及根系吸水的影响,以微润灌水器的埋深和长度为控制因子,其中灌水器埋深(D)设置为10 cm和20 cm两个水平,灌水器长度(L)设置为30、40、50 cm三个水平,地面灌溉为对照,共7个处理,探讨了不同处理对土壤水... 为了探明深层微润灌对果树根系分布及根系吸水的影响,以微润灌水器的埋深和长度为控制因子,其中灌水器埋深(D)设置为10 cm和20 cm两个水平,灌水器长度(L)设置为30、40、50 cm三个水平,地面灌溉为对照,共7个处理,探讨了不同处理对土壤水分分布及根系分布的影响,并构建根系吸水模型,分析不同处理对根系吸水的影响,同时采用相关性分析法分析了土壤水分与根长密度及根系吸水速率的相关性。结果表明,深层微润灌下土壤水分以微润灌水器为中心向四周扩散,形成近似于椭圆形的高水区域;而地面灌溉土壤水分随深度的增加呈现逐渐减小的趋势。深层微润灌与地面灌溉下根长密度及根系吸水速率在垂直方向上均随深度的增加呈现先升高后降低的趋势,但深层微润灌在20~80 cm的中深层土壤中根长密度随水平距离的增加呈现先升高后降低的趋势,其最大值出现在60 cm处。其中D20L40和D20L50灌水处理在20~80 cm中深层的土壤含水量高于地面灌溉14.13%、14.64%;根长密度高值区覆盖面积超过地面灌溉80.07%、86.92%;且根系吸水速率高于地面灌溉13.91%、23.90%。相关性分析结果表明,D20L50处理下土壤水分、根长密度及根系吸水速率之间存在着极强的相关关系,其Pearson相关系数最大。D20L50处理下的土壤水分分布与果树根系分布情况匹配度最高,D20L50处理为最优灌水处理。 展开更多

关键词 深层微润灌 微润灌水器 根系分布 根系吸水

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基于人工兔算法的复杂输水系统泵阀联合优化调控

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作者 郝梦园 张雷克 +2 位作者 刘小莲 王雪妮 田雨 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第10期2115-2124,共10页

在泵站加压提水结合重力输水系统中,单个水利设施调控难以兼顾全线安全,为此以连续停机工况为例,综合考虑机组停机间隔、泵后阀关闭规律及末端控制阀调节规律对管道系统压力极值及高位水池水位波动的影响,建立耦合水力计算模型的泵阀联... 在泵站加压提水结合重力输水系统中,单个水利设施调控难以兼顾全线安全,为此以连续停机工况为例,综合考虑机组停机间隔、泵后阀关闭规律及末端控制阀调节规律对管道系统压力极值及高位水池水位波动的影响,建立耦合水力计算模型的泵阀联合优化调控模型,提出基于非支配排序及拥挤度距离的非支配排序人工兔优化算法(NSARO).超体积指标(HV)验证结果表明,NSARO在泵阀联合优化调控中具有良好的收敛性.利用灰色关联度分析法(GRA)对所获Pareto解集进行方案优选.以实际工程为例,利用NSARO-GRA优化求解决策方法得出优选方案,相较于现状方案,管道系统的最大正压力水头、最大负压力水头以及高位水池的水位波动值分别降低了13.57、0.29和5.79m. 展开更多

关键词 泵阀联合调控 多目标优化 有压输水系统 人工兔优化算法 灰色关联度分析法(GRA)

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三峡水库水位波动对香溪河库湾温差异重流的影响

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作者 郎韵 王玲玲 +1 位作者 韩丽娟 胡孜军 《湖泊科学》 北大核心 2025年第6期2224-2236,I0022,I0023,共15页

支流库湾温差异重流特性是研究其水华生消机制的重要基础。干支流水体温差引起的密度差导致干流水体在春夏季、秋季、冬季分别通过中层、表层和底层异重流倒灌进入支流库湾。三峡水库正常运行每年要经历汛前消落期、汛期、汛后蓄水期和... 支流库湾温差异重流特性是研究其水华生消机制的重要基础。干支流水体温差引起的密度差导致干流水体在春夏季、秋季、冬季分别通过中层、表层和底层异重流倒灌进入支流库湾。三峡水库正常运行每年要经历汛前消落期、汛期、汛后蓄水期和枯水期4个阶段,水位最大日变幅可达3.0 m/d。基于经率定验证的香溪河库湾三维水动力水温数学模型,通过对不同水位波动工况进行模拟分析,揭示了库湾温差异重流的变化特性。结果表明:随着水库水位上升,长江干流异重流的倒灌流速和倒灌厚度增大,上游来流异重流的潜入流速减小;随着水库水位下降,长江干流异重流的倒灌流速和倒灌厚度减小,而上游来流异重流的潜入流速增大。水位日升幅增大,长江干流异重流的倒灌距离也随之增大,但增幅较小;水位日降幅增大,长江干流异重流的倒灌距离显著减小,2.0 m/d的水位日降幅使得长江干流倒灌距离减少40%。水位周期性波动会引起库湾水流周期性运动。较高的水位波动频率(每6 h变动1.0 m)使得干支流水体在库湾中下游区域充分混合,降低水力停留时间,有利于限制藻类的生长和聚集。短时间(≤4 d)、小幅度(≤2.0 m/d)的水位波动难以改变库湾稳定的水温分层状态,温跃层平均深度基本不超过5.0 m。 展开更多

关键词 水位日变幅 周期性波动 温度分层 异重流 支流库湾 三峡水库

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施加蓄水陶土对黄土高原土壤水力特性的影响

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作者 刘雅宁 周大壮 +3 位作者 孙西欢 王青杵 马娟娟 郑利剑 《水土保持学报》 北大核心 2025年第3期154-162,共9页

[目的]蓄水陶土作为一种新型土壤改良剂,其对黄土高原土壤的水力特性影响如何尚未得知。为此研究不同粒径和添加量的蓄水陶土对土壤水力特性的影响。[方法]通过选取山西省太原市西山耕层的粉壤土为供试土壤进行室内物理试验,设置2种蓄... [目的]蓄水陶土作为一种新型土壤改良剂,其对黄土高原土壤的水力特性影响如何尚未得知。为此研究不同粒径和添加量的蓄水陶土对土壤水力特性的影响。[方法]通过选取山西省太原市西山耕层的粉壤土为供试土壤进行室内物理试验,设置2种蓄水陶土粒径(M:2~5 mm,L:5~10 mm)和4种蓄水陶土添加量(0、5%、10%、20%),测定土壤水分特征曲线和饱和导水率,分析不同粒径和添加量下土壤的水力特性参数的变化。[结果]1)与不添加蓄水陶土的CK相比,添加蓄水陶土能够增强土壤的渗蓄能力。随着添加量和粒径的增加,土壤持水性能的提升效果越好。2)粒径和添加量的不同对Van Genuchten模型各参数产生不同程度的影响。3)随着蓄水陶土添加量和粒径的变化,田间持水量由27.99%增加到31.49%,萎蔫系数由5.85%增加到12.66%,空气容量由19.15%增加到24.68%,饱和导水率增加96.56%~1150.76%。4)比水容量提升效果大小为M20>L20>M10>L10>L5>M5>CK(M、L分别表示蓄水陶土粒径为2~5、5~10 mm,5、10、20分别表示蓄水陶土添加量的质量比为5%、10%、20%,CK表示不添加蓄水陶土的对照处理)。各处理不同级别孔隙含量规律表相同,均为存储孔>残余孔>传输孔>裂隙孔。[结论]研究结果以期为添加蓄水陶土改善黄土高原水土流失提供一定的理论支持。 展开更多

关键词 蓄水陶土 土壤改良 土壤持水性能 土壤导水能力 黄土高原

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水动力作用下河道底泥氨氮释放特性分析

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作者 任宸剑 郝瑞霞 +3 位作者 张杨 韩丽娟 魏煜星 柴璐 《生态环境学报》 北大核心 2025年第6期931-940,共10页

氨氮是引起河道富营养化的重要原因,了解水动力条件下河道底泥中氨氮的释放特性对了解河流水质的动态至关重要。为探究水动力作用对河道底泥起动与氨氮释放规律的影响,于汾河太原段下游取样开展室内实验,研究恒定和变化水动力条件下底... 氨氮是引起河道富营养化的重要原因,了解水动力条件下河道底泥中氨氮的释放特性对了解河流水质的动态至关重要。为探究水动力作用对河道底泥起动与氨氮释放规律的影响,于汾河太原段下游取样开展室内实验,研究恒定和变化水动力条件下底泥再悬浮与氨氮浓度的时空变化以及释放速率等,构建不同强度水动力作用下近底切应力与底泥起动、上覆水浊度、氨氮浓度的相关关系。结果表明,水动力条件变化引起的近底切应力变化是影响上覆水浊度和氨氮浓度的关键因素。当近底切应力为1.07 N·m^(-2)时,中值粒径d_(50)=0.020 mm的底泥达到“普遍动”的起动状态,底泥向上覆水中大量悬浮;氨氮在扰动初期释放速率最快,前60 min氨氮释放量占总释放量的60.4%;当近底切应力小于0.260 N·m^(-2)时,氨氮浓度在实验初期释放存在分层现象,底部氨氮浓度处于较高的水平,随着转速的增加和时间的推移(180 min后)垂向上氨氮浓度趋于一致;上覆水浊度和氨氮浓度随底泥面切应力的增加而增加,越强的水动力条件越有助于提高上覆水中氨氮浓度的阈值上限,该研究中氨氮质量浓度和释放速率最大值分别为0.569 mg·L^(-1)、249 mg·m^(-2)·d^(-1);近底切应力与底泥向上覆水释放的氨氮浓度呈线性增加关系,与水体浊度呈近似指数增加关系。 展开更多

关键词 底泥再悬浮 水力扰动 氨氮浓度 内源污染 河道水质治理

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滴灌苹果树茎水势动态特征及其对环境因素的响应

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作者 万俊良 蒋楠 +3 位作者 陈瑞霞 许全悦 马娟娟 郑利剑 《节水灌溉》 北大核心 2025年第6期115-121,共7页

探究滴灌不同灌水水平下苹果树的茎水势连续变化及其对环境因子的响应程度,为基于茎水势变化构建滴灌果树水分亏缺诊断方法提供依据。采用PSY1原位茎水势测量仪实现滴灌苹果树茎水势(Ψs)的连续监测,同时监测果树周围环境因子变化,分析... 探究滴灌不同灌水水平下苹果树的茎水势连续变化及其对环境因子的响应程度,为基于茎水势变化构建滴灌果树水分亏缺诊断方法提供依据。采用PSY1原位茎水势测量仪实现滴灌苹果树茎水势(Ψs)的连续监测,同时监测果树周围环境因子变化,分析不同灌水水平(充分灌溉FI,非充分灌溉NI)下苹果树茎水势(Ψs)的典型晴日及生育期变化特征,探讨滴灌苹果树茎水势受环境因子影响程度。①在典型晴天,不同灌水水平下苹果树Ψs日变化均呈昼低夜高的倒“几”字形趋势,但NI处理的茎水势恢复速率降低;而雨天苹果树Ψs日变化呈“V”形曲线,且降雨后的Ψs日谷值升高了0.4 MPa左右。②较FI处理,NI处理在果实膨大期经过持续水分胁迫后,其黎明前的Ψs降低了0.20~0.38 MPa,且出现了黎明前Ψs无法恢复到前一天水平情况,但当降雨和灌水之后,NI处理的黎明前Ψs有逐渐增大趋势。③各生育期典型晴天不同灌水处理下Ψs与太阳辐射(SR)、饱和水汽压差(VPD)、大气温度(TA)之间呈极显著的负相关性,其中Ψs存在明显滞后于SR的时滞效应,通过建立Ψs与SR的时滞椭圆方程并且计算其面积后表明,NI处理时滞圈面积比FI处理增加49.17~64.46,相应NI处理时滞时间比FI处理延长15~30 min。滴灌苹果树茎水势变化特征与灌水条件、SR、VPD、大气温度密切相关,黎明前的Ψs是诊断苹果树水分亏缺可靠的指标,可利用Ψs与SR之间的时滞效应进行滴灌苹果树水分状况诊断。 展开更多

关键词 苹果树 茎水势 水分状况诊断 生育期 时滞效应

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明渠板式测流装置水力特性研究

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作者 张林 宋道逸 +2 位作者 李永业 蔡鸿儒 王泽 《节水灌溉》 北大核心 2025年第9期67-73,共7页

针对传统明渠流量测量装置存在结构复杂、便携性不足等问题,设计了一种便携式的矩形渠道测流装置——明渠板式测流装置。通过理论分析、物理试验结合数值模拟的方法探究了其量测性能和水力特性,结果表明:测得渠道流量Q与量测板受力FR以... 针对传统明渠流量测量装置存在结构复杂、便携性不足等问题,设计了一种便携式的矩形渠道测流装置——明渠板式测流装置。通过理论分析、物理试验结合数值模拟的方法探究了其量测性能和水力特性,结果表明:测得渠道流量Q与量测板受力FR以及板宽B有关,并建立了流量Q与量测板受力FR以及板宽B的函数关系;测板上下游断面流速分布呈现显著空间异质性,渠道下游水流受装置的影响要大于上游;各断面流速分布以渠道中垂线对称,越靠近中垂线流速越大,且最大流速点位于水面以下某个位置;矩形明渠断面垂向流速与横向流速分布均符合抛物线型公式。 展开更多

关键词 矩形渠道 明渠测流 流量量测装置 水力特性

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老虎台煤矿浅部充填体原位渗透特性研究

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作者 张健 刘守强 +1 位作者 郭亮亮 刘钦 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期661-669,共9页

井工开采使用的人工合成多孔充填材料固有的导水和渗透特性,给井下工作面带来潜在水害风险。为深入探查老虎台煤矿浅部充填体原位导水能力,采用室内测试、数值分析和基于氯化钠与大气降水的联合连通试验方法,研究天然条件下充填体的渗... 井工开采使用的人工合成多孔充填材料固有的导水和渗透特性,给井下工作面带来潜在水害风险。为深入探查老虎台煤矿浅部充填体原位导水能力,采用室内测试、数值分析和基于氯化钠与大气降水的联合连通试验方法,研究天然条件下充填体的渗透性。结果表明:浅部人工充填体主要物质组成为页岩,混合有炉渣、粉煤灰及河砂,强度低、胶黏性差、易破碎,遇水后强度迅速衰减。基于氯化钠与大气降水的联合连通试验,井下监测点电导率表现出的变化特性,是充填材料组分和降水内外因素共同作用的结果。5处监测位置电导率转折点出现时间反映充填体内地下水循环交替速度差异,充填材料组成和分布特性影响其渗透性,充填体的平均渗透系数为5.8 m/h,与已有示踪试验和数值分析结果处于同一数量级。 展开更多

关键词 充填体 渗透性 材料组分 数值分析 连通试验

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