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2024年第9期目次

2024, 55(9):  0-0. 

摘要 ( 307 )   PDF (5442KB) ( 310 )  

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水工程联合调度知识图谱构建与应用研究

黄艳, 王权森, 卢程伟, 关雄, 郑浩, 周涛

2024, 55(9):  2-9.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.001

摘要 ( 278 )   PDF (4470KB) ( 438 )  

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为了将水工程调度与新一代信息技术进行深度融合，立足流域水工程调度业务需求，按照知识建模、知识抽取、知识存储以及知识应用的总体思路，提出了合理可行的水工程联合调度知识图谱构建与应用总体技术方案，以及场景驱动的水工程联合调度本体构建方法。具体阐述了结构化、非结构化信息挖掘与知识抽取技术以及基于Neo4j图数据库的知识索引与可视化，并从防洪调度、水资源调配两个方面探索知识图谱的应用实例与发展方向。研究初步实现了调度知识图谱构建全流程贯通，可为知识图谱在水工程联合调度领域的进一步发展与应用提供借鉴。

基于知识库和场景推理的乌江智能化防洪调度

高英

2024, 55(9):  10-17.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.002

摘要 ( 115 )   PDF (3302KB) ( 277 )  

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围绕贵州省内乌江流域梯级水库防洪调度问题，开展了基于知识库和快速场景推理的智能防洪优化调度研究。基于海量的防洪调度方案，对调度经验知识进行组织与重构，按照“单元-网络-图谱”的总体思路，构建流域梯级水库群防洪调度知识库。在此基础上，根据流域防洪方案特征确定用于场景匹配的数值类、要素类及模糊类等特征信息，通过计算防洪调度方案各特征信息的权重，基于快速场景匹配与推理技术，优选与目标案例匹配度最高的典型案例，实现了流域智能化防洪调度。以乌江梯级水库群为实例进行的应用分析表明：典型洪水场景下削峰率达47%，模型求解耗时5.3 s，而采用传统动态规划模型的求解耗时为21.1 s，求解效率大幅提高。所提方法解决了传统调度中实时方案计算的时效性问题，且所得方案蕴含调度决策经验，调度过程对实际洪水的变化适应性更强。

基于集成学习与深度学习的洪水径流预报研究

许月萍,周欣磊,王若桐,刘莉,顾海挺

2024, 55(9):  18-25.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.003

摘要 ( 153 )   PDF (5515KB) ( 310 )  

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深度学习模型凭借其对水文因素间复杂作用的优秀处理能力，在水文预报领域得到了一定的应用，然而，针对集成学习与深度学习耦合模型的研究仍有所缺失。通过融合集成学习AdaBoost算法与深度学习Informer模型，提出了一种组合模型，称为AdaBoost-Informer模型，以提高洪水径流预报的精度。该模型以历史雨量和径流数据作为数据输入，将具备长时序依赖捕获能力的Informer作为集成学习的弱预测器，使用网格搜索法进行超参数调优，使用AdaBoost集成学习算法对弱预测器进行加权组合得到强预测器。在浙江省椒江流域的应用分析表明：对比Random Forest、AdaBoost、Transformer、Informer等模型，AdaBoost-Informer模型表现最佳，RMSE为62.08 m3/s，MAE为23.83 m3/s，NSE为0.980，预报合格率为100%。所提模型可有效提高洪水预报精度，为防汛抢险和防洪系统调度提供决策依据。

多重不确定性下水风光多能互补长期优化调度方法

曹辉,牟长兴,杨钰琪,徐杨,张政,程春田

2024, 55(9):  26-34.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.004

摘要 ( 92 )   PDF (4624KB) ( 234 )  

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如何应对水风光多重不确定性及 其 导 致 的 高 维 优 化 求 解 难 题 是 流 域 水 风 光 多能 互 补 长 期 调 度 面 临 的 关键挑战 。为此 ,提出基于马尔科夫链和 Copula 函数的水风光联合场景生成方法 ,并通过同步回代缩减法进 行场景削减 ,量化表征水风光多重不确定性;以此为输入 ,构建流域水风光多能互补长期两阶段随机优化调度 模型 ,并通过 Benders 分解算法和凸化线性化建模技术实现高维非线性优化问题的高效求解 。最后以金沙江 下游清洁能源基地为研究对象进行了仿真验证 。通过对比分析 ,证明了所提方法能够有效提升长期调度方案 对水风光不确定环境的适应性 ,提高了多能互补综合效益 。在样本外检验中 , 所提方法比传统方法的发电 量 增加了 0 . 552 亿 kwh ,弃水量减少了 1 . 694 亿 m3 ,表现得更具可靠性 。

汛期水风光多能互补动态调度模型研究

张验科 ,武文龙 ,王远坤 ,谢如昌

2024, 55(9):  35-43.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.005

摘要 ( 76 )   PDF (5543KB) ( 214 )  

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为充分利用水电站水库汛期在预报无洪水或小洪水时的调节能力 ,将汛期运行水位动态控制域对应库 容作为调节风光运行的可用库容 ,在提 高 水 库 调 节 能 力 的 基 础 上 给 出了 考 虑 入 库 洪 水 实 时 状 态 的 汛 期 水 电 站水库动态消纳风光调度模式 , 以风光出力期望值加水电出力之和与负 荷偏差最小为 目 标 , 结合风光出力不 确定性建立了汛期水风光多能互补 动 态 调 度 模 型 ,并 以 福 建 省 水 口 水 电 站 为 例 进 行 模 拟 调 度 计 算 。结 果 表 明 :所提动态消纳风光调度模式能够在 保 证 防 洪 安 全 的 前 提 下 充 分 合 理 利用 水 位 动 态 控 制 域 内 的 调 节 能 力 来调节风光出力 ,使失负荷时段数和发电量缺口期望值相较于传统调度模式分别降低约 37%和 32% ,水电站 水库平均发电水头提高约 4 . 39% ,不仅可提高系统出力可靠性 ,且能增加系统运行效益 。研究成果可为汛期 调节风光出力提供参考 。

环境规制赋能长江经济带水资源-社会经济协调发展

何寿奎 , 帅昕言

2024, 55(9):  44-50.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.006

摘要 ( 73 )   PDF (1448KB) ( 105 )  

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异质性环境规制 是 驱 动 水 资 源 与 社 会 经 济 动 态 协 调 实 现 高 质 量 发 展 的 重 要 政 策 工 具 。采 用 2010~2021 年长江经济带 11 个省(直辖市)的面板数据 ,基于 PSR模型构建“ 水资源 —社会经济 ”评价指标体系 ,运 用动态空间杜宾模型 , 实证研究异质性环境规制对“ 水 资 源 - 社 会 经 济 ”协 调 水 平 的 空 间 溢 出 影 响 。结 果 表 明 :① 不同类型的环境规制对“ 水资源 —社会经济”耦合协调发展具有显著的异质性 ,命令型环境规制对其存 在倒“ U”形影响 , 而市场型呈“ U”形变化趋势 。② 环境规制主要通过模仿 、警示和污染避难所效应对周边区 域协调发展发挥空间溢出作用 ,在区域和产业结构差异约束下表现出显著的多重异质性效应 。 因此 ,应有 效 发挥各类环境规制的正向实施效果 ,持续提升环境规制对“ 水资源-社会经济 ”协调发展的赋能效应 , 以实现 长江经济带高质量发展 。

2022 年特枯水年三峡水库补水调度策略研究

荆平飞 ,李肖男 ,郭率 ,鲁军,傅巧萍

2024, 55(9):  51-59.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.007

摘要 ( 94 )   PDF (3320KB) ( 157 )  

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2022 年长江流域遭遇丰枯急转的流域性干旱 , 以三峡水库为核心的上游水库群在进行补水调度时缺乏 枯水期补水调度相关研究的支撑 。为探究枯水期三峡水库补水调度策略 ,首先对 2022 年 以 三 峡 为 主 的 上 游 水库群补水调度情况进行了回顾 , 然后对枯水期各控制站点的水位与三峡下泄流量的关系进行了分析 ; 结合 以上分析结果 ,采用水量调度试算方法 ,对三峡水库通过不同来水条件 、调度参数情况下的蓄水 目 标及对供水 的保障情况进行了研究 ;在此基础上提出了针对特枯水年三峡水库补水调度的策略 ,并采用典型枯水年 2006 年进行验证 。结果表明:来水偏枯 40% ~50%条件下三峡水库以 6 000 m3 /s 下泄较为合理 ,来水偏枯 30%条件下三峡水 库 以 6 500~ 7 000m3 /s 下 泄 较 为 合 理 , 来 水 偏 枯 10% ~20% 条 件 下 三 峡 水 库 以 7 000~ 7 500 m3 /s 下泄较为合理 。特枯水年 三 峡 水 库 补 水 调 度 可 在 来 水 特 别 不 利 情 况 下 , 对 下 游 供 水 目 标 提供“ 基 本 保 障”;来水较不利情况下 ,对下游供水 目 标提供“ 有限保障”;来水一般不利情况下 ,对下游供水 目 标提供“ 全额 保障”。研究成果可为三峡水库特枯水年补水调度提供参考 。

江-湖-蓄滞洪区聚合调洪演算模型研究与应用

陈瑜彬,张涛,童冰星,许银山

2024, 55(9):  60-65.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.008

摘要 ( 51 )   PDF (2528KB) ( 98 )  

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为提高纳入蓄滞洪区的河道洪水模拟精度和效率 ,更大限度发挥蓄滞洪区的综合利用效益 ,建立了以大 湖模型为基础的江 - 湖 -蓄滞洪区聚合调洪演算模型 ,提出考虑蓄滞洪区运用影响的洪水模拟方案 。 以鄱阳 湖 区 2020 年实际来水作为边界条件 , 以 2020 年 7 月 1 日 为起始时刻开展单退圩堤启用与否工况下的洪水实 时调度模拟 。模拟结果表明:构建的江 - 湖 -蓄滞洪区聚合调洪演算模型可以合理快速地模拟蓄滞洪区启用 时的鄱阳湖水位变化过程 。鄱阳湖区单退圩堤启用分洪效果显著 , 能够降低湖区水位 0 . 2 ~ 0 . 3 m ,模拟结果 与实际过程相近 ,如不分洪 ,湖口站最高水位将超过保证水位 。研究成果可为蓄滞洪区调度和水旱灾害防 御 提供更精确的水文信息支持 。

计入回水壅高的水库临时淹没范围快速确定方法

邓理思

2024, 55(9):  66-70.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.009

摘要 ( 47 )   PDF (7037KB) ( 92 )  

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为快速分析水电站汛期不同水位控制下的临时淹没影响 ,评估可能产生的淹没损失情况 , 以满足水电站 汛期水位动态控制的需要 ,提出了一种考 虑 回 水 壅 高 的 临 时 淹 没 范 围 快 速 确 定 方 法 。该 方 法 基 于 python 语 言进行 ArcGIS 平台的线性插值工 具 二次开发 ,从而获得了回水的 DEM,之后再与库区 DEM进行相应计算 , 即可获得水电站汛期不同抬高运行水位下的库区淹没范围 。将该方法在红水河岩滩水电站进行了应用验证 。 验证结果表明:所提方法可在 8 s 内输出临时淹没范围 ,与经典水动力学模型 HEC-RAS 进行了对比分析 , 所 建模型的总体精度为 0 . 92 , 能大幅提高水库不同水位控制下临时淹没影响的分析效率 。

基于 Sentinel-1/2 数据的洪水淹没范围提取模型

邓启睿,张英,刘佳,乔庆华,翟亮

2024, 55(9):  71-77.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.010

摘要 ( 49 )   PDF (8720KB) ( 94 )  

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遥感是监测洪水淹没范围 、掌握洪涝灾情演变的重要手段 , 而光学影像在洪水发生时往往有较多缺 失 , 全天候的 sAR影像在提取水体时精度略 低 。为 快 速 、精 准 提取 洪 水 淹 没 范 围 , 构 建 了 一 种 综 合 利用 Sentinel - 2 光学影像和 Sentinel - 1 雷达影像数据的洪水淹没范围提取模型 ,采用一种自适应阈值分割算法即大津算 法(OTSU)分别对两种数据以及该模型 进 行 了 水 体 范 围 提取 试 验 ,并 以 河 北 省 保 定 市 为 例 进 行 了 应 用 分 析。 结果显示:云量较少的Sentinel - 2 影像水体提取效果最好 , 总体精度(OA)达到 95 . 6% ;所构建的模型在引入 部分可用 Sentinel - 2 数据后 ,OA达到 95% ,相比单独使用 Sentinel - 1 数据 OA和 Kappa 系数分别提升 1 . 2% 和 2 . 4% 。该模型搭载于 Google Earth Engine 平台 , 能实现快速 、准确 、低成本的地表水体空间范围连续输出 , 不受限于云雾且比单独使用 Sentinel - 1 影像的提取 精 度 更 高 ,在 云 覆 盖 严 重 导 致 Sentinel - 2 数 据 缺 少 的 情 况下 ,该模型可作为洪水淹没范围提取方法的一种选择。

引调水工程受水区水污染防治关键技术研究

王申芳,杨晓灵,王丽

2024, 55(9):  78-84.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.011

摘要 ( 43 )   PDF (1549KB) ( 82 )  

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建立科学 、合理 、可行的引调水工程受水区水污染防治关键技术体系对解决引调水工程受水区水污染防 治问题至关重要 。 以环北部湾广东水资源配置工程受水区为例 ,在统筹考虑受水区河流水系分布 、水环境 现 状 、水污染防治形势等因素的基础上 , 以 控 制 单 元 为 抓 手 , 以 水 功 能 区 水 质 达 标 与污 染 物 入 河 总 量 可 控 为 底 线 , 以污染防治措施为手段 , 以“ 天空地一体化”水 环 境 监 测 体 系 和 水 环 境 风 险 应 急 处 置 系 统 为 保 障 , 通 过 科 学核算控制单元水域纳污能力 ,合理制定污染物排 放 控 制总 量 方 案 , 建 立 了“ 抓 手 + 底 线 + 方 法 + 手 段 + 保 障”五位一体的引调水工程受水区水污染防治关键技术体系 。结果表明:该技术体系科学 、合理 ,具备较强的 指导性和可操作性 ,通过抓手 、底线 、方法 、手段 、保障等 5 项关键技术的应用 , 可有效解决引调水工 程 受 水 区 的水污染问题 , 实现“ 增水不增污”的 目 标 。在全面落实 170 项水污染防治规划措施 、完善水环境风险应急处 置系统的基础上 ,环北部湾广东水资源配置工程建成通水后 ,2035 年 工程受水区废污水入河量虽较现状增加 了 183 . 22% ,但污染物 COD、氨氮 、总磷入河量较现状均有减少 ,减幅分别为 13 . 2% ,61 . 7% ,77 . 5% 。研究成 果可从关键技术体系的视角为管理决策者提供指导 ,可为引调水工程受水区水污染防治工 作提供参考。

基于 PIE-Engine Studio 的西藏典型湖泊总悬浮物反演

赵爽,柳锦宝,耿蔚,陶星宇,汪菀蔚

2024, 55(9):  85-92.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.012

摘要 ( 31 )   PDF (9971KB) ( 78 )  

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总悬浮物浓度是水环境评价的重要参数之一 ,并且能在各个方面影响水体其他参数 。青藏高原湖泊 环 境正处于大幅变化的时期 , 而其分布与动态变化与湖泊的环境息息相关 。基于西藏典型湖泊 29 个 采 样 点 水 质实测数据和 Landsat 8 Collection 2 遥感数据 ,使用 PIE- Engine Studio 平 台 , 对 比 分 析 了 基 于 单 波 段 和 多波 段组合的多种总悬浮物浓度反演模型 ,选出了最优的总悬浮物浓度反演模型 ,并运用该模型分析了色林错 、扎 日 南木错以及塔若错总悬浮物 2013 ~ 2023 年月度 时 空 变 化 特 征 。分 析 结 果 表 明:① 总 悬 浮 物 对 绿 光 、红 光 波段最为敏感 , 以波段反射率组合(B3 + B4) 、(B2/B3)( B2 为蓝光波段 ,B3 为绿光波段 ,B4 为红光波段)为 自变量 , 总悬浮物浓度为因变量的三波段模型为西藏典型湖泊总悬浮物浓度遥感反演最佳模型 ;② 总悬浮物浓 度年内变化总体存在季节规律 ,夏季浓度高 , 而春秋季低 。在色林错 , 浓度在北部较高 , 高值夏季主要 分 布 在 西北岸 , 而秋冬季则在东北岸 , 受风向影响较大;在扎 日 南木错的西部较高 ;在塔若错 ,夏季在南部较高 。3 个 湖泊均在 11 月 时出现东部浓度重新升高的现象 。③ 年 降 水 量 与 各 湖 泊的 悬 浮 物 浓 度 相 关 性 较 高 。年 际 变 化中 ,2013 ~ 2023 年 , 悬浮物浓度的年均值先是逐年升高 ,在 2018 年后随着年降水量的减少而逐渐下降或稳 定 。另外 , 色林错 、扎 日 南木错 、塔若错湖面面积分别增长了 2 . 87% ( 约 68 . 14 km2 ) 、3 . 01% ( 约 30 . 31 km2 ) 、 1 . 01% ( 约 4 . 87 km2 ) , 色林错持续扩张 ,扎 日 南木错和塔若错先快速扩张 , 而后萎缩 , 湖面面积与悬浮物浓度 均值表现较同步 ,均是受降水量和径流的影响 。研究结果可为高原湖泊水质评价提供理论依据 ,为水土流失 、 水资源保护提供科学参考 。

嫩江流域河间地块地下水和地表水补给关系研究

李叶朋,蔡武军,王勇辉,卢乐,李克楠,李康林

2024, 55(9):  93-99.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.013

摘要 ( 55 )   PDF (15462KB) ( 99 )  

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地下水和地表水的补给关系研究 ,是水资源管理 、保护以及合理利用 的基础 。通过野外测绘 、取样 、室 内 试验测试以及数值模拟方法 ,分析了嫩江流域典型河间地块地下水和地表水的氢氧同位素 、水化学特征以及 地表水和地下水的补给关系 。结果表明:地下水与地表水同位素均因蒸发分馏影响导致同位素富集 , 浅层 地 下水富集程度大于深层地下水 ,地 下 水 富 集 程 度 大 于 地 表 水 ; 水 体 中阴 离 子 以 HCO3- 为 主 , 阳 离 子 以 Ca2 + 、 K+ 和 Na + 为主 ,水化学类型主要以 Na . Ca - HCO3 型 或 Ca . Na - HCO3 型 为 主;水 体 中 Ca2 + 与 HCO3- 主 要 来源于研究区气液变质成因的碳酸盐 化 岩 类 的 风 化/溶 解 , K+ 、Na + 主 要 来 源 于 长 石 类 矿 物 的 风 化/溶 解;地 下水与地表水存在相互补给关系 ,地表水主要通过断裂通道向地下水进行补给 ,地下水通过径流补给至周边 地表河流 。研究结果可为嫩江流域的生态建设和水资源管理提供科学依据和数据支撑 。

多功能河流健康评价体系研究与应用

王昊,韩松,孙中峰,付永斐,刘玉玉

2024, 55(9):  100-107.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.014

摘要 ( 50 )   PDF (3400KB) ( 92 )  

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为了保障河流健康和实现人类社会可持续协调发展 ,在梳理河流各功能的基础上 , 总结提出多功能河流 的概念 ,构建由防洪排涝功能 、自 然功能 、生态功能 、环境功能 、资源功能和人文功能构成的多功能河流健康评 价指标体系 。 以山东小清河为例 ,采用 AHP-模糊综合评价法 , 分别对 2007 年和 2019 年治理前后 的小 清 河 进行多功能评价 。评价结果显示:2007 年小清河各功能运行状态为“ 劣”, 多功能性弱 ,鱼类保有指数 、底泥污 染指数 、水质优劣程度 、河流平均比降和通航水深保 证 率 5 个 指 标 为“ 劣 ”,主 要制 约 准 则 层 为 环 境 功 能 和 资 源功能 ;2019 年小清河各功能运行状态为“ 良 ”, 多功能性明显增强 ,其中资源功能得到最大改善 , 由“ 劣 ”变 “ 优”,表明小清河经过一系列综合治理后 ,各项功能逐渐恢复 。评价结果揭示了小清河治理后各功能发展状 况 ,可为未来小清河的功能提升和治理开发提供参考依据 。

江苏省境内河流大型底栖动物生物完整性分布特征

杨晨钧,刘凌,邹怡倩,姜丰,张顺婷,黄艳芬

2024, 55(9):  108-116.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.015

摘要 ( 39 )   PDF (2547KB) ( 77 )  

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大型底栖动物是水环境的重要指示生物 ,其完整性和群落结构能够反映水体生态健康状况 。 以江苏 省 境内淮河 、长江 、太湖等 35 条河流(125 个采样点) 为 研 究 对 象 ,在 2023 年 丰 水 期 调 查 分 析 其 大 型 底 栖 动 物 、 水环境指标以及生境状况 ,计算大型 底 栖 动 物 生 物 完 整 性 指 数 ( B- IBI) ; 采 用比 值 法 对 B- IBI 指 数 进 行 赋 分 ,分析其与环境因子的相关性 ,并利用普通克里金法对 B- IBI 指数 进 行 空 间 插 值 ,评 价 河 流 健 康 状 况 。结果表明:① B- IBI 指数与栖境多样性 、NH3 - N、PO4 3--P、流速和透明度呈显著正相关 ,且核 心 参数中刮食者分类单元数与 CODMn 呈弱显著正相关 。表明栖境多样性和水体透明度的增大有利于大型底栖动物的群落结构完整和稳定 ,NH3 - N、PO4 3--P在一定范围内对底栖动物有正向作用 ,刮食者能够承 受 一 定 程 度的水体污染 ;② 35 条河流整体健康状况东北部好于西南部 。其中 ,健康状况良好的采样点主要集中于淮河流域东部 、 西北部 ,长江流域西南部和太湖流域的中部 。③ 相似性分析(One - way ANOSIM)和相似百分比(SIMPER)分析显示 ,淮河与长江流域底栖动物群落密度结构存在显著差异 , 长江沿岸的城市化和航运已经影响底栖动物的群落结构 。

天然气管道穿越长江生态敏感区影响与应对措施

张帅,吴磊,黄玮,张三峰

2024, 55(9):  117-121.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.016

摘要 ( 61 )   PDF (2839KB) ( 78 )  

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为全面加强长江水生生物保护 , 实现经济建设 与 长 江 大保护相融共生 ”, 以 川气 东 送 二线 天 然 气 管 道 工程隧道盾构穿越湖北长江新螺段白鱀豚国家级自然 保 护区为例 ,在分析天然气管道隧道盾构施工与工程 运行对自然保护区生境及其主要保护对象所 带 来 的不 利 环 境 影 响 基 础 上 ,提 出了 自 然 保 护 区 生 态 环 境 保 护 措施 , 包括污染防治减缓措施 、环境管理措施 、保护区补偿措施 、生态监测措施 、科研管理措施等 , 以确 保 工 程建设对自然保护区影响可控 。研究成果可为穿越长江生态敏感区的建设项 目提供参考 。

基于流域治理单元的湖北省丹江口库区小流域划分

李喆,吴仪邦,阚红涛,向大享,李经纬,崔长露

2024, 55(9):  122-127.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.017

摘要 ( 39 )   PDF (20053KB) ( 97 )  

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丹江口库区小流域单元划分是库区水质安全保障和水生态文明建设的基础性工作 。选择湖北省丹江 口 库区(十堰市)为研究区域 , 以高精度 DEM、高分辨率遥感影像等为数据源 ,基于《湖北省流域综合治理和统 筹发展规划纲要》确定的 9 个三级流域 片区 与 23 个 四 级 流 域 片区 , 采 用河 网 自 动 提取 和 人 机 交 互 修 整 等 方 法 ,划定了 1 472 个五级小流域单元 ,形成了一种面向流域综合治理单元的重要生态功能区小流域划分方法 。 研究成果可为湖北省丹江口库区水土流失防治 、小流域治理成效评估等提供决策依据 , 以形成各部门水土流 失防治的“合力”

嘉陵江流域旱涝急转演变规律及其对径流影响研究

李文晖,曹辉,任玉峰,刘新波,马一鸣,李文达

2024, 55(9):  128-140.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.018

摘要 ( 69 )   PDF (27847KB) ( 117 )  

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针对气象旱涝转换对流域径流影响的问题 ,基于嘉陵江流域逐 日 降水量和流量数据 ,采用长 、短周期 旱 涝急转指数方法 ,揭示了旱涝急转时空分布特征与演变规律 , 定量评估了径流变化对不同旱涝急转类型的响 应程度。结果表明:1977 ~ 2022 年 ,嘉陵江流域共发生了 8 次汛期旱涝急转事件 ,其中 6 次发 生 在 2004 年 及 之后 ; 空间上 , 南部 、中部以及西北部地区发生旱涝急转的频率较大 ,在 17% 以上;在月尺度上 ,6 ~ 7 月 发生旱 涝急转的频率最大 ,超过了 20% o 当汛期发生涝转旱时 , 北碚 、罗渡溪 、武胜以及小河坝等站的前半汛期流量 相比常年平均增长 了 57 . 52% ,38 . 74% ,85 . 50% 和 99 . 73% ,后 半 汛 期 流 量 相 对 常 年 平 均 偏 低 了 20 . 82% , 49 . 83% ,22 . 64% 和 14 . 53% ; 而 在 旱 转 涝 影 响 下 , 上 述 站 点 前 半 汛 期 流 量 较 常 年 平 均减 少 了 31 . 17% , 45 . 77% ,28 . 83%和 26 . 16% ,后半汛期流量较常年分别增长了 31 . 45% ,47 . 17% ,24 . 31% 和 3 . 27% ; 月 尺 度 上也表现出相似规律 ,表明旱涝急转对嘉陵江径流有着显著影响。研究成果可为梯级水库科学调度 、流域 水 安全保障提供参考。

基于陆气耦合模型的浙江省区域干旱过程预报分析

邱超,刘茜元,吴志勇,何海,许波刘,李源

2024, 55(9):  141-148.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.019

摘要 ( 47 )   PDF (13398KB) ( 74 )  

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干旱及其准确预报一 直 是 水 文 气 象 领 域 研 究 的 重 难 点问 题 。为 探 索 准 确 可 行 的 干 旱 预 报 方 法 , 基 于 VIC模型与欧洲中期数值天气预报中心 (ECMWF)预报气象数据建立的陆气耦 合 干 旱 预 报 模 型 ,计 算 监 测 与 预报土壤含水量 ,分析土壤含水量距平指数(SMAPI)的时空分布特征 ,在此基础上评估耦合模型对 浙 江 省 干 旱的预报能力 。结果表明:① 从预见期来看 ,0 ~ 11 d 预见期的 SMAPI预报值与监测值在绝对误差 、RMSE和 R值上表现较好 , 即模型在旬尺度上预报效果最佳 ;② 该模型的旬尺度预报可以在时间变化过程上准确把握 未来干旱的发展趋势 ,在空间预报上与监测的 SMAPI值 网 格 分 布 一 致 性 可 达 90% 以 上;③ 模 型 对 浙 江 省西 北少雨平原区预报性能更佳 ,且对土壤含水量变化较剧烈地区的旱情预报趋势描述更好 。研究成果可为浙江 省干旱灾害防范预警提供科技支撑 。

典型平推式滑坡水力分布规律及启动机理研究

陈利鑫,王震宇,吉锋,郭朋瑜

2024, 55(9):  149-155.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.020

摘要 ( 47 )   PDF (13269KB) ( 74 )  

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平推式滑坡形成于近水平岩层中，地下水对平推式滑坡的启动和运动过程影响非常显著。为揭示平推式滑坡滑动面上水力分布与滑坡启动的相关性，以成都市狮子山滑坡为地质原型，自主研制试验设备，进行水力测试试验，测试近水平倾角（0°～10°）条件下，底滑面两种不同连通条件下不同位置的水压力，研究底滑面承压水压力分布规律及启动机理。结果表明：① 底滑面渗流条件较差或滑坡前缘堵塞条件下，水压力分布呈现梯形分布；流通条件下，水压力在底滑面方向上呈曲线下降，自后缘至剪出口下降速率先增大后减小，底滑面倾角越增大，下降速率变化越显著。② 层间裂隙水扬压力值比传统采用三角分布形式的扬压力值小约27.6%。③ 薄层状泥岩的软化、变形是滑坡启动的根本原因；暴雨情况下底滑面扬压力和后缘裂隙中高水压下的水平推力联合作用将滑体推出是滑坡启动的直接原因。研究结果对平推式滑坡的稳定性分析评价和治理方案确定具有一定参考和借鉴价值。

降雨开挖诱发顺层岩质滑坡稳定性与堆积特征

崔宇寒,顾东明,余海兵,吕豪,谢昭宇

2024, 55(9):  156-164.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.021

摘要 ( 55 )   PDF (24171KB) ( 105 )  

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在自然环境与工程建设中，顺层岩质滑坡因其易发、频发、突发等特征，一直是地质灾害领域研究热点之一。以湖北省建始县大包山滑坡为例，综合现场调查、无人机（UAV）摄影等手段，开展含软弱夹层结构面强度弱化规律试验，考虑强度弱化的降雨-开挖联合作用，进行边坡动态稳定性与堆积特征数值模拟分析，探讨边坡破坏诱因，揭示边坡变形机制。主要结论如下：① 自然边坡在天然、暴雨工况下稳定性系数分别为1.35和1.20，开挖边坡在天然、暴雨工况下稳定性系数分别为1.04和0.90；最不利工况下，边坡第四级开挖后，发生失稳破坏，诱因为降雨-开挖联合作用；② 大包山滑坡破坏模式为典型的滑移-拉裂破坏，即滑坡体前缘侧向隆起，中后缘牵引式滑动，后缘发生拉裂破坏，滑坡体沿软弱结构面整体性顺层平面滑动；③ 大包山滑坡的变形破坏和启滑运动堆积过程可划分为5个阶段，即裂缝发展贯通阶段、启滑动态响应阶段、整体高速滑动阶段、平台碰撞制动阶段、堆积侧向挤滑阶段；滑坡前缘于坡脚处堆积，堆积距离约15～25 m，整体滑移水平距离约15 m，滑坡最大位移量高达30 m。研究成果对类似顺层岩质滑坡研究具有一定参考价值。

高混凝土面板堆石坝接缝止水设计综述

殷鸣,胡清义,熊泽斌,陈兴

2024, 55(9):  165-172.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.022

摘要 ( 44 )   PDF (1753KB) ( 93 )  

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接缝止水是高混凝土面板堆石坝设计的关键技术问题之一。对国内外高混凝土面板堆石坝接缝止水设计研究进展进行了综述，主要包括止水变形控制标准与止水结构设计两大方面，对目前中国高混凝土面板堆石坝接缝止水结构设计的基本思路及工程实践进行了回顾。研究认为采用数值计算结合工程经验确定接缝止水变形控制标准是合适的。目前接缝止水的新技术集中在表层填料止水及其保护盖板、垂直缝柔性嵌缝材料等方面。混凝土面板堆石坝接缝止水后续研究的重点为表层止水结构创新、止水结构简化设计、防挤压破坏措施、止水耐久性提高方法和修复技术。

连接隧洞段断面类型对侧式进出水口水力特性影响

刘帅

2024, 55(9):  173-178.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.023

摘要 ( 37 )   PDF (5957KB) ( 79 )  

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抽水蓄能电站实际工程布置中，侧式进/出水口与闸门井之间往往存在一定长度的连接隧洞段，目前设计过程中缺乏连接隧洞段横断面类型的选择依据。通过数值模拟手段开展了连接隧洞段横断面类型（圆型、城门洞型、方型）对侧式进/出水口水头损失、流速分布及流量分配等水力特性的影响规律研究。结果表明：出流工况下，连接隧洞段横断面为方型时其内部水平扩散和垂向扩散最充分，各项水力指标较好，水头损失系数有所减小但变化不大，流速分布及孔口流量分配更均匀，中、边孔口流速不均匀系数均小于1.5，流量不均匀程度均小于10%。进流工况下，不同连接隧洞段横断面类型对侧式进/出水口水力特性影响较小，各项水力指标均满足规范要求。研究成果可为侧式进/出水口连接隧洞段体型设计提供依据。

宽式防旋墩环形堰竖井水力特性分析

姜治兵,蒋哲宇,韩松林,杨晓红

2024, 55(9):  179-186.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.024

摘要 ( 22 )   PDF (15055KB) ( 72 )  

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目前许多拟建抽蓄工程泄洪洞的环形堰竖井入口设置了新型宽式防旋墩，以消除喉口处由不可控漩流引起的呛水等不利流态，而宽式防旋墩环形堰竖井的水气特性与以往采用起旋墩和窄式防旋墩的竖井存在较大差异，业内对其认识尚不清晰。以石台抽水蓄能电站下水库泄洪洞的竖井作为研究对象，采用物理模型试验与数值模拟相结合的手段，分析了流态、流速、压力、消能率等水力指标。研究结果表明：宽式防旋墩引导水流平顺进入竖井形成脱壁流，其尾部可形成顺畅的进气通道，空气经此通道可充分进入竖井以保持井内流态与压力的稳定；新型竖井过流能力满足要求，各部位流速、压力分布正常，总消能率达85%以上；宽式防旋墩可消除不可控漩流导致的呛水现象并引导水流在竖井内形成脱壁流态，使竖井壁面免于空蚀破坏；墩尾通气量足够时，可取消通气管及环形堰与竖井结合部突扩体型，简化工程布置。相关经验可供类似抽蓄电站工程的泄洪洞竖井设计参考。

小相似比高位滑坡模型试验相似材料研究

陈矿雨,赵其华

2024, 55(9):  187-193.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.025

摘要 ( 32 )   PDF (3356KB) ( 73 )  

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相似材料的选取和配制是成功模拟原型斜坡的关键。对于坡高几百米甚至上千米的高位滑坡，由于试验条件的限制，在进行物理模拟试验时常常需要采取小相似比（1∶100～1∶1 000）并配制出强度较低的相似材料，而现有的相似材料强度往往偏大，难以满足试验要求。以四川省茂县松坪沟沟口坡高500 m的顺层岩质斜坡为原型，设计了几何相似比为1∶200的振动台模型试验，并采用正交试验法设计了16组配比试样，以（铁粉+重晶石粉）/骨料、铁粉/（铁粉+重晶石粉）、石膏/混合料、水/混合料、甘油/混合料质量比为5种因素，每种因素设置4个水平，通过室内试验测试出每组试样的物理力学参数。结果表明：所配制材料的力学参数变化区间较大，能满足小相似比、高密度、高内摩擦角和低强度相似模型试验的需求；相似材料黏聚力随重晶石粉和铁粉含量的增加呈现先减小后增大的趋势；内摩擦角随石英含量的增加而先增加后减小；弹性模量随重晶石粉和铁粉含量的增加而先增大后减小。试验结果对类似小相似比模型试验材料的配制具有参考意义。

泥质粉砂岩堆石料往复剪切特性及强度劣化研究

熊治茗,杜俊,杨志全,沈兴刚

2024, 55(9):  194-202.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.026

摘要 ( 34 )   PDF (6511KB) ( 71 )  

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堆石料往复剪切力学特性及强度劣化机理对高填方边坡稳定性分析具有重要的研究意义。开展了粗粒土往复直剪试验，分析不同粗粒含量土体剪切强度、滞回圈面积、阻尼比及剪切刚度的变化规律，揭示其强度劣化机理。试验结果表明：泥质粉砂岩堆石料剪切强度受粗粒含量和往复剪切次数影响显著，剪切强度随粗粒含量增加而增大，随往复剪切次数增加而减小。土体滞回圈面积与粗粒含量呈正相关，与往复剪切次数呈负相关。阻尼比与粗粒含量无关，但会随往复剪切次数的增加而减小。土体破坏剪切刚度与粗粒含量间指数关系显著，归一化剪切刚度与往复剪切次数呈线性分布。据此建立考虑不同粗粒含量和往复剪切次数下泥质粉砂岩堆石料剪切刚度的经验公式。研究成果可为堆积体稳定性分析提供计算依据。

基于可解释性分析的大坝变形监控模型对比研究

黄海燕,艾星星,刘兴阳,李占超,仇建春

2024, 55(9):  203-209.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.027

摘要 ( 47 )   PDF (2408KB) ( 99 )  

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近年来，经典统计模型和机器学习模型在大坝安全监控领域并行发展，然而前者的“预测能力”和后者的“可解释性”通常存在一定局限，且关于量化多重因素对大坝监测量影响程度的对比研究相对较少。基于闽江支流上GTX重力坝的水平位移和垂直位移原型监测数据，分别采用多元线性回归（MLR）、偏最小二乘回归（PLS）、随机森林算法（RF）建立兼顾预测能力和解释能力的大坝变形监控模型；同时，针对每种模型开展特征重要性分析，探究不同因素对大坝变形的影响程度。研究结果表明：3种模型中随机森林模型的拟合能力最佳，偏最小二乘回归模型的预测能力最佳；3种模型提供的可解释性基本符合实际规律，且特征重要性排序规律定性一致，水压分量和温度分量对该坝体位移影响显著，时效分量所占比例最低。研究成果可为后续开展大坝安全监控模型优选提供参考。

混凝土裂缝无损检测的改进 ResNet方法

程龙,张静缨,徐照

2024, 55(9):  210-216.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.028

摘要 ( 50 )   PDF (7928KB) ( 81 )  

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大型混凝土结构的灾难性事故多由微小裂缝发展而成，在混凝土结构服役期间对其进行裂缝检测十分重要。目前基于深度学习的混凝土裂缝无损检测算法飞速发展，但大多未考虑裂缝信息的本身特点，检测的准确性仍有进一步提升空间。为此，提出了一种针对混凝土裂缝无损检测的改进ResNet方法，以残差神经网络ResNet为裂缝检测的基础模型，插入注意力机制模块，提高模型表征能力，使其能够有效捕捉裂缝图像中的重要特征信息，从而提高检测的准确性和鲁棒性。同时，采用迁移学习的策略，将ResNet模型在复杂数据集上的训练成果迁移到裂缝数据集，节约了训练时间和计算资源。结果表明：改进后的ResNet算法的裂缝检测准确率高达98.80%，比原始ResNet算法准确率提升了3.24%。相关经验可供类似改进算法的构建参考。

基于 POA-RVM 模型的抽蓄机组故障诊断

倪晋兵,肖仁军,孙慧芳,夏鑫,于姗

2024, 55(9):  217-224.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.029

摘要 ( 27 )   PDF (2429KB) ( 67 )  

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有效的故障诊断方法不仅能快速、准确地辨别抽蓄机组故障类型，还能降低抽水蓄能电站的运行维护成本。针对相关向量机（RVM）有关参数的调整不当导致诊断结果受影响的问题，提出利用鹈鹕优化算法（POA）对相关向量机参数的选取进行优化，构建鹈鹕优化算法和相关向量机组合的分类模型（POA-RVM）。选取仙居抽水蓄能电站4台抽蓄机组在5种状态下的数据进行预处理和特征选取后构成故障样本集，并分别采用标准相关向量机，以及用遗传算法、粒子群算法和灰狼算法优化的相关向量机模型对这些故障样本进行分类。结果表明：与标准相关向量机，以及经遗传算法、粒子群算法和灰狼算法优化的相关向量机模型相比，POA-RVM模型有效提高了抽蓄机组故障诊断的准确率。

水利专业模型标准化元数据建模技术研究与应用

冯快乐,季振宇,唐海华,黄瓅瑶,丁小玲

2024, 55(9):  225-229.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.030

摘要 ( 63 )   PDF (2104KB) ( 94 )  

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不同业务类型的水利专业模型在水利工程对象类型、模型静态参数、动态边界条件等输入侧存在差异，无法采用统一的构建模式进行通用化处理，影响模型的可复用性，降低了数字孪生平台的通用化水平。为此，提出了一种水利专业模型的建模技术，通过提取多类型专业模型在输入侧的类型、组织和格式特征，利用元数据的信息描述特性，建立针对水利专业模型建模过程的标准化元数据集，并基于元数据集设计和实现了通用化的建模过程接口，支撑水利专业模型的建模。该标准化元数据建模技术已成功应用于数字孪生岳城水库的预报、调度专业模型建模过程中，通过元数据屏蔽了模型各类输入数据的差异，提升了建模的效率和模型的可复用性。

基于神经网络的遥感图像变化检测系统

王祥,张志鑫,牟浩东,刘天航,张玉松,张玉柱

2024, 55(9):  230-237.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.031

摘要 ( 54 )   PDF (21835KB) ( 96 )  

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变化检测是计算机视觉领域极具研究价值的技术分支。为提高长江沿岸生产建设活动的监管效率，以影像配准为基础，结合自注意力与特征信息提取，提出了长江沿岸建筑物变化检测系统。该系统集影像处理、影像配准、变化检测为一体，实现了全流程自动化处理的功能。结果表明：① 设计的系统在影像配准上将精度误差控制在2个像素内，达到了像素级精度。② 该系统在变化检测测试数据集上的F1值取得了优于75%的结果，证明该系统的精度较高。研究成果也可应用于大型水库岸线保护监测等场景中，提升库区治理管理的效率。

基于BIM和 YOLOv5 的闸墩浇筑高度智能识别方法

刘奕炜,陈铭轩,牛志伟,丁毅,陈荣

2024, 55(9):  238-243.  doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.032

摘要 ( 31 )   PDF (5801KB) ( 89 )  

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水利工程施工进度是工程建设方关注的重要事项。为实现水闸工程的智慧化建设，基于BIM技术和图像识别技术提出了一种虚实结合的闸墩浇筑高度识别方法。通过BIM技术建模，生成了包含不同闸墩浇筑高度的虚拟图像数据集；利用深度学习的目标检测算法YOLOv5对虚拟数据集进行训练，得到能准确识别不同浇筑高度闸墩的智能模型。在实验室搭建具有不同浇筑高度的闸墩模型，通过摄像机拍摄获取不同高度闸墩的实景图像，再利用该智能识别模型对实景图像进行验证。研究结果表明，该模型能够准确识别实际场景中闸墩的浇筑高度，可广泛应用于水利工程主体建筑物的实际施工进度识别，为数字孪生水利工程建设提供有效的模型支持。