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期刊信息/Journal information
应用基础与工程科学学报
应用基础与工程科学学报

倪晋仁

双月刊

1005-0930

jbse@iee.pku.edu.cn;jbse@vip.163.com

010-62753153

100871

北京大学老地学楼110室

应用基础与工程科学学报/Journal Journal of Basic Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是经国家科技部和国家新闻出版署批准国内外公开发行的综合性学术期刊，1993年由北京大学、清华大学、中国科学院等单位的一些优秀青年学者共同创办。本刊编委全部是在国内外获得博士学位并具有高级职称的优秀中青年学者。本刊主反映国内外自然科学与工程科学，尤其是新兴与交叉学科领域研究的最新成果，为从事新兴学科及高技术领域研究的学者提供对外交流的窗口和发表研究论文的机会。读者对象为国内外从事自然科学特别是交叉学科研究的科研人员、管理人员和大专院校师生。
正式出版
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    数字流域模型淤地坝模块改进及减水减沙效益评估

    张玍傅旭东孙凯王晨沣...
    301-313页
    查看更多>>摘要：淤地坝具有重要的水土保持作用,但其减水减沙效益的科学评估仍存在困难.一方面,淤地坝减水减沙的物理机制仍难以刻画;另一方面,观测资料有限且难以获取.以概化淤地坝卧管及溢洪道等部分的泄流机制及整体水沙调控机制为基础,改进和检验了数字流域模型的淤地坝模块,应用改进后的模型模拟皇甫川流域水沙过程并评估淤地坝减水减沙效益.研究结果表明:不考虑淤地坝的情况下,模型对淤地坝数量较少的近似自然状态期(1979～1986年)适用性较好,而对淤地坝数量较多的受扰状态期(2007～2012年)适用性较差,水沙模拟值明显高于实测值.考虑淤地坝的物理机制后,与原模型相比,除个别年份外,改进后的模型对受扰状态期水沙过程的模拟精度具有明显的提高,其逐日流量NSE(Nash-Sutcliffe 效率系数)从-51.085～0.450 提高到 0.134～0.802,逐日输沙率NSE从-56.740～0.390提高到0.066～0.857.使用改进后的模型计算得受扰状态期淤地坝平均拦水量为0.142x108m3,减水效益为40.9％;平均拦沙量为0.050× 108t,减沙效益为50.3％.研究成果可为认识淤地坝调控水沙物理机制提供模型支撑和为淤地坝建设规划提供科学指导.

    淤地坝减水减沙减水减沙效益水土保持数字流域模型分布式水沙模型皇甫川

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    基于高分影像的城市黑臭水体遥感识别方法研究

    刘冰李天宏
    314-330页
    查看更多>>摘要：城市黑臭水体是一种极端的水污染现象,威胁人类的生产生活和水生态环境健康.利用遥感手段及时、准确地识别黑臭水体的时空分布,对掌握黑臭水体治理进展、推进水污染控制管理起着重要作用.以广州市为研究区域,基于黑臭水体和正常水体在高分影像上的光谱差异,构建了多个黑臭水体识别模型,并采用了 一种自动阈值选取算法进行模型阈值的快速选取,进而进行了城市黑臭水体的遥感识别,探讨了影响识别精度的因素.研究结果表明,采用构建的模型识别黑臭水体总体精度最高可达96.8％;从黑臭水体识别的空间分布来看,该模型错分率较小,尤其在细小河涌中有较好的识别效果;地表水质数据和卫星影像的一致性误差、高分影像融合方法和混合像元的存在等可能是导致模型错误识别黑臭水体的原因.基于高分影像的黑臭水体识别模型和自动阈值选择方法可实现对城市黑臭水体的快速和高效识别,为黑臭水体治理和城市水环境精细管理提供有效支撑.

    高分影像黑臭水体遥感识别遥感反射率自动阈值选取算法空间分布

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    基于气候变化与人类活动双重作用的南疆水资源供需关系分析

    倪明霞普拉提·莫合塔尔孙婷宇夏建新...
    331-348页
    查看更多>>摘要：全球变暖致使南疆周边冰川大幅退缩,冰川融水增加,南疆水资源因此增加.人类社会的发展带动生产和生活用水大幅增加.这打破了区域水资源供需平衡,水资源风险愈加突出.根据干旱地区水资源利用特点,考虑气候变化导致的降水、冰川融水和径流的变化趋势,以及南疆人口和经济的发展,结合度日模型、定额需水法、彭曼公式、潜水蒸发法和水压力指数法对南疆三地区水资源压力现状及未来潜在变化进行了评估.研究结果表明:2000～2020年,南疆三地区的可利用水量呈增加趋势;总需水量变化存在地区差异,阿克苏地区和喀什地区显著增加,和田地区则有所减少;南疆三地区水压力均处于较高水平状态,水压力变化趋势与总需水量的变化趋势一致.21世纪30年代和70年代南疆三地区的可利用水量将持续增加;需水量和水压力的变化趋势与历史时期一致.人类取水活动在未来水压力的变化中起主导作用.该研究揭示了区域内水资源失衡的时空分异性,以期为南疆地区的水资源管理和合理利用提供科学参考.

    南疆气候变化冰川融水人类活动绿洲扩张耕地增加水资源供需水资源压力水压力指数未来预估

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    极端降雨下地下空间淹水对城市内涝过程的影响研究

    宋天旭刘家宏梅超王佳...
    349-364页
    查看更多>>摘要：极端降雨会引起城市内涝,造成地面严重积水,从而威胁城市地表及地下空间的生命财产安全.当前水动力模型涉及地下空间的模拟较少,地下空间设防高度对城市内涝时空分布特征的影响分析还存在不足.针对以上问题,以郑州市二七区主城区在"7·20"特大暴雨事件中的内涝过程为例,构建了考虑地下空间淹水的城市内涝模型.模拟了在地下空间不同设防高度下,城市内涝时空分布特征.研究结果显示:(1)构建的地下空间淹水模型具有一定物理机制,参数可量化,且计算简便,适用于大范围考虑地下空间淹水的城市内涝模拟;(2)不考虑地下空间淹水会使地表内涝风险被高估,高风险与超高风险面积之和将会增大10.7％;(3)当设防高度增加10cm时,城市地表的积水最大深度提高10.0％,流速增加2.3％,高风险与超高风险面积增加3.4％.这一结果表征了地下空间设防高度对城市内涝过程的影响机制与规律,为科学设置设防高度,有效防控城市地表-地下整体内涝风险提供了参考和依据.

    极端降雨"7·20"暴雨城市内涝地下空间地表-地下联合模拟风险评估设防高度

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    北京"23·7"特大暴雨影响下城市交通应急响应时间动态分析:以北京市通州区为例

    李瑞栋倪广恒陆科成龚傲凡...
    365-377页
    查看更多>>摘要：暴雨洪涝事件影响城市交通路网运输性能,增加城市应急通行时间.然而,现有研究主要集中于2h设计雨型下城市交通路网受损过程,对长历时特大暴雨情形则考虑不足.2023年7月,北京地区发生历史罕见的长历时特大暴雨事件,造成严重洪涝灾害.联合利用城市洪涝模型和动态交通路线规划分析,量化评估了特大暴雨事件对北京市通州区居民通过城市路网前往医院、紧急避难场所等地所需通行时间的影响.研究结果表明:(1)特大暴雨事件可使居民前往避险地点时间增加约20min;(2)短时极大雨强与前期足量积水均会显著减缓城市交通系统通行性能恢复速度,放大暴雨洪涝灾害风险.因此,在评估城市洪涝灾害风险时需综合考虑短时降雨强度超限造成的突发性失稳与长时间连续降雨致涝造成的渐进性失稳风险,并据此优化极端暴雨洪涝场景下灾害风险管控与应急资源配置.

    城市洪涝风险交通规划应急响应渐进失稳"23·7"特大暴雨极端雨洪事件

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    损失驱动的城市外洪内涝物资精细化配置研究

    周易宏吴泽宁王慧亮
    378-393页
    查看更多>>摘要：针对城市洪涝灾害物资的合理配置问题,提出了损失驱动的需求紧迫程度计算方法,并建立了基于洪涝灾害推演结果的防洪防涝物资精细化优化配置框架;以郑州市为研究对象,采用多目标遗传算法计算了百年一遇降雨和河流洪水组合致灾情景下的配置结果,探讨了所提出的损失驱动法与等优先级、TOPIS和聚类分级法在配置效果上的差异.研究结果表明:损失驱动的物资配置框架实现了沙袋和排水设备的精细化配置,配置结果的损失比其他方法低34.97％～56.58％,提高了有限物资配置效果;表明损失驱动法可更好地反映承灾体实际需求,该研究结果可为城市洪涝灾害精细化防控提供参考.

    城市洪涝组合致灾防洪防涝物资承灾体精细化优化配置损失驱动

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    支流洪水组合对干流区域的致灾影响模拟分析

    吕佳豪侯精明史超李东来...
    394-409页
    查看更多>>摘要：为了探究不同支流洪水组合对干流区域的致灾影响,构建了 一二维耦合水动力模型并进行验证.采用耦合模型分别对理想Y型流域和宁波市海曙区三江口区域进行建模,模拟了不同峰现时差的支流洪水过程,选取了干流洪峰流量、积水量、淹没面积、最大淹没水深和最大漫出距离5个指标来反映洪水在干流区域的致灾情况.研究结果表明:(1)所构建的一二维耦合模型可以较好地反映一维河道和二维地表的水量交换过程;(2)在理想算例中,随着支流洪水峰现时差的增加,洪水对干流区域的致灾情况明显减轻,所选取的5个指标分别削减了1.52％～22.34％、5.70％～75.48％、8.49％～97.60％、1.88％～36.45％和 2.03％～37.56％;(3)随着余姚江和奉化江洪水峰现时差的增加,甬江区域受洪水的影响明显下降,所选取的5个指标分别削减了 10.03％～21.47％、52.28％～94.16％、56.05％～97.55％、11.69％～28.46％和 29.21％～76.64％.以期该研究为平原河网区域的防洪工作开展提供参考.

    水动力模型一二维耦合模型城市内河洪水平原河网区域洪水组合洪水峰现时差

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    三峡建库后下荆江连续急弯河段冲淤时空分布及其影响因素

    陈栋姚仕明李凌云渠庚...
    410-425页
    查看更多>>摘要：利用熊家洲-城陵矶河段2002～2018年5个年份的实测地形、监利站水沙数据分4个时段研究了下荆江连续急弯河段整体冲淤特征、弯道段与顺直过渡段等不同区域冲淤变化时空差异及其影响因素.结果表明:三峡建库后熊家洲-城陵矶河段年均冲刷厚度0.1m/a,2002～2006年为滩冲槽淤,2006～2013年为滩淤槽冲,2013年以来为滩槽均冲.从空间变化看,八姓洲西侧顺直过渡段冲刷最大,为0.21m/a.顺直过渡段年均冲刷厚度大于弯道段,且弯道段及顺直过渡段冲刷强度均沿程减弱.来沙量减小和年内流量过程变化是冲淤时间差异的主因,流量过程变化的作用在2013年后增强.河道初始滩槽格局是冲淤空间差异性的关键因素,八姓洲西侧顺直过渡段较长且断面宽深比较大为深泓线摆动提供了较充足空间,而七弓岭、观音洲等弯道和江湖汇流区出口段深槽的长期稳定存在有助于归顺上游河段主流变化.研究成果将加深对冲刷条件下天然连续急弯河道演变规律的认识,为下荆江尾闾段河势控制以及保障防洪、通航安全提供科学依据.

    下荆江连续急弯冲淤时空分布影响因素

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    沙波形态及运动特征的概化数学模型研究

    曹玉芹夏军强周美蓉邓珊珊...
    426-441页
    查看更多>>摘要：水库修建后坝下游水沙条件发生显著变化,推移质补给大量减少,悬移质占输沙量的主要部分.在河床持续冲刷过程中,沙波运动从以推移质为主逐渐转变为推移质与悬移质共同输移.建立了一维沙波形态及运动特征的概化数学模型,对比了基于推移质和悬移质输移的沙波运动特征,采用已有公式对基于推移质运动的沙波形态变化和运动速度进行了验证,并讨论了不同参数对沙波运动的影响.模拟结果表明:(1)基于推移质运动的沙波向下游运动,沙波上各点的运动速度与其高程正相关,迎流面冲刷,背流面淤积,沙波形态逐渐向不对称发展,沙波运动临界时间为31.78h,与已有解析解误差仅为1.5％;基于悬移质运动的沙波未向下游运动,以垂向冲刷为主,沙波上各点冲刷强度与其高程正相关,波高逐渐减小,沙波形态基本对称且趋于消亡;(2)基于推移质运动的沙波波峰和波谷的运动速度计算值分别为51m/d和17m/d,与已有公式的最大相对误差小于26％,形态曲线的平均相对误差小于19％,故计算结果能较好地反映沙波运动特征;(3)水沙参数对沙波的影响比沙波初始形态参数更显著,增大单宽流量和减小水深均能使沙波运动增强,且对水深变化的响应更加敏感.

    沙波运动推移质悬移质沙波形态沙波演化模型

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    山区河流宽级配泥沙生态环境效应研究进展

    袁隆湖陆永军刘怀湘周雄冬...
    442-460页
    查看更多>>摘要：泥沙是影响河流生态环境的主要因素之一,其生态环境效应对维持水环境平衡和水生生物多样性发挥重要作用.宽级配泥沙是山区河流河床组成的主要类型,与平原河流级配较窄的泥沙相比具有独特的生态环境效应.加之山区河流中大规模梯级水库建设运行等人类活动愈加强烈,宽级配泥沙的生态环境效应问题进一步复杂化.系统梳理了山区河流宽级配泥沙在污染物吸附、解吸和输移等方面的环境效应,以及对水生微生物、动植物的生态效应,分析了梯级水库影响下山区河流宽级配泥沙的生态环境效应变化,探讨了目前研究中存在的问题,并对研究前景进行展望,以期为山区河流生态环境保护提供参考.

    山区河流梯级水库宽级配泥沙生态环境效应吸附/解吸水生生物

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