DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 褪黑素类药物 4.1. 褪黑素 褪黑素(Melatonin， MT)是一种由松果体分泌的吲哚类激素，又名松果体素，通过参与人体的血液循环从而调节生理周期，受控于昼夜规律的调节，夜间的浓度相比于白天更高。MT通过激动MT 1 和MT 2 受体，发挥镇静催眠作用。服用MT类药物后会增加其在血液中的浓度，达到很好的催眠效果，次日无残留，没有明显副作用。但是MT的半衰期极短，在治疗不同失眠症状上有很大的局限性，且对不同生物靶体的选择性较低 [ 28 ] ，开发具有改良特性的MT药物是当今的热点。目前市场上的MT药物主要有雷美替胺和阿戈美拉汀。 4.2. 雷美替胺 雷美替胺是在2005年被美国批准不作为特殊管制的催眠药物，该药对MT 1 /MT 2 受体具有很高的亲和力，口服吸收率84%，半衰期0.8 h~1.93 h，主要通过肝脏代谢，没有明显的副作用，常见的不良反应为头痛，偶有疲劳、嗜睡、眩晕的症状 [ 29 ] 。临床研究认为，雷美替胺在治疗成人慢性失眠及老年人慢性原发性失眠上都能起到理想的疗效 [ 30 ] 。从统计学意义上来说，雷美替胺在使用上是非常安全的，耐受性也很好 [ 31 ] 。 4.3. 阿戈美拉汀 阿戈美拉汀是一种新型的褪黑素类药物，它既能激动MT 1 /MT 2 受体，又能与5-HT 2C 受体发生拮抗效应，所以该药具有催眠和抗抑郁双重功效，尤其适用于患有失眠的抑郁症病人。研究表明，病人使用该药治疗后，在六个月内病人症状的复发率相比于其他抗抑郁药物低，是前景很好的一种抗抑郁药物 [ 32 ] 。对患有失眠和酒精依赖的病人使用该药进行治疗，明显改善了睡眠，没有明显不良反应，而且具有很好的耐受性，病人都愿意继续接受治疗 [ 33 ] 。该药对病理状态下患有失眠症的人有独特优势，发展潜力很大。
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user: 5. 新型镇静催眠药物 5.1. 5-HT 2A 受体拮抗剂 5-羟色胺(5-hydroxytrypatmine， serotonin， 5-HT)是一种抑制性神经递质，属于吲哚衍生物，在大脑皮层及神经突触内具有较高含量，能够参与人体活动和情绪的调节，包括睡眠的调节。它拥有7个类型(5-HT 1 到5-HT 7 )，5-HT 通过激活不同的5-HT受体亚型，可具有不同的药理作用。研究显示 [ 34 ] ，在对小鼠使用5-HT 2A 反向激动剂后，既巩固了NREM睡眠，又能减少觉醒，增加生理睡眠深度。5-HT 2A 拮抗剂主要被设计开发用于维持睡眠状态而不是快速入睡，它在维持睡眠上的功效令人满意，该药具有温和的副作用并且不会产生药物依赖，会得到很多人的青睐，5-HT 2A 拮抗剂与短效催眠药联用将是治疗失眠的有用策略 [ 35 ] 。它的代表药物nelotanserin (APD125)在临床研究阶段还没有明显副作用的报道。 5.2. Orexin受体拮抗剂 Orexin (神经肽食欲素)是一种G蛋白偶联受体，有orexin A和orexin B两种，包含OX 1 和OX 2 两种亚型，它对睡眠–觉醒的维持，自主神经功能的调节，参与奖赏系统的机制都有着极其重要的作用 [ 36 ] 。给大鼠注射orexin A后，觉醒时间变长，快速眼球运动睡眠时间变短，而且第一次产生快速眼球运动睡眠的潜伏期也延长。破坏鼠脑神经元中的前orexin原基因，动物表现出与人类嗜睡症相似的症状：白天睡眠时间过长，快速眼球运动睡眠紊乱和猝倒。鼠脑内orexin A免疫反应和前orexin原 mRNA量呈昼夜节律变化。 近几年人们着重于通过对Orexin受体拮抗剂的研究开发新药物，其代表药物为默沙东公司研制的suvorexant，该药在治疗失眠时需要长期服用，最大剂量为20 mg。在一项对超过1400名失眠患者使用suvorexant治疗的研究中，相比于安慰剂组，治疗组快动眼睡眠潜伏期明显缩短，快动眼睡眠时间延长，疗效显著 [ 37 ] 。该药的10 mg剂量被美国批准用于治疗失眠症患者，拥有很大的市场潜力。
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user: 6. 中药 中药是我国的优秀历史文化产物，其中有不少治疗失眠的药物，相比于西药毒副作用更小，而且具有较好的治疗效果。常用的主要有酸枣仁、远志、天麻、柴胡、五味子、党参等。翟磊教授 [ 38 ] 认为中药注重养心安神，根据不同证型分别施以潜阳、清心、和胃、活血、益气、养阴等治法，常用酸枣仁、合欢皮、夜交藤等中药，疗效显著。目前中西医结合治疗失眠也是一个新的途径。周丰宝 [ 39 ] 等人对56例顽固性失眠患者采用中西结合的治疗方式与单一西药的治疗组进行对照，结果表明，前者的治疗效果明显优于后者。郭秀翠 [ 40 ] 将多种中草药以一定比例混合并联合地西泮制成密丸，分别对神经性、顽固性及不明原因的失眠患者进行治疗，均达到了90%以上的有效率，病情没有反复。在一项神宁汤联合曲唑酮治疗抑郁症伴发失眠的研究中，中西结合治疗效果优于对照组，且无严重不良反应，值得推广 [ 41 ] 。 针灸是我国中医学的重要组成部分，兼有治疗、养生、温经、调气的功效，现代研究证明针灸具有调节神经体液、提高机体免疫功能、激发调动和增强机体抗病能力等作用，是治疗失眠较好的选择 [ 42 ] 。康晓利 [ 43 ] 利用针刺疗法对50例患者经综合治疗，疗效甚佳，总有效率达到90%，他认为治疗失眠关键在于养血宁心安神。李平 [ 44 ] 教授针灸门诊就诊的30例失眠患者进行通督调神针刺法治疗，9例痊愈，19名患者治疗有效，仅有2位无效，总有效率为93.3%。针灸疗法治疗失眠有其独到的优势，临床上可以辅助药物治疗，增强疗效，该疗法注重养生，能够最大化减小药物副作用，并取得更加明显的治疗效果，具有良好发展前景。 现如今如何让患者达到理想化催眠，轻松摆脱失眠的困扰仍然需要时间摸索，新型镇静催眠药物不断向这一目标挺近，天然药物和中医疗法也在市场上占有一席之地。随着失眠症日益渗透到人们忙碌的生活中，对于药物的需求显然未能满足，通过合成药物和天然药物筛选及构效关系研究 [ 45 ] ，开发副作用更小、药效更好的药物对彻底克服失眠症具有重大意义。
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user: 摘 要 目的：快速高效且温和地合成2-苯基咪唑啉衍生物。方法：苯甲醛及取代苯甲醛为反应底物，和乙二胺在NBS的催化下，以超声合成各类2-苯基咪唑啉。结果：以二氯甲烷15毫升为反应溶剂，超声条件为25 min，反应结束直接过滤即得产物，产率为78.1%~99%。结论：该方法可以迅速温和地制备该类小分子化合物。 关键词 :2-苯基咪唑啉，超声合成，一锅合成法，快速后处理 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 咪唑啉是五元含氮杂环化合物中吸引眼球的一个代表物，大多药物、天然产物、金属有机催化剂以及缓蚀剂的关键结构中都含有该结构片段，咪唑啉杂环结构单元的合成及构建成为了环化学研究领域的一个热点 [ 1 ] 。咪唑啉是强碱性固体，熔点较低。根据双键位置可以分为2-咪唑啉、3-咪唑啉和4-咪唑啉。在医药和农药研究中，咪唑啉衍生物尤其是2-咪唑啉的衍生物起着非常重要的作用。如血管扩张剂和降压药2-苄基-4，5-二氢咪唑。咪唑类抗菌药物在临床上应用广泛，不断出现了新的咪唑衍生物的抗菌药物，如克霉唑、咪康唑、益康唑，近年来的酮康唑、硫康唑等等，这些药物是抗真菌药物开发的新途径 [ 2 ] ；在农药中，如苹果黑星病的杀菌剂2-羟甲基-2-十七烷基-4，5-二氢咪唑。 已报道的一种非常有效的一锅制备法来制备2-咪唑啉，即从醛和乙二胺在催化剂条件下反应制备。一旦2-咪唑啉被合成，它们就很容易被MnO 2 ，Pd/C，KMnO 4 ，三氯乙氰尿酸，(CoCl) 2 -DMSO和IBX等氧化剂氧化 [ 3 ] 。但是，这种方法存在缺陷，比如，这些氧化剂具有爆炸性或者有毒，或者步骤较为繁琐。最近，在有机合成研究中被综合利用的碘被广泛研究使用了。因为这类分子有较强的氧化能力，并且对城市环境造成毒害作用更小 [ 4 ] 。特别是，碘苯二乙酯，亚碘酰苯和羟基对甲苯磺酰氧基苯碘是最流行的和实用的三价碘试剂 [ 5 ] 。但该类反应后处理繁琐，不适合工业化生产。 本文对已报道的合成方法进行改良 [ 6 ] ，以常用催化剂NBS为催化条件，引入超声合成加快反应进程，且反应后处理简单，操作简便，产率理想，适合2-苯基咪唑及其衍生物的工业化生产。
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user: 2. 实验部分 2.1. 仪器、试剂 实验所需仪器如表所示，试剂购于国药集团，纯度为分析纯，使用前未进一步纯化。 2.2. 2-苯基咪唑啉的合成 在一定量二氯甲烷中加入苯甲醛(0.5 g)和乙二胺0℃超声反应1 min，加入NBS后超声波下反应，所得反应液经抽滤分离得白色固体即为目标产物。(图1)反应过程中反应物的比例为：苯甲醛:乙二胺:NBS = 1:1.05:1.05，调整二氯甲烷的体积(5， 10， 15，20 mL) (结果见表1)以及超声时间(10， 15， 20， 25 min) (结果见表2)控制反应产率。最终确定为溶剂体积15 mL，反应时间25 min为最佳反应条件。 熔点：101.7℃~102.4℃ (文献报道102℃~103℃ [ 7 ] )。 氢谱： 1 H NMR (400MHz， DMSO) δ 10.50 (s， 2H)， 8.00 (m， 2H)， 7.81 (m， 1H)， 7.70 (m， 2H)， 4.03 (s， 4H)。 质谱：ESI/MS(M-Br) + :147。 2.3. 取代2-苯基咪唑啉衍生物的合成 确定以上基本反应条件后，改变反应底物考察该反应条件及后处理的适用性。(图2)反应结果见表3。 图1. 2-苯基咪唑啉的基本合成路线 图2. 取代2-苯基咪唑啉合成的基本路线 Table 1 Yield of 2-phenylimidazoline in different solvent volume 编号 溶剂体积 超声反应时间 产率 1 5 ml 20 min 85.7% 2 10 ml 20 min 91.0% 3 15 ml 20 min 92.4% 4 20 ml 20 min 90.1% 表1. 不同溶剂体积下的2-苯基咪唑啉产率 Table 2 Yield of 2-phenylimidazoline under different solvent ultrasonic re- action tim 编号 溶剂体积 超声反应时间 产率 5 15 ml 10 min 87.8% 6 15 ml 15 min 91.6% 7 15 ml 20 min 92.8% 8 15 ml 25 min 97.1% 9 15 ml 30 min 92.2% 表2. 不同溶剂超声反应时间下的2-苯基咪唑啉产率 Table 3 Reaction productivity of different substituted benzaldehydes with ethylenediamin 编号 底物 超声反应时间 产率 1 苯甲醛 25 min 95.3% 2 对甲氧基苯甲醛 25 min 96.3% 3 邻甲氧基苯甲醛 25 min 78.1% 4 间甲氧基苯甲醛 25 min 94.2% 5 对氯苯甲醛 25 min 99.9% 6 间氯苯甲醛 25 min 86.9% 7 对硝基苯甲醛 25 min 94.4% 8 邻硝基苯甲醛 25 min 83.3% 表3. 不同取代苯甲醛与乙二胺的反应产率
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user: 3. 结果与讨论 从反应结果可见，溶剂剂量少，溶质不能完全溶解，导致反应产率下降。当溶剂的量定于10~20 ml时，产率的差异不大，综合考虑本实验采用二氯甲烷量为15 mL。 利用超声波辐射，使原本反应过夜的时间大幅度缩短，超声时间为10 min时，时间太短会导致反应不够完全，产率降低，但如果时间太长，如30 min又会使产物重新溶解，因而当超声超过25分钟时，产率有所下降，这是由于得到的产物在超声的作用下重新溶于溶液中。在对照组过夜的操作实验中，我们发现，溴代琥珀亚酰胺加入到苯甲醛与乙二胺的混合物中时，容易结块，导致反应不易进行，得到的产物杂质多，颜色偏黄。而放在超声波清洗仪里的反应，溴代琥珀亚酰胺加入后，一分钟内就可溶解，变成乳白色或者米白色的混悬液，随着超声时间的增加，在一定范围内，混悬液增多。 综上所述超声波能使反应加快。此反应超声时间设置在25 min时，可以得到97.1%的高产率。 当底物换成对氯苯甲醛，间氯苯甲醛，邻甲氧基苯甲醛，对甲氧基苯甲醛，间甲氧基苯甲醛，对硝基苯甲醛和邻硝基苯甲醛时，其他条件不变，其结果如表2所示。 从实验结果可知此反应活性受电子效应和空间效应两个因素影响 1) 取代基吸电子效应的影响。表2中以对氯苯甲醛和对甲氧基苯甲醛作为反应底物得到的产率高于苯甲醛，且对位取代的产率均高于间位取代的产率，说明对位吸电子基团的存在有利于反应的进行。2) 空间效应的影响。表中邻甲氧基苯甲醛和邻硝基苯甲醛为底物的反应产率低于对位取代底物的产率，说明邻位的空间位阻对反应有一定的影响，涉及到相关邻位取代底物的反应，在工业化生产上会受到一定的影响。
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user: 4. 结论 以取代苯甲醛醛为原料一锅法高效合成2-咪唑啉的最佳工艺为以对氯苯甲醛为底物，溶剂二氯甲烷为15 ml (对氯苯甲醛:乙二胺:NBS = 1:1.05:1.05)，超声时间为25 min，最高产率可达99.9%。 综上所述该实验不仅摈弃以往的高温需求，降低能耗，而且大大的缩短了反应时间，实验易操作，而且在人为因素不可避免的实验条件下仍取得高产率。在此探究过程中，超声波起到了重要作用，超声能量能加速和控制化学反应，提高反应产率，不仅条件温和，反应迅速，后处理方便，利于工业化生产。
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user: 摘 要 中国碳排放峰值是当前国际社会关注的焦点，本文通过文献调研和分析，梳理了这方面的研究进展。目前，碳排放峰值研究的主要手段是模型模拟，其中比较常用的有三类模型，分别是指标分解法模型、自上而下的模型以及系统优化模型。研究发现，我国碳排放可在2030年左右达峰，其前提条件是：积极调整产业结构、能源结构，加快转变发展模式，鼓励推广清洁能源，以及恰当增强碳汇能力；在国家的宏观调度下，各省(市)通过制定“因地制宜”的达峰方案，也均可在2030年左右实现碳排放达峰。不过，模型及其参数对未来社会经济发展情景的适应性、本地化模型的性能以及因地缘环境演变导致的模拟不确定性等还需进一步评估。 关键词 :中国，碳排放峰值，2030年左右 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 改革开放以来，中国经济稳步、高速增长，于2010年GDP总量超过日本成为世界第二大经济体。随着经济快速发展，中国碳排放总量也在急剧增加，于2007年超过美国和欧盟，跃居世界首位。目前，在国际减排压力日益增加的严峻形势下，中国的碳排放成为全球关注的焦点之一。作为对全球事务负责任且有担当的大国，中国与美国于2014年11月联合发布《中美气候变化联合声明》，承诺碳排放在2030年左右达峰并争取尽早达峰，并且在2015年12月的巴黎气候大会上中方重申了这一承诺。“承诺”不仅从国内经济社会可持续发展角度做出了现实选择，而且回应了国际社会对中国及全球气候变化的关切，彰显了中国政府对碳减排的高度重视和坚定决心，受到国际社会的高度评价。 目前我国仍处于工业化和城镇化快速发展时期，正是高能耗，求发展的阶段。在如此情情形下，我国碳排放在2030左右达峰的路径及对经济的影响，以及政府应采取怎样的政策以求得达峰等问题成为我们亟待研究解决的课题。近来，国内外学者针对中国碳排放达峰问题已经展开了诸多研究，本文拟针对碳排放达峰的主要研究方法，2030年左右中国碳排放达峰的路径、对策及典型省市的达峰时间、路径及对策等方面予以梳理，以期为中国及各省(市)顺利实现碳排放达峰目标及后续相关研究提供参考。
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user: 3. 结语 通过上述梳理和分析，可以发现用于碳排放达峰研究的模型多种多样，繁简不一；基于模型模拟的情景分析研究基本认为中国在2030年顺利实现碳排达峰具有较大可能性，但这必须以恰当的政策支持，其中包括调整产业结构、能源结构，转变发展模式，推广清洁能源，以及积极增强碳汇能力；具体到各省(市)而言，应在国家整体部署下，积极“因地制宜”的制定达峰时间、路径和水平，在恰当政策的支持下均能于2030年左右实现碳排放达峰。 目前中国正处于经济快速发展时期，虽然整体呈现后工业化时期，但是局部地区仍然处于工业化中期，顺利实现碳排放目标，能源结构的调整至关重要，必须提高能源结构调整的速度，坚定不移的改变煤炭处于国家能源利用之首的现状，在短期内可以通过发展天然气等碳强度相对较低的能源，但在长远目标来看，必须实施能源创新，大力发展清洁能源，建立清洁能源经济体，积极扭转因煤炭产能过剩而导致的清洁能源发展受限的局面，这样才能真正实现经济发展与高碳能源消耗的脱钩。 同时，下面三点需给予重视：1) 当前研究较多的使用统计模型，其参数一般是基于历史数据分析得到的，是否适用于未来社会经济情景，尚未受到应有的关注，因而由此给研究结果带来的不确定性尚待评估；2) 目前所采用的模型多数是由国外科学家原创的，虽然后期经过中国本土科学家的本土化改造，但是其核心过程及其数学表达，需要给予充分评估；3) 基于模型的情景分析中对地缘环境变化带来的不确定性关注不够，建议在后续研究中，在设置情景时，将地缘环境演变作为情景之一。
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user: 摘 要 运用奇异谱分析(SSA)方法对资料系列进行降噪处理，采用人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)建立确定性预报模型，构建基于Copula函数的联合分布，推求概率预报区间，并获得中值预报结果。以丹江口水库的月径流系列资料为研究对象，分析比较概率预报与确定性预报的结果。概率预报不仅可提高精度，同时还给出了预报区间，有利于水库调度决策人员定量考虑预报的不确定性，为决策支持提供技术支撑。 关键词 :奇异谱分析，人工神经网络，支持向量机，Copula函数，条件分布 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 中长期径流预报作为水文预报的重要组成部分，对洪水调控，兴利调度和水资源系统规划管理有着重要意义。近些年来，随着科学理论水平的不断提高，诸如人工神经网络(ANN)，支持向量机(SVM)，遗传规划(GP)等智能算法也广泛运用到中长期径流预报领域 [ 1 ] [ 2 ] 。朱双等提出基于GM-SVM耦合的月径流预测模型，发现对径流变化剧烈的汛期表现出更优越的预测性能 [ 3 ] ，巴欢欢等将SSA-LSSVM等方法用于水布垭水库，发现经过数据前处理，径流预报精度得到提高 [ 4 ] 。然而，中长期径流由于本身水文过程复杂，受到诸多不确定因素影响，单一模型虽然有着各自的独立优势，然而其预报效果始终有限。概率预报方面，刘章君等提出贝叶斯概率洪水预报模型，所得预报结果略优于现有的HUP模型和BP-BFS模型，但该模型假定流量过程服从一阶马尔科夫过程 [ 5 ] ；李彩林等基于相似过程衍生的月径流概率预报模型进行研究，针对汛期，过渡期，非汛期分别进行误差统计 [ 6 ] 。本文根据SSA-ANN和SSA-SVM确定性模型的预报值，通过copula函数建立多变量联合分布，给出实测流量的条件概率分布，确立可靠的概率预报区间，不仅能发布确定的预报结果，还能给出一定置信系数下未来径流变化范围，从而更利于水库月调度计划的制定。
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user: 2. 研究方法 2.1. 奇异谱分析 奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis， SSA)是一种广义功率谱。它根据所观测到的时间序列构造出轨迹矩阵，并对轨迹矩阵进行分解、重构，从而提取出代表原时间序列不同成分的信号，如长期趋势信号、周期信号、噪声信号等，从而对时间序列的结构进行分析，并可进一步预测 [ 7 ] 。 2.1.1. 建立相空间 给定一个非零的时间序列，采用动力系统分维数估计的处理方法，按时迟滞排列建立相空间，将一维时间序列转化为多维时间序列： (1) 式中：X称为相空间中的轨迹矩阵， 称为窗口长度。 2.1.2. 奇异值变换 计算XXT并求得其L个特征值及其相应特征向量。通过分组和重构成分，提取 个具有贡献作用的有用成分进行构建。该重建序列是被SSA滤去噪声后的有用序列，蕴含原序列的周期成分；原始序列与重建序列的差值即为噪声 [ 8 ] 。 2.2. 人工神经网络模型 人工神经网络(Artificial Neural Network， ANN)广泛运用于科学，工程等诸多领域 [ 9 ] 。人工神经网络作为由许多非线性且紧密联系的神经元构成的信息处理系统，表现出并行性，非线性映射能力，鲁棒性和容错性，自学习和自适应等特点。通常，一个神经网络可以看作三层模型，即输入层，隐含层和输出层，层与层之间通过权重连接。其中，输入层作为数据输入层，隐含层作为数据处理层，输出层给出数据处理后结果。 三层前向神经网络由于结构简单，又能解决较多实际问题，使得这种模型如今仍受到诸多使用。以BP网络为例，网络学习可以看作两部分：第一步是前向学习，输入训练样本，通过构架好的网络结构和最近一次迭代得到的权值和阈值，依次从前向后计算输出层各神经元结果。第二步反馈修正，利用输出数据对层间权值和神经元阈值进行修改，从后往前计算它们对总误差的影响梯度，比较预先设定精度，据此判断模型学习是否达到标准。神经网络模型较传统模型的优点在于，无需用显式数学表达复杂的水文物理成因过程。 2.3. 支持向量机模型 支持向量机(Support Vector Machines， SVM)是基于结构风险最小化原则，将最优分类问题转化为求解凸二次规划问题，得到全局最优解，较好地解决局部极小值的问题，同时在一定程度上克服了“维数灾”和“过学习”等传统困难，因此在诸多领域广泛应用 [ 10 ] 。给定一组训练集 ( 作为输入向量， 是期望值)，SVM的回归方程可由下式给出： (2) 式中： 为超平面的权值向量，b为偏置项。 根据支持向量机理论，可将线性回归方程转化为优化问题求解，该约束优化问题可用拉格朗日形式求解。方程满足Mercer条件 [ 11 ] ，故引入核函数 。核函数反映的是高维特征空间的内积，实现了从低维空间不可分到高维空间可分的功能。几种常用的核函数包括线性核函数、多项式核函数、Gauss径向基核函数、Fourier核函数等。采用以σ为参数的Gauss径向基函数(RBF)，其表达形式为： (3) 2.4. 基于Copula函数的径流概率预报模型 2.4.1. Copula函数 Sklar提出可以将一个m维联合分布函数分解为m个边缘分布函数和一个Copula函数。Nelsen于1999年给出了copula函数的严格定义，即是把随机变量 的m维联合分布函数 分布函数与各自的边缘分布 相连接的函数。即存在一个m-Copula函数C，使得对任意 [ 12 ] ： (4) 式中： 为Copula函数的相关性参数。 为评价模拟效果，引用综合评价指标均方根误差RMSE，定义为 (5) 式中： 和 分别为经验频率与理论频率； 为资料系列长度。RMS值越小，表明经验频率与理论频率之间拟合越好。 2.4.2. 条件概率 令 ， 分别代表ANN和SVM确定性预报流量， 表示待预报的实际流量； 、 、 分别为 、 、 的取值。令 的边缘分布函数为 ，相应的概率密度函数为 。根据Copula函数得到 和 的联合分布 ， 为相应概率密度函数； 、 和 的联合分布可写为 (6) 给定确定性模型预报结果 、 后， 的条件分布函数可表示为： (7) 对h求导得条件密度函数： (8) 其中， ， 分别为三维Copula，实测流量的概率密度函数。对式(8)进行复化梯形公式计算，得到中值确定性预报及相应预报区间。 2.5. 模型性能指标 为评判模型的模拟预测能力，采用《水文情报预报规范》推荐的四个指标：即1) 纳什效率系数(NS)，2) 水量平衡系数(WB)，3) 年均最大径流的相对误差(Remax)，4) 相关性系数®。
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user: 4. 结论 水库来水量的预报，牵涉到地质、气候条件等因素影响，对于现有方法和模型，还是有不完善之处预报结果不完全一致给决策工作带来困难。对多个模型预报结果分析，通过选取合适的copula函数，构造多变量联合分布，进一步给出概率预报区间以及中值预报结果。通过模型分析比较，得到以下结论： 1) 概率预报可以在一定程度上整合不同模型的预测优势，提高预报精度。与单个模型方法相比，概率预报模型具有更大的优势。 2) 基于Copula方法的概率预报可以给出置信水平下的预报区间，有利于决策人员定量考虑预报的不确定性。
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user: 摘 要 以石羊河上游水源区为例，运用交叉小波对标准化降水蒸散指数(SPEI)数据集数据、气象资料、太阳黑子数以及多条环流因子资料进行多尺度分析。结果表明：研究区上游SPEI值与临近气象站气象资料在多时间尺度上具有稳定的显著小波相关性，验证了全球SPEI数据集在该区的适用性。较短时间尺度SPEI以2~3年尺度的振荡周期为主，较长时间尺度SPEI表现出较强的8~11年尺度平稳、显著的振荡周期。此外，SPEI与太阳黑子数和环流因子存在多时间尺度的显著关联性：各时间尺度SPEI与太阳黑子数在整个研究期内具有极显著的8~12年主共振周期；较长时间尺度SPEI与NAO和PDO在准10年共振周期上显著相关(1970s~1990s)；而ENSO (El Nino-Southern Oscillation)对SPEI的影响主要表现在短时间尺度的高频段上，存在准3年(1960s)和4~6年(1985~1995年)显著性的共振周期。 关键词 :SPEI，环流因子，交叉小波，石羊河 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 干旱是我国主要的自然灾害之一，每年造成大量的经济损失。干旱指标是研究干旱的基础，也是衡量干旱程度的关键环节 [ 1 ] ，但不同干旱指标适用的地区与时间尺度也有所差异 [ 2 ] 。通常采用的指标有：ZI (Z指数) [ 1 ] 、CI (综合气象干旱指数) [ 3 ] [ 4 ] 、SPI (标准化降水指数) [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 、PDSI(帕尔默干旱指数) [ 8 ] 及SPEI (标准化降水蒸发指数)等。SPEI是由Vicente-Serrano等 [ 9 ] 在SPI的基础上引入潜在蒸散构建的一种新的干旱指数，适用于气候变暖背景下的干旱监测与评估。如，通过气象资料计算多重时间尺度的SPEI值，对渭河流域 [ 2 ] 、鄱阳湖流域 [ 10 ] 、内蒙古 [ 11 ] 等地区乃至中国 [ 12 ] 的干旱化的空间分布、干旱趋势变化及干旱发生的频率等进行分析，该干旱指数在我国得到验证和应用。 小波分析利于分析单个时间序列的时频域局部化特征，缺陷在于不能反映两者在时域和频域上的位相结构和细部特征 [ 13 ] 。在此基础上发展起来新的多信号多尺度分析技术—交叉小波变换，较好地用于气候变化对北极涛动 [ 14 ] 、副热带高气压 [ 15 ] 、ENSO (El Nino-Southern Oscillation) [ 16 ] [ 17 ] 的响应，地表温度对太阳活动的响应 [ 18 ] ，径流变化的对气候要素的响应等 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] 。在河西走廊，刘志方等 [ 22 ] 分辨多时间尺度下黑河出山径流量与气象要素间的变化周期、丰枯阶段和突变年，侯迎等 [ 21 ] 利用交叉小波分析石羊河上游气候变化对地表径流的多尺度影响，该方法能突出两序列在时域空间的显著共振周期以及时频相关性 [ 23 ] 。石羊河是河西走廊上较大的内陆河，上游山区是河西走廊的武威和下游民勤的重要水源地，对水源区干旱灾害的多时间尺度特征、干湿演变规律以及干旱产生的原因进行分析，具有重要的实际意义。本文以石羊河上游作为研究区，基于全球SPEI数据集数据，运用连续小波和交叉小波变换方法，探讨该数据集在该区的适用性，并分析其与大尺度环流因子在时频空间的多时间尺度共振周期及相关关系，为该流域水资源的合理开发利用提供理论依据和技术支持。
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user: 2. 数据和方法 2.1. 数据 数据来自于全球SPEI最新数据集v2.4 (http://digital.csic.es/)，为验证该数据集在石羊河上游的适应性，选择乌鞘岭气象站附近的格点(102.75˚E，37.25˚N)数据，见图1。包括：1月、12月和48月尺度的逐月SPEI值，分别用SPEI1、SPEI12和SPEI48表示。经一致性和t检验，我们认为1932年后的数据一致性较好，因此选择的时段为1932~2014年。气象资料为乌鞘岭气象站的逐月降水量、温度、平均最高温度和日照时数，时段为1951~2015年，资料来源于中国气象数据共享服务网。NAO指数、PDO指数及Nino3.4指数等环流因子资料来自美国国家海洋大气局(NOAA)的地球物理数据中心(NGDC)。 2.2. 方法 SPEI的具体计算方法和过程见文献 [ 9 ] 。连续小波变换(CWT)采用复Morlet小波 [ 24 ] ，交叉小波变换和小波相干谱的计算方法见文献 [ 23 ] ，检验方法为显著性水平为0.05的红噪声标准谱的检验，在通过检验的区域即认为两个时间序列相关性显著 [ 25 ] 。
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user: 4. 结论 以全球SPEI数据集、气象资料以及多条环流因子资料为基础，分析SPEI数据集在研究区的适用性，在时频域中的周期变化特征及其与环流因子的关系，得出以下结论： (1) 研究区SPEI值与临近气象站的气象资料具有较好的小波相关关系，并且SPEI与降水量的关系较其他气象因子更显著，特别是夏季SPEI与降水量在整个时频空间呈现稳定、显著的正相关关系，以降水量对研究区SPEI的正向作用为主。全球SPEI数据集在研究区有较好的适用性。 (2) 在1930s、1960s、1970s和1990s研究区较干旱，其中1930s后期和1960s中期为极端干旱时期。较短尺度SPEI以2~3年尺度的振荡周期为主，较长尺度SPEI表现出极强的8~11年尺度平稳、显著的振荡周期。 (3) 各尺度SPEI与太阳黑子数在整个研究期内具有极显著的8~12年主共振周期。短尺度SPEI与NAO和PDO的相关作用较弱，几乎无通过显著性检验的交叉小波能量区。较长尺度SPEI与NAO和PDO的关联性更强，表现在准10年共振周期(1970s~1990s)的显著相关。而ENSO对SPEI的影响主要表现在短尺度SPEI的高频段上，具体为准3年显著的震荡周期(1960s)，4~6年显著的主共振周期(1985~1995年)，对长尺度SPEI和低频段上的作用较弱。
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user: 摘 要 针对黄河源区班多水库尚缺乏指导其运行的具体的调度方案，且存在防凌期库面易结冰、丰水期有大量弃水、枯水期发电量急剧下降等问题，本文对班多水库分别建立了不同典型日、周调度的短期定出力常规调度模型和发电量最大优化调度模型，采用遗传算法求解优化调度模型。通过对比常规与优化的日、周调度中发电量、弃水及出力等结果，短期优化调度减少了弃水量，增加了发电量；获得了班多水库初步运行方式，揭示了班多水库的最优运行规律。研究发现：班多水库的周调度较日调度结果更为理想，具有周调节潜力。研究成果可用于指导班多水电站不同时期的运行调度，可提高水资源利用效率和发电企业的经济效益。 关键词 :短期优化调度，发电量最大，遗传算法，班多水电站 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 班多水电站是黄河上游茨哈-羊曲河段的第2个梯级电站，以发电为主。目前，班多水库尚未有具体的操作规程，存在冬季库面易结冰，丰水期有大量的弃水，枯水期来水较小发电量急剧下降等问题，且由于班多上游未建有调节性能水库，受河道天然径流的制约，大部分时段不能满负荷运行 [ 1 ] 。因此，为解决班多冬季库面封冻、水库弃水、运行效率低等问题，充分发挥水电站的发电效益，本文开展班多水电站的短期常规调度和优化调度研究。 国内外对水库调度的研究已十分成熟。Jalali等提出了能处理连续和离散优化问题的多种群蚁群算法，并将其用于解决水库群优化调度的问题中 [ 2 ] 。陈立华等建立遗传算法(GA)求解多阶段最优化问题的数学模型，验证了改进策略在解决水库群优化问题方面的有效性和优越性 [ 3 ] ；朱彦刚构建了水沙联合调度多目标模型，采用遗传算法和多目标加权均衡排序相结合的方法进行多目标求解，得出了最佳水沙联合调度方案 [ 4 ] 。目前，对于黄河上游已经开展了大量的水库调度研究。马跃先等建立了黄河上游梯级水库防凌优化调度模型，增加了刘家峡水库防凌库容并提高了梯级电站效益 [ 5 ] ；靳少波等通过探讨黄河上游梯级电站(主要是龙羊峡、刘家峡电站)的联合调度方式，提出合理、可行、多方受益的建设性建议 [ 6 ] ；金文婷等建立了以梯级水电站水库调沙水量最大为目标的黄河上游梯级水库调水调沙模型，获得了龙羊峡、刘家峡梯级水电站水库相应方案下的合理库容 [ 7 ] ；白夏等以黄河上游沙漠宽谷河段为研究对象，建立了基于自迭代模拟优化算法的黄河上游梯级水库多目标水沙联合模拟优化调度模型，得到了黄河上游调水调沙最优方案，最大程度上发挥黄河上游水资源综合利用效益 [ 8 ] 。 近年来，水库优化调度研究以智能优化算法为主，且主要围绕黄河上游龙羊峡、刘家峡及其下游梯级联合调度展开，鲜有针对龙羊峡上游水库开展的优化调度成果。本文将结合防凌、防洪、发电等目标，以黄河源区班多水电站为研究实例，建立不同典型日、周的短期常规调度和优化调度模型，开展龙羊峡以上高海拔地区水库经济运行的研究，旨在构建班多水电站调度方式，揭示班多水库的最优运行规律。研究成果可用于指导班多水电站不同时期的实际运行，对提高水资源利用效率和发电企业的经济效益具有重要的应用价值。
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user: 2. 模型的建立及求解 为了与班多水电站各设计参数进行对比，本文建立定出力调节的常规调度。与此同时，班多作为以发电为主的水电站，在实际运行中发电量小且在汛期存在大量弃水。鉴于此，本文拟建立发电量最大的优化调度模型。 2.1. 常规调度模型 本文采用定出力求解常规调度模型。对于日调节水库而言，丰水时段尽量利用有限的调节库容多蓄水，减少不必要的弃水；之后利用水库蓄水补充发电流量，提高水量利用率，增加发电量 [ 9 ] [ 10 ] 。采用定出力方法的计算步骤如下： 1) 由计算时段内的平均入库径流量确定起始时段的调节流量Q p ，计算初始假定的定出力值N R ； 2) 由Q p 查得下游平均水位Z d ，假定发电流量Q F ，根据水位库容曲线确定上游平均水位Z u ，根据式(1)得到平均水头H； 3) 由式(2)计算出各时段平均出力N Rj ，若 则重设Q p 并确定发电流量。当入库流量小于发电流量时，不足水量由水库供给；当入库流量大于发电流量时，多余水量储存在水库中，蓄满后水库弃水； 4) 计算时段结束时，水库末水位回到起调水位，否则重新设定N R ，如此循环； 5) 按式(3)计算平均电量。 (1) (2) (3) 式中：k为水电站出力系数；Δ H为平均水头损失；E为电站日平均发电量。 2.2. 优化调度模型的建立及求解 班多水电站的主要任务为发电，不承担下游防洪任务。因此，本文所建立的优化调度模型目标函数为发电量最大，将防凌、防洪等其他综合利用要求转为约束条件。 (1) 目标函数 (4) 式中：E为班多水库调度期内总发电量；N t 为水库t时段平均出力； 为时段长；T为时段数目。 (2) 约束条件 ① 水库水位： (5) 式中： 、 分别表示水库t时段初和时段末的蓄水位，Z c 表示调度期初水库蓄水位，Z e 表示调度期末水库蓄水位。 ② 水电站出力约束： (6) 式中： 、 、 分别表示电站t时段平均出力、最小和最大出力。 ③ 防凌约束：防凌时段从11月初开始，次年3月底结束。 (7) 式中： 表示水库t时段出库流量； 、 分别表示水库t时段防凌限制最小、最大出库流量。 ④ 出库流量约束： (8) 式中： 、 分别表示水库t时段最小、最大允许出库流量。 ⑤ 水量平衡约束： (9) 式中：Q t 1 、Q t 2 分别表示水库t时段入库、出库流量； 、 分别表示水库t时段初和时段末的库容。 ⑥ 其他非负约束。 班多水库的优化调度为单目标问题，采用遗传算法求解。日调度时以小时为计算时段；周调度时以日为计算时段。求解发电量最大模型的步骤为： Step 1：确定种群规模，最大迭代代数。M为群体大小，本文中日调度为50，周调度为10；T为遗传算法的终止进化代数，日调度为200，周调度为100。 Step 2：在水库水位可行变化范围内，随机选取t时段水库水位变化序列生成popsize组初始母体群。 Step 3：以发电量作为适应度函数值，计算各染色体的发电量，找出最优个体。 Step 4：采用“轮盘赌”模式的比例选择操作，找出适应度较高的一组染色体，即发电量最大的个体。 Step 5：对群体进行交叉、变异和精英选择策略操作，得到新一代群体。本文交叉概率P c 为0.3，变异概率P m 为0.1。 Step 6：判断是否满足终止条件，日调度拟定的最大进化代数为200，周调度为100。若满足条件，则比较每代个体的最优值，保存到目前为止的最优值，退出循环，并输出最优个体即最优解；若不满足条件，则以新一代群体为母体，转入Step 3继续执行。
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user: 3. 实例研究 黄河上游按地域划分为2段：龙羊峡以下至青铜峡河段为黄河上游的中下段，河段全长918 km；龙羊峡以上为黄河上游的上段，即黄河源区，其中从鄂陵湖湖口以下至龙羊峡库尾的羊曲坝址，河段全长1360 km [ 11 ] 。黄河上游梯级电站是目前国内综合利用任务最多、涉及区域最广、调度运行最复杂的梯级水电站群，承担着向陕、甘、青、宁电网供电以及下游地区防洪、防凌、灌溉等综合利用的任务 [ 12 ] 。现阶段，黄河上游电站以防洪、防凌和发电为主 [ 13 ] 。 本文考虑黄河上游综合利用任务及水文气象资料，查阅相关文献 [ 14 ] [ 15 ] ，将调度时段分为春汛期(4~5月)、汛期(6~10月)和防凌期(11~翌年3月)。 研究区域概况示意图如图1所示。班多是黄河龙羊峡以上、海拔3000 m以下水电规划的第2个梯级电站，位于青海省兴海县和同德县交界处 [ 16 ] ，距下游龙羊峡水电站176 km，坝址以上控制流域面积10.8万km 2 。2010年班多水电站首台机组投入运行，2011年竣工。目前，班多为“以水定电”的单一运行方式：在非汛期保持均匀发电；枯水期来水减少，发电量减少；汛期来水较大，兼顾经济运行和安全运行，水库以中低水头运行，产生大量弃水。 班多水库正常蓄水位2760 m，死水位2757 m，死库容880万m 3 ，调节库容200万m 3 ；电站装机容量360 MW，保证出力46.1 MW。 本文以军功站2010年1月至2015年12月以小时为尺度的径流资料作为班多水库的入库径流过程，从中选取了3个典型日及典型周，分别为防凌期2013年1月25日，2013年1月22~28日；春汛期2012年4月1日，2012年4月1~7日；汛期2012年9月7日，2012年9月4~10日。 3.1. 计算结果 图2和图3分别绘出班多水库日、周调度的水位过程。由图可知： 图1. 研究区域概况示意图 图2. 日调度水位变化过程 1) 防洪限制水位即正常高水位2760 m，各调度期水位均在死水位和正常蓄水位之间，满足水位限制条件； 2) 春汛期水位从2758 m起调，常规调度时，水库保持中低水头运行；优化调度时，水库保持高水头运行； 3) 汛期，水位从2759 m起调，常规调度时，水库水位在2759~2760 m上下波动；优化调度时，水库始终保持高水头运行； 4) 防凌期水位从2758 m起调，由于防凌期来水过少，前期按保证出力发电，多蓄水以抬高水位，最后加大出力发电，将水位回落至2758 m；常规调度中，均按保证出力调节，前期出库流量少，故水位变化过程与优化调度基本一致。 图4为班多水库日、周调度不同调度期的弃水流量。可以看出：(1) 在进行优化后，调度期内弃水显著减少；(2) 在防凌期，定出力常规调度的出力为46.2 MW，最后一刻水位回落至死水位后产生了少量弃水，而进行优化后无弃水产生。 图5为班多水库日、周调度不同调度期的出力值。可以看出：采用优化算法后，各调度期内平均出力均大于定出力，即发电量明显加大。 通过水位、弃水和出力的对比，各调度期的发电量均有明显提高，且弃水大幅减少，证明了在各时段入库流量不变的情况下，运用优化算法能在短期调度期内提高水电站的综合发电效益和弃水利用率。对比水位过程线可知：优化调度前期抬高水位多蓄水、后期高水位多发电的情况，充分反映了调节性能小的电站短期优化调度规律。 日优化调度与周优化调度的对比结果如表1。由表1可知：1) 与日调度相比，周调度在春汛、汛期和防凌 图3. 周调度水位变化过程 图4. 不同调度期弃水流量 图5. 不同调度期出力值 Table 1 Comparison of daily and weekly optimal operation result 调度期 日优化 周优化 发电量/万kW·h 弃水/(m 3 /s) 日平均发电量/万kW·h 日平均弃水/(m 3 /s) 春汛期 309.79 0 319.21 0 汛期 819.72 1370 826.64 77 防凌期 114.07 0 116.08 0 表1. 日和周优化调度结果对比表 期的增发电量分别是9.42、6.92、2.01万kW·h；2) 周调度汛期的弃水较日调度减少了1293 m 3 /s。可见，周调度的发电量效益与弃水利用率均高于日调度，其调度结果更为理想，说明班多水库具有周调度的潜力。 3.2. 水库运行规律 1) 防洪减灾要求 防洪减灾要求包括防洪和防凌要求，黄河源区班多水电站至龙羊峡河段防洪和防凌任务主要由下游多年调节水电站龙羊峡控制。因此，班多水库一般不承担水库下游防洪和防凌任务，只需预留足够防洪、防凌库容，以保证自身运行安全。 2) 水库水位运行规律 从发电量和弃水两方面，通过对比常规算法与优化算法的结果，考虑班多水电站单独工作时，春汛期水库从2758 m起调，前期少发电多蓄水，尽量维持正常蓄水位2760 m，根据来水情况发电；汛期，水库从2759 m起调，前期多蓄水以抬高水位，高水头天然径流发电；防凌期水库从2758 m起调，由于来水过少，前期按保证出力发电以抬高水位，最后加大流量发电。 通过分析黄河上游各电站资料及班多水库实际情况，班多水库应预留部分防洪库容和防凌库容。因此，汛期从2759 m起调合理；防凌期为使水库库区不结冰或冰层较薄，以免增加水库库区的冰压力，从2757 m起调更为合理，且要避免防凌期库区水位不动；春汛期水库从2760 m起调，维持高水头运行，且要满足下游生态流量的要求。
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user: 4. 结论与建议 1) 短期优化调度极大的减少了弃水量，显著地增加了发电量，提高了水资源利用率和发电企业的经济效益； 2) 班多水库周调度结果较日调度更理想，证明其具有周调节的潜力，为班多水库开展日、周优化调度提供了技术支撑； 3) 结合班多水电站的实际运行情况，获得了水库水电站初步的运行方式。下一步将深入开展黄河上游梯级水库群短期联合优化调度研究。
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user: 摘 要 河流生态系统在流域生态环境中承担着重要的功能，河流的功能定位与结构分析是确定河流环境综合整治和生态修复方案的首要前提条件。针对目前河流环境综合整治的形势，探讨了国内外河流生态护坡技术要点及工程的主要形式，分析了传统护坡的局限性。在华南地区开展了河流生态护坡技术因地制宜集成应用实践，并初步分析了生态护坡对河流生态环境和景观的影响，其改善河流生态环境及景观的效果较好，建设与维护成本较低、施工简单。将生态护坡技术综合应用于城镇河流环境综合整治具有明显的社会效益和环境效益。 关键词 :河流生态修复，生态护坡，环境，综合治理，应用 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 前言 近年来，我国在极力倡导尊重自然、顺应自然、保护自然的理念，牢固树立了山水林田湖是一个生命共同体的理念，树立了创新、协调、绿色、发展、共享的发展理念，生态和绿色的发展理念已深入人心。提升生态环境质量是全面建设生态文明城市的必然选择，生态建设技术已广泛应用在工程建设的各个领域。同时，各种生态技术在实践应用中也需要不断优化，不断推广应用。本文针对国内外河流护坡技术进行了初步调研，将目前多种生态护坡技术因地制宜进行集成和优化，成功应用于本地的河流生态修复实践，并进行了跟踪观测和分析研究，以期不断改进后推广应用。
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user: 2. 河流生态治理的形势 有史以来，河流生态系统为人类提供淡水、食品等资源，承担着涵养水源、调节气候、排涝泄洪、水体自净等功能，支撑维系了地球的生命支持系统，与人类福祉息息相关 [ 1 ] 。小流域内的众多小河流作为大江大河的“毛细血管”，其水质、水文状况和生态的完整性与整体河湖系统的生态安全一脉相承。 随着社会经济的全面发展，河流的功能也不断发生改变，河流生态系统受到较大干扰，水质污染、生态破坏现象较为明显。特别是经济发达地区，城镇内河流水体黑臭现象普遍，部分河涌基本丧失自净功能，水环境整治任务相当繁重 [ 2 ] 。改善河流水质，恢复河流水系的生态系统是水生态文明建设和环境保护的重要基础工作。2013年，水利部印发了《关于加快推进水生态文明建设工作的意见》；2015年，国务院出台了《水污染防治行动计划》，国家从战略层面开启了治水和治污的全国范围内的大行动，旨在协调推进水安全、水环境、水资源、水景观的全面优化提质。因此，河流生态环境综合治理是城镇现代化建设和流域管理的重中之重，也使得河流生态环境综合整治成为一项较为复杂的系统工程。
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user: 3. 河流结构与功能定位 从河流治理和生态修复的角度，河流结构可以划分为河流基底(河床)、河流岸坡带(边坡)及河流缓冲带(河堤)三部分，其范围区分如图1所示。河流基底作为河床土质类型及构成、污染状况、河床形态及其演变、河床稳定性等综合内容的一部分，具有水利、航运、环保、节能、生态等专业领域的综合功能 [ 3 ] ；河流岸坡是水陆交错带的重要区域，具有安全防护、生态、景观等综合功能，岸坡区域应有满足安全防护功能前提下，从生态环境改善角度构建良好的生物生息环境；河流缓冲带是陆地生态系统和水生生态系统的过渡带，是河流周边生态系统中各陆生物种的重要栖息地，也是河流中物质和能量的重要来源，直接影响整个河流的水质以及流域的生态景观价值，其主要功能为生态、防洪、社会经济服务等方面 [ 4 ] 。从以上分析可以看出，河流岸坡带是河流生态系统和陆地生态系统的连接通道，对河流的安全、生态、景观等具有重要的影响，河流护坡的建设也成为相关专业技术人员关注和研究的热点。
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user: 4. 传统河流护坡的局限性分析 长期以来，河流边坡建设主要关注边坡稳定性和排洪安全，对于传统的河流治理侧重于满足河流的防洪功能，护岸结构则多采用浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡等硬质化护坡。这些传统形式的护坡在防止水土流失、保持河流坡岸的稳定性以及防洪排涝等方面发挥一定的作用，但对环境、景观、生态等方面具有较大的负面影响 [ 5 ] 。 首先，传统的河流护坡工程破坏了水体—土壤—生物之间的物质和能量循环。硬质化的护坡、不透水的内衬无疑会造成生物栖息地的急剧减少，物种多样性同样会受到极大的抑制。因此，传统护坡对水生和陆地生物体的丰富度、生物量和多样性都会有很大程度的负面影响，从而导致河流生态系统发生功能性改变 [ 6 ] 。传统护坡的建设会阻隔河流水体与陆地的生物链，不利于河流生态系统水体自净能力的发挥和自然生态系统的恢复，严重影响天然河流的水质，并使河流失去原有生机活力；其次，硬质化的护坡无植被，断面整齐划一，走向笔直，严重影响河岸带的自然风貌和生态景观，使现代社会的人文景观和自然景观不协调；另外，传统河流护坡的建设耗费大量的水泥、沙石，甚至钢筋等，建设成本较高，不利于节能减排，且混凝土在河道中易腐蚀，生命周期与使用年限较短。 图1. 河流断面结构示意图 据世界建筑与材料领域权威学会ACI (美国混凝土学会)调查研究，河道中混凝土边坡易腐蚀的原因大体可以归为三类：1) 由于高速水流中压强的变化，进而导致的水体中气泡破裂形成的空穴作用；2) 水体中本身携带的沙石、碎屑、冰晶等较为坚硬的固体物质所磨损造成的腐蚀作用；3) 河道水流中的化学物质，包括有机污染物、氮磷化合物等对边坡的混凝土结构造成较大的损害与腐蚀 [ 7 ] 。因此，设计开发新的更为生态可行的边坡结构，替代传统的完全混凝土式护坡已经成为了环境科研工作者的当务之急。
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user: 5. 生态护坡定义及技术要点 为了避免河流传统硬质护坡对生态环境造成的不良影响，开发利用既能满足河流防洪安全，又有利于保护河流生态环境以及维护河流生态景观的生态护坡技术显得尤其迫切和重要。 生态护坡技术是综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科知识对斜坡或边坡进行支护，形成由植物或工程和植物组成的综合护坡系统的护坡方法。生态护坡，就是综合考虑“水安全、水环境、水资源、水景观”的协调，在满足抗洪、排涝和航运等工程需求的同时，充分考虑生态效应，把河堤由过去的混凝土建筑物改造成为适合生物生长的，水体和土壤、水体和植物或生物相互涵养的仿自然状态的护坡 [ 8 ] 。 生态护坡具备以下技术要素：首先，其是一个完整的生态系统，不仅包括植物，还应包括动物及微生物，系统内部之间以及系统与相邻系统(如河流生态系统、陆地生态系统等)间均发生着物质、能量和信息的交换，具有很强的动态性；其次，在保证边坡稳定和安全的基础上，以营造边坡的生物多样性为目标，在水体、土壤、生物之间，形成物质、信息和能量的循环体系，进行自组织和自我修复，使护坡不仅具有景观效果，还能修复受污染的河流水体，营造健康的河流生态系统 [ 9 ] 。 生态护坡对水生态系统的修复相当重要，其主要功能有：植被有深根锚固、浅根加筋的作用；防止水土流失：能降低坡体孔隙水压力、截留降雨、削弱溅蚀、控制水土流失；改善环境功能，植被能恢复被破坏的生态环境，促进有机污染物的降解，净化空气，调节小气候；能营造出自然和谐的水生态环境，打造优美的城乡景观 [ 10 ] 。 目前，国内外常见的河流生态护坡形式有植物型护坡(草木护坡) [ 11 ] 、土工材料复合种植基护坡、土壤生物工程护坡 [ 12 ] 、生态石笼护坡、植被型生态混凝土护坡、生态袋护坡、多孔结构护坡、自嵌式挡土墙护坡等 [ 13 ] 。