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2003年  第14卷  第1期

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方腔回流区水流运动特性三维数值分析
张修忠, 王光谦
2003, 14(1): 1-8.
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建立了一个三维水动力学模型,对方腔回流区水流运动特性进行了模拟分析。数学模型以三维浅水环流方程为基础,在垂向空间引入σ坐标变换,采用高分辨率半隐有限元离散格式。计算结果与解析解及水槽试验数据吻合良好。应用该模型对方腔回流区的水流运动特性进行了计算分析,进一步揭示了方腔回流运动的非定常非对称不封闭特性、流动结构表现为竖轴环流与立面环流相叠加、流速沿垂线分布相对均匀等流动规律。
二维明渠非恒定流的格子Boltzmann模拟
程永光, 索丽生
2003, 14(1): 9-14.
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根据二维浅水波方程的特点,应用由格子Boltzmann方程展开的多尺度方程,建立了一个能模拟二维明渠非恒定流的格子Boltzmann模型。通过对一维溃坝波和二维圆形溃坝波的模拟分析,验证了该模型的有效性。以某水电站尾水渠为例,模拟分析了由机组甩负荷和增负荷引起的水位波动规律,为尾水渠的设计提供了依据。
漫滩恒定明渠水流的三维数值模拟
槐文信, 陈文学, 童汉毅, 卓建民
2003, 14(1): 15-19.
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采用Naot-Rodi代数应力模型(N-R模型),结合非均匀交错网格下的混合有限分析法(HFAM)来计算漫滩水流的三维流动。为了得到稳定的收敛解,作了两点改进:其一为非均匀网格中数值离散的导数项二阶格式的引入;其二为复式断面分块耦合技术的采用。给出了漫滩水流主流速等值线、二次流的断面分布、垂线平均流速的横向分布以及主槽与全断面流量比随相对水深的变化规律。部分结果与实验资料的对比,表明NR模型和HFAM能较好地用于研究漫滩水流流速、流量和水位的关系。
激光测速粒子对复杂流动的响应研究——Ⅰ颗粒非恒定运动数学模型及其数值方法
黄社华, 魏庆鼎
2003, 14(1): 20-27.
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流体激光测速的精度与示踪粒子的跟随特性即流体中异质粒子的非恒定运动特性密切相关。首先对粒子非恒定运动方程进行了探讨,着重考虑了在高颗粒雷诺数时该方程的修正问题,简要分析了该方程的数学属性,并构造了这类方程的数值计算方法。分析表明,高颗粒雷诺数下的粒子非恒定运动方程为非线性奇异积分方程,而当颗粒雷诺数小于1时,则线性化为第二类渥尔特拉(Volterra)积分方程。以几种均匀流中球形小颗粒的非恒定运动为算例,计算结果与其解析解及有关实验数据的比较表明,数值方法具有良好的计算精度。
激光测速粒子对复杂流动的响应研究——Ⅱ典型流场中粒子跟随性的数值分析
黄社华, 魏庆鼎
2003, 14(1): 28-35.
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以修正后适用于高颗粒雷诺数的粒子非恒定运动方程为基础,将该方程无量纲化,定义了一般流场中粒子跟随性的概念,给出了粒子跟随性的数学表述。据此对典型流场中粒子的运动进行了数值计算,并定量分析了粒径、密度等参数对不同流动中示踪粒子跟随特性的影响。
推移质输沙率的非线性研究
杨具瑞, 方铎, 何文社, 刘兴年
2003, 14(1): 36-40.
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目的是从非线性科学角度探讨泥沙运动的规律。通过分析非均匀沙起动的影响因素得到了尖点突变模型的状态变量和控制变量,建立了能描述推移质运动的尖点突变模型。在尖点突变标准方程的基础上,应用尖点突变理论的坐标变换和拓扑变换,导出了输沙强度和水流参数的函数关系式。将输沙强度作为状态变量,水流参数和床沙密实系数作为控制变量。用水槽实验资料和其它推移质输沙率公式进行了对比验证。验证结果表明,计算值与其它推移质输沙率公式和水槽实验结果基本相符,误差一般在-90%～80%之间。说明建立的推移质输沙率公式是合理的,能够反映泥沙的起动和输移规律。
TOPMODEL中地形指数计算方法的探讨
孔凡哲, 芮孝芳
2003, 14(1): 41-45.
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地形指数ln(α/tanβ)是一些以物理概念为基础的水文模型的重要参数。TOPMODEL是以计算ln(α/tanβ)指数及其分布为基础的。对于栅格DEM,α为上坡区域通过单位等高线长汇集到单元网格内的面积,反映径流在流域中任一点的累积趋势,tanβ为单元网格的坡角,反映重力使径流顺坡移动的趋势。目前普遍使用的计算该地形指数的方法为多流向法。方法中计算α和tanβ用的均是与流出单元网格流向垂直的等高线长。另外计算下坡单元网格累积汇流面积时没有考虑欲计算ln(α/tanβ)值的单元网格的面积。这些是不合理的。计算α值应该用与流入单元网格流向垂直的等高线长,据此提出了改进后的ln(α/tanβ)的计算方法。方法中计算下坡单元累积汇流面积时包括了欲计算ln(α/tanβ)的单元网格的面积。分析了两种方法计算结果间的差值。
太湖水体吸收系数与散射系数的特征研究
俞宏, 蔡启铭, 吴敬禄
2003, 14(1): 46-49.
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湖泊水体光学特性是进行湖泊水体光学及水体光学遥感研究的基础。计算了太湖冬、夏季水体的吸收系数和散射系数,并在分析水体吸收特性的基础上对水体的光学类型进行了分类。结果表明:冬季太湖水体的光学类型属PY型(悬浮粒和黄质共同作用型),即水体的吸收特性受悬浮质和黄质的共同作用,而夏季则属CPY型(浮游藻类、悬浮粒和黄质共同作用型),即水体的吸收特性受悬浮质、黄质和浮游藻类三者的共同作用;不论冬季还是夏季,非色素悬浮粒是影响太湖水体散射特性的主要因子。
乌鲁木齐河流域不同水体中的氧稳定同位素
章新平, 姚檀栋, 田立德, 刘晶淼
2003, 14(1): 50-56.
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采用乌鲁木齐河流域历年采集的降水、表层粒雪、冰川融水和河川径流等水样资料,分析了取样期间不同水样中氧稳定同位素的变化,揭示了降水中氧稳定同位素变化存在着明显的温度效应,而温度效应又与海拔高度有关;表层粒雪和冰川融水中氧稳定同位素则无明显的高度效应;冰川融水中的氧稳定同位素比率小于河川径流中的氧稳定同位素比率。评估了不同影响因子对水循环过程中稳定同位素变化的影响及相互作用,为稳定同位素技术在水循环研究中的应用提供了实例。
采用环境同位素方法研究北江大堤石角段基岩渗漏通道
陈建生, 董海洲, 陈亮
2003, 14(1): 57-61.
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论述了采用环境同位素与人工示踪的方法探测北江大堤石角段频发"管涌"的原因,通过对洪水期间不同区域层位的稳定同位素δD(‰)与δ18O(‰)的分析确定了地面涌水的来源,结合孔中的人工示踪方法,最终确定出北江大堤石角段的"管涌"来自基岩断裂强渗漏通道,为下一步的加固工程提供了重要的科学依据。
河流峡谷区地下水温度异常特征分析
周志芳, 王锦国
2003, 14(1): 62-66.
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河流峡谷地区特有的地形地貌、地质特征等自然、地质条件使得这些地区的地下水温度场表现出了异常的现象。以金沙江上游溪洛渡水电站峡谷区为例,采用数值模拟、类比和回归等方法对电站峡谷区地下水温度场作了系统的分析,探讨了河流峡谷区地下水温度场异常的机理,实例分析表明:溪洛渡峡谷区地下水温度异常是由于区域循环地下水流经过深部加温后在排泄处表现出来的正常现象,并非活动构造形成的,在该区选址建坝是可行的。
三维饱和-非饱和渗流场求解及其逸出面边界条件处理
朱岳明, 龚道勇
2003, 14(1): 67-71.
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对三维饱和-非饱和渗流场的有限单元法求解进行了详细论述,在边界条件中明确列出了非饱和渗流逸出面边界条件的数学表达式。为了理论上能够严密地给出非饱和逸出面的边界条件和数值处理,根据渗流场固有的物理特性,定义了极限含水率和非饱和渗流逸出面蒸逸系数两个渗透基本特性参数。针对渗流场饱和与非饱和逸出面分界线(逸出线)位置事先不知道的问题,提出在这种边界非线性渗流场迭代求解过程中,应根据中间解通过边界条件类型的转化来准确地甄别这一分界线,完整地获得精细地处理饱和及非饱和渗流逸出面边界条件的思路与方法。
非均匀土壤中溶质运移的两区模型及其解析解
张德生, 沈冰, 沈晋, 王全九
2003, 14(1): 72-78.
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给出了非均匀土壤中考虑水动力弥散尺度效应的一维溶质运移两区模型。然后在初始浓度为零,半无限一维空间内常数通量边界条件下,推导出了可动区和不动区溶质浓度分布的解析表达式。并用Mathematica软件包作了数值计算。计算结果表明,该模型的模拟结果符合溶质运移的一般规律,因而该模型在土壤溶质运移的研究和应用中有一定的价值。
多氯联苯湿地生物降解规律预测及污染风险分析
刘凌, 陆桂华
2003, 14(1): 79-84.
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建立了一个数学模型来预测多氯联苯湿地生物降解过程。该模型全面考虑了多氯联苯湿地生物降解的各子过程,包括:吸附/解吸、土壤屏蔽、扩散和生物降解,利用模型,预测了多氯联苯湿地生物降解的规律性及处理时间、处理终点;利用Monte-Carlo法,进行了多氯联苯湿地生物降解污染风险分析,结果表明,在采用基地现有处理方式的情况下,经过8年处理,土壤中4-Cl-PCBs不低于69.4%被降解的可能性为75%,此时土壤中能够继续污染外部环境的4-Cl-PCBs部分不超过10.9%的可能性为75%;土壤中4-Cl-PCBs全部生物降解完毕所需处理时间不超过16.20年的可能性为75%,最后被土壤不可逆屏蔽的残余物不超过20.9%的可能性为75%。
民勤绿洲现状土地利用模式影响下地下水位时空变化的预测
马兴旺, 李保国, 吴春荣, 彭鸿嘉, 郭有祯
2003, 14(1): 85-90.
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用GIS与专业计算地下水运动的FEFLOW软件结合模拟研究了民勤绿洲现状土地利用模式影响下地下水位的时空变化。结果表明,如民勤绿洲现状土地利用模式发展下去,受其影响,绿洲地区的地下水位将持续地以较快的速度下降,到2010年10月,绿洲内将出现以绿洲腹地为中心、范围波及整个绿洲的两个地下水漏斗,漏斗中心地下水埋深将达47～52m,绿洲边缘地下水埋深将增加到17～22m,与1997年10月相比绿洲地下水位将下降9～34m。分析表明,在上游来水不变或减少的情形下,保持现状土地利用模式,将会逐步耗竭地下水资源,加速民勤绿洲的荒漠化过程的发生;如果调整作物种植结构、采用节水灌溉技术,将会减少地下水抽取量,减缓地下水位下降的趋势。
祁连山-黑河流域水循环中的大气过程
王可丽, 程国栋, 江灏, 张立杰
2003, 14(1): 91-97.
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利用气象台站探空资料、地面观测资料和NCEP/NCAR再分析气候资料,分析了祁连山-黑河流域水循环中的大气过程,结果表明:受西风带波动影响的水汽来源贫乏是此区大气水汽含量少的原因之一;水汽输送通量辐散是此区大气水汽含量少的原因之二;就年平均而言,祁连山-黑河流域大气水汽含量仅为高湿的江南地区的20%,为半干旱区的华北中部的约40%;高海拔的祁连山区因降水效率高,地面蒸发量小,地表水物质易于聚积形成径流;黑河流域因降水效率低,降水量值与地面蒸发量值相当,对地表水的贡献很小。在祁连山黑河流域25°×25°区域上空,大气年输入水量为6678亿m3,输出为6502亿m3,净输入水量为176亿m3;输入水汽呈逐年减少的趋势。20世纪70～80年代有明显的下降,近40年来祁连山黑河流域的气温在升高,大气中的水汽含量在减少,降水量的减少将难以避免。
论防洪减灾非工程措施的定义与分类
刘国纬
2003, 14(1): 98-103.
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基于人与洪水的相互关系,将防洪减灾非工程措施定义为:通过约束人类自身行为,以改善人与洪水关系,从而达到防洪减灾目的的一种措施,并阐述其内涵;根据这一定义,将防洪减灾非工程措施分为四类,即基于洪水物理属性的非工程措施、基于洪水风险的非工程措施、基于管理科学的非工程措施、基于政策与法规的非工程措施,并阐述各类非工程措施所体现的防洪策略思想和要点。指出蓄滞洪区是具有工程措施与非工程措施双重属性的防洪减灾措施。
Web GIS在省级防汛指挥决策信息服务子系统中的应用研究
周惠成, 何斌, 梁国华, 肖建民, 殷俊暹
2003, 14(1): 104-108.
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随着Web技术与GIS技术的迅猛发展,设计开发基于Web GIS的大型防汛指挥信息服务系统已变为可行与必须。结合黑龙江省防汛指挥信息服务子系统的设计开发实际,研究使用基于B/S体系的Arc IMS作为Web GIS的解决方案;研究解决应用Arc IMS中的几个关键技术问题:以正向与反向信息查询为例,研究设计信息查询的数据流程;为便于空间数据的管理与应用,研究图层的划分与组织方法;为达到经济与实用的目的,研究不同比例尺地图的无视觉差切换;为按用户要求表现地图,研究如何编写地图配置文件。还给出了这些关键技术在实际设计开发中的应用效果。
区域水资源承载力研究
冯耀龙, 韩文秀, 王宏江, 练继建, 黄津明
2003, 14(1): 109-113.
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对区域水资源承载力进行了科学界定;揭示了其内涵与实质,认为区域水资源承载力具有"流体"的特征,即,一定状况下,区域水资源承载能力是一定的,但其表现形式可是多种多样的;以"承载人口数"作为其综合指标,采用系统优化方法建立了区域水资源承载力的计算模型。并对天津地区现状水资源的承载力状况进行了概化研究。
GIS在水量调度决策支持系统中的应用
王煜, 王道席, 王军良, 王彤, 杨立彬, 侯传河
2003, 14(1): 114-117.
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黄河三门峡以下非汛期水量调度是一个涉及众多部门和地区的半结构化的多目标决策问题,具有很强的空间分布特征。建立了基于地理信息系统(GIS)的空间分析子系统,实现了系统空间分析和空间表达功能,弥补了传统决策支持系统数据分析和表达的局限性,大大增强了决策支持系统的功能。从空间数据模型建立、空间子系统组成和功能及在决策支持系统中的作用等说明地理信息系统在水量调度决策支持系统中的应用。
黄河下游输沙水量研究综述
石伟, 王光谦
2003, 14(1): 118-123.
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对输沙水量的计算方法,黄河下游汛期、非汛期输沙水量的研究现状,水库对输沙水量的影响,输沙用水总量的研究现状等方面分别作了回顾。分析指出,输沙水量与来水含沙量、来水流量、河道冲淤、河床前期条件等有关。黄河下游各时期输沙水量不同,汛期最小,其余依次为非汛期、冬三月、凌汛期。水库调水调沙的同时也改变着黄河下游的输沙水量。利用水库群调水调沙,使小浪底水库以造床流量、高含沙水流输沙,是目前推荐的黄河下游节水减淤高效输沙入海的主要方式。提出了一些有待进一步研究的问题。
国际河流的水权及其有效利用和保护研究
冯彦, 何大明
2003, 14(1): 124-128.
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国际河流水资源由于其自然跨越一个或多个国家而成为流域内各国共享的自然资源,这意味着国际河流水资源的所有权也将为多国共同享有,即多国共同享有河流水资源的所有权(简称"水权")。通过对国际河流水权特点的分析,为实现水资源的有效利用,对国际河流水权市场化和水权保护进行了初步探讨,认识到各国的国际河流水权具有:有限的水资源利用权,水资源的保护义务,在一定条件下进行水权交易的权利,提出:各国的国际河流水权应保持相对的稳定,流域国间应建立一定的水权协议和水权有效利用的监督机制等。
深切怀念著名水文学家陈道弘先生
刘国纬
2003, 14(1): 129-130.
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陈道弘先生1915年9月13日生于江苏省阜宁县。1939年毕业于国立中央大学土木系。1949-1948年先后任扬子江水利委员会副总工程师、南京水利委员会技士、国民政府水利部水文司水文科科长。1949年起,参加新中国水文事业,历任华东军政委员会水利部勘测处副处长,水利部、水利电力部水文局水文测验处副处长、处长,葛洲坝工程局工程师,水利电力部治淮委员会防汛办公室主任工程师、副主任,水利部水文局副总工程师、总工程师。陈道私先生还曾担任中国水利学会水文专业委员会副主任,中国气象、水文、海洋仪器学会首任理事长,并长期担任《水文》杂志主编。

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