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2004年  第15卷  第1期

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河流调整中的熵、熵产生和能耗率的变化
徐国宾, 练继建
2004, 15(1): 1-5.
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河流是一个真正的开放系统,而不是孤立系统或封闭系统。运用经典热力学和非平衡态热力学基本原理,分析研究了河流调整中的熵、熵产生和能耗率的变化。指出:熵和熵产生是两个不同的概念;最小熵产生原理等价于最小能耗率原理;冲积河流在调整过程中遵循最小熵产生原理或最小能耗率原理,而不是最大熵原理。
河道复杂采砂坑附近流场的数值模拟
毛劲乔
2004, 15(1): 6-11.
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数值模拟研究紊流问题的关键是充分考虑雷诺应力的差异,应用各向异性三维代数应力紊流数学模型(ASM)模拟研究了天然河道的次生流问题。以方形管道为算例与试验的比较表明,所应用的ASM模型精度较高;将ASM与非结构网格有机结合模拟分析河道复杂采砂坑,计算成果与前人结果类比,令人满意。ASM模型为研究河床稳定与变形提供了有力工具。分析表明,采砂坑使原稳定的水流形态发生变化,沿主流方向形成纵向涡旋导致采砂坑上游缘口冲刷,坑内的横向次生流则造成横向侵蚀;紊动特性研究表明采砂坑严重影响河床稳定。
几种土壤的细沟侵蚀过程及其影响因素
蔡强国, 朱远达, 王石英
2004, 15(1): 12-18.
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通过间隔为11h的二次人工模拟降雨和冲蚀槽试验研究了10种土壤的侵蚀过程,发现在第2次降雨中大多数土壤出现了细沟侵蚀形式。采样微形态观察发现,在第1次降雨中形成结皮的土壤在第2次降雨中出现了细沟侵蚀;产流产沙观测发现所有出现细沟侵蚀的土壤在第1次降雨中径流含沙量逐渐减少,而第2次降雨中有一个先剧增后减少的过程。土壤理化分析及多元逐步回归分析结果表明,土壤颗粒组成、有机质含量、铁铝含量等因素对细沟侵蚀的影响表现不明显,而与土壤团聚体有关结构指标、细沟侵蚀、产流产沙速率及总量呈显著相关关系。分析表明,团聚体分散度、崩解速率与渗透系数之比两个指标能较好地预测细沟侵蚀发生的可能性,同时也能很好地预测侵蚀产沙量。
坡面细沟侵蚀产沙时空分布规律试验研究
丁文峰, 李占斌, 丁登山, 庄大昌
2004, 15(1): 19-23.
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利用放水冲刷试验结合稀土元素(REE)示踪技术对坡面侵蚀产沙特征及其时空变化进行了研究。结果表明:在径流冲刷下,坡面侵蚀产沙可分为三个不同的阶段并对应不同的产沙特征。其空间变化表现为,在6°、9°情况下,坡面不同坡段的相对侵蚀量沿下坡方向呈现出先减小后增大的趋势;在12°小流量情况下,坡面各坡段的相对侵蚀量与坡度较小的情况相似,当流量较大时,坡面各不同坡段的相对侵蚀量随坡长的增大而减小。但坡面最下端坡段的相对侵蚀量总是随着冲刷历时的延长而减小,其余各坡段的相对侵蚀量则呈现出缓慢的波动式上升。
黄土丘陵区土壤侵蚀链垂直带水沙流空间分布
王文龙, 雷阿林, 李占斌, 唐克丽
2004, 15(1): 24-28.
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采用多坡段组合模型、人工模拟降雨实验研究了土壤侵蚀链垂直带水沙流空间分布变化特征。结果表明:愈向下坡方向的坡段产流量愈大,单位面积、单位时间的产流量按坡段排列为:谷坡>梁峁坡下部>梁峁坡中部>梁峁坡上部。雨强为29.7mm/h时,坡面上没有沟蚀发育;雨强为60.5mm/h时,细沟主要分布在梁峁坡下部和谷坡处;雨强为90 2mm/h时,各种侵蚀形态在坡面均有较好发育,细沟的出现部位一直伸展到梁峁坡中部和上部之间。由于上坡来水来沙的作用,梁峁坡的产沙量增大了20.2%～63.5%,谷坡的产沙量增大了42.9%～74.5%。
水土保持措施对流域泥沙输移比的影响
许炯心, 孙季
2004, 15(1): 29-34.
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以黄土高原无定河流域为例研究了水土保持措施对流域泥沙输移比的影响。水土保持措施极大地改变了流域泥沙的侵蚀、输移和堆积过程,因而改变了流域的泥沙收支关系。在天然状况下,无定河流域的泥沙输移比接近10。20世纪60年代后流域内大规模地展开水土保持工作以来,泥沙输移比急剧下降为0.2～0.4。泥沙输移比的变化,主要是由于流域内人为沉积汇的形成所致。这种人为沉积汇表现为水库、淤地坝的拦沙作用,导致了泥沙输移比大幅度减小。在目前状况下,人工沉积汇的拦沙作用相当于坡面措施减蚀作用的2 4～6.3倍,表明坡面治理措施的有效性尚有待提高,并亟待在生态环境建设中予以加强。
基于未确知信息的河流水质模拟预测研究
李如忠, 王超, 汪家权, 钱家忠, 金菊良
2004, 15(1): 35-39.
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基于河水流速、污染物综合衰减系数等参量信息不确定性的特点,提出了运用未确知数学理论进行河流水质模拟预测的未确知数学模型。该模型不仅能得到以区间形式表示的河流污染物预测浓度,也能获得各浓度可能值区间对应的主观可信度,这为水污染控制系统规划和水环境管理决策提供了更为丰富、科学的浓度信息。实例研究表明,运用未确知数学理论进行河流水质模拟预测,理论上是可行的,预测结果是可靠的。
官厅水库跨区域水质改善政策的冲突分析
曾勇, 杨志峰
2004, 15(1): 40-44.
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对永定河流域官厅水库跨区域的水资源冲突问题进行了分析,并利用F H冲突分析方法建立了模型。模型中将中央政府、上游政府、下游政府作为三个局中人,通过对局中人的偏好向量和结局稳定性分析,从18种局中人可选策略中优化得到2种均衡结局——完全合作结局和部分合作结局。其中完全合作结局,即北京市采用激励策略和控制策略、上游完全削减污染物,下游负担部分费用,合作结局最有可能发生。
滑坡涌浪的产生与传播波形分析与计算
李未, 王如云, 张长宽
2004, 15(1): 45-49.
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在水平匀速滑坡涌浪传播过程中,当滑坡体匀速前进时,会形成一个冲击波,停止前进后,在滑坡体与冲击波之间又形成一个稀疏波,当稀疏波追赶上冲击波时,两个波则会发生相互作用。对稀疏波与冲击波相互作用后产生的反射冲击波和入射冲击波的情况进行了定量研究。从入射冲击波的轨迹方程入手,通过分析和计算,分别得到了入射冲击波和反射冲击波波高、波速等一些定量的关系式,并用简单的计算方法进行了求解。
二阶双系数动态亚格子应力模型
唐学林, 钱忠东, 吴玉林
2004, 15(1): 50-55.
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基于亥姆霍兹速度分解定理和Smagorinsky模型,提出二阶双系数动态亚格子尺度应力模型,即亚格子尺度应力是可解的应变率张量和旋转率张量的函数。应用有限差分法对此模型的控制方程进行了离散,并数值模拟得到了弯管内部的流场分布和压力分布。把雷诺数为40000的弯管流动的实验数据和此模型的模拟结果相比较,证明此模型是可行、可靠的。
ENSO循环过程与南极海冰变化
陈锦年, 褚健婷, 许兰英
2004, 15(1): 56-60.
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应用1951-2001年ENSO特征指数(NINO1+2、NINO3、NINO4、NINO3.4、SOI)和1973-1998年南极海冰北界范围以及1950-2001年SODA海洋温度资料,分析探讨了ENSO循环过程与南极海冰之间的关系,研究了南大洋和太平洋海表温度与南极海冰之间的内在联系。结果表明,南极海冰变化与ENSO循环过程存在一定联系,特别是东南极海冰的变化与ENSO循环过程较为密切。这种遥相关关系表明,ENSO循环过程不仅与热带海洋自身的海 气相互作用存在密切关系,而且与南极海冰之间也存在一定的联系。当东南极海冰范围出现异常增大和减小时,在时滞一年之后,NINO循环指数将出现减弱和加强,而南方涛动指数将出现加强和减弱。这种相关关系的机制是通过大洋环流这一载体将异常海温向北输送来实现的。南极海冰范围的异常增加或减少,会直接影响南极绕极流的冷暖结构进而影响经向水体输送的异常,从而导致热带和副热带太平洋上层海温场的异常变化,对ElNino和LaNina事件的发生起到推动作用。
天目湖热力学状况的监测与分析
张运林, 陈伟民, 杨顶田, 黄文钰, 江晶
2004, 15(1): 61-67.
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根据2001年6月～2002年5月在天目湖进行的每月一次的全湖水温观测以及2002年5月25～26日在1号点的定点24h连续水温观测资料,分析研究了天目湖水温时空分布、垂直分布、温跃层的形成与变化以及湖泊热力学对溶解氧、营养盐的影响,揭示了各自的基本变化规律。结果表明:天目湖水温的日变化、年变化及垂直分布明显,而其水平差异不大;温跃层随着季节的变化而呈现增强-稳定-减弱-消失的周期变化;水温的变化以及温跃层的存在引起了水中溶解氧以及营养盐的变化。
水库汛期限制水位控制理论与观念的更新探讨
邱瑞田, 王本德, 周惠成
2004, 15(1): 68-72.
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传统的水库汛限水位的控制,只利用了洪水的统计信息,使水库在汛期要时刻预防设计与校核洪水事件的发生,致使一些水库在汛期不敢蓄水而汛后又无水可蓄,造成洪水资源的浪费。提出水库汛限水位动态控制的新理念及其综合推理模式,适应当前预报技术的发展水平,考虑降雨径流洪水预报与一定时间内的短期降雨预报,排除不可能发生的洪水事件,预报可能发生的洪水,实施水库汛限水位的动态控制。但预报不可避免地存在误差,当小概率预报误差事件发生时,仍可采取弥补措施以确保大坝的防洪安全。
水资源可再生能力评价的遗传投影寻踪方法
杨晓华, 杨志峰, 沈珍瑶, 郦建强, 金菊良
2004, 15(1): 73-76.
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探讨了水资源可再生能力评价标准的建立。利用投影寻踪、遗传算法、倒S型曲线和水资源可再生能力评价标准,为水资源可再生能力综合评价建立了一种新的方法——遗传投影寻踪方法(GPPM)。给出了GPPM实施的步骤,并对黄河流域涉及的9个行政分区的水资源可再生能力进行了综合评价,认为黄河流域水资源总体上可再生能力较弱。GPPM的评价结果是实数值,具有直观性、有效性和通用性,可广泛应用于各种水资源综合评价问题。
灌区干旱风险评估模型研究
王晓红, 乔云峰, 沈荣开, 尹正杰, 胡铁松
2004, 15(1): 77-81.
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根据风险理论,建立了包括农业干旱发生概率、抗旱能力、受灾体种植面积比等多因子的灌区农业干旱风险评估模型。并将相对产量作为灌区农业干旱评估指标,能够反映土壤 作物 大气系统中水分运动对农业生产的影响,利用该指标结合干旱风险评估模型对灌区农业干旱进行风险评估,分析出灌区各种作物对干旱风险度影响最大的生育阶段和风险度最高的农作物,以便灌区制定合理的抗旱方案以减小灌区干旱损失。
潜水一维非稳态运动的解析理论及应用
杨红坡, 谢新宇, 张继发, 曾国熙
2004, 15(1): 82-86.
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摘要:
讨论了潜水一维非稳态运动Boussinesq方程的对称性,并采用Lie群变换,就某些边界条件求出了其解析解,以便与线性化近似理论作比较;在此基础上,分析了Boussinesq方程线性化所引起的误差问题,并得到了特定条件下严格的零误差线性化方法。最后,通过算例的分析对比,提出了在线性化时应该遵循的一些原则。
预测农田水分渗漏和氮素淋失的两种模型比较
胡克林, 李保国, 陈德立, R. E. White
2004, 15(1): 87-93.
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以田间试验为基础,分别用平衡模型和动力学模型计算了3个小区农田水分渗漏量和氮素淋失量,并对其结果进行了比较,平衡模型计算的水分渗漏量为191～202mm,氮素淋失量为38～63kg·N/hm2;而用动力学模型计算的水分渗漏量为168～234mm,氮素淋失量为27～53kg·N/hm2。造成结果差异的主要原因是:平衡模型没有考虑向上的水流和非饱和流;而动力学模型同时考虑了二者。动力学模型需要大量的田间实测资料,主要应用于农田氮素循环、定量评价水氮资源利用率、优化水肥管理措施等方面。平衡模型仅需要非常少的资料,就能够得到农田水分渗漏量和氮素淋失量,这对精度要求不太高的农田水肥管理来说,不失为一种好方法。
美国Sand Hills地区地下水数值模拟及水量平衡分析
陈喜, 陈洵洪
2004, 15(1): 94-99.
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利用地下水数值模型MODFLOW和非饱和带水平衡模型对处于半干旱半湿润沙丘地区(Sand Hills)地下水位进行了模拟,并分析了含水层补排水量,河流与地下水补排关系,以及区域水平衡过程。揭示了独特沙丘地形和土壤特性对地下水补排量的影响。模拟结果表明,入渗率大、非饱和带厚的沙丘有利于降水入渗补给,减少了地下水蒸散发损失。加上下覆含水层具有良好的地下水储水空间,是该地区储存丰富的地下水量,以维持河流稳定流量,供给众多湖泊和湿地的原因。该研究对我国地下水资源评价和生态环境脆弱地区水资源保护具有指导意义。
应用亮兰染色剂指示溶质迁移边界层的研究
郑继勇, 王丽梅, 邵明安
2004, 15(1): 100-104.
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应用边界层方法确定溶质迁移参数是一种简单可靠的方法,但如何确定边界层的位置是限制边界层方法应用的关键因素。而亮兰染色剂在土壤中迁移时,具有边界层清晰、容易确定的特点。基于此,以Cl-为例,研究了该染色剂指示非反应性溶质迁移边界层的可行性。研究结果表明:在同一土柱中,亮兰染色剂的边界层与Cl-的边界层的运动规律相似,亮兰染色剂和Cl-的边界层随时间的变化在弥散度很小的情况下都可以用线性关系式近似描述。根据这一规律,得出在风沙土和黄绵土中Cl-边界层与亮兰染色剂边界层之间的关系表达式。两者边界层之间转换关系的求得,为应用亮兰染色剂准确指示非反应性溶质迁移边界层成为可能提供了一条思路。
PIV技术的几种实现方法
孙鹤泉, 沈永明, 王永学, 康海贵, 李广伟
2004, 15(1): 105-108.
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PIV技术是一种基于流场图像互相关分析的二维流场非接触式测试技术。在介绍利用Fourier变换的互相关特性及其快速算法实现PIV技术的基础上,介绍了可提高分析效率的实序列Fourier变换的实现方法,并进而提出了一种更高效的基于Hartley变换的分析法,给出了分离式内核的Hartley变换互相关特性的明确表达式。从算法复杂性理论与实际分析时间两方面对3种方法进行的比较,充分说明了Hartley变换在PIV技术应用中的优越性。
基于RNG湍流模型的双向泵站出水流道流动计算
成立, 刘超, 周济人, 汤方平
2004, 15(1): 109-112.
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低扬程双向流道泵站是我国独创的泵站型式,为深入了解其流道内流场特性,首次运用基于壁面律的RNG κ-ε的湍流模型对流道进行数值模拟。计算采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier Stokes方程。提出优化出水流道的目标函数,并依据数值模拟结果,预测出水流道水力损失。根据经验公式计算的水力损失和预测的出水流道水力损失两者较为接近,表明通过采用基于壁面律的RNG湍流模型能较好地预测出水流道的水力性能。考虑壁面律的RNG湍流模型在泵站流道内特性数值模拟和外特性预测研究方面有较好的推广价值。
洪水保险债券的运作机制与发展思路
魏敏杰, 纪昌明
2004, 15(1): 113-116.
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由于传统(再)保险,难以将洪灾风险进行有效的分散,因此,有必要寻求有效的金融工具将洪灾风险向资本市场转移。在建立洪水保险债券的概念框架基础上,阐述了与普通债券及传统再保险的区别。从经济学和精算学的角度对洪水保险债券进行分析,揭示了洪水保险债券定价机制。通过研究洪水保险债券的运作模式,分析了我国洪水保险债券的发行条件与发展思路,指出洪水保险债券为我国防洪减灾提供了可资借鉴的崭新方法与工具。
洪水保险的理论分析与研究
王本德, 于义彬
2004, 15(1): 117-122.
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简述了目前一些国家的洪水保险的现状,综合应用了经济学、保险学、系统工程等理论和知识,对洪水保险问题进行了深入分析和研究,揭示了洪水保险的内在性质和规律,建立了洪水保险的效用模型。结合我国的国情,对我国实施洪水保险提出了建议。
流域水资源合理配置的研究进展与发展方向
王浩, 王建华, 秦大庸
2004, 15(1): 123-128.
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水资源合理配置是实现水资源可持续利用的有效调控措施之一。将现状的水资源合理配置研究划分为广义和狭义两类,进而从内在机制、实践进程和评价三方面系统综述了狭义流域水资源合理配置研究进展。指出目前中国在流域水资源配置过程中存在若干问题,主要表现为缺乏有效的初始水权分配机制、缺乏有机的补偿和机理机制、缺乏广泛的社会参与机制和缺乏系统的后效评价体系,致使现状水资源配置难以实现真正意义上的合理。为解决上述配置实践中存在的相关问题,今后我国水资源配置研究的重点主要集中在建立符合现代流域水循环过程的"天然 人工"二元认知模式,建立以水循环为基础的水资源合理配置模式、建立具有统一基础的水资源配置准则和建立水资源配置合理性评价标准和体系等。
水流模拟智能化问题的探讨
顾正华, 唐洪武, 李云, 肖洋
2004, 15(1): 129-133.
摘要 PDF
摘要:
对水流模拟的发展历史进行了总结,指出阻碍水流模拟发展的主要问题,提出克服这些瓶颈问题的方法是将智能科学与水利科学交叉融合,实现水流的智能模拟。据此,介绍了水流智能模型理论,结合遗传算法、模糊逻辑、元胞自动机、混沌分析理论、人工神经网络、专家系统、数据挖掘等智能理论和技术,对水流智能模拟的实现途径作了探讨,并指出建造一个优秀的水流模拟智能系统的关键是联合运用各种智能方法,认为智能化是当前水流模拟发展的新方向,水流智能模型将是水利科学的一种新的研究途径,并将在研究水流问题上具有广阔的应用前景。
纪念吴明远教授
刘国纬
2004, 15(1): 134-134.
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摘要:
吴明远教授离开我们11年了,每当水文界的老同志们在一起回顾我国水文事业的发展时,总是无比深情地缅怀吴明远教授对我国西南地区水文教育与科研作出的重要贡献。吴明远教授1919年10月5日出生于四川省内江县。1942年毕业于中央大学水利系,1942-1949年先后担任四川省水利局灌溉工程处技佐、技士,水利部中央水利实验处成都水工实验室助研,自贡工业专科学校、川南工业专科学校讲师。1949年后历任四川大学、成都科技大学(1994年与四川大学合并为四川联合大学)水利系副教授、教授。1992年1月25日在成都逝世。吴明远教授是我国西南地区水文高等教育的创建者和开拓者。

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