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2004年  第15卷  第5期

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从全国水环境数据库看中国水环境状况
徐美, 李纪人, 黄诗峰, 庞治国
2004, 15(5): 543-548.
摘要:
以全国水环境数据库的监测记录为第一手资料,以各大流域片为单位,从宏观上介绍了各大流域片的水质总体概况,包括各类水质所占比例、污染水质的超标物类型等,基本反映了我国各大流域在20世纪90年代的水质状况以及水环境的时空变化特征.总的来说,我国的水环境状况不容乐观,水质污染比较严重,尤其是我国北方的流域片.
静止环境中有阻力圆盘浮力射流特性的研究——(Ⅰ)数学模型及计算方法的验证
槐文信, 方神光
2004, 15(5): 549-554.
摘要:
建立静止环境中有阻力圆盘浮力射流的RNG湍流模型,考虑浮力对射流的影响,采用混合有限分析数值格式来离散求解数学模型,结合有效的试验资料进行模型和计算方法的检验,预报给出了阻力盘对圆形浮力射流轴线浓度的影响范围;提出轴线浓度校正系数的概念,从而清晰直观地证实了阻力盘具有提高射流近区稀释度的作用;确立了H/D为影响轴线浓度的重要参数,且H/D=10为阻力盘是否提高近区稀释度的判别标准;数值模拟发现,当H/D<1时,正常绕流发生的弗劳德数F0的范围会很快缩小,容易出现非正常绕流;并且盘离射流孔口较近时,射流容易被反射,离孔口较远时,绕流容易出现分叉.并就如何控制射流流态和提高稀释度提出了两点建议.
静止环境中有阻力圆盘浮力射流特性的研究——(Ⅱ)流场特性分析
方神光, 槐文信
2004, 15(5): 555-560.
摘要:
在数值计算成果的基础上,对阻力圆盘浮力射流的流场进行了分析和总结,基于轴线流速的变化规律将盘后流场分为3个区域:回流区、过渡区和自相似区.得到了回流区的长度随弗劳德数F0、孔口直径D/d以及盘离孔口的距离H/d的变化规律,并得到了工况为H/D=1,D/d=2,6和H/D=3,D/d=2在不同弗劳德数F0条件下的横截面上的流速分布和达到自相似区的最小长度;结果表明弗劳德数F0的大小是决定绕流流态的主要因素;同时分析了由正常绕流发展到非正常绕流的压力场变化,发现由于弗劳德数F0的增大而导致流场中出现的第三个负压中心的大小和位置与绕流是否能正常发生存在密切的关系.
通量差分裂格式的二维水流水质计算的适用性分析
丁玲, 逄勇, 赵棣华, 吴建强, 吕俊
2004, 15(5): 561-565.
摘要:
将通量差分裂(FDS)格式应用于二维水流水质数值模拟中.应用若干理想条件下的简化模型对格式的计算精度进行分析,结果表明:FDS格式不仅能高精度地模拟浓度梯度较缓的污染物稳定排放情况,且其二阶格式能高分辨率捕俘水质间断,与理论值吻合很好,说明FDS二阶格式能高精度地计算污染物间断排放引起的大浓度梯度或水质突跃情况.该格式在长江南通江段水环境数值模拟中的应用验证了它的实际应用能力.
用VOF方法模拟静止浅水环境中的垂向紊动射流
袁丽蓉, 沈永明, 郑永红
2004, 15(5): 566-570.
摘要:
以k-ε紊流模型为基础,针对浅水环境垂向射流的水面会有明显突起情况,采用VOF(Volume of Fluid)方法追踪自由面,建立了适合浅水环境垂向平面紊动射流的二维数学模型.对不同入射速度、水深、入射口宽度组合进行了大量的数值模拟实验,对整个流场的分布作了分析,发现自由面的分布特点和速度矢量场的分布特点相对应;中轴线附近的自由面隆起具有自相似性,文中给出了拟合表达式;由于水面的阻滞,中轴线上垂向速度的衰减较自由射流快,衰减规律随水深和射流宽度而异.
流域面源集成管理系统的设计与应用
王少平, 俞立中, 许世远
2004, 15(5): 571-575.
摘要:
利用矢量数据结构的地理信息系统(GIS)软件和模拟模型集成开发流域面源污染管理系统.以上海市苏州河流域为例,通过土地利用类型、土壤类型、子流域等图层的叠加,将流域空间分割为一系列不规则的矢量多边形,并将这些矢量多边形作为非点源模拟的空间单元;利用组件式地理信息系统平台MapX、Surfer等,设计和开发了无缝集成的苏州河面源管理信息系统的结构、功能和数据库组成,并初步建立了可运行的苏州河流域面源管理信息系统.在系统的支持下,可有效地实现流域面源污染负荷估算、面源污染指数评价、单位面源负荷的等值线绘制以及面源污染的总量控制等功能.所开发的系统,既是面源污染专业软件开发的有益尝试,同时也是流域数字化环境管理的有益探索.
重金属迁移转化模型研究
何用, 李义天
2004, 15(5): 576-583.
摘要:
大量重金属污染物迁移转化的现象和研究成果都表明重金属以泥沙颗粒为载体迁移转化,描述重金属在天然水体中的迁移转化必须紧紧抓住泥沙颗粒运动及重金属与泥沙之间的转化关系进行.为此在对现有的重金属迁移转化数学模型进行概括分类的基础上,根据水沙运动与污染物相互作用关系,分析了泥沙颗粒运动及重金属吸附解吸不平衡过程,并结合水沙数学模型,建立了重金属迁移转化的耦合模型.同时在模型合理性分析的基础上,对模型进行了计算分析,分析表明模型能够合理地反映重金属污染物在水体中的迁移转化过程.
无粘性泥沙起动条件对比研究
聂锐华, 刘兴年, 曹叔尤, 李莉
2004, 15(5): 584-587.
摘要:
从泥沙起动的已有研究成果出发,推导出常见的3种泥沙起动条件的转换关系.利用这些关系,将国内外现有的几十种泥沙起动条件进行了统一,可得各种公式的K值一般在337~786之间.为合理选用起动公式提供了依据.在此基础上,用韩其为1965年在岷江五通桥茫溪河进行的卵石起动的野外水槽试验资料与一部分经典公式计算结果进行了对比研究.为岷江都江堰河段合理选用卵石起动公式提供了依据.
深埋长引水隧洞对电站下游水温的影响
李然, 李克锋, 邓云, 陈明千
2004, 15(5): 588-592.
摘要:
引水式水电站深埋长引水隧洞对电站下游水温的影响直接关系到下游水生物生境.采用k-ε模型,结合能量传输方程建立了引水隧洞三维水温预测模型,并在利用原型观测资料验证模型的基础上,对拟建的锦屏二级引水隧洞的水温进行了预测.预测结果表明,由于雅砻江上拟建的锦屏二级隧洞洞径与过流量较大,水流在隧洞内滞流时间短,水温升高不明显.由于模型采用隧洞实际空间布置数据,建立包括混凝土衬砌区域在内的三维空间计算域,同时考虑温度场与流场的相互影响,实现了对温度场的精确模拟,从而可为水电站设计和水生物保护提供科学依据.
有限元水流计算中内存和运行效率初探
周杰, 汪德爟
2004, 15(5): 593-597.
摘要:
有限元在非恒定流计算中耗内存大、耗机时多的问题一直困扰着工程师,限制了有限元的应用.采用分步有限元方法离散二维浅水方程,并初步探索了行指标矩阵压缩存储稀疏矩阵的方法和效率以及预条件双共扼梯度法在求解有限元方法中形成的大型线性方程组中的效率,取得了满意的结果.在一定程度上缓解了有限元在非恒定流计算中存在的耗内存大、耗时多的问题.
基于海冰物理和力学参数的渤海冰工程分区
李志军, 卢鹏, Devinder S Sodhi
2004, 15(5): 598-602.
摘要:
根据渤海海冰物理和力学参数分布建立渤海海冰工程分区.其特点是将作用到相同直径或宽度的直立结构物上冰的作用力范围相同的区域划分为同一分区内,因此不同重现期设计冰厚度和峰值压缩强度之积作为区划指标.为了获得不同重现期渤海海冰物理和力学性质参数,利用渤海历史资料建立用气温、水温、冰期和冰厚表达非变形平整冰层和冰样温度、盐度、密度的关系,进而获得冰的孔隙率;利用渤海海冰单轴压缩强度同孔隙率的试验关系计算相应峰值压缩强度;然后发展渤海不同重现期平整冰层物理和力学参数的平面分布.在此基础上以新区划指标做不同重现期的海冰工程分区.作为新区划的实例,给出25、50、100年重现期的渤海海冰工程分区.
湖泊调蓄作用对河网计算的影响
吴作平, 杨国录, 甘明辉
2004, 15(5): 603-607.
摘要:
分析了Muskingum法及其衍生的水动力学模型在水流计算中的优缺点,以及湖泊调蓄作用的计算方法,在此基础上建立了能够反映湖泊调蓄作用的河网模型,并采用荆江洞庭湖河网水系1996和1997年的相关资料进行了对比计算.结果表明,考虑湖泊的调蓄作用时,模型的计算值与实测值吻合较好,说明对湖泊调蓄作用的处理是较为符合实际情况的,所建模型具有较好的适用性.分析了湖泊调蓄作用对河网水沙数值计算影响的复杂性.
黄河流域水循环演变若干问题的研究
刘昌明
2004, 15(5): 608-614.
摘要:
从若干方面的研究结果揭示了黄河流域水循环发生的巨大变化.水循环是水资源科学评价与合理开发利用的基本依据.水循环主要要素的变化取决于气候条件的变化与人类活动的影响.对前者宜采用适应性对策,在研究气候变化的基础上,分析水循环变动的规律并预测其趋势,制定相应的适应性措施;对于后者则应加强水资源开发利用的科学管理,以维持流域天然水资源的可更新(可再生)性.
悬浮物浓度对水下光照和初级生产力的影响
张运林, 秦伯强, 陈伟民, 高光, 陈宇炜
2004, 15(5): 615-620.
摘要:
采用太湖湖泊生态系统研究站生态实验室的模拟生态槽进行水动力模拟实验研究(1999年5月8日~6月24日),探讨了水动力的扰动引起悬浮物的增加、改变水下光强的分布,并由此造成了初级生产力的变化.结果表明,无论是静止还是小水流、大水流状态,水下光强随深度都是按指数规律衰减;在静止状态下,槽水清澈见底,光衰减系数为1m-1左右,到小水流和大水流时,由于动力的扰动、悬浮物浓度的增加,光学衰减系数增加到2m-1和4m-1左右,真光层深度也由最初的4m降到2m、1m;对光学衰减系数、真光层深度与悬浮物浓度进行线性和幂函数回归,发现他们之间的相关性很好,反映了风浪扰动引起水中悬浮物增加是改变水下光照分布的主要原因;在静止状态下,由于槽水清澈,强光作用下表面存在光抑制现象,最大初级生产力出现在04~06m,其他情形光抑制很弱或基本上不存在,最大初级生产力出现在0~02m.
基于生态经济理论的生态需水计算方法研究
乔云峰, 王晓红, 纪昌明, 王丽萍
2004, 15(5): 621-625.
摘要:
在简述生态需水研究现状的基础上,结合以可持续发展为基础的生态经济理论,提出了基于生态经济思想的生态需水概念,并进行了理论分析.根据生态经济领域中的生态价值理论,确定不同生态需水量条件下的生态价值,进而通过水资源的生态价值与经济价值之间的相互关系确定合适的生态需水量,并通过实例对该方法的具体步骤进行了说明,认为由该法所确定的生态需水量符合客观实际,可以作为生态建设过程中生态需水研究的方法之一.该法通过水资源将生态系统和经济系统联系在一起,对于研究可持续发展条件下的水资源利用有一定的现实意义.
生态需水的理论内涵探讨
郑红星, 刘昌明, 丰华丽
2004, 15(5): 626-633.
摘要:
从生态系统水分循环的角度,较系统地探讨了生态需水的理论内涵,对生态系统水资源配置中相关且容易混淆的概念加以辨析,并分析了它们之间的相互关系.研究认为:生态缺水是生态系统水资源配置最直接的依据,而生态需水、生态储水的计算评价则是确定生态缺水的基础.通常,生态系统的水资源配置,必须在区域生态调查的基础上,结合社会经济发展状况,提出生态目标,然后进行生态需水估算、生态储水评价、生态缺水评估,并通过生态用水的可行性分析,最终确定生态保护和建设的水资源配置方案.
基于GIS的孔隙水文地质层三维空间离散方法
陈锁忠, 黄家柱, 张金善
2004, 15(5): 634-639.
摘要:
针对自然界中孔隙水文地质层空间分布的不连续性与厚度分布的不均匀性,研究基于GIS的孔隙水文地质层三维空间离散实现的技术路线,提出基于GIS的孔隙水文地质层不规则六面体元的三维空间离散方法.该法不仅能最大限度地保证不规则六面体元中水文地质层类型的一元性,而且可充分利用GIS的空间分析与数据的自动提取功能,快速提取各个计算结点上空间位置坐标与各类计算参数,大大缩短水文地质模型空间离散与相关数据文件组织所需的时间,提高地下水三维有限差分数值模拟的时效性,具有较高的实用价值.
基于活度计算的碳酸平衡研究
刘建刚, 吴顺华, 郑克勋
2004, 15(5): 640-642.
摘要:
研究考虑活度情况下地下水开放系统在不同温度和CO2分压下碳酸的3种存在形式与pH值之间的关系.分析地下水中CO2分压为10~105Pa,温度为0~30℃变化时pH0的变化情况,发现在一定CO2分压下,pH0值随温度的升高而降低并趋于一个稳定的值.在一定温度下,pH0值随CO2分压的升高而降低.但不论地下水的温度和CO2分压如何变化,pH0=7.92~8.60.这些结论更符合地下水实际情况,更有利于对水分析资料的审查.
虚拟现实技术在都江堰三维信息系统中的应用
张尚弘, 曲兆松, 郑钧, 王兴奎
2004, 15(5): 643-649.
摘要:
以四川都江堰虚拟现实系统的构建为例,介绍了虚拟现实技术应用于流域模拟的一些关键环节,重点探索了多比尺地形嵌套建模、水流模拟、场景漫游控制、多专题切换、工程设计仿真以及与外部数据库连接查询等问题的解决方法,为虚拟现实技术更进一步应用于流域模拟进行了有益的尝试.
基于3S技术的小流域水土流失过程数值模拟与定量研究
万晔, 段昌群, 王玉朝, 王学林, 王建萍
2004, 15(5): 650-654.
摘要:
运用3S技术和不同水蚀区修正的土壤流失方程,对金沙江流域龙川江上游的水土流失量和需要治理的面积进行了数值模拟和定量研究.结果表明:①旱年1998年土壤流失总量为840069.19t,流失总面积为2293.7841km2;涝年1999年土壤流失总量为8690182.6t,流失总面积为2293.7841km2;1999年和1998年强度、重度和剧烈以上流失面积分别达85%和66.8%,该项指标1999年明显强于1998年.②从流失面积来看,1999年中度以上流失面积占流失总面积的35.2%,而1998年只占26%.③1988年和1999年防治强度分级中急需治理和需要治理的面积占总面积的比例分别为16.27%和14.63%.④模拟计算结果与实测值接近,说明该方法对西南红壤季风区的水土流失定量监测与分析具有准确、实用和方便的特点.
论都江堰水利可持续发展战略框架
徐明
2004, 15(5): 655-659.
摘要:
公元前256年建立的四川都江堰水利枢纽工程是世界历史上至今仍在发挥巨大作用的最古老的水利工程之一.但是随着工程基础设施的老化,生态环境的恶化,周边地区工农业的过度开发,原有的传统水利发展模式已经不能适应都江堰灌区当前和未来的发展需求.因此,提出了一个以可持续发展思想为指导的、有明确发展目标、有总体发展构架的、又能对其进行实施评估的都江堰水利发展战略框架以及与之相适应的实施对策.用以推动都江堰灌区水利可持续发展的进程.
线性规划在灌区用水管理中的应用
冯保清, 雷志栋, 姜海波, 孙福宝, 杨诗秀
2004, 15(5): 660-664.
摘要:
采用流速仪测量渠道流量的灌区,在其测流及水量计算过程中,由于测验断面或人为因素,不可避免地存在着一定误差,有时出现上游测站水量小于下站水量或站间计算配水量明显偏大、偏小等不合理现象.应用线性规划理论中的修正单纯形法,提出水量平差模型,对不合理的测站水量进行修正,以提高配水统计和配水调度的精度.通过在位山灌区的实际运用,取得了明显效果,灌区配水调度也因此实现了由经验定性决策向科学定量决策的过渡,提高了用水管理水平.
水库水情的长期预报方法研究
郑金陵, 林镜榆
2004, 15(5): 665-669.
摘要:
介绍了建立水库水情长期数值预报的思路和做法.本法的特点是在逐步回归方法的基础上,同时对所选取的因子进行优化筛选,因而使预报的结果与实测值最为接近.该法用于我国东北地区松花江上游小山、两江和松山等水库的年、月来水量长期预报,结果表明,其预报合格率可达80%以上.另外,对6~9月总流量的预报,根据我国东北地区气候的特点,这一阶段的降水量变异很大,用本法预报会使误差较大,但是年平均流量与这一时段的总流量相关较好,于是提出了另外的预报方法.总之这一方法是较为快捷而实用的水库水情长期预报方法.
基于RS/GIS的城市财产保险洪灾损失评估研究
李喆, 秦其明, 阿布都瓦斯提·吾拉木, 王林
2004, 15(5): 670-674.
摘要:
如何快速,有效地进行投保户洪涝灾害损失评估是保险行业急需解决的一个重要课题.从洪涝灾害的成灾机理出发,针对保险公司对具体受灾体理赔需求,提出了计算每个投保户洪灾损失率方法,建立基于遥感(RS)和地理信息系统(GIS)的城市财产保险洪涝灾害损失评估模型.建模时较全面地考虑了与投保物性质有关的承灾体易损度和与投保物所处环境有关的地基承载力等因素,并使用RS/GIS将其定量化提取.最后使用广东省深圳市洪灾数据进行模型检验.验证结果表明,模型对于各个投保户均能得到较好的精度.
贝叶斯方法在洪水保险费调整中的应用
付湘, 刘宁, 王丽萍, 纪昌明
2004, 15(5): 675-678.
摘要:
在洪水保险中,获得的样本信息不符合对统计样本的理论要求.因此,本文运用贝叶斯统计方法,依据先验信息数据确定的保险费,结合新的理赔记录,调整和校正赔款频率和平均赔款额,从而正确估计保险费.使其符合实际的风险水平.并运用实例分析了贝叶斯方法的可行性,本文的方法和结论可供开展洪水保险项目研究和业务工作参考.
大气水文学初探
张学文, 杨青, 杨莲梅
2004, 15(5): 679-682.
摘要:
大气中水分的生成、活动关联降水预报、旱涝防治、保护和改善生态环境等方面.气象学的各个分支中没有统一的理论框架.从"地球的水科学"角度看,它也缺少"大气水"分支.建议建立"大气水分学"这个科学分支以填补这个空白.大气水文学就是研究大气中水分的存在、运动、变化、作用和利用的知识体系.
MODIS在水文水资源中的应用与展望
彭定志, 熊立华, 郭生练, 胡彩虹, 张红
2004, 15(5): 683-688.
摘要:
MODIS是新一代遥感技术,其遥测数据与其他单独的遥感平台(如NOAA和Land Sat)所获得的数据相比,具有免费、较高时间分辨率(0.5d)、空间分辨率(250m)和光谱分辨率(波谱范围0.4~14μm,36个光谱通道)等优势和特点.详细介绍了国内外的研究现状,着重对MODIS在洪水过程和洪灾范围实时动态监测、冰川和积雪、降水、植被、土壤水分、蒸发、水文模型、水质等方面的应用和研究进展进行了评述,指出MODIS在水文水资源中具有广阔的应用前景.