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2006年  第17卷  第2期

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中国年最大致洪暴雨落区研究
刘国纬, 沈国昌
2006, 17(2): 151-159.
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分析了1900-1999年逐年全国最大致洪暴雨落区的区域分布和年际间迁移轨迹.结果表明:中国年最大致洪暴雨落区的年际间迁移轨迹是无序的;年最大致洪暴雨可以随机地出现在中国(主要在90°E以东地区)任何地区;华中和华东地区是出现年最大致洪暴雨频次最高的地区.也分析了1470-1899年逐年的年最大洪涝中心的区域分布和年际间迁移轨迹,其结果支持20世纪中国年最大致洪暴雨落区分布和年际间迁移轨迹分析所得出的认识.上述事实表明,中国7大江河中的任何一条,每年都可能出现全国最大的暴雨洪水,而且无法预见其在年际间迁移的方向与落区.因此,中国不得不立足于此客观事实确立全国防洪战略.
地基GPS遥感的成都地区夏季可降水量的日循环合成分析
李国平, 黄丁发, 刘碧全
2006, 17(2): 160-163.
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利用成都地基全球定位系统(GPS)观测网2004年7~9月的观测数据,结合自动气象站获得的气象资料计算出GPS遥感的可降水量(PWV).与气象探空站观测资料算出的可降水量进行对比,确定出本次GPS遥感可降水量的精度为3.09 mm.并对成都、郫县夏季PWV的日循环特征进行了合成分析.结果表明:PWV呈明显的日循环,最小值出现在8:00(北京时间),成都和郫县分别为40.5 mm和35.0 mm;最大值出现在17:00左右,成都和郫县分别为43.5 mm和38.0 mm.白天PWV的变化较大,夜间相对稳定,日变幅为3 mm.在盛夏静稳型天气下,成都地区的PWV日循环特征与地面气温基本一致,皆受太阳辐射日变化的控制.降水日变化的一个显著特点是降水主要发生在夜间,当PWV在下午达到最大之后,主降水阶段开始,使PWV明显减少,同时使地面空气比湿迅速增大;当PWV下降到一个稳定状态后,主降水过程随之结束.大气水汽总量的积累和释放与地面降水有较好的对应关系,PWV的持续性递增和持续性递减预示着降水的开始和结束.
中国西北地区水汽的平流输送和辐合输送
王可丽, 江灏, 赵红岩
2006, 17(2): 164-169.
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分析了中国西北地区上空的水汽汇聚过程———平流输送与辐合输送,为西北地区降水过程数值模拟的参数化提供依据.分析表明:中国西北大部分地区为负的水汽平流输送,从上风方向得到的水汽输入小于水汽输出,是水汽的净流失区;中国西北地区中部为大范围负的水汽辐合输送,当地的水汽由风场向外扩散,加剧了当地的水分流失,是水汽扩散区;在水汽净输送的年际变化中,中国西北地区小于华北地区,平流输送呈上升趋势,辐合输送下降,平流的相对贡献在增加;在与大气环流系统的关系中,中国西北地区水汽的平流输送主要受西风带影响,辐合输送与南亚夏季风有显著相关.变化趋势表明西风的作用在加强.
海湾水库蓄水初期底质与淡水盐分交换的试验研究
高增文, 郑西来, 吴俊文
2006, 17(2): 170-175.
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在现场调查和钻探的基础上,采集了沐官岛水库库区3种典型底质(粉质粘土、泥质粉沙和中细砂)的原状/扰动土样和地表水样,然后分别采用静水土柱和动水水槽试验测定盐分的时-空变化规律,最后定量计算出不同底质盐分的释放通量,从而为该海湾水库蓄水初期水质的评价和预测提供了科学依据.土柱试验表明,在分子扩散作用下高盐分区主要集中在水-沉积物界面之上7.5 cm的范围内,7.5 cm之上的水体盐分较为均一,底质盐分释放通量按粉质粘土、中细砂、泥质粉沙的顺序递减,盐分释放通量符合负的幂指数形式,而且抽排界面之上高浓度水体对降低水体盐分含量效果显著.根据水槽模拟试验,风的吹拂会影响到界面之上水体盐分的分层,有利于海湾水库中盐分的混合作用.
水库深孔挑射出流对复氧的试验研究
范丽丽, 沙海飞, 吴时强, 周辉, 陈惠玲
2006, 17(2): 176-180.
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在水工泄水建筑物复氧能力的研究中,前人对自由溢流复氧能力和闸下出流复氧能力的研究较多,但对泄流水库下层水的中孔和深孔的复氧能力研究较少.为了消除低溶解氧的水库下层水对下游生态环境的不利影响,保证水生生物的多样性,在滩坑水电站泄洪洞模型中进行了系统的试验,发现复氧率与弗汝德数和下游相对水深相关性较好,同时增设掺气槽能够显著的提高复氧率.经研究提出的在一定条件下的经验公式,为水工深孔设计提供了参考.
城市暴雨径流初始冲刷效应和径流污染管理
王和意, 刘敏, 刘巧梅, 侯立军, 欧冬妮
2006, 17(2): 181-185.
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城市暴雨径流污染初始冲刷效应在城市径流污染的研究中占有很重要的地位,总结和分析了国外对城市暴雨径流污染初始冲刷的研究状况和存在的问题,对不同的初始冲刷定义进行分析和比较,建议采用初期30%的径流中携带了整个降雨事件污染物总量的80%这一初始冲刷定义,可以比较合理的对初期径流中污染物进行定量,从而为径流污染的治理提供方便;提出了处理初期径流污染物和保护受纳水体的管理方法,可为我国城市暴雨径流污染的治理提供科学的理论基础和借鉴.
黄河数字流域模型的建立和应用
刘家宏, 王光谦, 李铁键
2006, 17(2): 186-195.
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黄河数字流域模型是“数字黄河”的重要组成部分,在数字流域模型框架下,以坡面为基本单元,建立了包括植被截留、融雪、地表蓄滞、表层土蓄滞、中层土蓄滞和深层土蓄滞共6层的产流模型.模型在垂向上考虑3层出流:地表超渗产流、表层土侧向渗流和中层土侧向渗流,既反映当前的降水过程,又体现前期降水过程和土壤前期含水量的影响,比较适合黄河流域的产流特点.在坡面产流的基础上,还给出了坡面单元侵蚀产沙公式,用于建立流域产沙数学模型.应用建立的模型,给出了3个计算实例:黄河全流域水量计算、小花区间汛期洪水模拟和多沙粗沙区产沙计算.实践表明:建立的模型基本具备了在黄河全流域进行降雨-径流模拟、侵蚀产沙计算的功能,辅以降雨预报模块则可进行洪水预报.
水体交换周期模型的修正及其在黄河上游的应用
王红瑞, 刘昌明, 蒋晓辉
2006, 17(2): 196-202.
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在考虑水体入流和出流不等的条件下,提出了水体交换周期的计算模型和相应的数值算法.并选取黄河上游兰州-下河沿、下河沿-石嘴山、石嘴山-头道拐三河段,在天然径流状态下和有水库调节作用下分汛期和非汛期分别计算了历年各河段水体的交换周期.结果表明:(1)在天然径流状态下,三河段非汛期历年的交换周期几乎均长于相应汛期的交换周期,而在水库调蓄作用下,则没有表现出这一特点;(2)无论汛期还是非汛期,在水库的径流调节作用下各河段水体的交换周期普遍长于天然径流状态下的交换周期,即水库的径流调节作用使得下游河段水体的交换周期普遍延长,从而减缓了该河段的水量循环速率,对相应河段的水资源的可再生量产生了制约作用.
四种湍流模型对空化流动模拟的比较
钱忠东, 黄社华
2006, 17(2): 203-208.
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采用四种湍流模型对NACA66水翼空化流动进行模拟,分析了不同湍流模型和壁面函数对空化流动模拟结果的影响.分析结果表明:ASM模型和RNG k-ε模型对空化数不敏感,且计算精度较高;Realizable k-ε模型对空化数的变化很敏感,对不同的空化数计算精度相差很大;标准k-ε模型对空化数不敏感,但精度不高.增强壁面函数法对空化数不敏感,计算精度较高;标准壁面函数法和非平衡壁面函数法对空化数有一定的敏感性,但计算结果差异不大.
冰盖下水流垂线流速分布规律研究
茅泽育, 罗昇, 赵升伟, 相鹏, 岳光溪
2006, 17(2): 209-215.
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河道中冰盖显著改变了水流流动结构.采用k-ε紊流模型建立了冰盖下水流流动垂向二维数值模型;根据量纲分析理论提出了流速分布规律的影响因素;针对各种因素的不同组合进行了数值计算,并对其流动特性如最大流速点位置、冰区及床面区平均流速等进行了分析研究;对冬季封冻河道的二点测流法精度进行了理论分析.研究结果表明,冰盖下水流的纵向流速在流动核心区并不遵循对数分布规律,同时揭示了冰盖底部与河床的相对粗糙比、河床相对粗糙度及雷诺数对流速分布规律的影响.
非饱和流节点间导水率估计及达西平均分析
裴元生, 王金生, 田朝晖, 崔鹏
2006, 17(2): 216-221.
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针对由Gardner-Russo函数描述的特征土壤,在双饱和度坐标系中,探讨了常规节点间导水率估计与量纲一水平达西平均(k*H)和量纲一垂直达西平均(k*V)的差异.k*H是相邻两节点饱和度的函数,而k*V也是空间步长(Δx)和特征参数(α)的函数.对水平非饱和流,算术平均高估导水率,而几何与调和平均低估导水率;从相对误差空间分布看,几何平均优于算术和调和平均.对垂直非饱和流,随Δx(或α)的增大,常规估计的相对误差空间顺(或逆)时针旋转并缩小,从而降低模型准确性.k*H等值线具有对称性,而k*V不具对称性;仅当Δx或α足够小时,k*H才趋近于k*V.因此,为提高非饱和流数值模拟的准确性,必须采用精确的达西平均来计算节点间导水率.
典型表层岩溶泉水短时间尺度动态变化规律
李林立, 况明生, 张远瞩, 王建力, 谢世友, 蒋勇军, 刘玉
2006, 17(2): 222-226.
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通过多功能自动化监测记录仪CTDP300,对金佛山表层岩溶泉碧潭泉物理化学性质的昼夜变化过程进行了研究.短时间尺度监测表明,岩溶动力系统对环境变化比较敏感,响应及时,水的物理化学性质昼夜动态变化在不同气候条件下有不同表现.在无雨条件下,水温的变化与气温基本一致,电导率峰值区滞后温度数小时,这可能与植被从光合作用向呼吸作用转变导致大气CO2浓度产生较大的梯度变化有关,而这种梯度十分有利于岩溶作用的进行,但由于植被覆盖和地质构造等因素的差异,滞后时间有较大不同;在暴雨期间,虽有植被和土壤的阻挡和调蓄作用,降雨对碧潭泉岩溶水还是有较强的稀释作用,但开始降雨后数小时左右,表层岩溶带高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力作用和CO2效应逐渐占主导地位.
长江中游瓦口子至马家咀河段二维水沙数学模型
陆永军, 王兆印, 左利钦, 朱立俊
2006, 17(2): 227-234.
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针对长江中游瓦口子至马家咀河段(弯曲分汊河段)的水沙运动特点,给出了二维水沙数学模型尤其是推移质不平衡输沙计算的模式,主要包括推移质不平衡输沙方程、床沙级配方程、河床变形方程;对模型中的几个关键问题提出了处理方法,如非均匀沙起动及输移规律、床面混合层厚度等.利用大量的水流及河床变形资料,率定了模型的一些参数,进行了水面线、流速分布及河床变形的详细验证.在此基础上,根据设计部门提供的进出口水沙边界条件,预测了三峡工程蓄水初期该河段的冲淤过程与分布及航道条件的变化.
考虑泥沙冲淤对水流控制方程的改进与模拟
崔占峰, 张小峰, 冯小香, 谢作涛
2006, 17(2): 235-241.
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以一维数学模型为例,通过数值实验及渭河实际资料的验证,发现在含沙量较大的情况下,水流连续方程里的浑水与床面的交换项对流量影响是明显的,计算中应予考虑.解释了在像黄河这样的多沙河流中存在的“水变沙”、“沙变水”的现象.由此可见,在模拟含沙量较大河流的水沙数学模型中,应完整考虑水流连续方程的微元河段的水量变化率、进出通量变化及浑水与床面的交换通量这三项.
基于遥感方法反演悬浮泥沙分布
李洪灵, 张鹰, 姜杰
2006, 17(2): 242-245.
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基于遥感理论,采用地物光谱仪与光电测沙仪对同一水样同步测量的方法,确保建立相关关系数据的同步性;由地物光谱仪测得的光谱值推算出遥感反射率,并等效计算ETM+图象相应波段的遥感反射率;由光电测沙仪测出悬浮泥沙浓度;通过对等效算出的ETM+各个波段遥感反射率和悬浮泥沙浓度这两组数据的相关分析,得到4种形式的经验模型.结果表明,TM4与TM1波段光谱值的比值与悬浮泥沙浓度之间的相关系数最高,故应用该模式进行研究区域悬沙浓度反演.
洞庭湖泥沙淤积数值模拟模式
施勇, 栾震宇, 胡四一
2006, 17(2): 246-251.
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在确保沙量守恒的非恒定流、非均匀沙的二维水沙数学模型的基础上,通过洞庭湖水沙输运和河床变形计算实践,比较了两种冲泻质与床沙质的转化模式,提出了包括冲泻质在内的泥沙淤积模式和水沙动边界计算模式.从洞庭湖泥沙输运和河床变形计算的结果看,洞庭湖泥沙淤积数值模式具有较好的稳定性和较高的模拟精度,说明所建湖泊泥沙模型的良好性能和具有推广运用的前景.
湿润气候区非均匀地表平均蒸散发率参数化方案研究
刘晶淼, 丁裕国, 周秀骥, 汪方
2006, 17(2): 252-258.
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摘要:
从水文过程的物理机制出发,提出湿润气候区平均蒸散发率的一种统计-动力参数化方案.将陆面蒸散发过程的复杂机制分解为地表层裸土及植被两种下垫面的土壤水分饱和区与非饱和区影响下的通量贡献.从理论上推导出考虑土壤含水量次网格尺度非均匀性的区域蒸散率解析表达式.根据湿润气候区土壤水分空间分布PDF的特点,给出适用于湿润气候区的平均蒸散发计算式.以长江三角洲为例进行的数值试验证明其合理性与可行性.
基于DEM与实测河网的流域编码方法
罗翔宇, 贾仰文, 王建华, 王浩, 秦大庸, 周祖昊
2006, 17(2): 259-264.
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借助于GIS技术对大流域进行划分与编码.修正实测河道上部分栅格单元的高程,以避免大面积“伪洼地”的出现,从修正后的栅格型数字高程模型(DEM)提取出与实测河网比较一致的模拟河网.提取出模拟河网后,再进行河网的编码,以及流域的划分与编码.提出了一种对Pfafstetter规则的改进方法,并且按照改进后的Pfafstetter规则来对河网与流域进行编码.所有编码工作是由本次研究中专门编制的程序来自动完成.将提出的方法应用于黄河流域,将整个黄河流域划分为8 255个子流域并赋予了Pfafstetter编码.
岳城水库控制流域暴雨洪水的时程分布规律及分期划分研究
邹鹰, 郭方, 沈国昌, 王银堂
2006, 17(2): 265-270.
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从两个方面全面分析了岳城水库控制流域的暴雨洪水时程分布及分期规律:一是根据实测水文资料,通过统计暴雨日数,典型历时年最大降水量、年最大洪峰流量和5日洪量在各旬出现的频率,对流域暴雨洪水时程分布特性进行了多方面的综合分析;二是通过对流域所处地区暴雨形成的天气成因分析,为前述的统计分析结果提供必要的成因基础.还利用旬平均降雨量的相对系数来确定汛期的起止时间.分析结果表明,岳城水库控制流域的暴雨洪水时程分布具有比较明显的变化规律,其中有一个时期暴雨洪水出现的次数多、量级大,主汛期特征显著,汛期可以划分为3个分期,即前汛期、主汛期和后汛期.
台湾多站流量生成模式的研究
韦家振, 陈世伟, 吴瑞贤, 张志诚
2006, 17(2): 271-277.
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在台湾不同时间下之流量均呈现强烈的气候特性,透过具有气候意义的流量模式,可使得模拟模式的结果更接近实际情况.利用台湾的气候特性,将流量区分于不同气候之贡献,初步完成具台湾气候特性的单站流量生成模式.再使用统计方法考虑于同一流域中不同时段与不同河川间之流量,最后形成合适的多站流量模式.经由多站流量生成模式所得之流量,不似单站生成模式缺乏流域整体的考虑,同时也保持河川间的相关性,与流量间时序之关系.将此模式应用在台湾淡水河流域的支流上,已获致颇佳的结果.此具气象性质之多站流量生成模式未来适合推广于台湾其它流域之水资源规划.
长周期动力地形模型中代表输入条件
任杰, 吴超羽, 贾良文
2006, 17(2): 278-282.
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长周期动力地形模型是模拟长时间尺度地形演变过程的一种过程模型,其代表性输入条件是模型输入的一个关键问题.为了给出长周期动力地形模型中合适的代表性输入条件,采用比较代表条件与真实条件下泥沙输运率近似的方法,确定合理的代表潮,通过计算分析,地形复杂的古珠江河口湾宜采用大于平均潮差约12.5%的3个代表潮为输入条件,这样,代表潮与真实潮产生的泥沙平均输运率,无论大小还是方向误差最小.
防汛会商系统集成化管理研究及应用
周惠成, 何斌, 梁国华
2006, 17(2): 283-287.
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摘要:
分析总结了目前防汛会商系统在集成管理及其应用方面存在的主要问题,提出了防汛会商系统集成化管理的设计思想,研究了其体系结构,指出了采用的新技术,从而形成了防汛会商系统集成化管理的总体设计方案.通过理论研究,设计和开发了防汛会商系统集成化管理的模板.基于该设计方案而建立的防汛会商系统,在会商模板对防洪信息的有效管理下,高度集成了各种雨情、水情、工情、灾情、险情等防洪信息和知识,对当前防汛形势和决策问题进行分析和总结;通过会商平台将面向防汛决策热点的主题信息,形象、直观、全面、实时地呈现到会商现场,辅助决策者进行防洪调度决策.该研究成果已应用到黑龙江省防汛会商系统中,并取得了良好的应用效果.
城市降水径流的污染来源与排放特征研究进展
李立青, 尹澄清, 何庆慈, 孔玲莉
2006, 17(2): 288-294.
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综述了城市地表径流污染的成因、来源和排放特征的研究.城市降水径流污染来自3个方面:降水、城市地表和排水系统.其中,城市地表和排水系统是城市降水径流污染的主要来源.在具合流制排水系统的城市,20%~60%的径流污染(SS、COD和BOD5)来自排水系统.在一次降雨过程中,城市降雨径流污染的排放一般存在初期冲刷效应,径流中污染物浓度的峰值一般提前于径流的峰值.但是由于影响初期冲刷效应的因素多而随机,使得初期冲刷出现的频率和程度存在明显的差异,而且很难建立初期冲刷与降雨特征和流域特征的通用关系.
风险管理是干旱管理的发展趋势
顾颖
2006, 17(2): 295-298.
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摘要:
对我国干旱管理现状进行了分析,指出了存在的问题,介绍了抗旱工作要从被动抗旱向主动防旱、科学防旱转变的趋势,并从应急抗旱向常规抗旱和长期抗旱转变的科学管理理念出发,提出我国的干旱管理方式应该从现行的危机管理向风险管理转变,并重点介绍了干旱风险管理的几个主要方面:干旱期的水资源管理、干旱早期预警和干旱预案.

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