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2006年  第17卷  第3期

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一维均质与非均质土柱中溶质迁移的分数微分对流-弥散模拟
陈静, 黄冠华, 黄权中
2006, 17(3): 299-304.
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分数微分对流-弥散方程(FADE)是模拟溶质迁移问题的新理论,但应用FADE来模拟溶质迁移时能否克服弥散的尺度效应尚待验证。利用长土柱实验资料结合FADE的解析解拟合推求FADE的弥散系数,并分析其与尺度之间的相关关系。研究结果表明,FADE的弥散系数具有随尺度增大而增大的现象,且均质土柱中FADE的弥散系数尺度效应小于非均质土柱中弥散系数尺度效应。在均质土柱中,弥散系数与尺度之间成指数相关关系,在非均质土柱中,弥散系数与尺度之间成幂相关关系。考虑了弥散系数分别与迁移时间和迁移距离呈线性递增两种相关关系,进而分别构建了3种考虑弥散尺度效应的FADE模型,并提出了求解的差分方法。利用上述3种考虑弥散尺度效应的FADE来模拟和预测不同空间位置处的溶质迁移过程。结果表明,对均质土柱中的溶质迁移可得到较好的模拟结果;对于非均质土柱,其模拟结果与实测结果仍然存在一定的差异。
Delaunay方法的改进及其在地下水污染监测网设计中的应用
吴剑锋, 黄昌硕
2006, 17(3): 305-311.
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地下水污染监测网的设计包括取样点在空间上的采样位置和时间上的取样频率这两方面的确定,其目的是为了准确刻画污染羽在含水层中随时间的变化状况。介绍了一种新的基于Delaunay三角形剖分方法用于地下水污染监测网在空间上的去冗余设计。同时,针对Delaunay方法没有考虑含水层参数变化和不能新增必要监测点的缺陷,提出了改进措施。改进的Delaunay方法可以直接与污染物的运移模型耦合,通过获取的含水层参数能够比较好地检验监测网在空间上的去冗余设计效果。实例研究表明,该方法在保证监测精度的基础上,能够找到最优的空间取样位置点,同时与改进前相比,利用该方法得到的地下水污染监测网能更加客观地反映污染物在含水层中的空间分布特征。
基于生态保护的宁夏天然绿洲生态需水研究
黄晓荣, 姜健俊, 裴源生, 梁川
2006, 17(3): 312-316.
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以适宜的生态目标与生态建设规模为目标,以水资源合理利用为核心,利用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)等技术,研究了宁夏绿洲的生态演变和生态需水问题。在分析宁夏绿洲的生态意义、生态现状及流域水资源状况后,探讨了生态演变和生态需水的相关理论,提出了宁夏绿洲生态演变研究的总思路、绿洲生态需水的概念、界定绿洲可持续发展规模,对宁夏生态需水计算提出现状思路和方法。
考虑污染源强随机变化的感潮河流环境容量优化
林高松, 李适宇, 江峰
2006, 17(3): 317-322.
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考虑污染源强随机变化和感潮河流潮周期内动态水文条件对水质的影响,建立了优化污染负荷分配的流域水质管理模型。模型以总的允许排污量最大为目标函数,流域的水质控制点达标为约束条件。假设排污量是服从对数正态分布的随机变量,并且以潮周期内水质达标的概率作为衡量控制点达标的依据。采用遗传算法对该随机规划模型进行求解。研究结果表明,污染负荷优化分配结果能够满足随机条件下的水质达标率要求,并且与传统的确定性线性规划模型的分配结果相比有着明显差别。同时证实了遗传算法能够有效地解决复杂的随机规划模型。
长春市南湖叶绿素a浓度高光谱估测模型研究
段洪涛, 张柏, 宋开山, 王宗明, 胥彦玲
2006, 17(3): 323-329.
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利用野外高光谱仪(ASD Field Spec radiometer)在长春南湖进行了反射光谱测量和同步水质采样分析,通过研究水体藻类叶绿素a浓度与其高光谱反射特征之间的相关关系,采用单波段反射率、反射率比值法和一阶微分法分别建立了叶绿素a的高光谱定量模型。结果表明:三者与叶绿素a线性相关程度都比较高,决定系数在0.70左右,而且其显著水平P<0.01,都可以用于叶绿素a的定量遥感,其中单波段模型效果最好。为今后利用高光谱传感器在南湖进行叶绿素a浓度大面积遥感反演提供了研究基础。
乌江渡水库中溶解性硅的时空分布特征
朱俊, 刘丛强, 王雨春, 李思亮, 李军
2006, 17(3): 330-333.
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在2003年10月-2004年9月期间每月一次采集了乌江干流上乌江渡水库大坝前开阔水域中的表层水;并于2003年10月、2004年4月和7月在同一采样点采集了分层水样及其底部的柱状沉积物。分别测定了其中溶解性硅(DSi)和叶绿素a(Chl-a)的浓度,同时还现场测定了水体中的温度(T),溶解氧(DO)和pH值。结果表明:乌江渡水库表层水中DSi的浓度范围为0.53~3.96 mg/L,平均值为1.74 mg/L;但沉积物孔隙水中DSi浓度大约是上覆水体中DSi浓度的7倍。分层期间,水体中DSi浓度在垂直方向上随水深增加而升高,而孔隙水中DSi浓度随沉积深度先增加后降低。同时还发现乌江渡水库中DSi与叶绿素a之间存在较好的反相关关系,这表明该水库中DSi的含量和分布可能主要受到浮游植物尤其是硅藻的生物活动调节。
香港九龙大坑东地下蓄水方案数值研究
匡翠萍, 李行伟, 陈孝章, Peter Clark, Nick Townsend, Raymond Siu
2006, 17(3): 334-341.
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香港九龙大坑东地下蓄水方案(Tai Hang Tung Storage Scheme-THTSS)是香港西九龙渠道改善二期计划的一个重要组成部分,其目标是解决香港九龙繁华拥挤、人口稠密的商业中心旺角一带的洪水淹没问题。THTSS即是在经常洪水淹没区域(大坑东和界限街水渠交接处)上游足球场下面建立一个100 000 m3的地下蓄水池。本文建立了一个能处理明渠缓流和急流、封闭管道有压流、侧流堰和渠道汇合处过渡流于一体的一维水力数学模型,用1:22正态物理模型恒定流下的结果进行验证。数值模型计算了在50年一遇暴雨下,非恒定洪水在不同的侧流堰方案下的流动过程。结合物理模型试验结果,选择最佳的地下蓄水方案。计算结果表明,大坑东地下蓄水方案确实能加强旺角地区地洪水控制能力,并能通过50年一遇暴雨的洪水。
斜坡上异重流的三维数值模拟
赖锡军, 汪德爟, 姜加虎, 黄群
2006, 17(3): 342-347.
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针对异重流的流动特征,建立了适用于具有各向异性浮力紊动特征的三维异重流运动的数学模型,并模拟了异重流在15°斜坡底面上的潜行过程。计算结果准确地模拟了异重流的运动特征和形态,其前锋的潜行速度与实验结果相当吻合。该模型采用非结构同位网格上的SIMPLEC算法能适应复杂边界和地形,可应用于自然界实际环境中异重流的演进计算。
水库下游河流再造床过程的时空演替现象——以丹江口建库后汉江中下游为例
张俊勇, 陈立, 吴门伍, 邓晓丽
2006, 17(3): 348-353.
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在实测资料和前人研究的基础上,引入“空代时”假说,分析研究了丹江口建库后汉江下游河流再造床过程的时空演替现象。分析表明,河流再造床过程在冲刷延展、河床粗化、含沙量及其特征、岸滩侵蚀以及河型变化等方面具有较典型的时空演替现象。产生时空演替现象的根源在于河流自调整作用在同一变源下空间和时间响应的一致性,是过程的相似。输入水沙条件的变化、水库下游河道支流入汇、河床边界条件的变化以及因此导致的不同调整方式是引起时空演替复杂响应的主要原因。如能排除干扰、建立时空演替现象的数学模式将有助于水库下游河流调整的分析和预测。
桥墩附近四面体透水框架抛投防冲效果试验研究
房世龙, 唐洪武, 周宜林, 蔡开玺
2006, 17(3): 354-358.
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分析了目前国内所采用的抛石防护方法和土工织布上加压载防护方法的优缺点,对桥墩冲刷的机理进行了阐述,并且通过模型试验,研究了在桥墩周围抛投四面体透水框架进行防护的防护效果。从而证明了“四面体透水框架抛投防护方法”对桥墩局部冲刷的防护有一定的工程使用价值。
河流水质时空变化及其受土地利用影响的研究——以深圳市主要河流为例
岳隽, 王仰麟, 李正国, 张源, 卜心国
2006, 17(3): 359-364.
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从深圳市的现实研究需求出发,在对地表水体主要水质指标因子分析的基础上,研究了深圳市境内五个集雨面积大于100 km2的河流近10年的水质时空变化特征。然后结合5个流域的土地利用详查数据,应用统计分析和空间分析方法论证了流域内土地利用类型与河流水质关键指标之间的相关关系。研究结果表明,从1996-2004年深圳市5个主要河流的有机物污染程度有不断增加的趋势,不同时间段内5个流域的耕地、园地和建设用地的数量对相应河流水质的有机物污染有明显的正效影响作用。因此为了制定和实施合理的水环境保护对策,需要对流域内土地利用结构进行优化调整,以期构建流域尺度上水土资源协调发展的可行预案。
暴雨和降水偏态系数分析
王家祁, 姚惠明, 关铁生
2006, 17(3): 365-370.
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采用统一的统计参数计算方法分析计算了全国0.51万~1.36万个雨量站历时为10 min~3 d的暴雨资料、210个站历时为1 d~90 d和1 a的降水资料的偏态系数和变差系数比值Rsv。探讨了皮尔逊Ⅲ型频率分布曲线的Rsv特性;分析了Rsv的地域分布、Rsv与雨量历时的关系,并研究了对Rsv有影响的多个因子。研究表明,在目前资料条件下,不宜对各个地区各种历时的暴雨频率分析均采用单一的Rsv值(3.5)。
陆面蒸散的双源遥感模型及其在华北平原的应用
沈彦俊, 夏军, 张永强, 肖捷颖, 唐常源, 近藤昭彦
2006, 17(3): 371-375.
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摘要:
建立了一个计算陆面蒸散的双源遥感模型,利用多光谱和热红外遥感数据估算地表土壤缺水状况,并计算蒸散通量。本模型利用2000-2002年的13期Landsat TM和ETM+遥感数据计算了栾城地区1 000 km2范围的蒸散通量。通过与地面同步微气象观测值的对比,显示利用笔者建立的双源蒸散模型和简化的植被指数-地表温度梯形法确定土壤水分状况,在华北平原能够获得比较满意的计算结果。
湖泊亚像元填图算法研究
张洪恩, 施建成, 刘素红
2006, 17(3): 376-382.
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湖泊面积变化监测具有重要的科学和社会意义,使用中低分辨率卫星遥感数据进行大面积的湖泊面积变化监测有很多优势,但易受混合像元的影响。本文根据湖泊水体的遥感特性,发展了使用中低分辨率卫星遥感数据的混合像元分解算法,应用线性多端元混合像元分解技术,自动、快速地得到在每个像元中湖泊所占的面积百分比;在上述分类结果的基础上,基于地物的空间依存现象,建立空间吸引力的概念,用循环迭代的方法实现超过遥感影像自身分辨率的湖泊亚像元填图。在针对青藏高原不同季节不同地区的Modis影像的实践中,显示混合像元分解算法可以提供较高精度的软分类结果;使用迭代方法进行亚像元填图是简单高效的,具有很大的应用潜力。
城市泥石流风险评价探讨
唐川, 朱静
2006, 17(3): 383-388.
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摘要:
探讨了城市泥石流风险评价的系统方法,该方法包括泥石流扇形地危险区划、城市易损性分析和城市泥石流风险评价三个主要内容。泥石流堆积扇危险区划是基于数值模拟计算出的泥深和流速分布图进行叠合完成的。以美国高分辨率的“快鸟”卫星影像为数据源,完成了研究区的城市土地覆盖类型遥感解译,在此基础上完成了城市泥石流易损性分析,应用地理信息系统提供的统计和分析工具,完成了研究区泥石流风险评价。该风险区划图可用于指导对泥石流易泛区的不同风险地带的土地利用进行规划和决策,从而达到规避和减轻灾害的目的,也为生活在泥石流危险区的城市居民提供有关灾害风险信息,以作避难和灾害防治的依据。
我国城市缺水研究
赵勇, 裴源生, 陈一鸣
2006, 17(3): 389-394.
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选取了全国365个城市作为研究对象,进行城市需水、供水和缺水分析,并按照六大分区统计汇总。分析结果表明:按1999年水平年研究城市总需水量为663.4亿m3,总供水量为599.9亿m3,缺水量达63.5亿m3,如果除去超采的32.2亿m3地下水,缺水量达到95.7亿m3。进一步分析认为全国667座城市缺水达到105亿m3。分析制定了缺水标准,据此,研究城市中有275座城市缺水,其中重度缺水城市达93座,并进行了缺水城市的缺水性质、缺水分布和缺水影响的分析。
流域水资源实时调度研究——以黑河流域为例
裴源生, 赵勇, 王建华
2006, 17(3): 395-401.
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系统地总结了流域水资源实时调度的研究现状和调度的基本理论依据。流域水资源实时调度以显式考虑人类活动影响的二元动态水资源演化模式为其理论基础,提出了“宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正”的流域水资源实时调度的模式。并以黑河流域为例,进行了应用研究,初步应用表明,该模式能满足流域水资源实时调度管理的需要,可为我国北方干旱半干旱地区流域水资源实时调度提供借鉴。
水力紊动条件对泥沙絮体分形结构的影响
李冬梅, 金同轨, 王和平, 梅胜, 谭万春
2006, 17(3): 402-406.
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摘要:
在含沙量为85 kg/m3的悬浊液中投加阳型高分子聚合物,改变水力紊动条件:剪切速率(r)或速度梯度(G)与剪切时间(t),借助沉降技术、图像分析技术及分形特性定量表征参数“分维”探讨了架桥絮体结构的演变规律,得出分形结构达最佳状态时的水力紊动强度(Gt)值存在两个临界值:快速絮凝阶段和慢速絮凝阶段。实验发现,不同含沙量架桥絮体分形结构致密度最高时所需的最佳Gt值相近。含沙量越低,r或G值应降低,t值增加,分维值降低。另外,相同含沙量无机混凝剂絮体与高分子架桥絮体分形结构达最佳时,前者所需Gt值高,对应的G值低,t需延长,絮体平均质量分维(D3)值高,但絮体结构脆弱。
黄河下游河道输沙水量及计算方法研究
申冠卿, 姜乃迁, 李勇, 尚红霞, 李小平
2006, 17(3): 407-413.
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摘要:
根据黄河下游1950年以来的水沙、河道冲淤及洪水观测资料,系统分析了黄河下游主要控制站输沙水量与来沙量、洪水量级、水沙搭配、区间引水引沙及河道允许淤积度等因子间的相互关系。在探讨泥沙输移规律和机理的基础上,引入水沙搭配参数,建立了适用于黄河下游主要控制站汛期及洪水期计算输沙水量的数学表达式,量化了水沙条件及河道允许淤积度变化对河道输沙水量的影响程度。该研究对维持黄河健康生命及黄河水资源的规划利用具有重要的理论和实际意义。
长距离自流型渠道输水控制的二步法研究
韩延成, 高学平
2006, 17(3): 414-418.
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摘要:
提出了一种针对自流型渠道输水的最优化控制的两步法。第一步是控制各闸站流量使渠段水位(或蓄水量)达到目标水位(或蓄水量),第二步是调整流量使渠段水位稳定。建立了使渠道内水流在最短时间内恢复到正常运行水位的最优渠道输水控制模型。构建了长距离渠道输水控制的一系列约束条件,包括渠道下游需水量约束、最高控制水位、水位最大容许下降速度、渠道容许过流能力、最少的开机次数等。提出了利用线性规划或将大系统分解为若干子系统求解的方法。算例结果表明,用传统的渠道控制方法需要几天才能使水位恢复到目标水位的渠道,用本优化方法控制,可以在几小时内使渠道水位达到目标水位并达到稳定。
全球水循环研究进展
陆桂华, 何海
2006, 17(3): 419-424.
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摘要:
以国际组织围绕全球变化问题执行的一系列与水循环相关的研究计划为背景,总结了近40年来陆地-大气间水循环研究的重要成果,并探讨了在全球气候变化的背景下,水循环需要进一步研究的突出问题。
水资源系统模拟模型研究进展
游进军, 王浩, 甘泓
2006, 17(3): 425-429.
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摘要:
回顾了国内外水资源系统模拟模型的研究历程,结合当前水资源领域发展方向,介绍了目前的研究现状。分析了以集成方式研究水资源系统模拟技术的必要性,评述了几类当前比较有影响的水资源系统模拟方法以及相应软件。阐述了面向对象技术(OOT)以及地理信息系统(GIS)等在流域水资源模拟中的应用。指出以计算机技术为先导,考虑不同的流域实际状况进行系统分析是构造通用水资源模拟模型的必要条件和发展方向。
河道内生态需水估算方法及其评述
钟华平, 刘恒, 耿雷华, 徐春晓
2006, 17(3): 430-434.
摘要 PDF
摘要:
针对目前常用的水文指标法、水力学法、整体分析法和栖息地法,4大类河道内生态需水估算方法就其适用条件和范围作了相关评述。认为不同的估算方法有其不同的适用条件和范围,在实际应用中需根据已有资料条件和研究的目的,选用不同的计算方法。

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