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2006年  第17卷  第4期

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不同林草系统对集水区水量平衡的影响研究
代俊峰, 陈家宙, 崔远来, 何园球, 马吉刚
2006, 17(4): 435-443.
摘要:
应用SWAT99.2模型(Soil and Water Assessment Tool),系统地研究了红壤丘岗集水区4种林草系统(自然草被、阔叶林、混交林和针叶林)的地表径流、根层渗漏、蒸发蒸腾、土壤蓄水量的时空特点,并用实测的地表径流对模型进行校正和验证,月地表径流的Nash-Sutcliffe模拟效率系数达到0.74,模拟值和观测值的决定系数达0.90。结果表明,降水的年内分配不均造成了径流、渗漏、土壤蓄水量月份之间的差异,年际间气象条件(特别是降水)的差异性导致了水量平衡支出项的年际差异,其中径流量和渗漏量受降水的影响最大,蒸发蒸腾量次之,土壤蓄水量的年变化量受降水的影响最小;林地能有效地减少区域的地表径流量,其中以阔叶林和混交林的效果最好;林地入渗性能大于草地;蒸发蒸腾量是林地水量平衡支出中最大的一项,且3种林地的蒸发蒸腾量均大于草地。水量平衡的预测结果显示,土地利用方式是区域短期水量平衡的主要影响因子。
黄土坡面径流侵蚀产沙动力过程模拟与研究
李鹏, 李占斌, 郑良勇
2006, 17(4): 444-449.
摘要:
通过室内模拟冲刷试验系统研究了3°~30°坡度范围内坡面径流的侵蚀动力及产沙特征,分析了坡面径流能耗与径流侵蚀产沙之间的关系。结果表明,坡面径流平均流速随坡度和流量的增加而增大,流速与坡度和流量之间存在指数函数关系,坡度对流速的影响大于流量。在3°~21°坡度范围内,坡面径流单宽能耗随坡度的增加而增加,当坡度超过21°时,径流能耗随坡度的增加而降低。坡度对侵蚀产沙的影响也有类似的现象,在3°~21°坡度范围内,坡面径流平均单宽输沙率随坡度的增加而增大,当坡度达到临界极值21°和24°后,坡面径流平均输沙率随坡度增加而减小;在整个试验坡度范围内,径流平均单宽输沙率随流量的增大而增大;流量对坡面径流平均单宽输沙率的影响大于坡度。坡面径流平均单宽输沙率和单宽径流能耗之间存在明显的线性关系,其临界单宽径流能耗随坡度的增加而增加,土壤可蚀性参数随坡度的变化在10.368~30.366的范围变化,试验的土壤可蚀性的平均值为14.61。
水流分配策略随下坡坡度变化的多流向算法
秦承志, 李宝林, 朱阿兴, 杨琳, 裴韬, 周成虎
2006, 17(4): 450-456.
摘要:
提出了一种新的多流向算法方法(MFD-fg),其基本思想是水流分配策略应在空间上随着与下坡坡度相关的地形参数而变,从而地形对水流分配的影响可以得到合理、有效的建模。比较分析表明,MFD-fg采用以最大下坡坡度的线性函数对水流分配进行加权,是较好的水流分配策略。应用实验表明,与目前具代表性的单流向算法与多流向算法相比,MFD-fg方法的结果可获得更合理的汇流面积。
土壤水分同化系统的敏感性试验研究
黄春林, 李新
2006, 17(4): 457-465.
摘要:
利用1998年7月6日至8月9日青藏高原GAME-Tibet试验区MS3608站点的4cm、20cm和100cm的土壤水分观测数据同化SiB2模型输出的表层、根区和深层土壤水分,探讨了一个基于集合卡尔曼滤波和简单生物圈模型的单点土壤水分同化方案。分析和评价了集合大小、同化周期、模型误差、背景场误差以及观测误差对同化系统性能的影响。结果表明:①增加集合数目可以减小土壤水分同化系统的误差,但同时又降低了运行效率;②对于集合卡尔曼滤波,初始场的估计是否准确对同化系统性能影响不大;③模型误差和观测误差的准确估计可以提高土壤水分的估计精度;④利用数据同化的方法对土壤水分的估计有显著提高。
基于孔隙分形维数的土壤大孔隙流水力特征参数研究
周明耀, 余长洪, 钱晓晴
2006, 17(4): 466-470.
摘要:
根据数字图像制备分析技术得到大孔隙数目、大小和形状等特征数据,用分形理论计算孔隙分形维数,并对两类不同质地土壤的孔隙分形维数进行分析比较,应用基于孔隙分形维数的大孔隙分形模型,建立了土壤水分特征曲线和非饱和导水率的预测模型。结果表明,孔隙分形维数Dv可定量描述不同质地土壤结构,其模型预测精度优于颗粒大小分布估计的分形模型,可用于实际问题的研究。
石羊河流域平原区土壤入渗特性空间变异的研究
贾宏伟, 康绍忠, 张富仓, 佟玲, 姚立民
2006, 17(4): 471-476.
摘要:
在野外原位入渗试验的基础上,建立了简化Philip入渗模型及其土壤转换函数,借助ARCVIEW软件生成了石羊河流域平原区土壤入渗特性参数的空间分布图,并分析了入渗特性的空间变异特征。研究表明,简化Philip入渗模型是点面转化中比较理想的模型,模型参数α的土壤转换函数可以简便地估算土壤入渗特性,两者的结合是研究大尺度土壤入渗空间变异的一种有效方法。
农田土壤水分和盐分空间分布的指示克立格分析评价
徐英, 陈亚新, 王俊生, 刘全明
2006, 17(4): 477-482.
摘要:
运用非参数地质统计学的多元指示克立格法,结合单元指示克立格法,对黄河河套灌区55hm2的盐渍化土地上两个比较关键时期的土壤水分和盐分进行空间分布的分析,给出了同一时期土壤水盐和不同时期土壤盐分满足一定标准的综合概率图,并借助该案例详细介绍了多元指示克立格的原理、步骤及应用范围。指示克立格方法为不同尺度(从农田到区域)上水土资源质量的评价提供了新的方法,能为水土资源的现代决策管理提供指导。
GIS-PModflow联合系统在松嫩平原西部潜水环境预警中的应用
汤洁, 卞建民, 林年丰, 杨建强
2006, 17(4): 483-489.
摘要:
针对松嫩平原西部地下水潜水位变化对环境产生影响的现状,运用GIS-PModflow联合系统确定了地下水环境预警警戒线,采用以不至于发生土壤盐碱化的潜水临界水位作为上警戒线值,以潜水开采极限深度作为下警戒线值。在对系统模型概化的基础上,进行了潜水位的数值模拟和预报。利用GIS空间分析方法对图像数据进行栅格叠加和属性判断,通过对预报水位与警戒水位对比,进行水环境预警。结果表明,研究区2015年的警情较1999年增加,且以灌溉后潜水位上升引起的土壤次生盐渍化的警情为主。
坡地地质灾害的减灾策略——以降雨预警基准为例
林鸿州, 于玉贞, 李广信, 陈天健
2006, 17(4): 490-495.
摘要:
降雨是诱发坡地地质灾害的重要原因,因此掌握降雨的趋势与分布规律,可有效地用于坡地灾害预警,但由于降雨预测精度、灾害资料统计的不足与坡地地质条件的不确定性,实际应用降雨预警基准仍存在许多困难。通过分析台风诱发坡地地质灾害的降雨特性,来说明降雨预警基准在防灾减灾工作上应用的条件与限制。结果表明,对于不同类型之坡地灾害与降雨分布特性,需采用不同的雨量预警基准。唯有通过岩土力学、工程地质学与气象学的整合研究,才能有效提高降雨预警基准预测的准确率,因此各学科的整合是未来防灾减灾研究工作的发展趋势。
浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染模型研究
龚春生, 姚琪, 赵棣华, 吴云海, 丰茂武
2006, 17(4): 496-501.
摘要:
从三维对流-扩散方程出发,推导包含底泥污染的水质控制方程,并与浅水流动方程耦合,建立相应的浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染的数学模型。运用伽辽金加权余量法推导出数学模型方程组的有限元公式,开发了实时二维水动力、水质模型。利用模型计算玄武湖混合流、水质动态变化过程,结果与实测值较吻合,从而为浅水湖泊混合流、包含底泥污染的水质模拟提供了一种可操作的新途径。
入湖河道生态修复工程对水流流速的影响研究
田伟君, 王超, 翟金波, 董洁
2006, 17(4): 502-506.
摘要:
在河流中开辟生化反应区、直接布设仿生填料净化河流微污染水体可以达到改善入湖水质、减少投资、降低能源消耗的目的。但在河道内直接布设填料势必会对河流的水动力条件及其河流原有的使用功能造成一定的影响。从填料给水流带来的阻力、流速及糙率变化等方面进行河道内直接布设生物填料对河流水动力条件的影响试验分析。结果表明,由于河道流速不大(属于缓流水体),9根/m2的填料布设密度对水流的扰动作用程度不高,填料段的糙率仅为无填料段糙率的1.08倍,不会对河道的泄水能力造成影响。
泄洪洞整体三维紊流数值模拟
沙海飞, 吴时强, 陈振文
2006, 17(4): 507-511.
摘要:
利用实用、高效的泄洪洞整体三维紊流数值模型,对滩坑水电站泄洪洞进行了数值模拟,该模型采用引入VOF方法的k-ε紊流模型,结合通用性强、易扩展的非结构混合网格。为克服网格扭曲给计算精度带来的影响,用一种改进精度的格心格式计算通量,使之具有非结构网格剖分的灵活性,程序的通用性和可扩展性,又有较高的计算精度。数值模拟结果和模型试验数据的对比分析表明,该模型是实用可靠的。
同向圆射流混合特性实验研究
肖洋, 唐洪武, 华明, 王志良
2006, 17(4): 512-517.
摘要:
利用声学多普勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimetry,ADV)自动测速系统和平面激光诱导荧光(Plane Laser Induced Florescence,PLIF)系统对同向圆射流的速度场和浓度场进行了系统的研究,并与前人的工作进行了比较和讨论。时均特性测量结果表明,射流主体段下游各断面的速度和浓度横向分布是自相似的,且近似可用高斯分布来表示;随着射流向下游传播,射流中心流速逐渐衰减,在强射流区和弱射流区遵循不同的规律;紊动特性测量结果表明,下游各断面的紊动强度横向分布是自相似的。
垂向二维非恒定流及悬浮物分布模型研究
冯小香, 张小峰, 崔占峰
2006, 17(4): 518-524.
摘要:
采用σ坐标变换拟合复杂边界、VOF方法追踪自由水面变化和SIMPLE算法求解控制方程等建立垂向二维非恒定水流及悬浮物分布数学模型。该模型适用于变量在横向上分布基本均匀的水流流动特性及悬浮物扩散迁移过程的模拟,与刚盖假定或静水压强假定等条件下建立的垂向二维数学模型相比更符合实际情况。分别对概化水库水流结构的沿程变化、明渠均匀流及带有槽沟的明渠非均匀流及悬浮物浓度分布进行了模拟,计算结果与实测值符合良好。模型的应用可为河道或水库的洪水调度、水污染控制、取水工程优化等提供参考。
基于纹理与成像知识的高分辨率SAR图像水体检测
朱俊杰, 郭华东, 范湘涛, 丁赤飚, 李立钢, 李玉龙
2006, 17(4): 525-530.
摘要:
为了精确地提取水体,首先对高分辨率合成孔径雷达(SAR)图像中农村民房的成像机理进行了分析,接着通过图像纹理检测方法和基于知识的建筑物阴影表达去除了建筑物阴影,最后精确地提取出SAR图像中的水体,说明对高分辨率SAR图像进行信息检测时,传统方法和基于成像机理的知识表达方法能够精确地实现水体目标检测,从而可以进一步对水体进行分析。
风浪对水体表层下行光场平均余弦影响的数值研究
赵巧华, 秦伯强
2006, 17(4): 531-537.
摘要:
针对不同风速造成的粗糙水面、不同入射光场,利用射线跟踪法计算了无云状况下水表下行光场的平均余弦。结果表明:对不同入射光场而言,不同风速对其几何结构的改变程度及趋势有着明显的不同,在较小直射入射的天顶角情况下,天空漫射光的比例越高,水体表层下行光场平均余弦随风速的递增而递减得越小;但当直射天顶角大到一定程度时(如:80°时),其值会随风速而增大,且直射比例越高,这种趋势越明显。太阳直射光比例越高,在风速越小时,不同太阳天顶角情况下的水体表层下行光场平均余弦的差别越大,而风速越大,其差别越小。该研究有利于水体固有光学特性的反演、提高水体初级生产力的计算精度,且该方法的计算量小,精度也较高。
雨水滞蓄措施在城区减洪之水文机制及容量研究
廖朝轩, 蔡耀隆, 黄伟民, Cheng Mow-soung
2006, 17(4): 538-542.
摘要:
针对雨水滞蓄设施在城区减洪之设置方式及容量计算,以就地消减雨洪(On-site Control)及分散配置原则提出设置规划流程与容量计算方式。对于雨水滞蓄措施之减洪机制进行水文分析,并选择台湾台北县汐止地区为算例进行规划。与目前以减少开发增加洪峰量为目的之滞洪设施规划方式相比,本研究提出之规划方式可同时减少开发增加径流峰值与体积,且所需设计容量较少。
灌区运行状况综合评价的方法研究
李慧伶, 王修贵, 崔远来, 李凯, 方彬
2006, 17(4): 543-548.
摘要:
研究了使用模糊综合评价和灰色系统评价对灌区的运行状况进行综合评价的方法。在确定权重时,运用了博弈论方法将主观赋权法(层次分析法)和客观赋权法(熵值法)进行集化、融合,使得到的综合权重与各单一权重向量之间的偏差最小,该法消除了单一权重法的片面性,操作简便,便于实际应用。以山东省部分灌区为例,运用上述方法对其进行综合排序,结果表明,其排序结果基本一致,说明将这两种方法运用到灌区综合评价中是切实可行的。
水资源可利用量计算
王建生, 钟华平, 耿雷华, 徐澎波, 刘翠善
2006, 17(4): 549-553.
摘要:
水资源可利用量是从资源利用的角度,分析流域及河流水系可被河道外消耗利用的水资源量,对流域水系水资源开发利用程度的总体控制,水资源合理配置和水资源承载能力的研究具有实际意义。从阐述水资源可利用量的基本概念入手,提出了地表水资源可利用量和水资源可利用总量的计算方法,计算了全国及水资源一级区的可利用总量,同时分析了我国水资源开发利用的程度、限度和潜力。
三峡水库初期蓄水对长江口淡水资源的影响
曹勇, 陈吉余, 张二凤, 陈沈良, 曹卫承
2006, 17(4): 554-558.
摘要:
2003年6月1~15日和同年10月20~31日三峡水库进行了初期蓄水。6月份水库蓄水后使下游大通流量减少了37%,长江口的淡水资源的持续时数降低了40%,最大盐度增加了3倍,平均盐度增加了6倍;10月份水库蓄水使大通流量减少了1/2,淡水资源的持续时间呈现下降趋势,最大盐度增加了3倍左右,平均盐度也有类似的表现。再从流量的沿程变化、流量的变化程度、影响河口淡水的持续时间、河口淡水资源影响因子方面进行了讨论,认为三峡蓄水是这两次河口淡水资源减少的主要原因。
南水北调中线工程水源林生态系统对水质的影响——以秦岭南坡中山地带火地塘林区为例
张胜利, 李靖, 韩创举, 王德连
2006, 17(4): 559-565.
摘要:
通过对秦岭南坡中山地带火地塘林区大气降水与支沟溪流水和流域出口径流水质的比较分析,以及溪流水和流域出口径流水质与水量的相关分析,发现7~10月份大气降水呈微酸性,经过森林生态系统的调节,径流pH值升高,且不随流量变化而发生变化;森林生态系统对随降水输入的NO3-、NH4+、PO43-有很好的净化作用,这种作用对于降低南水北调中线工程取水地丹江口水库水质富营养化的威胁非常有益,对重金属元素Cd、Pb、Mn有固定作用;对K、Na、Ca、Mg、Fe有增加作用,尤其对Ca、Mg含量增幅较大,但这种作用不会对水质产生不良影响,对Fe的调升有利于水质改善;森林生态系统在调减Zn含量方面作用显著;林区径流水质与水量之间并无较大关系,水质不随水量变化而发生较大变化,森林生态系统对水质有很好的稳定作用。
流域湿地水质净化功能研究进展
郗敏, 刘红玉, 吕宪国
2006, 17(4): 566-573.
摘要:
湿地具有去除水中营养物质或污染物质的特殊结构和功能属性,在维护流域生态平衡和水环境稳定方面发挥巨大作用。提出了流域湿地是将流域中湿地看作一个整体,研究其水质净化功能。对国内外湿地净水功能的特殊属性、湿地系统各组分对污染物质的去除作用及湿地对污染物质的去除过程研究作了不同程度的探讨。在流域的尺度上,进行了流域湿地水质净化功能的环境因子、影响流域湿地水质净化功能的重要湿地类型和流域湿地整体水质净化功能的研究,总结了流域湿地水质净化功能。对流域湿地水质净化功能未来的研究进行了讨论与展望。
环境模型参数识别方法研究综述
王建平, 程声通, 贾海峰
2006, 17(4): 574-580.
摘要:
对于选定区域的问题研究,模型结构确定之后,最重要的是如何有效地识别模型的参数。在模型参数物理意义的范围内,使模拟结果与实际观测值之间误差最小的参数估计问题本质上属于函数优化的研究范畴,是一个仿真优化问题。在分析环境模型参数优化特点的基础上,综述了环境模型的参数识别方法,重点介绍了新近发展起来的智能搜索算法的应用,并指出了进一步研究的课题和方向。
人水关系的历史回顾
张家诚
2006, 17(4): 581-584.
摘要:
对人水关系问题出现的原因、现象及其对人们思维方式的影响作了简要的概括,并指出数学模式不适合准确灾害预报的需要。数学模式有助于人们通过工程手段建设和谐的人水关系的基本概念与设计的参考,而工程调控在信息时代将会成为解决环境问题主要途径。