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2007年  第18卷  第5期

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水量百分数的概念及在非均匀悬移质输沙中的应用
韩其为
2007, 18(5): 633-640.
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提出了水量百分数这一非均匀沙不平衡输沙的一个重要概念和有效工具。给出了水量百分数定义及其表达式。分析了它的3个特性:它能严格地将均匀沙挟沙能力迭加为非均匀沙挟沙能力;在强平衡条件下,水量百分数恰等于床沙级配;水量百分数就是能量百分数。进而利用水量百分数证明了床沙质、冲泻质与全沙具有相同的挟沙能力;证明了用它可以导出非均匀沙不平衡输沙时的挟沙能力组成以及挟沙能力级配和有效床沙级配表达式。
无水滑的水下泥石流运动速度的实验研究
余斌
2007, 18(5): 641-647.
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水下泥石流阻力与陆面中泥石流运动阻力的不同点在于上表面的掺混阻力和剪切阻力。由一系列的室内无水滑的水下泥石流和陆面泥石流实验研究得出:水下泥石流运动速度与相同条件下陆面泥石流运动速度之比随不同性质的泥石流,如粘性和稀性泥石流,由于其屈服应力的巨大差别,有很大的不同。由实验得到的由泥石流体的容重和量纲为一的泥石流屈服应力表达的水下无水滑泥石流运动速度和陆面泥石流运动速度用于无水滑水下泥石流运动速度计算较好。
人类活动对黄河河川径流的影响
许炯心
2007, 18(5): 648-655.
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人类引水、耗水构成了流域水循环系统中的一个子系统,即侧支循环系统。与此对应,主干循环则是大气降水形成径流、通过各级沟道和河道汇入干流、最后流入海洋的循环过程。以黄河流域实测资料为基础,对侧支循环与主干循环进行了研究。研究表明,从20世纪60年代末、70年代初以来,侧支循环相对强度指标和侧支循环绝对强度与主干循环绝对强度之比呈明显的增大趋势,而主干循环相对强度指标则表现出减小的趋势。以年系列资料为基础,建立了一系列多元回归方程,以表达侧支循环强度指标、主干循环强度指标和侧支循环绝对强度与主干循环绝对强度之比与影响因子之间的多元回归方程。结果表明,灌溉面积、年降水量、年均气温变化对黄河侧支循环相对强度指标变化的贡献率分别为86.55%,2.18%,11.25%;灌溉面积、年降水量、年均气温变化和水土保持面积变化对黄河主干循环相对强度指标变化的贡献率分别为57.61%,20.78%,11.03%,10.57%。
1644-2004年中国洪涝灾害主周期的变化
方修琦, 陈莉, 李帅
2007, 18(5): 656-661.
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采用1644-1839年、1840-1949年中国洪涝受灾县数和1950-2004年中国洪涝受灾面积资料,经过去趋势标准化处理后,采用滑动功率谱和Butterworth滤波器进行了分析,得出:1644-2004年间中国洪涝受灾范围变化是不同时间尺度周期振荡的综合结果,主要包含80年的世纪周期和50年、30年、20年尺度的年代际周期。中国洪涝受灾范围变化的主周期在不同时段内存在明显的变化,1833年以前世纪周期变化显著;1834-1920年在世纪周期变化的背景下叠加了显著的20年尺度波动;1921年以后年代际尺度周期变化显著,其中1947年前后发生了主周期从20年尺度到30年尺度的变化。
多孔介质中非均匀流动特性的染色示踪试验研究
王康, 张仁铎, 缴锡云
2007, 18(5): 662-667.
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通过土壤染色剂进行的4组试验,对不同介质结构条件下的水流和溶质非均匀运动规律,非均匀流动变异信息分布特征关系以及全局性非均匀流动示踪方法进行了研究。结果表明,即使在相对比较均匀的介质条件下,流动也表现出明显的非均匀特性;对数正态分布能够较好的反映水流的运动分布模式,相比水流运动,溶质的运动和分布规律明显不同,表现出更多的不确定性和变异性。
风浪扰动引起湖泊磷形态变化的模拟试验研究
高永霞, 孙小静, 张战平, 朱广伟, 逄勇
2007, 18(5): 668-673.
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为了解一次完整的大风浪过程(包括风浪扰动及扰动后的静风期)水体中各形态磷的变化情况及其影响因素,进行了室内模拟风浪扰动的试验研究。结果显示大风浪扰动初期水体中悬浮物(SS)、总磷(TP)、颗粒态磷(PP)和溶解性总磷(DTP)的浓度大幅增加,扰动持续半天后水体SS、TP、PP的浓度均达到最大值,扰动停止后,至少需要10d时间水体中SS、TP、PP的浓度才能回复到扰动前水平;扰动期间水体DTP浓度居于高值,但风浪停止后立即降低;整个风浪过程水体中溶解性反应磷(SRP)浓度变化不大。试验表明,扰动初期沉积物中Fe、Mn结合态磷能快速释放到水体中,但随着扰动的持续,水体复氧,释放到水体中的溶解性活性磷又能与Fe、Mn结合随悬浮物沉降到水底。扰动期间及随后静置1d时间内,水体中悬浮颗粒物的中值粒径连续下降,意味着悬浮颗粒物对磷的吸附能力在不断增强。但水体静置较长时间后,扰动引起的悬浮物几乎全部沉降,絮凝等作用导致水体颗粒物粒度增大。本研究说明虽然大风浪扰动初期能引起浅水湖泊中颗粒态和溶解态营养盐浓度的迅速提高,能够为水华蓝藻的快速生长提供大量可直接利用或酶解的营养盐,但随着风浪扰动的持续,由于水体复氧、水中颗粒物粒度不断细化、颗粒物中的有机成分比例不断增高等,悬浮颗粒物对活性磷的吸附能力也相应提高,两种作用相互削减使得风浪扰动后期水体活性磷浓度的增幅并不明显。
黄河口有机碳的时空输运特征及其影响因素分析
张龙军, 张向上, 王晓亮, 刘立芳
2007, 18(5): 674-682.
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通过2004年4月,2004年9月,2005年9月,2006年4月4个航次,结合2003年8月对河道感潮带的连续同步观测,对低流量下黄河口有机碳的输运特征进行了考察。结果发现:黄河输入至河口的悬浮物中颗粒有机碳(POC)含量约为0.51%,主要以陆源输入为主,几乎不受季节变化影响,由于大量POC含量低的陆源泥沙的稀释作用,浮游植物对总颗粒有机碳的贡献只有在悬浮物含量(TSS)<200mg/L时才能显现出来;黄河口TSS超过455mg/L时,有机碳入海以颗粒有机碳为主;反之,以溶解有机碳为主。黄河口悬浮物在低盐度区沉降作用前后的中值粒径降低,Φ>16μm的悬浮物的沉降作用比Φ<16μm的悬浮物更为剧烈,POC含量随悬浮物粒径的降低而升高,黄河携带的颗粒有机碳80%以上集中在Φ<16μm的TSS中;低流量下,黄河口最大混浊带对POC的过滤效率为65%,混浊带对POC的过滤效应能造成黄河口POC的有效通量被高估;由于受黄河口沉积物向水体解析DOC的影响,在盐度小于10时,DOC几乎不受海水稀释作用的影响,但在盐度大于10的区域DOC与盐度表现出良好的负相关关系,黄河口枯、丰水期淡水端溶解有机碳的有效浓度分别高于实测最高值20%和10%左右,从而造成黄河口DOC有效通量被低估。
黄土高原水蚀风蚀交错区土壤剖面水分动态的数值模拟研究
樊军, 王全九, 邵明安
2007, 18(5): 683-688.
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利用SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant)模型对黄土高原水蚀风蚀交错区坡地土壤-植被-大气系统中的水循环进行数值模拟。结果显示,SWAP模型很好的模拟了不同土地利用方式条件下的土壤水循环过程。根据模拟结果,水蚀风蚀交错区的丰水年份,农地和种植第一年的紫花苜蓿地季末土壤水分稍有盈余,谷子和紫花苜蓿的日蒸散量分别为1.2~2.6mm和1.2~2.5mm。
大安市碱化草原地下水体的碱化参数与特征
李彬, 王志春, 梁正伟, 迟春明
2007, 18(5): 689-694.
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对大安市典型碱化草原地下水体的各碱化参数与碱化特征进行了探讨。建立了各碱化参数之间的线性回归方程,并对地下水体的碱化危害程度进行了评价。结果表明:各碱化参数之间具有密切的关联性,其中SARp与SSP、SDR和总碱度均为极显著相关。各回归方程的相伴概率p均小于0.0001,具有显著的统计意义。总体上,浅层地下水体的碱化特征均较为明显,其碱化危害程度一般在中等以上;深层地下水体碱化特征较弱,碱化危害程度低。根据FAO(1994)提供的灌溉水质评价标准,各深度地下水灌溉利用均可能造成土壤渗透性的恶化,其影响程度一般为轻微至中等。为促进大安市退化草地改良和地下水的可持续利用提供科学依据。
水系形成与发展的元胞自动机模型研究
张俊勇, 陈立, 吴华林, 张福然
2007, 18(5): 695-700.
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河流水系的形成是在一定地质、地形、气候等条件下,水流自由发展的结果,具有自组织临界性。采用元胞自动机模型,对水系自组织形成的随机过程进行了模拟。通过改变地质、地形、气候等条件,模拟了与自然水系相吻合的多种河流水系。结合水槽实际,模拟了与水槽试验结果相似的水系形成。并通过概化形式,模拟了黄河源头东昆仑阿拉克湖地区第四纪水系演化过程,取得了良好的模拟效果。
中华鲟产卵场断面平均涡量计算及分析
杨宇, 严忠民, 常剑波
2007, 18(5): 701-705.
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选择断面平均涡量作为特征量,对中华鲟栖息地水力学条件进行衡量。在阐述断面平均涡量计算方法的基础上,使用实测流场数据,通过计算获得中华鲟葛洲坝产卵场的断面平均涡量分布,得出产卵场断面平均涡量的范围为0.27/s~0.85/s。鱼卵集中区域的面平均涡量的下限值为0.40/s。指出中华鲟会偏向选择具有较大断面平均涡量位置的上游深度适宜水域产卵。这样的选择有助于提高鱼卵的受精率。
含淹没植物河流水流紊动强度最大值及其影响因素
李艳红, 李栋, 范静磊
2007, 18(5): 706-710.
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根据含淹没植物河流水流紊动强度与流速和流速分布的关系,建立紊动强度经验公式,并数学推导证明了紊动强度垂向分布最大值的存在。根据实验数据,该紊动强度最大值的大小及出现位置受植物和水流条件的影响:植物的存在增加水流阻力,植物排列密度改变紊动强度最大值的大小;植物叶片的摆动形成水流紊动的主要干扰源,植物/水深相对高度控制紊动强度最大值的出现位置;断面平均流速的变化改变水流的稳定性和植物冠层的高度,对紊动强度最大值的大小和出现位置均有一定影响。
桥墩冲刷坑的三维流场测量与数值模拟
孙东坡, 杨慧丽, 张晓松, 王二平
2007, 18(5): 711-716.
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采用Sontek公司声学多普勒测速仪(ADV)对有拦沙坝防护的模型桥墩附近流场进行了精细测量,对桥墩冲刷坑内三维流速分布进行了分析,给出了冲刷坑内三维紊动特征量的分布,分析研究了有拦沙防护坝时桥墩局部冲刷的三个新特点,提出了拦沙坝的适用条件。另外,还采用有限体积法(FCVM)对桥墩附近流场进行了三维水流数值模拟,与ADV实测数据进行了对比验证,结果比较吻合。利用测量与模拟成果分析了墩前三维流速分布规律及对桥墩局部冲刷的影响,对研究复杂边界桥墩流场结构与局部冲刷计算有参考价值。
改进σ坐标下的三维水流传质数学模型
董壮, 龚政, 韩青
2007, 18(5): 717-723.
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针对σ坐标变换的不足,引入垂向坐标变换系数,通过严密的数学推导,建立了改进的三维水流传质数学模型。给出了改进后的控制方程及相应的边界条件、初始条件。采用有限差分法对模型进行了离散,针对瓯江河口局部海区进行了潮流、盐度过程的验证计算,取得了较好的成果。
近年长江口北支涌潮变化及其成因分析
张静怡, 胡震云, 黄志良
2007, 18(5): 724-729.
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长江口北支的围垦使北支上、中段形成了河宽沿程变率较小的弯曲河槽,沿北支北岸的深槽水深条件得到改善,减弱了涌潮发生的条件,导致青龙港涌潮自2003年以来大为减弱。通过引进局部地形指数,建立了局部地形指数与青龙港平均涨率之间的良好相关关系。研究表明,青龙港平均涨率的年际变化与人类活动(围垦)在北支的进程以及青龙港附近的局部地形变化相应,并认为对于复式断面,采用全断面水力指标并不能很好地反映局部地形对涌潮的影响。由于长江口北支涌潮的近年变化将对长江南、北支分流点水域的河床演变产生重大影响,因此本研究对北支的航道整治和岸线开发利用具有现实意义。
基于集对分析的广义水环境承载能力评价
贺瑞敏, 张建云, 王国庆, 宋兰兰
2007, 18(5): 730-735.
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通过对水环境系统的分析,提出了广义水环境承载能力的定义及相应评价指标体系;通过改进熵值赋权方法,完善了广义水环境承载能力的集对分析模型;在深入分析广东省水环境特点的基础上,构建了广东省水环境承载能力评价指标体系,并采用基于改进熵值法赋权的集对分析模型,综合评价了3个子系统和区域水环境承载能力;在综合评价的基础上,提出了改善研究区域水环境承载能力的建议。
城市河流水环境综合评价方法探讨
朱伟, 夏霆, 姜谋余, 赵联芳
2007, 18(5): 736-744.
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从水环境概念分析入手,探究了城市河流水环境问题的概念和内涵。为与实践治理目标相适应,从形态、动力、水质、生态和景观5个方面构建了城市河流水环境综合评价指标体系和相应的评价模型,为河流治理提供了基本的信息和依据。以镇江市古运河为例,选择了6个特征河段进行比较评价,最后根据评价结果对古运河进一步的水环境治理提出了建议。
适宜生态流量计算方法研究
陈敏建, 丰华丽, 王立群, 陈清勇
2007, 18(5): 745-750.
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从河流生态系统的特征出发,提出了以鱼类生境法和鱼类生物量计算适宜生态流量的途径。采用鱼类生境法和鱼类生物量法,对松花江流域的适宜生态需水开展应用研究。结果表明,两种方法计算的结果基本一致。在一般情况下,鱼类生境法和鱼类生物量方法可以互相验证,二者计算成果相差3%以下。在没有回水顶托的影响下,鱼类生境法适用于不同尺度的河流。而鱼类生物量方法,一般适用于较大的平原型河流,对于较小的山区河流,该方法需慎重使用。
珠江口咸潮入侵分析与经验模型——以磨刀门水道为例
陈水森, 方立刚, 李宏丽, 张立新
2007, 18(5): 751-755.
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摘要:
收集了2004-2006年珠江口磨刀门水道咸潮发生时测站(1~7)逐日定时观测的的含氯度、水位与流量数据,分析了各监测站含氯度与水位的日变化与年变化,导出了咸潮演变各过程中,含氯度与径流、潮流、河口地形等的关系式,建立了珠江口地区磨刀门水道咸潮入侵的经验模型。据此,模拟了2006年1月12日的磨刀门地区的咸潮入侵态势,经过和沿途各观测点验证发现与实测数据非常吻合。以含氯度等于250mg/L(饮用水的含氯度最大值)的点作为咸潮入侵的最远点,用简化修改后的盐度模拟模型计算了磨刀门咸潮入侵最大距离,并根据2006年1月12~20日的河口含氯度与最近的上游天河站的径流量实测数据计算出相应的咸潮入侵最大距离。研究表明,在河流枯水期(珠江河口通常是12月至翌年3月),只要获得当天河口的含氯度和上游测站的径流量数据,就能利用此经验模型估算出河流各点的含氯度,作出盐度模拟图,并估算出相应的咸潮入侵最大距离。
机载雷达和辐射计数据反演植被覆盖区土壤水分的初步研究
陈权, 李震, 王磊
2007, 18(5): 756-761.
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用土壤水分试验(SMEX02)中获取的机载雷达和辐射计(PALS)数据进行反演土壤水分的研究。首先利用PALS数据中雷达和辐射计对土壤水分最敏感的波段,进行主被动结合的多元线性回归反演土壤水分。结果表明,这种方法并不能有效地提高反演精度;然后,改进了一个新提出的适用于大尺度星载C波段辐射计数据的土壤水分获取方法,提高其运算效率,并将该算法应用到PALS数据,一方面验证了该方法在机载高分辨率数据和非C波段下的适用性,另一方面对该方法进行了定量化评价。
基于偏振原理的水面反射光的剥离
周冠华, 赵永超, 耿修瑞, 李小文
2007, 18(5): 762-767.
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水面的镜面反射是影响水环境遥感的关键因素之一。通过分析气-水界面反射光的偏振特性,从多角度偏振遥感的角度,提出一种剥离水面反射光的方法,并通过室内实验进行了验证。将ASD光谱仪与线偏振片结合扩展成高光谱偏振传感器,获取不同观测天顶角时水面反射光的偏振光谱。结果表明,当探测角不满足布儒斯特角时,在偏振片的主消光方向能剥离绝大部分的水面反射光;当入射角越接近布儒斯特角,其剥离效果越佳;以布儒斯特角观测时,可以达到完全剥离的效果。即该方法能显著削弱、甚至完全剥离水面的反射光,直接获取离水辐亮度,对于提高水色遥感的精度有着重要的应用价值。
水文随机模拟进展
王文圣, 金菊良, 李跃清
2007, 18(5): 768-775.
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综述了近20年来水文随机模拟的新进展,包括三方面:①随机水文模型改进和创新;②水文随机模拟应用研究新进展;③水文随机模拟认识新进展。并指出了今后的研究重点:①对水文过程的重要物理特性和统计特性作深入的分析;②加强非参数模型和非线性模型的研究;③加强流域系统随机模型的研究;④加强建立模型时如何综合利用多种信息的研究;⑤加强模型的各种检验和合理分析。
关于水文学中非线性效应的探讨
张东辉, 张金存, 刘方贵
2007, 18(5): 776-784.
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摘要:
自然流域属于典型的复杂开放系统,水文非线性效应与时空尺度息息相关。在总结国内外研究的基础上,认为引发水文特性的非线性效应原因:①流域组织形态的影响;②流域系统内部水文过程的相互作用;③流域与外界环境的相互作用;④不同时间和空间尺度上主要控制因素的变化。未来水文特性的研究需更加重视流域系统的相互作用、反馈和功能关系。水文模型的发展需要进一步认识非线性效应和尺度问题,这是目前水文领域面临的极大挑战。
河流管理中含植物水流问题研究进展
唐洪武, 闫静, 吕升奇
2007, 18(5): 785-792.
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摘要:
河流管理涵盖灌溉、防洪、河流生态、环境等众多内容,其目的在于保护和恢复河流生态系统的整体生态功能。植物是具有生态功能河流的重要特征,为动物提供了栖息地,是维持河流健康发展的重要因素。由于植物的存在改变了水流运动特性和泥沙及污染物输移规律,含植物水流问题引起了河流管理领域的广泛关注,并且成为河流动力学新的重要的研究课题。回顾了当前国内外河流管理中含植物水流问题研究的主要成果,归纳为水流阻力、紊流结构、泥沙运动和被动标量扩散输移四个方面的研究内容,详细介绍了重要的研究方法、结论和量测手段,讨论了含植物水流问题当前研究存在的不足,并指出今后的研究趋势。

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