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2008年  第19卷  第3期

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近期黄河下游河床调整过程及特点
夏军强, 吴保生, 王艳平
2008, 19(3): 301-308.
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利用黄河下游1999-2005年的实测水沙及断面资料,分析了近期下游(铁谢至利津河段)河床调整过程及特点,具体表现为:小浪底水库运行后,黄河下游河道出现持续冲刷。其中,游荡型河段的冲刷量占下游总冲刷量的77%,单位河长的冲刷量在高村以上河段最大,孙口以下河段次之,高村至孙口河段最小;各河段主槽横断面形态调整均表现为向窄深方向发展;河床在冲刷过程中,主槽纵比降变化不大,其纵剖面形态自1855年以来均为下凹曲线,其凹度值随河床冲刷而略有增大;汛期深泓摆动幅度在游荡段最大,在弯曲段较小;随河床冲刷,下游平滩流量增加,但断面平滩流量与河段平滩流量的增加程度不同;因床沙显著粗化,不同河型河段的河床纵向稳定程度随冲刷均增加,而河床横向稳定程度在游荡段变化不大,在过渡段及弯曲段有所增加。
葛洲坝下游宜昌-杨家脑河段平面二维水沙数学模型
谢作涛, 侯卫国, 任昊
2008, 19(3): 309-316.
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采用有限体积法,基于曲线网格,建立了葛洲坝枢纽下游宜昌-杨家脑河段平面二维水沙数学模型。利用三峡工程蓄水前后2002-2004年河段实测水沙资料对数学模型进行了验证,预测了三峡工程运用2005-2014年本河段河床冲淤变化趋势,分析了河道冲刷后宜昌站枯水位、芦家河浅滩枯水比降等可能的变化趋势,模型成果可为河段治理对策及措施提供科学依据。
水沙动态图法分析中国主要江河水沙变化
刘成, 何耘, 张红亚
2008, 19(3): 317-324.
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利用《中国河流泥沙公报》数据,采用水沙动态图方法并按平衡水沙比相对应,分析中国主要河流2006年前实测水沙的变化。根据河流下游站历年水沙变化趋势,将中国主要河流大致分为4类:水量不变沙量降低、水量和沙量均降低、水量和沙量同步略降低、几近断流断沙。按地域看,中国淮河及其以南大多数河流年径流量无明显改变,而年沙量呈明显下降趋势;淮河以北地区河流水沙量均呈明显下降趋势,特别是黄河年径流量的近10年平均值仅为多年平均值的1/3,输沙量10年平均值仅为多年平均值的1/4,而海河水系的河流下游几乎是断流断沙。总体上,中国大多数河流的沙量明显下降。大多数河流入海水沙量的明显降低主要是人类活动造成的,淮河及其以南河流沙量的降低多与水库兴建、河道采砂和水土保持工程等有关;北方河流水沙量的降低主要是引水量的大幅增加、水库建设及其运行方式的改变以及水土保持工程的发挥效益等造成的。分析也表明,利用水沙动态图法分析河流的水沙长期变化具有一定的优越性。
基于生态流量过程线的水库生态调度方法研究
胡和平, 刘登峰, 田富强, 倪广恒
2008, 19(3): 325-332.
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传统的水库调度以兴利调度和除害调度为主,而水库生态调度则是为了实现人类需要的生态环境目标而进行的水库调度,相关的生态目标涉及水质、泥沙、生态系统和防治血吸虫病等。以水电站年发电量最大为优化目标,以生态方案为约束,提出了基于生态流量过程线的水库优化调度模型。利用该模型对黄河流域某子流域进行了水库生态调度计算,提出了4项生态环境目标,组合出5个生态方案。优化计算结果表明,与不考虑生态目标的方案相比,满足4项生态目标的水库调度方案的年发电量仅减少7.6%,可以看出如果采取合理的调度方案实现生态环境目标不会对水库的经济效益产生大的影响。
多尺度非均质多孔介质中溶质运移的蒙特卡罗模拟
陆乐, 吴吉春, 王晶晶
2008, 19(3): 333-338.
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探讨了将蒙特卡罗(Monte Carlo)方法应用于多尺度非均质含水层中溶质运移模拟的方法。所研究的含水层由两种具有不同渗透系数统计特征的多孔介质所组成,每一种多孔介质是非均质的,且其渗透系数场符合平稳假设,而整个模拟区的渗透系数是非平稳的。Monte Carlo方法要求参数是平稳的,因此,分别对两种多孔介质产生若干随机渗透系数场后,用两种方法进行组合,并进行溶质运移的模拟计算。通过对计算结果的分析,综合考虑计算精度、计算时间等因素,得出了处理多尺度非均质多孔介质中溶质运移问题的较好方法。
滨海含水介质胶体对垃圾渗滤液氨氮的吸附特征
李海明, 吴锦兰, 贾晓玉, 王博, 郑西来
2008, 19(3): 339-344.
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根据天津含水介质的结构和组成,选择代表性的2种含水介质,分析了土样和胶体的主要物理和化学性质,系统测定不同胶体对氨氮吸附的动力学曲线和吸附等温线,并分析了胶体粒径、ζ电位、电泳淌度对吸附作用的影响。结果表明,含水介质胶体对氨氮的吸附动力学过程为对数曲线,其平衡时间约为20~24 h;不同胶体的吸附等温线均为直线型理想吸附,并且当水相中氨氮浓度低于一定浓度时,不但不产生吸附,反而使胶体中的残留氨氮释放出来;胶体颗粒细,比表面积大,表面能大,吸附能力就越大;胶体的ζ电位和淌度愈高,胶体的稳定性愈大,与铵离子接触的机会多,容易吸附铵离子。
营养盐负荷对浮游植物水华影响的模型研究
刘浩, 潘伟然
2008, 19(3): 345-351.
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运用一个耦合的生物物理模型模拟了渤海初级生产力,浮游植物生物量和氮磷含量的季节变化特征,模拟结果与实测值吻合较好。在模型验证的基础上,进一步考察了两种营养盐负荷——河流和沉积物对渤海生态系统动力过程的影响,发现河载营养盐对渤海生态体系的影响主要集中在河口水域,而限制沉积物中的营养盐进入水体则能显著抑制渤海范围内藻类水华的爆发。
金沙江河谷灌溉需水转折趋势分析
顾世祥, 何大明, 李远华, 崔远来, 李靖5
2008, 19(3): 352-360.
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摘要:
基于元谋、宾川、东川、祥云、楚雄及昆明等6个站1960-2000年的逐月气象数据及作物种植、农业耕作等资料,采用Mann-Kendall法和R/S分析法研究了金沙江干热河谷近40多年来的干湿变化及农业灌溉需水量转折变化趋势。结果表明,整个河谷内降水量增加、日照时数减少,气温却出现升高和降低两种趋势,气温在干热河谷内为下降,但在龙川江、鱼泡江、普渡河等支流的上游地区呈升高趋势,但ET0都显著降低,干湿指数、水稻及农业综合灌溉需水定额也都呈普遍下降的趋势;金沙江河谷及支流上游的气象因子、ET0、干湿指数、水稻灌溉及农业综合灌溉定额系列的转折变化集中在20世纪70年代末~80年代初、80年代末~90年代初两个时段,在降水量最小的宾川站,对气候变化的响应更为敏感。
冻融过程黑土2m土体固液态水分含量动态特征
王风, 乔云发, 韩晓增, 邹文秀, 王凤仙
2008, 19(3): 361-366.
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应用中子仪-TDR联合测定法监测海伦站冻融过程中黑土固液态水分含量的动态特征结果表明:冻结过程,2m土体水分含量增加73.7 mm,约占全年降水总量的13.4%,上层土体水分含量的增加是下层土体水分在温度梯度驱动下向上层迁移造成的。固态水含量是土壤温度和土体含水量综合作用的结果,2 m土体固态水贮量最大值出现在2月下旬至3月初,约占2 m土体总水贮量的60%;液态水含量随冻结时间推移逐渐减少,直至达到稳定的冻结状态,液态水最小含量约占2 m土体总水贮量的40%。
紫坪铺坝下游过饱和溶解气体原型观测研究
蒋亮, 李嘉, 李然, 李克锋
2008, 19(3): 367-371.
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在总结国内外关于水电站大坝下游总溶解气体(TDG)过饱和问题的研究现状的基础上,对紫坪铺坝下游河段的过饱和气体进行了原型观测,指出下泄流量与下游TDG饱和度有着较好的相关关系;河道水深是影响过饱和气体消减速率的重要因素;在同样单宽流量下,含沙水体比清水有更高的TDG饱和度。这一研究为更深入的开展高坝下游过饱和溶解气体的产生及消减过程理论研究提供了依据,对高坝下游水生生物保护具有重要作用。
植物粗糙度对明渠水流阻力影响的试验研究
胡旭跃, 刘斌, 曾光明, 程永舟, 李冬
2008, 19(3): 372-377.
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以水力半径分割法的思想为出发点,建立了新的明渠阻力分割计算关系式,在此基础上分析研究明渠中处于淹没状态下床面柔性植物对水流阻力的影响。采用多普勒流速仪测量边壁附近的流速,用间接法中的流速测量法测量边界上的切应力,用棕榈毛作为植物的模拟材料。以植物粗糙度表示植物阻力,用植物高度、密度的函数表示床面粗糙度,在植物高度和密度变化的情况下,进行水槽试验。经过对试验数据分析,发现植物粗糙度随植物高度、密度的增加而增加,且植物粗糙度越大时,在数值上越接近植物高度。拟合粗糙度与植物高度和密度的经验关系式,进而得出了植物阻力的计算式。
浅水流动阻力特性的试验研究
M. ASIM, 王龙, 李丹勋, 王兴奎
2008, 19(3): 378-382.
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为研究浅水流动的阻力特性,专门设计了一个试验模型,其规模较大,测量设施齐全。通过多种流量和加糙条件的试验得出:加糙密度将直接影响水流的阻力,小流量时的阻力系数变化明显,随流量的加大,加糙的影响逐渐减弱;阻力系数随相对粗糙度的加大而增加,不受流量变化的影响;表面流速分布均匀,其平均值与断面平均流速相关性良好。
应用最优控制理论自动率定二维浅水方程的糙率参数
赖锡军, 姜加虎, 黄群
2008, 19(3): 383-388.
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应用偏微分方程最优化控制理论,导出了二维浅水方程糙率自动率定的最优化系统,实现了二维水力学模型计算中分布式糙率参数的自动率定算法。结合实际应用的可操作性,按区块设定糙率,对恒定流和非恒定流两种流态分别进行了常数糙率和随水深变化的糙率自动率定实验。数值实验表明,在观测数据包含足够的信息时,该方法不仅能够准确地自动率定出相关的糙率参数,还能成功地将糙率随水深的变化关系式识别出来。但是,糙率水深变化关系识别迭代收敛速度显著变慢,因此,建议采用相应的实现对策来考虑变糙率的洪水预测问题。
河道水位降落对边坡稳定的影响
陆彦, 陆永军, 张幸农
2008, 19(3): 389-393.
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利用水槽试验和理论分析相结合,研究河道水位降落时岸坡渗流对边坡稳定的影响。考虑渗透力作用,分析岸坡上泥沙颗粒的受力特点,推导出临界稳定坡度与渗流水力梯度的关系。在渗流为向上和向下指向时这一关系和水槽试验数据吻合很好。测量结果表明,向上的渗流使得临界稳定坡度减小,而向下的渗流作用相反。另外,渗流对岸坡稳定的影响大小和渗流方向密切相关。给出了岸坡临界稳定坡度取值最小时的渗流方向。
声学多普勒流速剖面仪近底有效流速数据处理初步研究
王元叶, 何青
2008, 19(3): 394-399.
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通过分析声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)的声强垂向剖面分布特征,利用数学极值定理,确定床面边界位置,进而确定出ADCP记录的所有在水中的流速单元,将ADCP处理软件"丢弃"的部分近底流速数据或由于底跟踪丢失而损失的流速数据确定出来。利用"六点法"同时、同高度的电磁海流计流速数据对提取出来的ADCP近底流速数据进行验证。验证结果表明,提取出来的ADCP近底流速数据可信、可用。
水土保持地区人类活动对汛期径流影响的估算
朱恒峰, 赵文武, 康慕谊, 郭雯雯
2008, 19(3): 400-406.
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人类活动对于流域水文要素时变过程的影响显著,确定人类活动影响下水文要素时序的显著转折点、选出相对"天然"的序列,对于开展水土保持效益评价研究具有重要意义。以延河流域为例,采用数理统计方法推估获取人类活动影响下汛期径流时序的显著转折点,以显著转折点前的数据建立预测模型,对比分析汛期径流量的实测值与预测值,其差值即为人类活动对汛期径流的影响程度。较之传统研究方法,本文以汛期水文数据取代年均数据,以汛期降水径流综合系数代替年径流系数,从而减弱了黄土高原地区降水、径流变化幅度巨大的干扰影响。结果表明,从20世纪50年代末至80年代末,1970年为人类活动下延河流域径流时序的显著转折点,1970年以后人类活动对流域水文的影响更显著,1981年达到最大值,为72.04%。20世纪70、80年代人类活动对延河汛期径流量的影响一直处于负面减流状态。人为因素是延河径流量演变的主要驱动因子。
不同土地利用型态下潜在蒸散发量比较——以二次林生态系统与茶园生态系统为例
章国威, 申雍, 高文媛
2008, 19(3): 407-411.
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于栖兰山庄二次林与宜兰县大同乡之玉兰茶园内,以蒸发皿法量测与估算此二试验区之日潜在蒸散发量,了解在不同土地利用型态下,其日潜在蒸散发量的表现差异情况。研究结果发现,茶园生态系统之日潜在蒸散发量明显高于二次林生态系统之日潜在蒸散发量。究其原因为,茶园生态系统的经营型态属开放式经营型态,故整体茶园生态系统均匀曝晒于阳光下,因此接收足量之太阳辐射能,导致其日潜在蒸散发量较高。而栖兰山庄二次林生态系之表现情形则不尽相同,由于二次林生态系统内,其高、矮茎植物丛生,此差异性结构将产生互相遮阴现象,使得土壤之蒸发量与矮茎植物之蒸散量减少。此外,二次林生态系统的组成中亦多含深根性植物,其水土保持特性相对于茶园生态系统也有较佳的表现。研究中亦发现,在冬季时期,若将二次林生态系统开辟为茶园生态系统时,二次林生态系统每公顷土地之水分逸失量将增加100~150 t。
水文时间序列周期识别的新思路与两种新方法
桑燕芳, 王栋
2008, 19(3): 412-417.
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针对水文序列周期识别的困难,提出首先对原序列处理,再识别周期的新思路,同时提出两种新方法:一种是模拟延长序列法,即通过建模延长原序列,再应用最大熵谱分析法(MESA)对延长序列识别周期;另一种方法是构建主频序列法,应用小波重构法重构原序列主频部分,然后应用MESA对重构序列进行周期识别。结合实例,运用多种方法对同一序列进行周期识别。分析结果表明:由于受序列长度偏短、偏态性、复杂随机成分等因素的影响,传统单一处理方法(周期图法、FFT、MESA、小波分析)周期识别效果并不理想,而使用两种新方法可以有效地减小或消除上述因素的影响,周期识别效果有明显改善。
冰层厚度传感器及其检测方法
秦建敏, 程鹏, 秦明琪
2008, 19(3): 418-421.
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水结冰和冰融化过程中的电阻、电容、温度物理参数与被检测冰表面以上的空气层或冰下水层的电阻、电容、温度有一定的差异,有些差异在数值上比较明显。基于这一特点,笔者提出了利用空气、冰与水的物理特性差异实现对冰层厚度及冰下水位接触式检测的新思路,对含有导电杂质的冰、冰-水混合物、水、空气的电阻、电容特性随温度的变化规律进行了初步分析,并得到冰的弱导电性质和冰与水的电容区间单调特性,据此提出了冰层厚度传感器结构及其冰厚检测原理,介绍了新型冰层厚度传感器在实践中的应用。
基于非线性测度函数的改进属性识别模型在水质综合评价中的应用
张礼兵, 金菊良, 程吉林, 王硕
2008, 19(3): 422-427.
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线性测度函数的传统属性识别模型,对水质评价标准随机抽样的评价结果存在较大误差。为增加其对实测样本评价的可信度,提出了基于非线性属性测度函数的改进属性识别模型。均匀随机和正交设计两种抽样的评价试验显示,改进属性识别模型评价结果准确度明显好于传统模型,说明指标的属性测度函数对属性识别模型的综合评价结果有重要影响。太原市地下水水质的综合评价实例说明,由于非线性测度函数比线性测度函数能更好地描述评价指标的实际隶属度,故改进的属性识别模型具有更高的评价可信度,在水质综合评价中具有更广泛的适用性。
用Gao-Yong湍流方程组数值模拟高雷诺数顶盖驱动方腔流
闫文辉, 张常贤, 陈宁宁, 高歌
2008, 19(3): 428-433.
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基于有限元方法中的虚位移原理,写出了不可压流Gao-Yong湍流方程组弱形式的微分方程表达式,利用有限元程序自动生成系统(FEPG)得到了全部有限元计算程序。对二维顶盖驱动方腔流进行了数值模拟,得到了方腔内的涡量分布和中心线上的速度变化曲线,并且成功地模拟出了高雷诺数时方腔内的双涡结构,计算结果与文献提供基准解符合良好。进一步证实了Gao-Yong湍流方程组能够准确模拟复杂湍流粘性场,并且为Gao-Yong湍流方程组的工程应用奠定了基础。
河流分类体系研究综述
何萍, 史培军, 刘树坤, 高吉喜, 李向荣
2008, 19(3): 434-442.
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摘要:
简要阐述河流分类的目的和方法,重点对基于地貌、水文、生态、价值的分类体系进行了回顾,按照时间顺序说明了各种分类体系的发展过程。河流分类体系不断走向系统与综合,体现在从单要素到多要素、从定性到定量、从结构到过程、从单尺度线状河流到多尺度等级系统,以及从自然系统到包含社会价值。随着河流生态学实验及理论的发展、多学科的合作以及多尺度数据源条件的改善,具有预测功能的分类体系将逐步取代描述性的分类体系。国际河流分类体系的研究成果对于我国多类型河流的生态恢复与管理具有重要的借鉴意义。
两变量水文频率分布模型研究述评
谢华, 黄介生
2008, 19(3): 443-452.
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摘要:
水文变量多特征属性的频率分析,以及各种水文事件的遭遇及联合概率分布问题需要采用多变量概率分布模型解决。总结了当前应用最广泛的几种两变量概率分布模型,对各种模型的适用性和局限性做了详细分析,并介绍了一种新的两变量概率模型——Copula函数。现有模型大都基于变量之间的线性相关关系而建立,对于非线性、非对称的随机变量难以很好地描述;大部分模型假定各变量服从相同的边际分布或对变量间的相关性有严格的限定,从而限制了其应用。Copula函数所构造的两变量概率分布模型克服了现有模型的不足,它具有任意的边际分布,可以描述变量间非线性、非对称的相关关系。作为一种用于构造灵活的多变量联合分布的工具,Copula函数在水科学领域具有广阔的应用前景。

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