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2008年  第19卷  第4期

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非离子表面活性剂对两相系统毛细压力和饱和度关系的影响
陈家军, 支银芳, 郑冰, 尉斌
2008, 19(4): 453-459.
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表面活性剂至水相的引入将对原先包含纯水两相系统的毛细压力和饱和度关系存在影响.对含有非离子表面活性剂Triton X-100的水-气和水-油两相系统中的毛细压力-饱和度关系曲线进行了试验测定.试验结果表明,同不含表面活性剂的纯水系列相比,在同一饱和度情况下,含有表面活性剂的Triton X-100(0.1%)系列对应的毛细压力水头值都有不同程度的减小,说明在Triton X-100存在的情况下,驱替出同样数量的湿润相体积所需的毛细压力值较小.以van Genuchten关系式为基础的拟合结果表明,在已知纯水系列毛细压力饱和度关系的情况下,对于Triton X-100-气系统的毛细压力饱和度关系,考虑界面张力降低作用引入折算系数得到的拟合值更接近于真实值;而对于Triton X-100-油系统拟合值接近真实值的程度则随多孔介质的不同而有所不同.
黄河干流潼关断面非点源污染负荷估算
李强坤, 李怀恩, 胡亚伟, 孙娟
2008, 19(4): 460-466.
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基于平均浓度法原理,根据黄河中游降雨径流特点,将年内过程分为汛期和非汛期两个阶段,同时将高含沙水流中的污染负荷分为水体中的溶解态污染负荷、泥沙吸附态负荷两部分,提出了多沙河流非点源污染负荷估算模型;根据黄河干流潼关断面1950-2006年实测水沙资料,结合水体、泥沙污染物浓度测定试验,分别计算了潼关断面2006年以及丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)3种不同代表年型下的非点源污染负荷.结果表明:黄河干流潼关断面年污染负荷以汛期为主,汛期污染负荷以非点源为主;非点源污染负荷中,硝酸盐氮、氨氮以溶解态为主,总磷以吸附态为主;潼关断面非点源污染负荷占全年负荷比例:丰水年时,硝酸盐氮占63.09%,氨氮占61.32%,总氮占87.17%、总磷占89.83%;枯水年时,硝酸盐氮占26.92%,氨氮占24.62%,总氮占67.60%、总磷占71.73%.2006年,硝酸盐氮、氨氮、总氮和总磷非点源污染负荷占全年比例依次为:17%、14%、15%和41%.
黄河下游洪水冲淤相对平衡的分组含沙量阈值探讨
姚文艺, 郜国明
2008, 19(4): 467-474.
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河床冲淤相对平衡下的洪水分组含沙量阈值是多泥沙河流水沙调控的重要参数.基于河床演变学的原理,根据黄河下游200余场次洪水实测资料,探讨了洪水分组含沙量阈值和分组来沙系数阈值.研究表明,黄河下游洪水过程中,在一定的分组含沙量及来沙系数条件下,可以使得河床冲淤达到相对平衡.对于悬沙以细泥沙为主的洪水,其河槽冲淤临界含沙量与主槽单宽流量、最大日均流量、花园口以下河段最小平滩流量、床沙中值粒径大于0.05 mm的沙重百分数有关;对于悬沙以中粗泥沙为主的临界含沙量则与粒径大于0.05 mm的沙重百分数无关;对于悬沙以粗泥沙为主的临界含沙量除与细泥沙临界含沙量的因素有关外,还与悬沙中值粒径小于0.025 mm、大于0.05 mm的沙重百分数有关.对于含沙量级相近的洪水,若流量级不同,同样可以产生不同的冲淤结果,即存在着分组来沙系数临界值.
金沙江流域不同区域水沙变化特征及原因分析
陈松生, 张欧阳, 陈泽方, 彭万兵
2008, 19(4): 475-482.
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在金沙江流域水文站控制的不同区间的水文资料和降水量资料,以及大量的长江上游水土流失重点防治区小流域综合防治工程(简称"长治"工程)拦沙减蚀量、水库拦沙量资料的基础上,对金沙江流域各水文站控制的不同区间、不同时段的来水来沙变化特征及其变化原因进行了定量分析.结果表明,金沙江流域水沙在地区分布上有明显的水沙异源特性,不同区间水沙变化特征存在很大的差异,降水/径流变化引起的沙量变化、水库拦沙、"长治"工程减沙在不同区间起着不同的作用.金沙江攀枝花以上地区以冻融侵蚀和坡面侵蚀为主,年产沙量仅0.521亿t,输沙模数200 t/(km2·a),但增沙的趋势较明显;攀枝花至屏山区间新构造运动剧烈,断层发育,岩层松软破碎,地形陡峻,植被稀少,以重力侵蚀为主,年产沙量1.58亿t,输沙模数达2 200 t/(km2·a),1991-2000年来沙量增加,2001-2004年来沙量大幅度减小.
瞬时排放泥沙颗粒团在横流中对流扩散特性的实验研究
顾杰, 黄静, 李志伟
2008, 19(4): 483-488.
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河道维护、航道开挖及疏浚等一些工程,常常将挖掘的泥沙抛入流动的水体中,利用横流对泥沙颗粒团的对流扩散作用来稀释泥沙浓度.针对这类工程进行水环境质量影响评价时,首先要识别泥沙的运动特性.通过实验手段,研究不同级配的泥沙颗粒团瞬时排放后在横流中迁移扩散混合特性.实验结果表明,泥沙颗粒团进入水体后,在浮力、重力、阻力和横流紊动的综合作用下发生对流扩散;横流是产生泥沙对流运输的主要动力,横流的紊动作用,加强了泥沙颗粒团与水体的混合作用,并且破坏了其在静水中的双漩涡结构,因此大大地增加了垂向前锋位置和纵向扩散宽度.通过分析得出了无量纲泥沙颗粒团垂向前锋位置与时间、纵向扩散宽度与时间以及垂向前锋位置与纵向扩散宽度的3个关系式中的参数(α1、α3和α2)均值及其变化范围,可应用于抛泥对水体环境的影响评价.
声学多普勒剖面仪对悬浮沉积物浓度的测量研究
柏秀芳, 龚德俊, 徐永平, 李思忍
2008, 19(4): 489-493.
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为探讨声学多普勒剖面仪(PCADP)测量悬浮沉积物浓度(SSC)的可行性,将PCADP测量输出的声学后散射强度经衰减修正后,通过光学浊度计(OBS)标定转变为SSC.结果表明,SSC与后散射强度之间具有较好的相关性(R=0.74),用后散射强度测得的SSC平均相对误差为22.4%.为排除粒径变化对声学测量误差的影响,又对粒径变化不是很大的时段进行了分析,结果相关性有了较大提高(R=0.81),平均相对误差减小为18.9%.由此可见,PCADP能够达到专业SSC测量仪器的精度(20%~50%),满足沉积动力学研究的需要.
底泥原地稳定化过程中药剂对上覆水体的影响
邹联沛, 章萍, 钱光人
2008, 19(4): 494-499.
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采用底泥原地稳定化处理技术中的药剂投加方法,对苏州河底泥中投加零价铁(Fe0)、硝酸钙的上覆水体进行为期80 d研究比较.结果表明:投加Fe0后上覆水体的溶解氧(DO)被迅速消耗,体系易形成厌氧环境,而硝酸钙则减缓了上覆水体DO的消耗;投加零价铁或硝酸钙后都会使上覆水体的pH升高,Eh下降;投加Fe0后对上覆水体CODCr或TOC的影响较硝酸钙小;此外,两者上覆水体DO、pH和Eh与CODCr和TOC之间均具有一定的相关性.
汉江中下游突发性水污染事故污染物运移扩散模型
王庆改, 赵晓宏, 吴文军, 杨木水, 马强, 刘坤
2008, 19(4): 500-504.
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以汉江中下游为例,基于MIKE 11模型的降雨径流模块、水动力模块、对流扩散模块建立了汉江中下游的降雨-径流模型、水动力模型和对流-扩散模型,通过对模型进行率定和验证,表明该模型具有较理想的模拟效果;在此基础上运用构建的模型模拟了汉江中下游2003年冬季、夏季不同水文情况下,突发性水污染事故中污染物的运移扩散过程,定量模拟了突发性水污染事故发生后,汉江不同地点处污染物到达的时间和浓度值,并对突发风险事故的影响范围、程度、时间做出定量预报.
年最大洪水两变量联合分布研究
方彬, 郭生练, 肖义, 刘攀, 武见
2008, 19(4): 505-511.
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采用Von Mises分布拟合年最大洪水发生时间的概率分布,采用皮尔逊Ⅲ型分布拟合年最大洪水量级的概率分布,选用能够较好反映年最大洪水发生时间和量级之间相关结构的Gumbel Archimedean Copula函数,建立两变量联合分布,并定义和分析条件频率、联合频率和两变量重现期.实例分析表明年最大洪水的两变量分布拟合较好,可挖掘更多信息,为洪水设计分析提供了一条新的途径.
区域水资源复合系统可持续发展机制研究
丛方杰, 周惠成
2008, 19(4): 512-518.
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区域水资源复合系统在利导因子和限制因子的共同作用下呈S型增长模式,可以用Logistic曲线(L曲线)或Gompertz曲线(G曲线)描述其发展过程.对其微分形式的分析表明,L曲线的成长期和全盛期、G曲线的成长期、全盛期和成熟期分别是其可持续发展区.对L曲线的差分形式分析表明,适当的发展速度是实现系统可持续发展的关键,应尽可能使发展速度处在最优区间,过低会影响当代人的进步,过高又会导致演化过程不稳定,甚至出现混沌.区域水资源复合系统的可持续发展过程是多阶段、多层次的组合S型曲线,可用L曲线或G曲线的起步期、成长期和全盛期作为一个周期,构造系统可持续发展的组合S型轨迹方程.最后拟合了大连市和烟台市水资源复合系统1996-2005年的发展指数,结果均为两层的组合L曲线.
区域水资源系统动力学特征分析
徐建新, 郝志斌, 蒋晓辉, 高峰, 商崇菊
2008, 19(4): 519-524.
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对南水北调中线工程河南受水区水资源系统动力学特征进行了分析研究,给出了各子系统动力学特征指标和水循环之间的定性关系,揭示了各子系统的分形特征、复杂程度和演化规律.结果表明,该水资源系统具有明显的分形结构和混沌特征,为一个非线性系统,且系统演化存在一个奇异吸引子;从大气降水-地表水-浅层地下水-深层地下水水循环角度看,该系统的开放程度和受外界干扰的程度逐渐减小;从大气降水-地表水-浅层地下水的水循环角度看,该系统的复杂程度符合水资源系统的一般情况.分析成果对该区寻求改善水资源系统行为的机会和途径具有重要参考价值.
水流对渗流的影响实验研究
谢立全, 于玉贞, 单宏伟
2008, 19(4): 525-530.
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岸坡渗流是江河崩岸的主要诱因和重要研究内容之一.土力学中的渗流分析均建立在土体内部为低流速的层流、土体之外为静态水体的基础之上,而岸坡渗流之明显区别就在于土体之外的水体并非静态.利用新研制的实验设备,进行了不同切向水流流速、不同渗流水头差组合情况的水流渗流耦合试验,结果分析表明,水流对渗流有明显影响,并呈规律性变化:渗出面渗透比降越小,水流对透水性能的降低程度就越大,而比降超过一定数值后,水流将会增强透水性能.研究结果对江河两岸堤防等建筑物的安全评价将有着重要的理论价值和实用性.
基于非结构网格有限体积法的二维高精度物质输运模拟
王志力, 陆永军, 耿艳芬
2008, 19(4): 531-536.
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在二维任意多边形无结构网格有限体积水流模型的基础上,通过无插值的通量重构和引入限制因子建立物质输运的高精度无数值震荡数学模型,并从理论上分析了模型的单调和稳定条件.通过旋转流中圆形分布的对流输运算例对模型进行检验,结果表明模型具有守恒、高精度无数值震荡等优点.最后将模型应用到瓯江河口的盐度输运模拟,计算的潮位、流速和盐度过程与原型吻合良好.
非恒定水流计算的最优控制问题及其变分求解
赖锡军, 傅国圣, 孙波
2008, 19(4): 537-545.
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为综合利用各类可用的信息源(如水流运动规律,观测资料和统计信息),在反问题的框架下构建了非恒定水流计算的变分模型.针对模型预测的可能误差来源,给出了初始条件、边界条件、物理参数三类独立参量及综合控制问题的定义.在此基础上,阐述了变分法求解这类偏微分方程最优化控制问题的基本原理及模型求解步骤.同时,为便于应用参考,选取初始条件、边界条件和物理参数作为控制向量,以实际常用的水流运动微分方程为基础,导出了一、二维非恒定水流计算的通用伴随方程.并以珠江黄浦至大虎段二维潮流计算为例,展示了变分模型的应用.
可变网格下的水库滑坡涌浪数值模拟研究
袁晶, 张小峰, 张为
2008, 19(4): 546-551.
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采用动网格技术,建立了可变网格下的平面二维水库滑坡涌浪数学模型,与传统固定网格下的数学模型相比,克服了难以精确计算水库滑坡体对水体作用的困难.以一模型试验为研究对象,采用数学模型对其进行了复演,模型将滑坡体对水体的作用采用可变网格的思想实现,使滑坡体所占区域的计算网格随滑体下滑.模型计算值与实测值比较表明,两者吻合较好,说明基于可变网格思想的数学模型能够较准确地模拟滑坡涌浪过程,为滑坡涌浪的计算、预测提供了一种新的研究方法.
反应性溶质在不同质地饱和土柱中运移的数值模拟
张丛志, 张佳宝, 徐绍辉, 张辉
2008, 19(4): 552-558.
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盐渍土壤中的物理化学作用对溶质运移具有重要影响.吸附和离子交换作用是土壤中常见的反应.利用室内土柱出流实验对这两种作用下的单组分和多组分溶质运移进行了探讨,用CXTFIT软件模拟了只考虑对流-弥散的常规溶质运移;用水文地球化学模拟软件PHREEQC进行了耦合吸附和离子交换反应的模拟.结果表明,土壤质地对单组分溶质的运移具有重要影响,而在多组分溶质运移中,组分之间的相互作用对溶质运移具有更为重要的影响,并且耦合物理化学作用的模拟精度更高.
冻融季节苏打盐渍土的水盐变化规律
罗金明, 邓伟, 张晓平, 李秀军, 孙广友
2008, 19(4): 559-566.
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通过野外定位观测和室内分析,探讨了冻融季节的微域尺度(32 m长的横剖面)苏打盐渍土的水分和盐分的变化规律.结果表明:冻结期大量地下水迁移并储存在盐化草甸土的冻层中,同时地下水位埋深迅速从1.2 m下降到2.5 m以下;苏打盐化草甸土冻结层的含水率明显增加,其中30~40 cm土层的含水率变化最明显(从冻结前的20%增加到50%).苏打碱土冻层的含水率增量不明显,但盐分显著增加,其中白盖苏打碱土表层的盐分增量幅度达80%.盐分变化主要表现为苏打盐渍土表层HCO3-、CO32-、SO42-以及Na+的增加,大量盐分表聚使消融期土壤的盐渍化程度不断加重.
节水稻基农田作物轮作与灌溉模式需水规律研究
肖新, 赵言文, 胡锋, 施国庆
2008, 19(4): 567-573.
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采取田间试验方法,研究了南方丘陵典型季节性干旱区节水稻基农田作物轮作与灌溉模式的需水规律和稻田水分利用率.结果表明,节水稻基农田作物轮茬与灌溉模式通过对水稻和油菜等作物产生的生长调控作用和补偿生效应,使植株蒸腾量、棵间蒸发量及稻田渗漏量大幅降低,各阶段的腾发量、需水强度和需水模系均发生显著变化,形成了稻基农田作物轮茬与灌溉模式新的需水规律.与常规双季模式相比,节水灌溉双季稻模式、水旱轮作双季稻模式、稻油轮作模式的需水强度分别减少了0.76、1.15、0.71 mm/d,渗漏强度分别减少了0.12、0.16、0.19mm/d,水分利用率提高了30.14%、47.95%、17.81%.
砂泥岩裂隙岩体埋深和岩性对渗透性影响分析
蒋小伟, 万力, 胡晓农
2008, 19(4): 574-580.
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采用表征岩体渗透性的单位吸水量ω为参数,有效地分析了砂泥岩裂隙岩体中相对埋深和岩性对渗透性空间分布规律的影响.研究区内,在不同深度单位吸水量的最大值和最小值相差3-4个数量级,渗透性表现出显著的随机特征.通过将压水试验数据离散化并在不同深度上取logω的平均值,凸现了渗透性的结构特征.ω均值在一定范围内随相对深度表现出负指数分布规律;剔除logω的线性趋势项后,logω残差表现出与地层内部岩性相对应的规律.此外,研究还发现,渗透性参数随相对深度呈负指数分布规律是由含裂隙的砂岩介质引起的.这些规律为裂隙岩体的渗流计算和模拟奠定了基础.文章所提出的对压水试验数据离散化并在不同深度取均值以找出渗透性和深度关系,以及去除线性趋势项研究渗透性和岩性之间关系等方法具有广泛的应用价值.
华北平原桓台县地下水硝态氮含量的空间变异规律及其成因分析
陈淑峰, 胡克林, 刘仲兰, 李帷, 潘志勇, 张军连
2008, 19(4): 581-586.
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摘要:
对华北平原桓台县584个潜水水样的硝态氮含量进行了测定,应用地统计学方法对数据进行了分析,结果表明潜水硝态氮含量符合对数正态分布.采用Kriging方法对未观测点进行了估值,并绘制了等值线图,按照国家地下水质量标准划分的5个等级,利用GIS空间分析方法分别统计了各个乡镇潜水中硝态氮各等级的面积.同时把各乡镇单位面积化肥、人畜排泄、污水灌溉以及总的氮素年投入量与其潜水中硝态氮的平均含量分别进行了相关性分析,发现污水灌溉投入的氮素和各类氮素的总投入与潜水中硝态氮含量均有显著的相关关系,结果表明,污水灌溉对当地潜水硝态氮含量的影响很大,同时在对区域潜水硝态氮贡献的成因分析时必须考虑区域氮素的总投入.
同位素示踪剂在流域水文模拟中的应用
瞿思敏, 包为民, Jeffrey J. Mc Donnell, 余钟波, 石朋
2008, 19(4): 587-596.
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摘要:
主要目的是通过对同位素在流域水文模拟应用中的一些假定、限制条件以及方法进行澄清和系统化,从而促进同位素在流域水文模拟中一些新的研究方向和研究热点.主要从三个方面,即同位素流量过程线分割、流域平均滞时与不同水源混合、与水文模型耦合,讨论同位素示踪剂在流域水文模拟中的研究进展情况.同时指出了同位素在流域水文模拟中应用存在的一些主要问题,包括:①降雨同位素含量的时空变化;②不同径流成分的采样;③径流输出同位素含量的空间变化;④流域平均滞时分布函数的确定;⑤水文同位素耦合模型.
河流冰塞数值模拟进展
王军, 赵慧敏
2008, 19(4): 597-604.
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冰塞是高纬度地区河流凌汛的主要诱因.为防凌减灾,围绕着河冰问题的试验研究、原型观测和数值模拟,国内外学者展开了大量的研究.就数值模拟方面,综述了国内外学者在河冰一维、二维数值模拟方面的研究成果;重点描述了Shen的一维模型和模拟冰塞体溃决的二维模型及其在实际中的应用;在评述和分析各模型特点的基础上,尝试提出了今后的发展方向.

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