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2008年  第19卷  第5期

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长江口深水航道治理工程实施后南北槽分汊段河床演变
刘杰, 陈吉余, 徐志扬
2008, 19(5): 605-612.
摘要:
利用1998-2006年的水深测图和南北槽分流、分沙比测量资料,研究了长江口深水航道治理工程实施后南、北槽分流比的变化过程、原因及其与分汊口河床冲淤演变的关系。结果表明,随着长江口深水航道治理工程的实施,北槽落潮分流比总体呈减小的趋势,南槽落潮分流比呈增加的趋势。伴随着南、北槽落潮分流比的南增、北减,南槽进口段(长约18 km)的主槽发生了冲刷,北槽进口段(长约12 km)的主槽发生了淤积,南、北槽进口段河槽总过水断面面积呈下降趋势。北槽落潮分流比与北槽河槽总容积、南北槽落潮分流比与各自进口段的河槽断面平均水深之间均具有较好的相关性,据此,预测了未来南、北槽的落潮分流比和进口段河槽冲淤的平衡量值。
丁坝回流分区机理及回流尺度流量试验研究
陈稚聪, 黑鹏飞, 丁翔
2008, 19(5): 613-617.
摘要:
通过三维激光颗粒动态分析仪(3D-PDA)对玻璃水槽内丁坝回流区的流速进行测量,获得了回流区流速分布的详细资料。根据流量连续原理和回流区流速分布,对丁坝回流区进行了区域划分:沿横向划分为负流速区、正流速区和主流区;沿纵向分为回流减流区和回流增流区。在此基础上进一步研究了回流尺度和回流流量沿纵向的变化规律。结果表明,回流区正负流区流量沿纵向呈纺锤形分布,负流速区和回流区的宽度在纵向基本呈线性变化。
弯曲槽道边壁振动情况下湍流特性的大涡模拟
王文全, 张立翔, 郭亚昆, 闫妍
2008, 19(5): 618-623.
摘要:
为了更好地理解透平机械流道内能量耗散的机理和湍流结构变化,利用大涡数值模拟方法,数值试验了时、空做正弦振动的壁面所围成的弯曲槽道内的湍流流动。研究了6种不同的振动参数下,槽道内压力分布、近壁涡量以及其它相关湍流统计量的分布特性。计算结果表明,受展向壁面振动的影响,近壁区速度梯度增加,粘性底层变薄,湍流强度增加,能量耗散加大。该研究还发现壁面展向振动而引起的能量耗散主要依赖于近壁区粘性底层的展向涡量大小。
AUSM格式在二维浅水方程求解中的应用
顾峰峰, 倪汉根, 戚定满, 郁微微
2008, 19(5): 624-629.
摘要:
引入空气动力学中发展起来的AUSM格式,在三角形网格上采用有限体积法,对二维浅水控制方程进行数值求解;引入过程中,对浅水问题中的源项及露滩问题等采用了相应的特殊处理。通过对二维计算常用的溃坝算例及扎龙湿地实际算例的计算结果分析可知:二维浅水问题中引入该计算格式后,计算结果较好且保持了原格式的优良特性,同时也验证了该格式在二维浅水方程中应用的可行性及可靠性。
粉细砂水敏性试验研究
韩志勇, 郑西来, 陈继红, 杨洮
2008, 19(5): 630-634.
摘要:
通过室内水平砂柱内的咸淡水驱替试验,以高岭土、伊利石和蒙脱石、二价汞离子(Hg2+)和苯酚(C6H5OH)为例,对粉细砂的水敏性特征进行了研究。结果表明:高岭土和伊利石含量对粉细砂水敏性的影响不大,即使含量达到10%(质量比),渗透系数也仅下降1个数量级,而当蒙脱石含量为3%(质量比)时,砂柱渗透系数下降已经超过2个数量级,含量超过4%(质量比)时,水流已经无法通过;在高速水流剪切力作用下,31.68%二价汞离子(Hg2+)和55.71%的苯酚能够被有效去除,而水敏性过程中的颗粒释放与迁移作用能够将绝大部分残余的二价汞离子(67.55%)和苯酚(43.43%)挟带出粉细砂柱。单纯的水力作用对两种污染物的去除率差别较大,原因是砂柱中粘土颗粒表面带有负电荷,使得带正电的二价汞离子(Hg2+)大量被吸附,导致其滞留于砂柱之中的比例大于苯酚。故利用粉细砂的水敏性特征可在含水砂层中建立防渗帷幕、去除重金属和有机污染物。
含沙水体污染物生物降解反应动力学研究
黄文典, 李嘉, 邓云
2008, 19(5): 635-639.
摘要:
以含多组分的生活污水为模拟污染物,通过实验方法对含沙水体中污染物生物降解规律进行了研究,得出了污染物生物降解速率常数与含沙量的关系式。研究结果表明:(1)低浓度污染物在含沙水体中的生物降解过程符合一级反应动力学过程;(2)对同一粒径组泥沙而言,含沙量越大,污染物生物降解速度越快。即泥沙的存在促进了污染物的降解;(3)污染物生物降解速率常数随着含沙量的增大而增大,两者存在非线性的函数关系。含沙量增大到一定值时,降解速率常数趋于最大值。
岛屿海岸工程作用下的水沙动力过程研究
季荣耀, 陆永军, 左利钦
2008, 19(5): 640-649.
摘要:
岛屿海岸所处的水动力泥沙环境以及工程实施后引起的相关变化都具有自身的独特性和复杂性。根据历史资料,在对嵊泗中心渔港海区已建工程影响下的水沙动力过程变化深入分析的基础上,利用波浪和潮流共同作用下的二维泥沙数学模型,对拟建工程引起的潮流场、含沙量场以及海床冲淤变化进行了分析和预测。研究表明,已建与拟建防波堤工程会引起港区水动力减弱,海床演变以淤积作用为主,年淤积强度0.1~0.3 m;已围与拟围海造地工程则会束窄潮流通道,导致水动力增强,海床以轻微冲刷为主。拟建工程与已建工程作用下的水沙动力过程具有良好的类比性。
长江流域降水极值的变化趋势
姜彤, 苏布达, MARCO Gemmer
2008, 19(5): 650-655.
摘要:
依据1960-2005年长江流域147个气象站逐日降水,ECHAM5/MPI-OM气候模式模拟的长江流域79个格点20世纪实验期(1941-2000年)以及未来3种排放情景(SRES-B1,A1B,A2)下21世纪前50年逐日降水数据,建立年最大强降水和汛期<1.27 mm/d的最长干旱持续天数序列。运用广义极值分布,广义帕雷托分布,广义逻辑分布与韦克比分布等4种分布函数定量拟合了长江流域降水极值的概率分布。研究表明:韦克比分布函数能够较好地拟合长江流域降水极值的概率分布。在3种排放情景下,未来降水极值的重现期呈现不同的空间分布特征。长江流域,尤其是中下游大部地区,1951-2000年间的50年一遇强降水和干旱事件,在2001-2050年间发展成为25年一遇降水极值事件。未来气候变暖条件下,降水极值重现期出现的这种变化趋势,将会对水资源趋势产生重大的影响。
近50年来中国六大流域径流年内分配变化趋势
王金星, 张建云, 李岩, 章四龙
2008, 19(5): 656-661.
摘要:
基于1950年以来的全国六大流域19个重点控制水文站实测月径流量观测资料,以1980年为界,分析各站实测径流量年内分配不均匀系数、集中度以及集中期的变化;采用Mann-Kendall非参数统计检验方法,诊断了各月径流量的变化趋势。结果表明,自1980年以来,全国六大流域的月径流发生了时空变化,除海河的石匣里、响水堡站和黄河花园口站年内径流不均匀性和相对集中度较小以外,其它站的年内径流不均匀性和相对集中度较大,以松辽流域为最大;此外,南方流域各站冬春季(12~3月)的径流均呈现增加的趋势,5月份呈现减少的趋势,7月份呈现增加的趋势;北方流域各站冬春季(1~5月)径流呈现减少的趋势,以海河流域各站、松辽的铁岭、黄河利津站和淮河的吴家渡站减少趋势最为严重。
一个网格型松散结构分布式水文模型的构建
石朋, 芮孝芳, 瞿思敏, 陈喜
2008, 19(5): 662-670.
摘要:
根据流域降雨径流的基本过程,以蓄满产流理论为基础,建立了一个网格型松散结构的分布式流域水文模型。模型将流域离散为包含河道与不包含河道两种类型的单元格,以协克里金方法插值得到空间离散的降雨输入,考虑的产汇流物理过程包括降雨、植被截留及蒸散发、单元格产流、单元格汇流及河网汇流。模型结构简单,参数较少,在充分利用植被覆盖类型图及土地利用类型图的基础上,能够获得大部分参数的选用值。通过在长江三峡区间沿渡河流域的实际应用,模型计算成果令人满意。
基于遥感的区域蒸散量监测方法——ETWatch
吴炳方, 熊隽, 闫娜娜, 杨雷东, 杜鑫
2008, 19(5): 671-678.
摘要:
ETWatch是用于区域蒸散遥感监测的业务化运行系统,集成了具有不同应用优势的遥感蒸散模型,并以Pen-man-Monteith公式为基础建立下垫面表面阻抗估算方法,利用逐日气象数据与遥感反演参数,获得逐日连续的蒸散分布图。所生成的从流域级到地块级的数据产品能动态反映区域蒸散发的时空变化规律。基于ETWatch方法,对2002-2005年海河流域和河北省馆陶县的蒸散状况进行了连续监测。利用地面观测资料对蒸散遥感监测产品的验证表明,涡度相关观测数据能量闭合率在0.9以上时,1 km级的日蒸散结果的平均偏差约10%;对于地块级(30 m)的ET,受混合像元的影响,相对于土壤水分消耗法测量的作物蒸散发,遥感监测作物蒸散发的平均误差在12.7%左右。
基于Pareto强度进化算法的供水库群多目标优化调度
丁胜祥, 董增川, 王德智, 李庆航
2008, 19(5): 679-684.
摘要:
提出用Pareto强度进化算法解决供水库群的多目标优化调度问题,算法利用种群的进化过程模拟寻找非劣解集的过程,将供水库群多目标优化调度问题的解当作进化种群中的个体,按照解的Pareto强度值与密度进行适应度计算,利用种群中个体的进化操作获得非劣解,最终整个种群进化为非劣解集。实例分析结果表明,算法能实现多峰搜索,最终非劣解集的分布均匀,且收敛速度快,为解决供水库群多目标优化调度问题提供了一种有效的方法。
钱塘江河口过江隧道河段极端洪水冲刷深度的预测
史英标, 鲁海燕, 杨元平, 曹颖
2008, 19(5): 685-692.
摘要:
钱塘江河口为强冲积性河口,在洪潮水流共同作用下河床冲淤剧烈,极端洪水条件下河床的冲刷深度是过江隧道工程的关键问题之一。基于河床演变分析、动床数值模拟和动床物理模型等研究手段,建立了钱塘江河口过江隧道河段洪水冲刷深度的预测模型,分别经钱塘江河口的典型实测地形、水流泥沙及河床冲淤等实测资料进行验证。在此基础上预测了某过江隧道河段在极端洪水作用下河床最大冲刷深度,三种研究方法所得的结果定性定量基本合理,且与后来地质详勘的沉积分析成果基本一致,进一步表明了预测模型的可靠性,预测的最大冲刷深度可为过江隧道的合理埋设提供科学依据。
毛乌素沙地沙柳灌丛降雨截留与树干茎流特征
杨志鹏, 李小雁, 孙永亮, 刘连友, 张晓影, 马育军
2008, 19(5): 693-698.
摘要:
通过对毛乌素沙地沙柳灌丛降雨截留量及树干茎流的实验观测,分析了降雨量和降雨强度对沙柳灌丛的降雨截留量、穿透雨量和树干茎流量的影响,并确定了截留量、穿透雨量和树干茎流量在降雨分配中的百分数。实验期间降雨总量为136.5 mm,沙柳灌丛的截留量、穿透雨量和树干茎流量分别为34.0、98.5和4.0 mm,占降雨量的百分比分别为24.9%、72.2%和2.9%。沙柳灌丛的降雨截留量、穿透雨量和树干茎流量与降雨量和10 min最大雨强之间均呈显著正相关,而截留量、穿透雨量占降雨量的百分比与降雨量之间呈显著的双曲线函数关系。
TOPMODEL模型中的DEM尺度效应
孙立群, 胡成, 陈刚
2008, 19(5): 699-706.
摘要:
TOPMODEL是目前被广泛应用的半分布式流域水文模型,它以地形为基础的特点使得DEM的空间分辨率成为影响模型模拟结果准确性的重要参数。不同分辨率的DEM将计算出不同的地形指数ln(α/tanβ)分布,其作为TOPMODEL的地形参数直接影响着模型的模拟结果。以10 m分辨率的DEM为原始数据,生成10~1 000 m等17种分辨率的DEM,使用地形信息熵的概念,比较不同分辨率的DEM对地形信息提取的影响。假设TOPMODEL在10 m分辨率的DEM计算的流量过程线为观测值,对比了不同分辨率的DEM对流量过程线和Nash效率系数产生的变化。对于所研究的流域,150 m分辨率是建立TOPMODEL模型的最佳值,300 m分辨率是保证模型结果有效的基本要求。使用Monte Carlo方法计算TOPMODEL中参数对DEM分辨率的敏感性,指出在模型的5个参数中,只有饱和导水系数T0对DEM分辨率敏感。
基于免疫进化算法优化的地下水水质评价普适公式
李祚泳, 汪嘉杨, 程会珍
2008, 19(5): 707-713.
摘要:
在设定地下水各指标"参照值"基础上,提出了一个适用于多项指标的地下水水质评价幂函数加权加和型综合指数公式。采用免疫进化算法优化公式中的参数,得到优化后适用于任意多项指标的地下水水质综合评价的普适指数公式。该公式不受指标种类和数目多少限制,并把单指标指数评价公式作为特例包括在内。普适指数公式应用于多个实例分析计算,并与其他多种评价方法的评价结果进行比较,结果表明它形式简单、易于计算,具有可比性、通用性、实用性的特点。
多孔介质中非均匀流动模式信息特性聚类分析
王康, 张仁铎, 周祖昊
2008, 19(5): 714-721.
摘要:
研究了多孔介质中非均匀流动描述方法和流动模式信息特性。依据流道宽度分布信息,对4组染色示踪试验的垂直剖面流动区域进行水平分层,将流道统计信息作为变量,对水平层进行系统聚类分析。结果表明,染色比例和染色区域内流动通道宽度分布是流动聚类分区的主要影响因素。聚类数目为3和8情况下,能够最为有效地表征非均匀流动模式。以垂直方向流动为主,且流动通道连续的情况下,流动分区主要包括全局性均匀流、局部均匀流、均匀流向非均匀流过渡区,以及优先流区。水平方向流动特性较为显著的情况下,则存在多个均匀流向非均匀流动的过渡区。
滨岸缓冲带对面源污染物的净化效果研究
黄沈发, 吴建强, 唐浩, 吴健, 王敏
2008, 19(5): 722-728.
摘要:
选择百慕大、白花三叶草、高羊茅三种土著植被和2%、3%、4%、5%4个不同坡度构建了缓冲带现场试验基地,开展面源污染防治试验。结果表明,滨岸缓冲带能有效截留径流水中的悬浮物质和降解渗流水中的氮、磷营养物质;植被和坡度的不同对缓冲带污染物净化效果影响显著,19 m长2%坡度缓冲带悬浮物截留率比5%坡度高14%,19 m长百慕大缓冲带悬浮物截留率比高羊茅高11%;进水浓度在10 mg/L以内时,2%坡度百慕大试验带渗流出水TN浓度低于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅴ类水标准;进水浓度在0.6 mg/L左右时,百慕大、白花三叶草、高羊茅和2%、3%、4%试验带渗流出水TP浓度均低于GB3838-2002Ⅲ类水标准;计算出缓冲带最佳宽度,2%坡度试验带比5%坡度试验带节约8.6 m,百慕大试验带比高羊茅试验带节约4.3 m。
珠江河口夏季缺氧现象的模拟
罗琳, 李适宇, 王东晓
2008, 19(5): 729-735.
摘要:
夏季底层水体缺氧现象是珠江河口存在的环境问题之一。使用三维水动力-生态耦合模型来分析珠江口缺氧现象的分布状况和产生原因。模拟结果表明:模型能很好的再现珠江口的缺氧敏感性区域和强度。珠江口存在的底层水体缺氧现象是水体强烈层化和生化耗氧过程共同作用的结果。缺氧现象的发展与减退受潮汐涨落的影响。珠江口盐度-潮汐混合锋面和层化作用控制低氧水团的范围和强度。
一种新的优化灌溉制度算法——自由搜索
王斌, 张展羽, 张国华, 陈子平
2008, 19(5): 736-741.
摘要:
应用现有典型算法求解灌溉制度优化设计模型时,由于各种算法本身存在着不足,可被接受的模型最优解往往不能够被成功搜索到。自由搜索(Free Search,FS)是一种新的优化算法,对其进行了适当改进,针对灌溉制度优化设计模型实例,在不同的可供水量下,应用FS算法对该模型进行求解。结果表明,FS算法表现出良好的稳健性和收敛性;与以往的动态规划逐次逼近法(DPSA)、遗传算法(GA)及混沌算法(CA)对该实例的寻优结果相比,FS算法提高了寻优精度。FS算法原理简单,操作简便,是一种较好的优化灌溉制度的新方法。
水体势能的大气复氧法——势能增氧生态床法
陈鸣钊, 丁训静
2008, 19(5): 742-745.
摘要:
天然河流水质受到污染,但水能依然存在且可以利用。研究了利用水体的势能进行大气复氧的方法,并将其引进污水生物处理领域。被污染的河水通过势能增氧生态床法进行原位生态修复后,其水质可达到地表水Ⅲ类标准,而且大大降低了污水处理费用。该研究革除了鼓风曝气进行大气复氧(利用动能),突破了污水生物处理的"障碍",充分发挥利用水体势能进行大气复氧的运行费用低的优点,开辟了水能利用的新领域。
渠道自动化控制系统及其运行设计
吴保生, 尚毅梓, 崔兴华, 陈植元
2008, 19(5): 746-755.
摘要:
渠道运行控制系统可以根据渠道水位、流量等信息来提高渠道的运行效率,降低运行成本,提高水资源利用率。系统介绍了渠道运行方式和自动化控制的概念,扼要论述了近年来在长距离输水渠道运行方式和自动化控制方面的研究和相关成果,指出其中存在的问题和可能改进的途径。根据渠道运行控制系统多输入多输出、模型非线性、扰动随机性等特点,对控制解决方案进行了探讨,并在渠道运行方式选择、控制算法与闸门控制模式等方面指出了进一步的研究方向。
水资源问题的可计算一般均衡模型研究综述
赵永, 王劲峰, 蔡焕杰
2008, 19(5): 756-762.
摘要:
简要介绍了可计算一般均衡(CGE)模型,并综述了水资源问题CGE模型的几个研究方面:水资源价格、水资源优化配置、水市场和水权交易,以及可持续性和水患等其他问题。其研究小到一个县级流域,大到全球。水资源问题是社会经济系统的一个重要组成部分,其产生的影响会波及到社会经济系统中的其他部门,CGE模型适合于水资源问题研究。在综述的基础上总结了水资源问题CGE模型的基本研究思路。