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2008年  第19卷  第6期

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中国极端降水事件的区域性和持续性研究
闵屾, 钱永甫
2008, 19(6): 765-771.
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利用中国542个站1960-2003年逐日降水资料,分析中国极端降水事件的区域性和持续性,研究发现:滇西藏东一带极端降水的持续性较好,但该地区极端降水的区域性较差;长江以南地区夏季极端降水的区域性与持续性均较好,容易导致区域性洪涝灾害的发生;东南沿海冬季极端降水的区域性与持续性均较好,易形成成片且持续时间在3d或3d以上的极端(较强)降水事件;黄河中下游秋季极端降水的区域性与持续性均较好,该地区秋季发生洪涝的可能性较大;除新疆以外,东北、华北以及西北等大部分北方地区极端降水的持续性以及区域性均较差。
气候变化对中国水资源情势影响综合分析
任国玉, 姜彤, 李维京, 翟盘茂, 罗勇, 马柱国
2008, 19(6): 772-779.
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介绍了近年在气候变化对中国水资源影响研究方面的若干进展。研究表明,中国水资源问题的产生不仅与人口和社会经济快速发展有联系,更与气候环境的显著变化密切相关;未来的气候变化将会导致一些流域水资源更加短缺和洪涝灾害更加频繁,对流域水资源和可持续发展产生重要影响;在流域水资源综合规划与管理中,应十分重视气候变化的影响问题。
蒸发皿中水面蒸发氢氧同位素分馏的实验研究
包为民, 胡海英, 王涛, 瞿思敏
2008, 19(6): 780-785.
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气象要素与蒸发密切相关,通过室内外不同气象条件下的器皿水蒸发实验,获得了水面蒸发氢氧稳定同位素分馏因子与气象要素的关系。实验结果表明,随着蒸发的进行,剩余水体中逐渐富集重同位素;自由水体蒸发同位素分馏在垂线上有分层现象,表层水体同位素值比垂线平均的同位素值略富集;不同温度条件下的室内蒸发实验中,温度越高,液-气间分馏系数越小,相应于同一剩余水体体积比,剩余水体稳定同位素值则越低。室外器皿水自由蒸发实验中得出的蒸发线方程斜率较大地偏离了当地降水线,表明实验期间水体蒸发分馏作用较明显。该研究为进一步揭示水体蒸发分馏规律提供了可靠的实验依据。
藏北高原蒸发皿蒸发量及其影响因素的变化特征
杜军, 边多, 鲍建华, 拉巴, 路红亚
2008, 19(6): 786-791.
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采用气候倾向率方法,对藏北高原1971-2006年6个气象站年、季小型蒸发皿蒸发量及其影响气候因子的变化趋势进行了分析。结果表明:近36年藏北高原年蒸发皿蒸发量各站点均呈现显著的减少趋势,平均减少61.7mm/10a(通过99%显著性检验),以夏季减幅最明显。就地域分布而言,蒸发皿蒸发量的下降主要表现在藏北高原的中西部。蒸发量减少幅度随经度的增加减小,随海拔高度的升高而加大。影响蒸发皿蒸发量的主要气候因子日照时数、平均风速呈现显著下降趋势,平均相对湿度、降水量表现为显著增加,平均气温显著升高,平均最低气温的升温速率(0.54℃/10a)明显比平均最高气温的升温速率(0.17℃/10a)大,导致气温日较差的减小(-0.37℃/10a)。藏北高原平均气温日较差和日照时数的显著减小,以及平均相对湿度的明显增加可能是蒸发皿蒸发量显著下降的主要原因,降水量的增加和平均风速的明显减小在蒸发量减少趋势中的作用也不可忽视。
中国北方荒漠区降水稳定性与趋势分析
徐利岗, 周宏飞, 李彦, 李晖, 汤英
2008, 19(6): 792-799.
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根据连续估计初始样本值及其所对应的自由度进行多步迭代的估计方法,选择中国北方荒漠区35个站点1951-2005年月降水资料,运用水文序列轮次分析、游程理论和极差理论探讨了降水的稳定性;从降水集度、年际变差等方面用Mann-Kendall秩次相关法剖析了北方荒漠化地区降水在时间、空间上变化趋势。结果表明:各地单独丰水年的概率要高于单独枯水年,而发生连枯年的概率则高于连丰年;极端干旱区和干旱区的降水有增加趋势的地区概率分别为83%和70%,而半干旱地区降水有明显减少趋势的概率为58%。
调水项目替代方案的多层次比选技术
刘建昌, 王利民, 张微, 穆从如, 范秀英
2008, 19(6): 800-806.
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替代方案比选在调水项目可行性研究和环境影响评价中,处于核心地位。结合调水项目环评的特点,提出了替代方案的多层次比选方法,对从上游两个水库向白洋淀调水的项目替代方案进行了案例研究。结果表明,相比传统的不分层比选,多层次比选更能有效避免替代方案的遗漏,提高方案比选的科学性。
环状河道二维浅水流动的全隐数值求解方法
向小华, 苏长城, 吴晓玲, 王船海
2008, 19(6): 807-813.
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基于通用河网二维水流模式,采用全隐式矩阵追赶与回代技术,提出了环状河道单元二维数值模拟的通用模型。该模型仿照一维河网的建模方法,通过建立节点水位方程组,能方便地实现全流域二维河网或者一二维河网的隐式耦合求解。通过对长江下游南京八卦洲段分汊河道的数值模拟,表明该方法精度较高,切实有效,能满足实际工程的需要。
边墩纵向宽度对回流长度的影响研究
假冬冬, 王博, 周刚, 邵学军
2008, 19(6): 814-820.
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采用试验和三维紊流模型相结合,对长方体边墩在不同纵向宽度条件下的回流长度变化规律进行了研究。三维模型采用大系数法与壁函数法相结合对边墩区域边界进行了处理。研究结果表明:在模拟条件下,边墩后的回流长度随着边墩宽长比的增大而减小,在边墩宽长比较小时,边墩的宽长比对边墩后回流长度的影响较为敏感;当边墩宽长比大于4左右后,回流长度变化较小,此时已相当于河道的突扩问题。以边墩宽长比为0.02(丁坝)时的回流长度L0为基准,利用实测资料建立了不同边墩宽长比条件下的回流长度计算公式。
光滑粒子流体动力学二阶算法精度研究
郑兴, 段文洋
2008, 19(6): 821-827.
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光滑粒子流体动力学(SPH)由于无需网格生成和拉格朗日特性,对求解带有自由表面和大变形的力学问题有优势。但是该方法存在计算精度不高,计算效率较低等缺点。为此重点对SPH方法的精度提高进行研究。介绍了传统算法的基本公式,根据误差分析指出该算法精度不高的原因,提出了SPH二阶精度算法。通过精度验证分析,证明了该方法的精度的确能够达到二阶。通过二维计算实例,给出传统方法和二阶方法在粒子均匀分布和非均匀分布时函数值以及函数的一、二阶导数的误差分布,证明二阶算法能够克服传统算法的一些缺点,且计算精度有较大提高。
河床高差对Y型汇流口螺旋流结构的影响
王晓刚, 严忠民, 张幸农
2008, 19(6): 828-834.
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通过三维数值模拟分析了河床高差(定义为干支流河床高程差与尾水位之比)对Y型汇流口螺旋流结构的影响。通常情况下,Y型汇流口水流为表面汇聚的双螺旋流。河床高差的存在将减小干流侧水流的螺旋流强度,增强支流侧水流螺旋度,而当支流侧螺旋流很强烈时,干流侧螺旋流将受到破坏。
特枯水文年长江河口汛期盐水入侵观测分析
戴志军, 李为华, 李九发, 陈吉余
2008, 19(6): 835-840.
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基于2006年汛期10月长江干流大通水文站逐时水位流量资料和长江口区现场实测水文、盐度资料,探讨了特枯水文年份在大型水利枢纽调控影响下的长江口区汛期盐水入侵及其对淡水资源的影响。结果表明:①2006年汛期10月大潮期间,外海上溯至北支的咸潮强度较大,倒灌南支严重,导致观测期间陈行水库、宝钢水库河段不存在淡水资源;②北支高盐度的咸水倒灌主要经白茆沙北水道而进入南支,长江入海冲淡水则主要由白茆沙南水道下泄入南支,两股不同性质的水流在白茆沙尾部汇合,其影响范围可到南港吴淞口;③观测期间,外海高盐水团经南北槽上溯,其强度和上溯距离可影响到吴淞口,致使除吴淞口附近水域存在淡水资源外,南港吴淞口以下河段皆为高盐水体覆盖。
SPH法在大坝表孔泄流数值模拟中的应用
李大鸣, 刘江川, 徐亚男
2008, 19(6): 841-845.
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主要对光滑粒子流体动力学(SPH)法进行研究,建立了大坝表孔泄流的光滑粒子模型。将SPH数学模型应用于拉西瓦水电站表孔泄流中,提出了采用补水边界的方法来满足库区恒定水位条件,模拟了表孔泄流的流场变化及粒子运动过程。通过与物理模型实测的压力值比较,堰表面压力变化基本一致。对模拟结果进行分析,表明光滑粒子流体动力学可用于高速水流的计算模拟研究。
二维水动力模型的并行计算研究
左一鸣, 崔广柏
2008, 19(6): 846-850.
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建立了二维水动力并行模型;针对MPI不能实现进程迁移现状,自主开发了并行通讯平台,平台机群负载平衡采用基于蚁群算法的人工智能算法,并根据模型需要制定了相关通讯协议;对长江内江段进行数值模拟,结果表明当网格数一定时,存在一最优客户端数,当客户端数小于最优客户端数时,并行算法所需时间小于串行算法时间,并随着客户端数增加,所需时间也逐渐减少;反之,所需时间则逐渐增大。
水生植物对水沙运动影响的三维湍流模型
刘诚, 沈永明
2008, 19(6): 851-856.
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水生植物的存在改变了明渠内水流的流动结构,也影响着泥沙的输运。建立三维湍流模型,在水流控制方程中加入植被阻力项和植被密度项来考虑刚性植物对水动力特性和泥沙输运特性的影响。应用该三维数值模型计算了矩形水槽内淹没植被对水流水平时均流速垂向分布的影响、复式明渠边滩栽种挺水植被对水流深度、平均流速分布以及植被岛周围泥沙床面的冲淤变形的影响。数值计算结果与实测结果吻合良好,表明本模型可以有效地描述刚性水生植物对水流泥沙运动的影响。
含沙量对草地坡面径流泥沙沉积和水力特性的影响
潘成忠, 马岚, 上官周平
2008, 19(6): 857-862.
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摘要:
通过室内模拟试验,在坡度为3°和9°、流量为20和60L/min条件下研究了不同浓度(0～350kg/m3)含沙水流流经草地的泥沙沉积过程及其水力学特性。结果表明,坡面泥沙沉积量随含沙量的增加而增大,3°时泥沙沉积率与含沙量呈正相关,而9°时沉积率与含沙量呈反势。坡度对泥沙沉积影响显著,而在相同坡度条件下,两种流量试验的泥沙沉积量无明显差异。相同坡面坡上部位流速小于坡下部位,且含沙量对坡面流速影响较小。在相同坡度和流量条件下,水流雷诺数随含沙量的增大而减小。3°时水流阻力系数和曼宁糙率均随含沙量的增加而增大,而9°时含沙量对阻力影响不明显,因此在土壤侵蚀较严重地区进行坡面水文过程演算时需考虑含沙量对缓坡糙率的影响。
高含沙浑水静态剪切应力的试验研究
秦毅, 曹如轩, 郑学萍, 陈杰
2008, 19(6): 863-867.
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以试验为手段对高含沙浑液的静态剪切应力进行了探讨,得出静态剪切应力比用压力式流变仪测出的动态剪切应力要大,其差值随着静态时间的增长而加大,且与含沙量成正比,与粒径成反比的定性结论。配合水槽概化试验,论述了静态剪切应力的存在使高含沙水流层流区的阻力随时间增长而加大;静态剪切应力的存在也是造成河道滩槽贴边淤积和滩地高含沙水流整体停滞的根源,是河槽形成"自然堤"的主要因素。
泥沙输移与坡面降雨和径流能量的关系
李光录, 吴发启, 庞小明, 赵小风
2008, 19(6): 868-874.
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从导致土壤侵蚀的降雨和径流能量出发,提出了基于物理学原理的降雨能和径流能的概念,并采用人工模拟降雨实验,分析了泥沙输移与降雨和径流能的关系,结果显示:坡面薄层径流泥沙剥蚀量随着地表坡度、降雨能和径流能的增加而增加,雨滴击溅作用下泥沙剥蚀量远远大于无雨滴击溅作用时泥沙剥蚀量;薄层水流泥沙浓度随着坡度和降雨能的增加而增加,当坡度和降雨能一定时,泥沙浓度随着径流能的增加而减小;降雨扰动系数与降雨和径流能的比值按照对数关系增长,在相同坡度下,当降雨能一定时,降雨扰动系数随着径流能的增加而减小,当径流能一定时,降雨扰动系数随着降雨能的增加而增加。降雨能是导致泥沙剥离的本质,径流能是泥沙搬运的动力。
完全非线性聚焦波浪的数值模拟
宁德志, 滕斌, 谭丽, 周斌珍
2008, 19(6): 875-881.
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利用高阶边界元方法求解拉普拉斯方程,建立了模拟完全非线性聚焦波的时域数值模型,其中追踪流体自由表面的方法为满足完全非线性自由水面条件的半混合欧拉-拉格朗日方法,运用四阶Runga-Kutta方法计算每一时间步新的波面高度和速度势,同时通过入射边界给定速度的二阶Stokes解析解产生波浪,并应用镜像格林函数消除水槽两个侧面和底面上的积分。对不同波陡的聚焦波群在水槽中开展了物理模型实验,并把试验结果和数值结果进行了对比,两者吻合得很好,然后对非线性条件下聚焦波的特点进行了研究。
黄河下游凌情特征及变化
董雪娜, 李雪梅, 林银平, 姚惠明
2008, 19(6): 882-887.
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黄河下游冰情的基本特点和规律是:冬季有的年份封冻,有的年份不封冻;下游下段河道流凌封冻日期早,融冰、开河日期晚,封冻历时长,冰盖厚冰质坚;上段河道流凌封冻日期晚,融冰、开河日期早,封冻历时短,冰盖薄冰质酥。冰凌洪水特点是流量小,水位高且上涨快;凌峰流量自上而下沿程逐渐增大。近20年来,由于黄河下游河道水量大幅度减少,甚至发生连年断流,冬季气温持续偏高,加上水库调度等因素的共同影响,引起了凌情的相应变化。这些变化主要表现为:封开河日期提前,封河长度缩短、封冻冰量和槽蓄水量减少,冰塞冰坝发生次数减少,不封冻年频率增加等。
引江济太调水经济效益分析——以湖州市为例
吴浩云, 刁训娣, 曾赛星
2008, 19(6): 888-892.
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摘要:
采用分摊系数法定量分析了"引江济太"调水对湖州市三大产业经济效益的影响,同时基于灰关联分析法分析了湖州市总用水量和产业发展的关系,定性验证了调水经济效益分析计算的合理性。结果表明,"引江济太"对湖州市第三产业的经济效益影响最大,其次是农业,最后是工业。
冰川水文模型研究进展
卿文武, 陈仁升, 刘时银
2008, 19(6): 893-902.
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摘要:
定量评估冰川变化对干旱区流域/区域水资源管理、海平面上升以及冰川自然灾害预防等十分重要。从冰川产流(消融)和汇流两个水文物理过程出发,介绍了国内外冰川水文模型的研究进展,对目前应用最广的两类消融模型——基于气象因子的统计模型和基于物理机制的能量平衡模型进行了分析和讨论;从冰川表面、内部以及下部汇流3个方面阐述了冰川汇流模型所取得的成果。表明冰川产流(消融)模型已相对较为成熟,而冰川汇流过程目前仍处于探索阶段。构建适合不同规模和类型冰川的、包含冰川运动信息的分布式冰川水文物理模型是今后的研究重点。
土石坝溃决模拟及水流计算研究进展
陈生水, 钟启明, 陶建基
2008, 19(6): 903-910.
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对土石坝溃决模拟技术的最新研究成果进行了总结和评价,在此基础上对该研究领域今后的研究工作提出了若干建议,包括:应研究提出不同坝型溃决可能性分析评价方法;针对不同坝型开展溃坝离心模型试验,揭示在不同致灾因子作用下,土石坝溃决机理和溃口发展过程;开展土石坝初始管涌形成以后发展过程的试验研究,揭示孔流转变为堰流的控制条件;针对溃坝水流的流线曲率较大、溃坝水流大多是非恒定超临界流以及筑坝材料粒径级配范围变化大等特点,开展大型溃坝水工水力学模型试验,揭示不同坝型的溃口流量过程、泥沙输移及下游河道洪水演进规律。

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