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2009年  第20卷  第1期

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中国极端降水事件的频数和强度特征
王志福, 钱永甫
2009, 20(1): 1-9.
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使用1951-2004年中国738个测站逐日降水资料,采用百分位的方法定义极端降水事件的阈值,分析了不同持续时间的极端降水事件的时空分布及变化趋势特征。结果表明,极端降水事件多发于35°N以南,特别是在长江中下游和江南地区以及高原东南部,且在这些地区极端降水事件持续时间也较长。季节分布上,主要出现在夏季,以低持续性事件为主。在中国东部地区,持续时间越长的极端降水其强度往往越强。趋势分析表明,全国持续1d极端事件的相对频数具有上升趋势而平均强度具有下降趋势,其空间上均表现为全国大部分上升、华北和西南等地下降的趋势。持续2d以上极端事件在长江中下游流域、江南地区和高原东部等地区有显著增多和增强的趋势,而在华北和西南地区有减少和减弱趋势,但全国平均的趋势不显著。
非饱和土中溶质地表径流迁移模型及解析模拟
童菊秀, 杨金忠, 暴入超
2009, 20(1): 10-17.
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针对非饱和农田在降雨引起肥料溶质地表径流迁移流失的实际问题,建立了二层结构溶质地表径流迁移模型,根据溶质质量守恒定律和水量平衡原理,求得模型的解析解,并采用室内非饱和土壤实验验证解析模型的合理性。通过敏感性分析,探讨了模型参数和土壤物理参数对溶质地表径流迁移流失过程的影响。研究结果表明:非饱和土的吸附性增大将增强土壤溶质迁移流失到地表径流水的能力;土壤干容重增大将减少土壤溶质的地表径流迁移;土壤的初始体积含水率越高,土壤溶质的地表径流运移作用越强。
夏季黑河流域蒸散发量卫星遥感估算研究
田辉, 文军, 马耀明, 王介民, 吕世华, 张堂堂, 孙方林, 刘蓉
2009, 20(1): 18-24.
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依据空气动力学方法和蒸散发量时间尺度扩展方案,利用MODIS资料和气象资料,计算中国西北内陆河黑河流域复杂地形下,2004年夏季7月蒸散发量空间分布及总量。利用Landsat-5TM资料对比分析发现,估算地表水热传输过程时,采用高分辨率遥感资料的估算结果受下垫面非均匀性影响程度,明显小于采用中分辨率资料。通过"金塔实验"湍流观测资料验证表明,利用高分辨率资料估算日蒸散发量的相对误差在10%以内。对月蒸散发量计算分析表明,黑河流域海拔2000m以上祁连山区,7月平均蒸散发量是海拔2000m以下山前地区的2.2倍,而山前平原区绿洲(NDVI>0.10区域)平均蒸散发量又是荒漠戈壁地区的12.3倍。因此,流域中下游绿洲地区特别是农业灌溉区是夏季主要水资源消耗区。
基于GLDAS的中国区地表能量平衡数值试验
陈莹莹, 施建成, 杜今阳, 蒋玲梅
2009, 20(1): 25-31.
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利用全球陆面数据同化系统(GLDAS)的软件平台—陆面信息系统(LIS)模拟了中国区域2003年能量平衡方程的各个分量,在此基础上进行了残差分析和地表温度的对比验证。残差的分布具有一定的时空分布特征,残差的时间分布特征表明LIS对春秋两季的模拟效果要好于其它季节,残差的空间分布特征表明LIS对纬度较高和海拔较高地区的模拟效果要逊于其他地区。对比了模拟的GLDAS地表温度与MODIS地表温度产品,结果显示两者之间的差值介于-5～5K之间,两者的散点图和标准离差显示模拟的夜间地表温度要比模拟的白天地表温度精确2～3K。
基于事例推理技术的水库洪水调度研究与应用
罗军刚, 解建仓, 陈田庆, 汪妮
2009, 20(1): 32-39.
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将基于事例推理(CBR)技术应用到水库洪水调度中,提出了一种基于CBR的水库洪水调度模式和方法。利用关系数据库实现了洪水调度事例的表示、组织、索引和存储,并建立了水库洪水调度事例库。将遗传禁忌算法与最近相邻法结合起来,构建了基于遗传禁忌算法和最近相邻法相结合的混合检索算法,提高了事例检索的速度和质量。利用遗传算法对事例特征属性权重进行优化,采用多目标决策方法进行事例的优选,并给出了事例调整和学习的策略。最后,应用该方法开发了基于CBR的水库洪水调度系统,并给出了一个应用实例。基于CBR的水库洪水调度为水库洪水调度提供了一种简化知识获取、提高调度效率和质量、进行知识积累和重用的新的思路和方法。
贝叶斯概率水文预报系统在中长期径流预报中的应用
张铭, 李承军, 张勇传
2009, 20(1): 40-44.
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采用贝叶斯概率水文预报理论制订水电站水库中长期径流预报模型,以概率分布的形式定量地描述水文预报的不确定度,探索概率水文预报理论及其应用价值。采用气象因子灰关联预报模型处理输入因子的不确定度,将实时气象信息和历史水文资料有效结合,突破传统确定性预报方法在信息利用和样本学习方面的局限性,以提高水文预报的精确度。以丰满水电厂水库为例对所建模型进行检验,模拟计算结果表明,该模型与确定性径流预报方法相比,不仅有利于决策人员定量考虑不确定性,而且在期望意义上提高了径流预报精度,具有较高的应用价值。
城市暴雨径流模拟的参数不确定性研究
赵冬泉, 王浩正, 陈吉宁, 王浩昌
2009, 20(1): 45-51.
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基于暴雨管理模型(SWMM),构建了澳门半岛雅廉访实验小区降雨径流模拟系统,采用generalized likelihood uncertainty estimation(GLUE)方法对复杂降雨径流模型参数的不确定性进行了分析,采用均匀分布为参数的先验分布(prior distribution),选取拉丁超立方法作为采样方法,Nash-Sutcliffe效率系数作为似然评判准则。结果表明该方法可以有效的分析降雨径流模型参数的不确定性,对降雨径流模型参数识别提供了深入分析与理解模型系统的有效途径。
实时校正中的旁侧入流反演方法
吴晓玲, 王船海, 向小华
2009, 20(1): 52-57.
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在水文与水动力学相结合的预报模型中,对于水文模型计算有误差,造成水动力学区间旁侧入流与实际不吻合情况,依据水量平衡原理,对旁侧入流进行反演校正。采用四点线性隐格式求解圣维南方程组,结合卡尔曼滤波技术建立以水位、流量作为综合状态量的卡尔曼滤波状态空间方程。采用反问题的思想把校正后的水位、流量不平衡量反馈到旁侧入流中,修正原有的区间来水量,进而修正预报期的旁侧入流。选择长江干流寸滩至万县河段,以及长江下游大通至镇江段进行演算,分别采用三峡水库135m蓄水阶段的水文资料和1998年水文资料进行6h洪水预报,结果表明旁侧入流反演校正方法是可行的。
泄洪雾化降雨模型相似性探讨
周辉, 吴时强, 陈惠玲
2009, 20(1): 58-62.
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泄洪雾化影响的研究和预测目前仍然以大比尺模型试验研究为主,但模型缩尺效应是制约这一方法准确预报泄洪雾化影响范围及程度的关键因素。根据乌江渡水电站泄洪雾化原型观测资料,通过系列模型试验研究,分析了水流Re和We数对泄洪雾化降雨强度的影响,对泄洪雾化雨强的模型试验值与原型观测结果之间的相似关系进行了探索,研究了雾化降雨影响区域的不同比尺模型试验测试结果之间的几何相似性。
前置掺气坎式阶梯溢洪道掺气水深及消能率的计算
彭勇, 张建民, 许唯临, 刘善均, 王韦
2009, 20(1): 63-68.
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在前置掺气坎式阶梯溢洪道水力特性、消能特性、掺气效果、抗空蚀特性研究的基础上,运用动量矩方程推导出阶梯溢洪道形成均匀流时的掺气水深和消能率计算公式,建立了不同单宽流量下掺气水深与阶梯尺寸之间的关系以及阶梯尺寸、阶数与消能率的定量关系。研究表明,前置掺气坎式阶梯溢洪道具有掺气量与掺气浓度宜于控制,底部掺气充分,抗空蚀性能优越,消能率高,适宜于大单宽流量溢洪道等显著特点,可作为进一步推广应用阶梯式溢洪道的理论和试验基础。研究成果得到模型试验的验证并应用于实际工程中。
泥沙颗粒表面铜离子吸附分布的模拟分析
陈志和, 方红卫, 陈明洪
2009, 20(1): 69-73.
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泥沙颗粒的表面形貌与污染物质的吸附关系较少受到关注。采用场发射枪扫描电子显微镜进行泥沙颗粒表面形貌的研究与探测吸附作用后铜离子在泥沙颗粒表面的分布,模拟分析了铜离子的吸附分布规律。研究结果表明泥沙形貌对铜离子的吸附分布有重要影响,在泥沙颗粒表面的边脊和凹谷处吸附铜离子数量较多,在其它形貌特征处的铜离子吸附数量相对较少。曲率Cu反映了复杂形貌对于铜离子的吸附能力,当Cu=1.1时该区域吸附铜离子最多。
崇明东滩盐沼潮沟水动力过程观测与分析
辛沛, 金光球, 李凌, 宋志尧
2009, 20(1): 74-79.
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2007年7月在上海崇明东滩盐沼内部采用复合测量手段进行了现场观测,对取得的盐沼水动力过程数据进行了较系统的分析。崇明东滩盐沼内部的观测及分析结果表明:(1)潮沟及盐沼表面对潮波产生严重阻尼作用,潮波传播至盐沼内部时,潮沟水位波动明显异于外海,水位上升极快,而下降慢。当潮沟有退水时,涨潮初期的当地水位上升并不是潮水进入潮沟的结果,而是流向相反的潮沟进口涨潮水和潮沟内退潮水形成的水位壅高;(2)潮波进入盐沼内部时,风具有一定作用,向岸风可抬高潮沟及盐沼内部水位,离岸风反之;(3)潮沟水流流速与潮沟水位变化率、外海潮位变化率都不存在相关关系;(4)潮沟水位低时,过流断面较小,涨潮水进入潮沟时,潮沟水一旦改变流向,就具备很高的流速并伴随流速峰值的出现。潮沟水向盐沼表面漫溢时,过流断面突变,潮沟流速出现峰值。由于潮沟退潮水位变化慢,盐沼表面水归槽时并没有产生潮沟流速峰值。根据崇明东滩观测结果,概括了盐沼水动力过程的影响因素,指出了以后研究应重视的问题。
长江流域水沙周期特征及可能影响原因
张强, 陈桂亚, 许崇育, 许有鹏, 刘春玲, 姜彤
2009, 20(1): 80-85.
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运用小波变换的方法研究了长江流域干流站(屏山站、宜昌站、大通站与汉口站)以及位于支流嘉陵江流域的北碚站近40年来月均流量与输沙率,研究认为:(1)水利工程(本文主要指水库)对下游河道输沙率的影响远远大于对流量的影响;(2)葛洲坝是低水头径流式发电站,对下游流量变化影响不大,虽然在建库初期对输沙率有一定影响,导致下游河床下切,但远未达到使输沙率固有的1年周期受到影响的程度;(3)三峡大坝的建设已经对下游输沙率产生严重影响,使其固有的1年周期消失,但三峡大坝下游河道输沙率对这种影响的响应与距三峡大坝的距离成反比,即愈往下游,输沙率受三峡大坝的影响愈小;(4)输沙率变化对水利工程影响的敏感程度受流域尺度的影响,流域尺度越大,其反应就愈迟钝,反之亦然。
生物栖息地隔离对河流生态影响的试验研究
段学花, 王兆印
2009, 20(1): 86-91.
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以底栖动物为指示物种对天然破碎河段进行野外调查,并开展野外试验对天然河段进行人工隔离和定期采样分析,研究了栖息地隔离对底栖动物组成及河流生态的影响。结果表明,溶解氧含量在各隔离区中变化不一致;隔离区内动物密度、丰度和多样性均降低,隔离程度越高,降低越显著。从动物组成来看,蜉蝣目和双翅目的相对密度在隔离区中显著降低,蜻蜓目和双壳纲则增加。河流栖息地被隔离后,底栖群落经过一段波动周期后才表现出规律性变化趋势。由于水生昆虫在成虫阶段的飞行扩散,隔离区与天然河流之间仍存在较高的动物流通,但隔离区内的动物组成并不完全是天然河段内的子集。结合研究结果和中国河流实际,提出了保护河流生态及生物多样性的建议和对策。
基于一个年龄概念的河口污染物输运数值模拟
徐洪周, 林晶, 王东晓
2009, 20(1): 92-98.
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根据Deleersnijder定义的一个平均年龄概念,运用耦合了物质输运模式的一个三维水动力-富营养化数值模型(HEM-3D),研究了位于美国北卡罗莱纳州Pamlico河口(PRE)的污染物输运时间在不同淡水流量影响下的分布情况。模型结果表明,在正常期,污染物被输运出PRE需要大约65d的时间。而在枯水期和洪水期,污染物分别需要230d和20d时间被输运出PRE。这表明物质输运过程明显受淡水流量的影响。污染物输运时间的空间变化显著受河口中盐度入侵的影响,咸水入侵在其可以达到的最大区域形成了一个盐度锋面,而这个锋面阻碍了污染物向外的输运。盐度层化对输运时间的垂向分布影响显著,输运时间垂向梯度随着盐度层化的增强而增大。
降雪对三江平原小叶章湿地系统氮输入及生态效应
周旺明, 王金达, 刘景双, 秦胜金, 王洋
2009, 20(1): 99-104.
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2006年11月至2007年4月,对降雪、地表积雪、积雪融水以及土壤(0～10cm)渗漏液进行野外监测,系统研究了降雪对三江平原小叶章湿地系统氮输入的影响。结果表明,降雪中氮浓度变化明显,其浓度受多种因素影响,降雪中TIN、TON和TN的沉降量分别为0.375、0.591和0.966kg/hm2。地表积雪的氮库主要由地表积雪的总水量决定。积雪融水中TIN以NH4+-N为主,TN以TON为主;但NO3--N较NH4+-N易流失,TIN较TON易流失。土壤(0～10cm)对积雪融水的TIN、TON和TN截留量分别为1.53、0.10和1.63kg/hm2。积雪融水的氮输入促进土壤微生物和植物生长,具有明显的生态效应。
气候变化对大兴安岭北部沼泽景观格局的影响
刘宏娟, 胡远满, 布仁仓, 刘金铜, 冷文芳
2009, 20(1): 105-110.
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大兴安岭北部地区由于在高纬、高海拔双重因素作用下,形成了独特的山地沼泽类型。首先使用Logistic回归模型分析了沼泽湿地与18种环境因子(11种地形因子和7种气候因子)的关系,结合CGCM3未来气候模型(加拿大气候模拟和分析中心推出的第三代全球气候耦合模型)预测未来分布,然后利用Fragstats软件计算景观格局的变化。所建模型具有很高的预测精度(ROC为0.96),预测结果表明:到2100年,SRESB1情景下,大兴安岭北部沼泽的潜在分布面积减少54.16%,南部相对平坦的丘陵和山间平原的沼泽大量消失;SRESA1B情景下,面积减少59.62%,南部林区的沼泽几乎全部消失;SRESA2情景下,面积减少73.51%,沼泽几乎完全退化到北部海拔较高处。另外,沼泽景观格局随气候变暖,平均斑块面积变小,形状指数减小,聚集度减少但幅度不大,这说明沼泽分布趋于破碎化,斑块的形状趋向于简单化,沼泽分布由边缘向中心收缩。
应用多光谱遥感信息反演干旱区浅水湖泊水深
于瑞宏, 许有鹏, 刘廷玺, 李畅游
2009, 20(1): 111-117.
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选取位于中国北方干旱区的湖泊乌梁素海为研究区,基于2002-2004年的LandsatTM数据以及同期实测水深数据,根据水深遥感原理,通过1次,2次,3次实测水深数据与遥感影像反射率及其组合之间的相关关系,选取五变量,三变量,二变量及一变量的非对数及对数模型进行湖泊水深估值,继而通过误差分析及模型对比,最终确定出3次实测数据五变量非对数模型作为乌梁素海的最优估值模型。该模型利用多光谱组合确定水深的估值模式,克服了单光谱信息难以综合反映沉水植物、芦苇、水色及底质空间变化的困难,符合干旱区浅水湖泊的特性,结果可为干旱区其它浅水湖泊水深反演提供新的思路和参考。
具有复杂计算域和地形的潮汐流动数值模拟
张宏伟, 康海贵
2009, 20(1): 118-123.
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采用无结构网格上的Roe型二阶精度迎风型FVM格式的有限体积方法对具有复杂计算域和地形的胜利油田海域的潮汐流动进行数值模拟。为保证Roe格式能够应用于复杂地形条件下的计算,采用Ropers格式来解决通量梯度项与源项的平衡问题,对摩擦力源项采用分步法求解以增加格式的稳定性。应用此方法对地形复杂的胜利油田海域进行了实际模拟,数值计算结果和实测结果吻合较好。
大尺度墩柱上的波浪力的Nyström数值模型
王俊杰, 王连堂
2009, 20(1): 124-128.
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墩柱结构是一种常见的工程建筑物,正确求解作用在墩柱上的波浪力具有重要的意义。主要考虑大尺度墩柱上的波浪力的计算,应用线性水波绕射理论来计算作用在大尺度墩柱上的波浪力。应用线性小振幅波理论把水波绕射问题转化为一个二维的Helmholtz方程来求解,再应用Nystöm方法来求解二维的Helmholtz方程,通过求得的数值解与解析解的对比,表明给出的数值模型有很高的精度。
海域潮汐模型开边界反演优化方法初探——以K1分潮振幅为例
李明昌, 梁书秀, 孙昭晨
2009, 20(1): 129-134.
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将数据驱动模型理论和海域潮汐模型有机地结合在一起,建立海域潮汐模型开边界反演新方法,并纳入潮流资料作为反演工作的依据。该方法通过海域潮汐模型设计工况的计算构建内部观测点的解集空间,并归纳建立内部观测点潮汐(或潮流)同开边界潮汐之间的关系,将观测点潮汐和潮流实测资料带入关系之中反演开边界条件。以辽东湾海域潮汐模型K1分潮振幅开边界条件为例验证反演方法,表明该开边界反演方法是有效的。
在沿岸流作用下的线性短峰波解析解
黄虎, 付志英
2009, 20(1): 135-138.
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摘要:
由于目前三维短峰波的研究甚少涉及普遍的波-流相互作用机制,为此,针对波浪倾斜入射岸堤、反射、并伴随强烈沿岸流作用的典型近海波况,构造出有限水深短峰波一般线性系统,并得到其一般解析解和特定的深水、浅水波解析解。从而,进一步完善了现有的线性水波理论体系,为非线性短峰波理论在波-流相互作用领域里的探讨提供了一个可靠基础。
河湖滨岸缓冲带净污机理及适宜宽度研究进展
钱进, 王超, 王沛芳, 侯俊
2009, 20(1): 139-144.
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摘要:
在分析河湖滨岸缓冲带结构特征和定义的基础上,从3个方面阐述河湖滨岸缓冲带净化农业非点源污染物的机理:(1)降低地表径流速度,过滤和拦截颗粒态污染物;(2)植物吸收、土壤吸附溶解态的污染物;(3)促进氮的反硝化作用。论述了河湖滨岸缓冲带适宜宽度的研究进展,认为在我国仅仅从环境的角度对适宜宽度进行研究还远远不够,需要从环境、经济和社会等角度对河湖滨岸缓冲带的适宜宽度进行综合研究。探讨了河湖滨岸植被缓冲带净污机理需要进一步研究的突出问题。
累积环境影响研究进展
王波, 黄薇, 陈进
2009, 20(1): 145-152.
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摘要:
首先从累积影响的概念和分类两方面对累积影响的内涵进行了总结,回顾了累积影响概念产生、发展的过程,提出了定义累积影响必须包括的核心内容;对国内外累积影响的研究现状进行了概括:国外对累积影响的研究开展得较早,但仍然存在累积影响定义不一致、方法定量性差、结论没有公信力等问题。国内于20世纪90年代开始对累积影响进行研究,主要集中于方法研究,对定义和实例探讨较少;对一些具有代表性的累积影响分析方法进行归类,并指出了各种方法的适用条件;特别对累积影响在水利学科中应用的情况进行了介绍,并指出了流域梯级开发背景下累积影响分析的特点;最后提出了累积影响研究的几点趋向。

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