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2009年  第20卷  第3期

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考虑河岸变形的三维水沙数值模拟研究
假冬冬, 邵学军, 王虹, 周刚
2009, 20(3): 311-317.
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将粘性河岸崩塌模拟力学方法与水沙模型相结合,构建了考虑河岸变形的三维数值模型。基于非正交网格,采用局部网格可动技术处理由河岸崩塌引起的河道摆动过程。模型采用有限体积法对方程进行离散,采用与动量插值技术相结合的SIMPLEC算法进行模型求解。通过弯道发展过程的计算表明,模型能够有效地模拟出河道的复杂演变过程。
水沙调节后三峡工程变动回水区泥沙冲淤变化
陆永军, 左利钦, 季荣耀, 毛继新
2009, 20(3): 318-324.
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长江上游溪洛渡、向家坝等水电工程的建设,改变了进入三峡水库变动回水区及库区的水沙环境。上游水库水沙调节后,变动回水区的泥沙淤积情况将会发生相应变化。在分析三峡工程变动回水区水沙特性的基础上,应用建立的适合多连通域的贴体正交曲线坐标系下的二维水沙数学模型,根据三峡工程初步设计阶段选定的1961-1970年(简称60系列)及上游水库水沙调节后的水文系列及相应进出口边界条件,预测了重庆主城区河段100年泥沙冲淤的时空变化规律。研究表明,60水沙系列条件下,该河段淤积比较严重,淤积主要位于岸线凹凸不平的弯沱、回流区及河道的宽浅河段;上游水沙调节后,仅局部岸线凹凸不平的弯沱有少量泥沙淤积,主城区川江段的淤积量仅为60系列的17.4%,嘉陵江段仅为60系列的10.3%,这对三峡水库有效库容的保持及主城区河段岸线利用有利。
水沙变化对黄河三角洲湿地景观格局演变的影响
李胜男, 王根绪, 邓伟, 胡远满
2009, 20(3): 325-331.
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基于1950-2005年的水文和气象数据及1986、1996和2001年黄河三角洲遥感影像解译数据,运用回归分析和主成分分析方法探究主要湿地景观格局演变与水文气象要素之间的定量关系,建立了湿地景观面积与水文、气候要素之间的回归模型,结果表明,进入黄河三角洲的河流径流量200亿~300亿m3、输沙量5亿~8亿t是维持湿地景观格局稳定最适宜的径流和泥沙过程;河流径流量和输沙量是影响黄河三角洲湿地格局演变的主要分异因素,并与湿地景观面积呈显著正相关关系。这些认识将有利于掌握黄河三角洲湿地的变化特性,对建立湿地退化预警机制和生态环境保护具有重要意义。
干旱区资料稀缺流域日径流过程模拟
黄粤, 陈曦, 包安明, 刘铁, 冯先伟
2009, 20(3): 332-336.
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选取具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE来模拟大尺度资料稀缺地区水文过程。以塔里木河主要源区之一开都河流域为研究区域,将流域内气象水文站点观测数据与遥感数据相结合,运用GIS空间分析方法修正数据输入。利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程和降雨等资料,研究大气、陆面、地表水和地下水的相互作用机理,通过模型敏感性分析确定了5个"自由"参数,并依据出山口水文站数据对模型进行率定和验证。结果表明,MIKE SHE能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,模型效率系数达到0.7以上,率定期与验证期水量平衡误差均小于3%,模拟径流与实测径流高度相关。
基于遗传熵谱估计的年径流周期识别
张明, 张建云, 金菊良
2009, 20(3): 337-342.
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为识别年径流量序列的隐含周期,提出基于加速遗传算法的熵谱估计算法,与传统的方差谱和Burg谱相比,该方法由熵谱分析的4个等价条件构建多目标函数,并以加速遗传算法作为优化算法,谱估计结果不依赖于初始值的选取,对数据长度、信噪比和初相位有较强的适应性。在三川河流域后大成站1956-2000年径流量序列周期识别中的应用结果表明,在95%的置信检验水平下,序列中存在着12.29年和2.67年的显著隐含周期,为三川河流域年径流的变化规律和变化的阶段性研究提供了一条新的定量研究手段。
南水北调大面积农业灌溉的区域气候效应研究
李建云, 王汉杰
2009, 20(3): 343-349.
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基于社会经济学模型对中国未来不同社会经济发展情景下土地利用变化的预测资料,利用区域气候模式RegCM3,重点研究了南水北调工程建成后,对中国北方13个省(区)范围内农田、农林混作区和草地等进行大面积灌溉所产生的区域气候效应。结果显示:大面积农业灌溉对中国区域气候影响明显,主要受灌区及其邻近地区土壤湿度、近地层空气湿度、总云量、潜热通量、降水量等均呈增加趋势,地表温度、感热通量及500 hPa位势高度将降低。灌溉后受灌区土壤湿度的增加,不仅使受灌区气候环境发生变化,还通过动量、热量及水汽交换对邻近地区气候产生影响。
灌溉农田节水增产对地下水开采量影响研究
张光辉, 费宇红, 严明疆, 刘中培, 王金哲
2009, 20(3): 350-355.
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据实际资料研究结果表明,近50年来滹沱河流域平原区粮食产量持续增加导致农业区地下水开采量不断增大,同时灌溉节水水平的不断提高有效地缓解了地下水开采量增加的速率。若按1953-1970年期间平均每公斤粮食生产耗用地下水开采量(3.11 m3/kg)推算,现状粮食生产规模下地下水开采量应为142.3亿m3/a,较实际开采量(24.4亿m3/a)多117.9亿m3/a,平均每5年递增11.74亿m3。以2001-2005年平均耗用地下水开采量(0.53 m3/kg)计算,粮食增产促使地下水开采量平均每5年递增2.45亿m3,平均每5年少递增9.45亿m3。因此,大力发展抗旱节水作物及高产节水技术,合理调控农业种植结构,对于缓解研究区地下水不断恶化态势具有实质性促进作用。
引水减少对河套永联试验区田间水均衡影响分析
江燕, 王修贵, 刘昌明, 武夏宁
2009, 20(3): 356-360.
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以河套灌区永联试验区的六队六八斗渠控制区域为研究区域,采用荷兰Wageningen农业大学开发的SWAP(Soil Water Atmosphere Plant)模型,模拟分析了引水减少条件下的田间水均衡要素变化规律。结果显示蒸散发量占总耗水量的比例在90%以上,验证了河套灌区的耗水类型是以垂向的蒸散发为主。随着引水量减少,模拟的相对产量也显著降低。可见,当灌区年平均引水量从52亿m3减少到40亿m3时,现有种植结构下的作物产量将会受影响。因此,引水减少后的种植结构和灌溉制度需适度调整。
深水波浪非线性薛定谔方程及其精确解
张义丰, 李瑞杰, 罗锋, 江森汇
2009, 20(3): 361-365.
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参考Debnath从一般非线性波浪弥散关系推导得出形式为非线性薛定谔方程的波浪传播方程的方法,从非线性二阶Stokes波深水情况下的弥散关系出发,分析了此具体弥散波浪情况下的非线性薛定谔方程,并利用修正影射法对此波浪方程求解,得到非线性波浪周期精确解,此解在形式上与现有解不同,同时包含了Debnath的解,并在极限条件下可得到波浪的孤立波解。
丁坝浑水水流环境下污染物三维数学模型
陈丽萍, 蒋军成, 韩冬梅
2009, 20(3): 366-372.
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为分析丁坝附近的冲淤和水流对污染物扩散的影响,用体积比函数方法建立水沙动力学模型,考虑泥沙对污染物动态吸附解吸作用,建立了污染物三维吸附态和溶解态水质模型。数值计算非淹没丁坝附近三维水沙流动,计算结果与试验结果比较表明,所建立的数学模型能准确地模拟丁坝附近的自由水面和流场。污染物在丁坝附近的扩散模拟显示了丁坝后的回流区减慢了污染物浓度的衰减,丁坝附近水流的湍动使得冲淤条件下污染物悬沙吸附量和溶解态浓度明显增大。
射流掺气对水垫塘及坑底压强影响的实验研究
邓军, 许唯临, 刘善均, 王韦
2009, 20(3): 373-378.
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通过对射流掺气与不掺气时,水垫塘底板及冲坑底部脉动压强的对比试验,研究了掺气对水垫塘及冲坑底部压强特性的影响。结果表明:在冲坑未形成前,掺气使水垫塘底板上射流冲击区的脉动压强增加;无论是否掺气,滞点时均压强的量纲一分布遵从相同的规律,底板量纲一时均压强分布存在很好的自模性,且与气体冲击射流的压强分布具有相同的规律。冲坑形成后,掺气不再明显增大冲坑底部的脉动压强,掺气后,坑底脉动压强没有明显的变化。
潮汐作用下盐沼孔隙水流动及溶质运移模拟
辛沛, 金光球, 李凌
2009, 20(3): 379-384.
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滨海盐沼是重要的陆地-海洋交界带生态系统。目前国际上存在关于盐沼的两大假设:盐沼系统输出养分和盐沼植物带状分布。为验证这两大假设,增强对盐沼湿地的了解,盐沼孔隙水流动及溶质运移研究至关重要。为模拟复杂盐沼系统孔隙水流动及溶质运移,改进了美国地质勘测局编制的SUTRA程序。基于假定的潮沟横断面物理条件,对孔隙水流动及溶质运移过程进行了模拟分析。结果表明潮沟附近孔隙水及溶质交换较快,潮水浸淹会减缓潮沟附近出现物质集结。落潮时潮沟附近有明显垂向流和水平流,远潮沟地带主要为水平流。潮沟附近土壤通气条件较好。这些模拟结果较好的吻合了潮沟附近较盐沼内部盐沼植物长势较好的现象。
流域地貌形态特征多重分形算法研究
沈中原, 李占斌, 李鹏, 鲁克新
2009, 20(3): 385-391.
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为研究流域地貌形态特征的量化指标,提出基于高程分布概率的多重分形计算模型,结合大理河岔巴沟流域和大堡岔流域DEM数据进行多重分形计算,对流域地貌形态特征多重分形谱的表征意义进行了探讨。结果表明:流域地貌形态特征多重分形谱可以更加敏感、更加全面地对流域地貌形态的总体特征进行描述;多重分形谱的顶点对应简单分形的容量维,多重分形谱的宽度可以定量表征流域表面的起伏程度,多重分形谱的端点维数的差别可以间接地反映流域峰谷数目的比例;流域地貌形态特征多重分形谱能够分层次地刻画流域内部的精细结构,从而更加突出地表现异常局部地貌变化特征;流域地貌形态特征多重分形谱的无标度区间的合理范围,应该确定为DEM像元尺度到流域最大高程值的1.5倍左右最为合适。
基于多重分形理论的土壤水非均匀流动分析
朱磊, 周清, 王康, 杨金忠
2009, 20(3): 392-397.
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通过显色示踪方法研究了粘土土质、不同边界条件下的非均匀流动模式。20,40,60和80 mm的4组入渗水量条件下流动模式由面积较小的优先流逐步过渡到局部和全局性基质流,采用最大入渗深度分布和实际入渗深度分布对非均匀流动进行了特征,4组试验非均匀流动均具有多重分形性质,多重分形谱与流动非均匀性具有显著的关系,非均匀流动多重分形谱的基本性状由土壤介质性质决定,而流动的非线性主要影响多重分形谱曲线形状。
基于可变水文地质参数的地下水系统数学模型
刘玉珍, 王本德, 姜英震
2009, 20(3): 398-402.
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以辽宁省平原区为研究背景,建立了典型区地下水系统数学模型。提出了可变的开采含水层等效渗透系数和平均给水度的水文地质参数模拟方法,对常规分区法进行了改进,并应用于建立的数学模型中,提高了模型精度。用修正有限元法对数学模型进行数值离散,利用Visual Basic软件编制计算程序,对地下水系统进行模拟,取得了较好的模拟结果。建立的模型为进一步研究辽宁省平原区地下水状况和可持续利用提供了条件,研究方法对同类地区的模型研究具有重要参考价值。
青藏高原唐古拉山区降水观测误差修正分析
何晓波, 叶柏生, 丁永建
2009, 20(3): 403-408.
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青藏高原由于降水观测点分布等原因一直是水文和气候研究的薄弱环节。2005年5~10月在青藏高原唐古拉山中部冬克玛底河流域进行连续的人工气象观测。观测期间根据不同降水类型和气温之间的相关关系,采用气温2.7℃为临界值对降水类型进行了划分,利用已有的T-200B型自动雨雪量计和普通雨量计的修正公式,并在日尺度基础上对降水进行了修正对比。经过修正,中游T-200B型雨量站全年降水量662.1 mm;普通雨量计全年降水量为657.2 mm;2005年修正后的降水量相比1993年观测到的降水量472 mm增加了近200 mm。结果表明在高寒山区降水观测,依据同步观测的气温划分降水类型,可以根据相关修正公式修正T-200B型自动雨雪量计和普通雨量计降水观测值。从而能够在高寒山区恶劣的自然环境自动连续准确的观测高寒区域的降水。
海河流域ET0演变规律及灵敏度分析
杨贵羽, 王知生, 王浩, 贾仰文
2009, 20(3): 409-415.
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根据国家气象站1956-2000年逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式和灵敏指数法,分析了海河流域潜在蒸发蒸腾(ET0)的演变规律及与气象要素的灵敏关系。结果表明:全流域45年ET0呈下降趋势,但年际间呈现4个阶段;逐旬呈倒"V"字型,61.6%集中于4月中旬到8月上旬。在空间上,年和旬值呈现上游小下游大。通过ET0与气象要素演变的比较及灵敏性分析发现,全流域年ET0演变与年均风速、日照时数以及短波辐射相似,与温度相反。旬ET0演变与旬平均温度、实际水汽压、日照时数以及短波辐射相似,但对各要素的灵敏系数以短波辐射最大,其它要素则随时空变化,且彼此的灵敏系数相差较大。分析表明在气象要素的综合作用下,造成全流域ET0降低的主要原因可能在于短波辐射、日照时数的变化。
近50年嫩江流域径流变化及影响因素分析
徐东霞, 章光新, 尹雄锐
2009, 20(3): 416-421.
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根据嫩江主要代表水文站石灰窑、同盟、江桥、大赉1956-2006年51年的径流资料,应用数理统计、累积滤波器、Mann-Kendall秩相关法及小波分析法等多种方法,分析了嫩江径流年内、年际变化特征及其影响因素。结果表明:嫩江径流年内分配不均匀,主要集中在7、8、9月份。嫩江年径流量在1963年左右发生了一次全流域的减少突变,80年代径流有所增加,90年代中后期又发生了一次减少突变。嫩江径流主要存在8年的年际周期,20年及大于40年的年代际周期。径流变化的主要气候影响因素是降水,人类活动通过土地覆被变化及水利工程等对径流也有重大影响。
基于模糊集理论的降雨不确定性传播影响研究
徐静, 任立良, 刘晓帆, Vijay. P. Singh, 刘薇, 袁飞
2009, 20(3): 422-427.
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摘要:
基于模糊集理论,耦合遗传算法,量化分析降雨的量级、空间分布和时程分配产生的不确定性对流量模拟的影响。雨量量级的不确定性使用模糊集概念表示,运用遗传算法对时段雨量在时间上进行随机解集,并通过在各子流域上采用不同的时间解集模式以同时考虑降雨时程分配和空间分布不确定性。应用TOPMODEL对资水流域新宁水文站洪水过程进行模拟研究,结果表明,雨量不确定性的传播对洪水预报的影响处于主导地位,降雨时空分布引起的不确定性对洪水模拟的影响次之。此外,通过对1 h和0.5 h解集结果的比较发现,本文中采用1 h作为模拟的时间步长已可以较充分反映雨量的时间变异性。
短期水文气象资料估算哈尔滨至同江冰厚度
李志军, 孙万光, 许士国, 李青山, 白炎, 王昕
2009, 20(3): 428-433.
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为估算松花江干流哈尔滨至同江段相距660 km的河冰厚度分布,用松花江干流短期实测水文和气象资料,在静态水域斯蒂芬冰厚计算公式基础上,引入水流流速的动能效应。假设河流内水流量相等,建立流速同河流宽度的简单关系,估算了一些调查断面的冰下平均流速;用地表温度资料,对干流域内缺少气象资料的调查断面,在证明结冰期间属于同一天气系统的前提下,用距离平方反比法进行空间插值。最后获得松花江干流河冰厚度统计关系式。用计算的哈尔滨至同江河冰厚度与有限的实测数据比较,发现该方法能够体现人为调节流速对冰生长速率的影响,对计算长距离河冰厚度具有一定精度。
开河期冰盖纵向冰缝形成机理
茅泽育, 赵雪峰, 王爱民, 张磊
2009, 20(3): 434-437.
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摘要:
春季河道武开河可能导致冰坝形成,至今仍缺乏以力学机制为基础的开河预测方法。春季河道径流增加导致与岸壁冻结的冰盖底部产生上举力,并引起纵向冰缝产生。利用力学分析中弹性基础上的梁理论对开河期冰盖纵向冰缝形成机理进行了研究,提出了纵向冰缝间距解析表达式,可用于开河期冰盖断裂预测。应用原型观测资料对提出的纵向冰缝间距理论表达式进行了验证分析。研究结果表明,开河期纵向冰缝间距计算值与实测值吻合较好。
太湖水域“湖泛”及其成因研究
陆桂华, 马倩
2009, 20(3): 438-442.
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摘要:
针对2007年和2008年太湖贡湖和无锡宜兴近岸水域及近年来太湖北部湾区域发生的"湖泛"现象,通过实测监测和历史资料分析,揭示出太湖湖体污染负荷高、水体藻类死亡,太湖的流泥分布,风场、气温、水位等要素的组合,是"湖泛"产生的主要原因,这为进一步研究"湖泛"机理和防治提供了科学基础和途径。
塔里木河下游输水优化配置模型研究
唐德善, 陆海曙
2009, 20(3): 443-447.
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摘要:
在调查塔里木河下游各子区生态用水需求的基础上,采用带约束条件的非线性优化理论建立了塔里木河下游各子区优化分配水量模型。采用Kuhn-Tucker条件,对模型进行求解,合理分配了各子区的输水水量。计算结果表明,通过向塔里木河下游河道输水3.4亿m3,可改善下游生态面积达1 490 km2。所建模型为将来的应急输水及水资源的合理配置提供了技术支持。
冰湖溃决评价体系研究进展
铁永波, 唐川
2009, 20(3): 448-452.
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摘要:
受全球气候变暖及人类活动的影响,冰川环境正在发生着巨大的变化,冰湖溃决灾害已成为当前山区经济可持续发展中的突出问题。为能综合地对冰湖溃决进行科学的评价,文章回顾了国内外冰湖溃决评价体系的研究现状,系统总结了国内外现有冰湖溃决评价方法及研究的主要内容,对各评价方法的优缺点进行了讨论,并对冰湖溃决评价的未来研究方向做了探讨,可为冰湖溃决评价的系统方法研究提供参考。
水利工程风险分析研究现状综述
李爱花, 刘恒, 耿雷华, 钟华平, 姜蓓蕾
2009, 20(3): 453-459.
摘要 PDF
摘要:
将水利工程风险分析分为单一和综合两种情况进行归纳分析。总结了风险分析在水利工程中应用的各种分析方法,并就各种方法在研究应用中的适用条件、相关关系和优缺点进行评述。指出单一风险在水利工程中的应用主要以数理统计方法为主,分析水利工程的随机不确定性。综合风险能够考虑水利工程的随机、模糊和灰色等不确定性,但存在着相关性、一致性、行为因素影响分析等技术难点。给出了正确选择评价方法、结合失事后果进行分析等一些建议。

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