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2009年  第20卷  第6期

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统计权重矩阵法在雷达估测降水集成中的应用
邵月红, 张万昌
2009, 20(6): 755-762.
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摘要:
Z～R关系法和6种雷达雨量计联合法反演的区域降水量与雨量计观测得到的降水场存在较大的误差,将这7种降水估测结果作为信息源,采用统计权重矩阵法对上述7种反演结果进行集成分析,提出了一种改进雷达估测降水的方法。结果表明:在被集成资料中,Z～R关系法估测的降雨场具有明显的偏低现象,精度最差,6种雷达雨量计联合法的估测精度明显优于Z～R关系法。通过统计权重矩阵集成后,精度比集成前所有方法均有明显提高,尤其是降水场分布形势和降水中心的强度都与雨量计场非常吻合。集成得到的降水空间分布场能够较真实地反映地面的降水情况,可以在估测区域降水量中进行业务试用。
不同类型降雨过程中GPS可降水量的特征分析
郭洁, 李国平, 黄文诗, 陈娇娜, 郝丽萍, 杨东
2009, 20(6): 763-768.
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摘要:
利用成都地基GPS观测网2007年8月21日～2008年11月30日观测数据,结合地面自动气象站网资料反演GPS大气可降水量(PWV)。选取夏季暴雨,秋季绵雨和冬季雨雪天气过程分析GPSPWV在不同类型降雨天气过程中的演变特征及日变化规律。结果表明,发生在不同季节的暴雨对应PWV的演变有所不同,盛夏暴雨发生在PWV由峰值向波谷变化过程中,夏末的暴雨则出现在由波谷向波峰转变阶段,降雨前GPSPWV的增减速率可很好地预示其后的暴雨强度。在秋季绵雨中PWV的连续大幅递增或递减可作为降雨开始或结束的预报依据。GPSPWV在降雨天气分析及预报中具有重要的指示意义。
青藏高原两种草甸类型人工降雨截留特征分析
李春杰, 任东兴, 王根绪, 胡宏昌, 李太兵, 刘光生
2009, 20(6): 769-774.
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摘要:
选取青藏高原典型多年冻土区风火山小流域高寒草甸和沼泽化草甸典型样地进行人工降雨截留试验,综合运用统计分析、模型回归分析等方法,对两种草甸类型截留特征及其影响因子进行分析。结果表明:两种草甸类型对降雨的截留能力是不同的,高寒草甸最大截留量0.61mm,沼泽化草甸为0.18mm;高寒草甸的最大截留率为12.4%,沼泽化草甸为3.8%。通过分析各因子对截留的影响,得出高寒草甸截留量与降雨量呈对数函数关系,沼泽化草甸截留量与降雨量呈二次多项式关系;两种草甸截留量与降雨强度都呈幂函数关系,与植被盖度均呈线性相关关系。
西藏参考作物蒸发蒸腾量的时空变异规律
杨永红, 张展羽, 阮新建
2009, 20(6): 775-781.
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根据西藏高原区38个气象站点自建站到2006年的逐日气象观测资料,利用FAO-56标准Penman-Monteith公式计算各站逐日参考作物蒸发蒸腾量(ET0)。重点分析了7个站点逐日、逐月ET0年内变化规律,采用Mann-Kendall法对其月际和年际ET0进行趋势检验;利用Kriging插值及Surfer8.0空间分析功能,得到西藏高原区年ET0均值的等值线图,分析了全区年ET0均值的空间分布特征。结果表明:昌都、林芝和那曲的逐日ET0在年内变化曲线基本一致,呈现单峰抛物线形状,拉萨、泽当和日喀则的逐日ET0年内变化趋势基本一致,6～9月变化曲线呈现较快的下降趋势,狮泉河的ET0呈现单独变化趋势;所有站点的逐月ET0年内变化规律与逐日ET0相同,最大值均出现在6月份,最小值出现在12月份;日喀则各月及干湿季ET0的Mann-Kendall检验大多呈现显著的降低趋势,其次是泽当,呈现增加趋势较多的是林芝;全系列年ET0均值Mann-Kendall检验呈现降低趋势的站点偏多;西藏高原区年ET0均值具有东部和中南部高,东北部和东南缘低的空间分布规律。
应用MODIS数据推估区域地表蒸散
刘朝顺, 高炜, 高志强
2009, 20(6): 782-788.
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通过"热增强"方法,充分利用MODIS数据的时间分辨率和空间分辨率的优势,基于对SEBAL模型改进的基础上,反演并验证了山东省的地表蒸散。结果表明,蒸散反演结果与实测值具有很好的一致性,日平均相对误差约为-11.34%。同时分析了研究区2005年和2006年不同土地利用/覆盖类型下蒸散的逐月变化规律,发现水域的月平均蒸散量最大,其次为水田,林地、旱田和草地基本相当,人工用地的月平均蒸散量最小。
基于统计理论的产流模型
梁忠民, 施晔, 李彬权, 余钟波
2009, 20(6): 789-793.
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摘要:
提出了一个基于统计理论的产流模型,该模型考虑了降雨、土壤下渗能力及土壤蓄水容量的空间变异性。假定每个时段的降雨量在空间上可以用概率密度函数或分布函数描述,根据实测降雨资料通过统计拟合优度途径估计各时段降雨的空间概率分布;采用抛物线型函数分别描述土壤下渗能力和土壤蓄水容量的空间分布。按照超渗产流机制计算地表产流量,通过降雨量和土壤下渗能力的联合分布推导得到地表径流量的统计分布,进而得到平均产流量的解析表达式。下渗水量补充土壤含水量,假定满足田间持水量后形成地下径流,其产流量根据下渗量和土壤蓄水容量的空间分配曲线进行计算。以半湿润的黄河支流伊河东湾流域为例,对模型进行了验证和应用,并与新安江模型的结果进行了对比。结果表明,模型对所研究的半湿润区的洪水模拟预报有较好的模拟效果。
感潮河段双向波水位演算模型验证
包为民, 张小琴, 瞿思敏, 江鹏, 陈斌
2009, 20(6): 794-799.
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摘要:
假设感潮河段洪水位可以视作上游洪水波和下游潮水波双向传播后的叠加,根据从水量平衡方程和槽蓄方程推导出的水位演算基本方程建立感潮河段双向波水位演算模型。通过建立理想模型采用3个试验对双向波水位演算模型的洪潮分离假设条件、模型稳定性、合理性及有效性进行分析,来论证洪潮分离理论的可行性。结果表明,基于洪潮分离理论假定建立的双向波水位演算模型结构合理,模拟精度较高。
旅游干扰对纳帕海湖滨草甸湿地土壤水文调蓄功能的影响
张昆, 田昆, 吕宪国, 罗姗, 李吉玉, 李宁云
2009, 20(6): 800-805.
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在野外调查和室内分析的基础上,研究了旅游干扰对纳帕海湖滨草甸湿地土壤蓄水功能和水文调节能力的影响。结果表明,旅游干扰对草甸湿地表层土壤环境的破坏作用显著。随着旅游干扰强度增加,草甸湿地0～20cm表层土壤容重显著增加,孔隙度减小,土壤持水能力急剧下降,以未受旅游干扰作为参照,在轻度、中度和重度干扰下草甸表层土壤饱和持水能力分别下降了10%、48%和75%,表明土壤蓄水功能在高强度旅游干扰作用下退化显著。未受旅游干扰区草甸湿地土壤有效调蓄水空间、非毛管孔隙度、初渗速率和稳渗速率分别为1897g/kg、44%、3.14mm/min和1.92mm/min,在重度干扰作用下分别下降了77%、43%、94%和96%,高强度旅游干扰作用下草甸湿地土壤水文调蓄功能显著退化。
喀斯特流域分布式水文模型及植被生态水文效应
张志才, 陈喜, 石朋, 魏玲娜
2009, 20(6): 806-811.
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根据喀斯特流域多孔介质与裂隙水流特征,建立了达西流、裂隙渗流与槽蓄汇流演算相结合的混合汇流演算模式,实现了对分布式水文-植被-土壤模型(DHSVM)的改进。利用贵州普定喀斯特生态水文试验站陈旗小流域观测资料,对模型计算的流量过程及植被截流、蒸散发及土壤含水率时空分布进行验证。结果表明,模型能较好地模拟喀斯特流域陡涨、陡落的流量过程。同时,模型能模拟出土壤含水率、实际蒸散发与降雨、下垫面岩溶裂隙、植被覆盖的响应关系,对分析中国南方喀斯特地区下垫面变化条件下的生态水文效应具有重要意义。
水动力学条件对鱼类生长影响的试验研究
刘稳, 诸葛亦斯, 欧阳丽, 余伟, 刘德富
2009, 20(6): 812-817.
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以鲫鱼为研究对象,将其放入流速渐变环形水槽的不同水动力分区中进行实验,研究水动力学条件对鱼类生长的影响。通过对水槽流场的三维数值模拟,得到其中与鲫鱼生长相联系的水动力学细部特征,将模拟结果与实测流场数据比较分析,结果可靠。细部特征采用流速、流速梯度和动能梯度3个水动力学特征量进行量化分析,并结合鲫鱼相对日增长率,得到鱼类生长与水动力学特征量之间的定量关系。流速对鲫鱼有一个短期的胁迫作用,0.20m/s流速比较适宜鲫鱼的生长;鲫鱼的体重相对日增长率随着水流动能梯度增大而下降,两者呈现负相关性,0.009J/(kg·m)为鲫鱼生长所需动能梯度的一个阈值。通过量化鱼类生长对水动力学条件的需求,可为生态水利规划提供定量化的依据。
欧拉-拉格朗日方法在三维水流模型中的时间阻力
胡德超, 赵维阳, 钟德钰, 张红武
2009, 20(6): 818-823.
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在三维数模的实践中,发现使用欧拉-拉格朗日方法(ELM)离散对流项会引发计算水位随时间步长减小而增大的异常现象,本文结合数值实验和数学分析对其进行了阐明和研究。数学推导分析表明,这些异常是由于ELM中的线性插值与水平流速的非线性垂线分布之间的不适应所致,插值误差随着插值点离单元侧面距离的减小而增大。在此基础上,对异常现象的本质进行了解释。此外,通过使用垂向σ坐标网格上的三维水动力学模型进行计算,得出ELM的时间阻力现象具有普遍性,但对边界适应能力强的网格系统可以减轻其影响。
大型泄洪洞有压弯道水力特性
沙海飞, 吴时强, 周辉
2009, 20(6): 824-829.
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摘要:
为系统研究泄洪洞有压弯道的水力特性,结合大比尺物理模型,采用三维Reynolds应力数学模型(RSM)对不同来流流速、弯曲半径和转角的有压弯道进行了计算,用模型试验资料对弯道的压力和流速分布进行了验证,计算值和试验值吻合良好。给出了弯道的内外压差和最低压力的规律、二次环流的发生和发展过程,弯道的水力特性和弯曲半径关系较大,并提出了一些工程措施。
渗流-水平井流耦合数学模型和数值模拟
董贵明, 束龙仓, 王茂枚, 鲁程鹏, 刘丽红
2009, 20(6): 830-837.
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摘要:
在有侧向流入(流出)的水平井流运动和连续性方程的基础上,建立了渗流与水平井流耦合数学模型,主要针对混合水头损失问题,进行了渗流与水平井流耦合数值计算,分析了常用的摩擦系数修正方法对计算结果的影响。数值模拟计算表明:层流或者光滑紊流流态时,不同的摩擦系数修正方法对结果影响较小;粗糙紊流流态时,不同的摩擦系数修正方法对结果影响较大。当水平井流是层流-光滑紊流流态时,使用了一种新的流态分界点识别方法对水平井流态进行判断,计算结果证实了方法的可靠性、合理性。
垃圾填埋场覆盖层土壤水运动信息测度分析
张文贤, 张展羽, 王康
2009, 20(6): 838-844.
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摘要:
垃圾填埋场覆盖层土壤水运动试验,分别采用活动性流场模型(ARM)与连续性模型对覆盖层土壤体积含水率进行模拟,用信息量和复杂性测度度量了ARM模型和连续性模型模拟水流运动的效果。大于(或小于)均值的土壤体积含水率分别进行了二元符号1(或0)编码,用基质熵和信息传递链测度系统信息含量,用涨落复杂度和有效测度复杂度度量了系统复杂程度。结果表明,信息含量和复杂性测度可用于比较ARM和连续性模型,与连续性模型相比,ARM模拟的水流运动系统信息含量增多,复杂程度增大,与实测值序列的差异较小,相比连续性模型,ARM更为有效地模拟了填埋场覆盖层土壤水流运动。
砂沟滴灌技术参数模型
赵伟霞, 张振华, 蔡焕杰, 单志杰
2009, 20(6): 845-850.
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摘要:
在分析砂沟滴灌土壤入渗规律的基础上,根据水量平衡原理建立了求解砂沟滴灌技术参数(沟宽、沟高、透水边壁高度、滴头流量)的模型,并将恒定水头积水入渗试验和Philip模型用于求解模型中的土壤入渗性能。以该模型计算的技术参数为基础,通过砂沟滴灌试验验证了模型的可行性,并对影响模型精度的因素做出了分析。试验结果表明,该模型能够较精确地设计砂沟滴灌技术参数。二维恒定水头积水入渗试验中,土壤吸渗率和渗透率是灌水时间的函数,砂沟滴灌中变化的积水深度和湿周是影响模型精度的另一个因素。
考虑综合利用要求的三峡水库提前蓄水方案
刘心愿, 郭生练, 刘攀, 李响
2009, 20(6): 851-856.
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采用三峡水库汛期分期方案,将蓄水时间提前至汛末期,综合考虑上下游防洪、发电、通航和蓄满率等要求,建立了多目标蓄水调度模型,构建了"优化-模拟-检验"的算法流程,采用遗传算法进行求解。结果表明,最优方案在满足上下游防洪安全要求的前提下,蓄水期可增发电量17%,减少弃水44%,蓄满率和通航保证率显著提高。通过对汛末期防洪库容进行科学划分和对蓄水调度图进行优化,既确保防洪安全又最大限度挖掘兴利效益,为研究水库汛末蓄水调度问题提供了一种新的思路和方法。
碧流河水库后汛期汛限水位及控制运用方式
周惠成, 王福兴, 梁国华
2009, 20(6): 857-862.
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摘要:
水库汛期分期后上下游防洪标准的确定是水库分期运用的难点,针对北方地区后汛期来水特点,提出从防洪、兴利与两者权衡3个角度通过优化推求汛限水位备选方案,并协调方案中各指标间的复杂关系,建立汛限水位多方案分层模糊优化决策模型。经应用于碧流河水库表明,该方法在不改变水库原防洪标准的前提下,抬高水库后汛期汛限水位。研究结果为决策提供了技术支持,对北方缺水地区的其它水库有指导意义。
水库排沙调度优化模型
甘富万, 李义天, 邓金运, 陈建
2009, 20(6): 863-868.
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摘要:
在分析水库排沙调度机理的基础上建立了水库排沙调度优化模型,以遗传算法作为寻优算法,并用BP神经网络拟合一维水沙数学模型计算成果的方法简化了泥沙淤积计算,使得所建模型得以有效求解。以三峡水库为例进行优化,结果表明,利用所建立的模型和求解方法可以有效优化三峡水库的排沙调度,在保证淤积不增多的基础上大大增加了发电效益。
极端洪水灾害损失评估方法及应用
仇蕾, 王慧敏, 马树建
2009, 20(6): 869-875.
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摘要:
极端洪水灾害具有频率低、影响范围大、损失高等特点,一般常遇洪水的灾害损失评估方法难以适用。分析了极端洪水灾害的自然属性与社会属性,认为极端洪水灾害损失具有时空分布的特性,因此借鉴空间信息格网技术,分别形成了极端洪水水文特性格网与社会经济特性格网,并将其叠加得到具有空间拓扑关系和属性信息的基于GIS的极端洪水损失空间信息格网模型,从而有效地反映了极端洪水灾害的时空特性。结合极端洪水损失率数据库,可评估极端洪水灾害损失。利用该方法评估了1998年特大洪水造成哈尔滨市江南主城区的直接经济损失,实证说明该方法可用于极端洪水灾害损失的评估。
AGNPS系列模型研究与应用综述
孙金华, 朱乾德, 颜志俊, 陆海明, 王会容
2009, 20(6): 876-884.
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摘要:
农业非点源污染具有广泛性、随机性和难监测性、难治理性等特点,应用模型描述农业非点源污染物输移过程、进行污染负荷计算、评价防控与治理效果成为水环境保护与治理领域的难点与热点。着重讨论农业非点源污染模型(AGNPS)系列模型的结构、机理以及国内外的研究与应用进展。国内外该模型研究结果表明,模拟结果可以接受,年模拟效果要好于次降雨模拟效果,径流量、泥沙侵蚀量、氮磷营养盐负荷模拟精度根据研究区域的不同有所差异,模型的管理措施效果评价、关键污染源区的判断与实际相符。AGNPS系列模型单元网格的划分、敏感性分析及参数的调整对模型的精度有重要影响,针对该模型的特点与研究现状,提出改进意见及研究展望。
环境水力学反问题研究进展
刘晓东, 姚琪, 薛红琴, 褚克坚, 胡进
2009, 20(6): 885-893.
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摘要:
反问题广泛存在于环境水力学的各个研究领域,通过环境水力学反问题研究可以实现对水流及伴随水流系统的污染物质迁移、输运过程的识别和控制,促进水资源的可持续利用。近年来,环境水力学反问题研究内容逐渐丰富,其重要性日渐突出。基于反问题理念阐述了环境水力学反问题的内涵,从不同的角度对环境水力学反问题进行了分类,强调了环境水力学反问题研究的重要意义。从参数反问题、源项反问题、边界条件反问题、初始条件反问题和形状反问题5个方面分析评述了环境水力学反问题的研究现状和研究成果。在此基础上,讨论了研究现状存在的问题并对该领域未来研究方向进行了展望。
洪水灾害风险管理广义熵智能分析的理论框架
金菊良, 王银堂, 魏一鸣, 王宗志, 刘克琳
2009, 20(6): 894-900.
摘要 PDF
摘要:
基于洪水灾害风险管理的背景分析,提出用广义分布函数及其广义熵理论统一描述、物理解析洪水灾害风险管理系统的各种不确定性信息。基于洪水灾害风险形成机制和风险管理理论与水利科学、信息科学、智能科学综合集成途径,提出由洪水灾害孕灾环境和致灾因子危险性广义熵智能分析、承灾体易损性广义熵智能分析、承灾体灾情广义熵智能分析和风险决策广义熵智能分析组成的洪水灾害风险管理广义熵智能分析的初步理论框架及其主要研究内容,在其它灾害风险管理中具有一定的参考应用价值。

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