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2010年  第21卷  第3期

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复杂边界及实际地形上溃坝洪水流动过程模拟
夏军强, 王光谦, LIN Bin-liang, 谈广鸣
2010, 21(3): 289-298.
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建立了基于无结构三角网格下采用有限体积法求解的二维水动力学模型,用于模拟溃坝洪水在复杂边界及实际地形上的流动过程。该模型采用Roe格式的近似Riemann解计算界面水流通量,结合空间方向的TVD-MUSCL格式及时间方向的预测-校正格式,可使模型在时空方向具有二阶计算精度。模型中引入最小水深概念,提出了有效的干湿界面处理方法。模拟了理想条件下溃坝水流过程,研究不同最小水深取值对干河床上洪水演进的影响,并用两组简单溃坝水流的水槽试验资料对模型进行验证。采用该模型模拟了实际溃坝洪水的流动过程,所得计算结果与实测资料及已有模型计算结果较为符合。
三峡蓄水后典型河段分形维数的变化分析
周银军, 陈立, 欧阳娟, 刘金
2010, 21(3): 299-306.
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针对三峡工程蓄水后下游河道河床表面形态的变化,采用分形维数对河床表面形态进行量化,并分析河道冲淤调整特点,对河床表面分形维数(BSD)的变化特点及物理意义进行探讨。结果表明,BSD与河床各个剖面形态之间的关系是整体与部分的关系,BSD能全面地反映床面形态的复杂程度。三峡蓄水后,宜昌-虎牙滩和宜都河段BSD明显增大,关洲河段增大幅度较小,而芦家河河段BSD值略有减小,同时,各河段BSD的变化可在一定程度上表征三峡蓄水后下游河道河床综合阻力的调整结果。可通过对各河段演变趋势的分析,来预测其BSD的变化,进而为分析其阻力和水位的变化趋势提供依据。
横流环境湍射流涡动力学特性数值模拟
姜国强, 任秀文, 李炜
2010, 21(3): 307-314.
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采用三维湍流模型及其混合有限分析解法进行横流中湍射流这一复杂三维流动的研究。在利用实验数据对模型及其计算方法验证的基础上,对多种喷口形式和流速比工况下的流速场和涡量场进行了数值计算,模拟得到了其旋涡结构发展演化特性。在射流初始阶段,横流在射流背流面形成绕流分离旋涡,其结构与射流喷口形式和流速比有关。射流主轴沿流向布置的窄缝射流产生的旋涡最为特殊和复杂,在喷口侧面存在4个分离点,从而形成4个旋涡。在射流远区,流动主要由反向旋转涡对所控制,并诱导出二次涡对。分析得出了射流喷口形式及流速比对反向旋转涡对涡核位置和旋转强度的影响。
紫色土典型三角形层状剖面入渗模拟
程冬兵, 张平仓, 李亚龙, 蔡崇法
2010, 21(3): 315-320.
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通过室内特制的土壤水分入渗试验装置,分别设置上粗下细和上细下粗两种典型不同质地紫色土三角形层状剖面,探讨典型不规则层次结构的土壤入渗特性。结果显示,同一三角形层状剖面入渗,粗质土半剖面的垂直湿润锋随时间推进速度快于细质土。对于粗质土,上细下粗剖面设置下其半剖面的垂直湿润锋随时间推进速度快于上粗下细,但对于细质土,两种层状剖面设置下其垂直湿润锋随时间推进速度差异不明显。无论上粗下细,还是上细下粗,两种层状剖面对斜面湿润锋变化曲线影响不大。两种层状剖面入渗,湿润锋、入渗速率与时间均呈极显著幂函数关系。建立的紫色土典型三角形层状剖面入渗模型,经验证,模拟值与实测值具有非常好的一致性,且可与经验模型相互转换,模型参数也具有一定的物理意义。
基于点入渗参数计算土质渠床自由渗漏损失的方法
李红星, 樊贵盛
2010, 21(3): 321-326.
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基于非饱和土质渠床有压单点入渗试验,对自由渗漏情况下土壤有压入渗入渗率随时间的变化过程进行了系统性的分析,建立了渠床土壤有压点入渗经验模型,研究了土壤入渗模型参数与水深之间的函数关系。基于点入渗参数与水深之间的函数关系,提出了沿断面积分计算渠道输水渗漏量的模型。该计算模型通过入渗模型参数全面反映了渠道土质、干容重、含水量和水深对渗漏量的影响。计算实例表明:与考斯加科夫公式计算结果相比较,该计算结果可更真实地反映渠道渗漏量随时间的变化过程,并具有更高的精度,证明利用点入渗参数计算渠道输水渗漏量是可行的。
长江流域降水稳定同位素的云下二次蒸发效应
孟玉川, 刘国东
2010, 21(3): 327-334.
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对长江流域443个GNIP的降水样品同位素原始资料,分降雪和降雨进行δ2H和δ18O线性回归,得到降雪样品的相关方程为δ2H=7.965δ18O+17.114,有最大的斜率和截距;而降雨样品根据降水量大小从<10mm至>300mm分为4组后,得到的相关方程随着降水量的减小,斜率和截距均减小,斜率从7.701减小为5.705,截距从7.812×10-3减小为-5.479×10-3。δ2H~δ18O相关方程的斜率及截距与气温、水汽压之间的关系表明,在降水从云层底部降落到地面的过程中,仅较小降雨事件有明显的二次蒸发现象,并伴随着同位素的分馏。长江流域较小降雨事件占有比例很小,仅为所有降水事件的6.32%,所以二次蒸发效应仅引起地区大气降水方程斜率和截距的微弱减小。研究表明,单个降水原始资料的同位素分析,能产生长期加权平均降水同位素分析得不到的宝贵信息。
拉萨河谷大气水汽日变化特征
梁宏, 刘晶淼, 张人禾, 曹玉静, 李文静
2010, 21(3): 335-342.
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基于近10年(1999~2008年)地基GPS遥感的大气可降水量(GPS-PW)资料和地面气象资料,分析了拉萨河谷各季GPS-PW日变化特征及其对夏季降水日变化特征的影响。结果表明,在拉萨河谷各季GPS-PW都具有明显的日变化特征。春、夏、秋和冬季GPS-PW平均日变化幅度分别为1.0mm、1.7mm、1.0mm和0.8mm。GPS-PW日最小值和最大值出现的时间随季节变化不大,分别出现在08:00~10:00UTC和15:00~18:00UTC。各季GPS-PW日变化序列的谐波分析结果表明,日循环(24h)与半日循环(12h)是GPS-PW日变化的主要信号。日循环信号夏季最强,冬季最弱;半日循环信号夏季最强,春季最弱。在夏季GPS-PW达到日最大值的时间比平均逐时降水频次和降水量达到日最大值的时间约早2h。GPS-PW日变化对夏季降水日变化特征具有重要影响。
多卫星遥感降水数据精度评价
刘俊峰, 陈仁升, 韩春坛, 谭春萍
2010, 21(3): 343-348.
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利用中国650个台站降水数据,在日、月、年尺度上,分析了多卫星降水分析数据(TMPA3B42)在中国大陆50°N以南地区的适用性,并利用MODIS逐日积雪数据评估了冬季TMPA数据在以青藏高原为主体区的精度。结果表明:TMPA日降水数据精度存在时空不稳定性,且随着时间尺度的增加,TMPA降水数据的精度提高;在同一时间尺度上,TMPA数据精度在降水量大的地区要明显好于降水稀少地区,但年尺度降水大于2500mm地区存在明显低估;TMPA数据冬季区域降水空间误差平均水平在15%,当只考虑积雪区时的降水空间误差平均水平在40%,这说明TMPA对冬季降水空间量较差,但同时这也意味着可以利用MODIS积雪数据修正TMPA冬季降水数据。
对称不稳定对梅雨锋暴雨影响的数值模拟
费建芳, 伍荣生, 黄小刚, 王元, 程小平
2010, 21(3): 349-356.
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在Kuo-Anthes垂直对流参数化方案和Nordeng倾斜对流参数化方案基础上,提出了垂直-倾斜对流一体化参数化方案,在引入MM5模式后,对1999年6月发生在长江流域的一次大尺度带状强降水过程进行了数值模拟及敏感性试验。结果表明:在模式中引入倾斜对流参数化方案,可有效改进模式模拟的降水强度和位置,加快形成锋面附近的垂直环流并使之得到增强,模拟结果更接近实况。同时也表明,在模拟和预报具有对称不稳定的天气系统时,在模式中考虑倾斜对流参数化方案是必要的。
潜在蒸散发量计算公式在贵州省适用性分析
秦年秀, 陈喜, 薛显武, 凌敏华, 张志才
2010, 21(3): 357-363.
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利用贵州省18个气象站1961~2001年逐日气象资料,采用Penman-Monteith方程计算潜在蒸散发量,对以辐射和气温为基础的简化公式参数进行率定,对比分析不同计算公式推求的潜在蒸散发量之间的差异以及用于气候变化情景下预测适用程度。结果表明,各种潜在蒸散发量公式经参数率定后计算的多年平均蒸散发量相近,但变化趋势存在较大差异。与考虑综合气象因子对潜在蒸散发影响的Penman-Monteith公式计算结果相比,以辐射为基础的蒸散发公式在该地区的适用性较好,以气温为基础的蒸散发公式用于气候变化情景下潜在蒸散发量预测,结果偏大。
灌溉对景泰灌区年潜在蒸散量的影响
韩松俊, 刘群昌, 胡和平, 杨大文
2010, 21(3): 364-369.
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基于蒸散发互补相关原理,定量分析和预测了引黄灌溉发展对甘肃景泰灌区年潜在蒸散量的影响。景泰灌区从1972年开始引黄灌溉,年蒸发皿蒸发量和潜在蒸散量随着灌溉引水消耗的增大而减小,其中空气动力学项下降的趋势非常明显,潜在蒸散量的变化主要受到风速下降和相对湿度增大的影响,与引黄灌溉有密切关系。根据互补相关平流-干旱模型分析了年潜在蒸散量随灌区耗水量的变化规律,并在假定年降水量和年潜在蒸散量中辐射项保持多年平均值的情况下,预测了不同耗水量情景下的年潜在蒸散量。
深层水漏斗区开采量组成变化特征与机制
张光辉, 费宇红, 杨丽芝, 刘中培, 连英立
2010, 21(3): 370-376.
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为阐明强烈开采条件下华北平原深层水的开采水量来源及组成问题,以德州地区深层水漏斗分布区为重点研究区,通过基于大量钻孔资料对含水层组及其粘性土夹层或透镜体的分析和野外地下水采样、动态监测及地面沉降测量资料等分析,采用分层、分区计算方法对漏斗中心至外围的各分区弹性释水量、粘性土压密释水量、侧向流入和越流补给量进行均衡计算。结果表明:在强烈开采条件下,深层水开采量中弹性释水量和压密释水量所占比率不是常量,随着深层水位下降的幅度和深度增大、超采释压持续时间愈长、开采层中粘性土夹层或透镜体愈多,则区内弹性释水和压密释水的强度及累积地面沉降量愈大;愈靠近漏斗中心,弹性和压密释水强度愈大,相同降深下平均单位降深的地面沉降量愈小。在深层水开采量中粘性土压密释水占35.5%~61.9%,与地面沉降密切相关。
梯级水电站多目标发电优化调度
覃晖, 周建中, 肖舸, 赵云发, 卢有麟, 张勇传
2010, 21(3): 377-384.
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以发电量和保证出力为目标建立梯级水电站的多目标发电优化调度模型,对三峡梯级中长期发电优化调度进行研究。针对传统方法求解多目标优化问题的局限,提出一种强度Pareto差分进化算法(Strength Pareto Differential Evolution,SPDE)用于求解梯级水电站的多目标发电优化调度问题。SPDE以差分进化算法(Differential Evolution,DE)为基础,采用SPEA2的适应度评价方法,并根据多目标优化的特点对DE的进化算子进行修正。同时,提出一种自适应柯西变异策略(Adaptive Cauchy Mutation,ACM)用于克服算法的早熟收敛问题。三峡梯级水电站实例研究结果表明,SPDE可同时考虑两个目标并有效处理复杂约束条件,一次运行即可得到一组在各目标分布均匀、分布范围广的非劣调度方案供决策者评价优选。
水电开发对河流水沙年内分配的影响分析
黄英, 刘新有
2010, 21(3): 385-391.
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以中国西南重要的国际河流澜沧江为研究对象,借鉴"基尼系数"的构建思路,建立了水沙年内分配均匀度计算模型,并通过下游水沙与上游天然水沙和区域降水的关系,建立了河流水沙年内分配均匀度回归还原模型。还原结果与实测对比表明:漫湾、大朝山电站建设以来,澜沧江径流年内分配均匀度年均升高1.14%,变幅在-7.32%~10.81%之间,输沙年内分配均匀度年均降低0.23%,变幅在-18.98%~26.76%之间;漫湾、大朝山电站同时运行期间,澜沧江径流年内分配均匀度年均升高3.90%,输沙年内分配均匀度年均降低0.42%;大朝山水电站建设后,澜沧江径流年内分配均匀度升高而输沙年内分配变化不明显,说明大朝山水电建设后河流水沙关系发生了变化,但变化较小。该成果不仅能为相关研究提供方法借鉴,也为水电开发对澜沧江水沙年内分配影响程度的科学评估提供了新的依据。
别拉洪河流域湿地变化的多尺度空间自相关分析
刘吉平, 吕宪国, 崔炜炜
2010, 21(3): 392-398.
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利用空间自相关模型,结合GIS技术,对别拉洪河流域不同尺度上湿地空间自相关的动态变化进行了研究。结果表明,自20世纪50年代至2000年,别拉洪河流域湿地面积逐渐减少,湿地全局空间自相关呈先增加后减小再增加的"N"字型趋势;别拉洪河流域湿地高-高自相关类型有逐渐减少并向流域下游扩张的趋势,而低-低自相关类型有逐渐增加并向流域上游扩张的趋势;湿地空间自相关表现出明显的尺度效应,随着研究尺度的增大湿地空间自相关性逐渐增强;别拉洪河流域湿地空间自相关的动态变化主要是由人类对湿地的开发造成的。
模拟扰动条件下太湖沉积物的再悬浮特征
王鹏, 王胜艳, 郝少盼, 姚琪, 汤露露
2010, 21(3): 399-404.
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采用沉积物再悬浮振荡器在0.2~0.5N/m2的切应力和60~1800s的持续振荡时间下,对太湖沉积物原状芯样的再悬浮特征开展模拟实验研究,揭示切应力大小和外力作用时间对沉积物再悬浮的影响。实验结果表明,振荡初期,上覆水中悬浮物浓度上升速率较快,随振荡时间延长,上升速率减缓,浓度趋于稳定;且浓度上升速率随切应力增加呈显著增大趋势。此外,悬浮物沉降通量随振荡时间而增大,而再悬浮通量呈相反变化趋势,两者的时间变化曲线逐渐接近,最终达到动态平衡。室内模拟试验观测值与太湖现场观测结果的对比表明,该模拟装置能够在室内可控条件下较好地反映太湖沉积物再悬浮特征。
中小型原水河渠污染事故危害度应急评价模型
朱明, 李永, 李嘉
2010, 21(3): 405-412.
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摘要:
为了对中小型原水河渠污染事故危害影响程度进行综合评价,利用污染事故案例样本资料,在提出原水污染事故危害度概念基础上,归纳影响中小型原水河渠污染事故危害度的直接与间接影响因素,应用粗糙集理论与方法,对间接影响因素进行重要性分析、冗余约简及重要度权重计算,综合直接与间接影响因素的作用,构建中小型原水河渠污染事故的应急评价模型。以成都市原水河渠为例,设计模拟污染事故情景,对所构建模型进行分析,结果表明,模型能够反映中小型原水河渠污染事故的危害影响程度。所构建模型适用于中小型原水河渠污染事故的应急评价,可为应急响应决策提供支撑信息。
引江济太对太湖水体碱性磷酸酶动力学参数的影响
路娜, 胡维平, 邓建才, 翟淑华, 周小平, 陈效民
2010, 21(3): 413-420.
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采用野外定点采样、室内同步分析水体碱性磷酸酶活性及水化学指标的方法,研究引江济太调水对太湖各湖区水体碱性磷酸酶最大反应速率(vmax)、米氏常数(Kmm)值的影响。结果表明:在引江济太调水试验期间,各湖区水体中vmax及Kmm值时空分布存在差异性。调水稀释了各湖区蓝藻浓度,抑制了水体碱性磷酸酶vmax;贡湖区、西岸河口区及湖心区水体中Kmm值与入湖累积水量之间有显著的二次函数关系(p=0.007)。梅梁湖、竺山湖、贡湖及西岸河口区水体碱性磷酸酶vmax/Kmm随着总磷浓度升高而增加,但竺山湖、贡湖、草型湖、湖心及西岸河口区水体vmax/K随生物可利用磷(PO3--P)浓度增加而下降。除草型湖区外,其它湖区水体v/K随叶绿素a浓度升高而增加。
流域-河口-近海系统氮、磷营养盐输移研究综述
姜德娟, 毕晓丽
2010, 21(3): 421-429.
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摘要:
综述了流域-河口-近海系统氮、磷营养盐的主要来源、营养盐输移的影响因素等方面的研究,介绍了当前营养盐输移研究的主要方法,并概括了氮、磷营养盐在流域-河口-近海系统的整体性研究。在此基础上,提出了该领域研究存在的主要问题及未来展望,强调了将流域、河口与近海系统作为一个整体,并充分发挥分布式模型的优势开展营养盐输移研究的重要性。
利用树轮资料重建河流径流量研究进展
杨银科, 黄强, 刘禹, 王文科, 王义民
2010, 21(3): 430-434.
摘要 PDF
摘要:
利用树轮资料重建河流径流量是树木年轮学研究的一个重要方向。在理解树轮水文学科学概念的基础上,介绍了利用树轮资料重建河流径流量的研究方法,综述了国际上利用树轮资料重建径流量的研究进展。从研究区域、思路与方法、应用领域等3个方面详细综述了中国利用树轮资料重建河流径流量的研究进展,概述了研究存在的问题及未来的展望。结论表明,利用树轮资料重建长尺度的径流序列,能更好地满足江河流域水资源统一管理和规划的需要,能为水资源管理提供丰富的基础资料。

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