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2010年  第21卷  第6期

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基于不规则三角形网格和有限体积法的物理性流域水文模型
王蕾, 田富强, 胡和平
2010, 21(6): 733-741.
摘要:
传统的栅格离散方式不能很好反映流域水文过程的边界特征,且难以实现流域水文过程的多尺度模拟.采用有限体积法构建了基于不规则三角形网格的物理性水文模型,将物理性描述的偏微分方程组在控制体积内积分得到空间半离散的常微分方程组,保证数值求解中的水量平衡,并可与概念性描述部分水文过程(如截留、填洼等)的常微分方程组更好地耦合;建立了数值求解方案,采用Triangle对计算区域进行离散,并在沁河上游流域进行了验证,结果表明模型具有较高的模拟精度和良好的应用前景.
卡马水库应急除险工作的启示
刘宁, 黄金池, 张启义
2010, 21(6): 742-747.
摘要:
2009年汛期,广西河池卡马水库右岸溢洪道附近发生垮塌,大坝安全风险骤然增加.在应急除险实践中,同时对大坝不同状态进行了有限元渗流分析及采用非线性指标进行边坡稳定分析,初步确定出险位置可能处于放空洞中段,在此基础上,对水库溃决风险进行了分析,得出了风险决策依据,从而提出减灾措施,有效降低了水库溃决的风险.从卡马水库的应急处置出发,探讨了中国水库应急除险的关键技术,并提出了中国水库安全管理相关的一些重要问题.
干旱区坎儿井与山前凹陷地下水库
邓铭江
2010, 21(6): 748-756.
摘要:
在分析研究坎儿井主要技术特点的基础上,结合河流冲洪积扇地形地貌特征、储水构造以及水资源转化特点,提出了建设山前凹陷带"横坎儿井式"地下水库的具体思路,并以台兰河地下水库示范工程为例,对构筑"横坎儿井式"地下水库的可行性及其"引渗回补"调蓄系统、"横坎儿井"集水系统、"自流虹吸"输水系统三大工程组成部分的结构设计原理进行了初步的探讨.山前凹陷地下水库是非常理想的应急抗旱水源工程,其研究和示范工程,为干旱区内陆河流域地表水与地下水联合调度、水资源高效利用探索出了一种新模式.
2006~2008年重庆大气降水δD和δ18O特征初步分析
李廷勇, 李红春, 沈川洲, 杨朝秀, 李俊云, 衣成城, 袁道先, 王建力, 谢世友
2010, 21(6): 757-764.
摘要:
大气降水稳定同位素组成受到温度、蒸发、水汽源地等多种因素的复杂影响,在不同时间和不同地区具有很大差异.通过分析2006~2008年间重庆雨水样品的δD和δ18O,初步建立了当地的大气降水线方程.当地的大气降水稳定同位素组成在不同季节变化明显:夏季降水中的稳定同位素值普遍偏轻,而冬季降水中稳定同位素值普遍偏重.水汽来源是控制当地大气降水稳定同位素组成的最重要原因,而蒸发作用等是控制短期次降水事件中雨水稳定同位素组成的重要影响因素.
气候变化对挠力河径流量影响的定量分析
姚允龙, 吕宪国, 王蕾, 于洪贤
2010, 21(6): 765-770.
摘要:
三江平原位于黑龙江省东北部,是中国沼泽湿地集中分布区且面积最大的区域,挠力河作为该区域的一条典型沼泽性河流,其径流演变过程受到气候变化和人类活动的双重影响.文中利用水量平衡法和降水-径流经验模型,定量分析了变化期气候变化对径流的影响,并比较了两种方法的优劣性,研究结果表明:50年来挠力河变化期(1968~2005年)内的年径流量的变化大约40%是由气候变化引起.气候变化对径流量影响的主导因素是降水量的变化,降水量变化对宝清站和菜嘴子站径流量减少的贡献率分别为43%和35%,蒸发量变化对两水文站径流量减少的贡献率为10%左右.利用水量平衡法研究气候变化对河流径流量的影响,其研究结果要优于一般的降水-径流经验模型法,但经验模型也不失为一种快速且简便的方法.
丹江口水库秋汛期长期径流预报
刘勇, 王银堂, 陈元芳, 王宗志, 胡健, 冯小冲
2010, 21(6): 771-778.
摘要:
针对目前长期径流预报中物理成因考虑较少的问题,以丹江口水库为例,在分析影响径流物理背景的基础上,研究前期气象因子与水库秋汛期入库径流过程的相关关系,识别影响径流的大气环流与海温等物理因子,利用主成分分析法提取主要预报信息,建立了包含大气环流因子、海温因子等气象物理信息以及前期降雨、径流等水文信息作为预报因子集的三层BP神经网络预报模型.利用1956~2008年秋汛期9、10月入库径流量进行模拟与试报,并与仅采用前期降雨径流的预测模型进行了比较,结果显示基于物理成因分析的预测模型稳定性良好,模拟及试报精度较高,9、10月试报精度平均提高约30%,分别达到87.5%和75%,并对预报年份中的丰枯特征有较好的体现.
含砾石土壤降雨入渗过程模拟
朱元骏, 邵明安
2010, 21(6): 779-787.
摘要:
在室内模拟降雨试验的基础上,利用多重相互作用连续体(MINC)组件,对含砾石土壤降雨入渗过程进行了数值模拟,以期深入理解含砾石土壤中的水土过程.研究结果表明,土壤中砾石的存在能够导致土壤水分饱和度增加,使得土壤总入渗量以及降雨入渗深度降低.含砾石土壤中存在一个陡的湿润锋面,在湿润锋面上土壤水分饱和度急剧下降.MINC组件可以很好地模拟含砾石土壤降雨入渗过程,其对含砾石土壤湿润锋和土壤含水率变化的模拟值与实测值吻合较好.降雨期间土壤水分饱和度沿土壤剖面的变化可用来解释含砾石土壤降雨入渗深度降低的原因.
不同环节灌溉用水效率及节水潜力分析
崔远来, 谭芳, 郑传举
2010, 21(6): 788-794.
摘要:
以漳河灌区为例,在对灌区渠系进行等效概化的基础上,采用经验公式法进行不同工况下不同环节灌溉用水效率的分析计算.结果表明总干及干渠环节和分、斗、农渠环节的渠道水利用系数较大,而支干、分干和支渠环节的渠道水利用系数偏小,渠道断面大小、长度及防渗率是导致渠道水利用系数差异的主要原因.计算分析了不同条件下的灌溉用水效率阈值,达到相应阈值时的投资,以及净节水量和节水率,分析了投资与灌溉用水效率阈值及节水率的关系.表明随投资的增加灌溉用水效率及节水率均提高,但其过程符合报酬递减规律,且节水率的报酬递减速度更快.
远破波作用数值模拟的CLEAR-VOF模型
孙英伟, 陈兵, 康海贵
2010, 21(6): 795-800.
摘要:
在非结构化网格基础上,采用三阶精度的三步有限元方法离散N-S方程,CLEAR-VOF方法追踪运动水体自由表面,建立了数值波浪水槽模型.模拟了远破波冲击位于倾斜底坡上直立堤的过程.对直立堤上波压力和堤前流场的数值结果与模型实验结果做了比较.结果表明,远破波波浪力和流场的数值结果同PIV实验结果吻合较好,该数值波浪水槽模型可较好地模拟远破波的破碎冲击过程.
波流共同作用下流速垂线分布及其影响因素分析
张卓, 宋志尧, 孔俊
2010, 21(6): 801-807.
摘要:
大量波流相互作用的实验表明,当波浪顺流传播时,平均水面附近的流速减小,而当波浪逆流传播时,平均水面附近的流速增加.为了从理论上解释这种现象,从垂向二维Navier-Stokes方程出发,推导出波浪、潮流共同作用下的水流控制方程;采用微幅波理论简化控制方程,并引入Grant-Madsen波流边界层模型,得到波流共同作用下的紊动切应力及流速垂线分布表达式.通过和实验结果及数值结果的对比,结果预测值和实测值较为吻合,表明公式能反映波高变化及涡粘系数共同对流速垂线分布的影响,且简单实用.利用该公式分析了波浪顺流、逆流流速变化的原因.
南水北调中线输水工程若干冰力学问题试验研究
徐国宾, 李大冉, 黄焱, 赵新
2010, 21(6): 808-815.
摘要:
通过在低温冰工程实验室进行的冰力学模型试验,研究了南水北调中线工程冰期输水中的若干冰力学问题,主要包括:冰的膨胀力、冰盖稳定性和浮冰对闸墩的撞击力.试验结果给出了冰的膨胀力变化典型时程曲线、不同厚度冰盖的膨胀力极值变化;不同厚度的冰盖随水位下降的最大塌落值;以及冰排对闸墩的撞击力的冰力时程曲线、冰力极值随冰速的变化曲线.这些试验成果可为南水北调中线工程冰期输水安全运行提供参考.
含挺水植物和沉水植物水流紊动特性
王忖, 王超
2010, 21(6): 816-822.
摘要:
在一定的水动力条件下,不同水生植物对水流结构改变的程度及对底泥再悬浮的影响由于其形态结构的差异有所不同.在玻璃水槽中铺设太湖底泥并种植天然沉水植物(水蕨)和挺水植物(菖蒲),通过水槽实验,用三维声学多普勒流速仪ADV对植物段紊流特性进行测量研究,分析含水生植物明渠水流的水力特性及底泥再悬浮规律.结果表明:含沉水植物和挺水植物明渠水流的垂向流速分布各自遵循不同的规律;其紊动强度和雷诺应力具有明显的各向异性特性;在沉水植物冠层交界处及挺水植物的茎杆和枝叶分叉处,紊流强度及雷诺应力均出现最大值;在一定条件下沉水植物和挺水植物均能抑制底泥再悬浮,但当雷诺数达到一定数值时,水生植物的存在反而加剧了底泥的再悬浮,与挺水植物相比,沉水植物对底泥再悬浮的抑制效果要更好.
长江中下游江湖水沙调控数值模拟
施勇, 栾震宇, 陈炼钢, 金秋
2010, 21(6): 823-831.
摘要:
以长江中下游防洪系统为对象,在大型复杂防洪系统洪水运动数值模拟基础上,成功地将面向长江中下游防洪规划论证需求的洪水演进数学模型转化为面向长江防洪系统江湖水沙调控需求的长江中下游江湖水沙调控数学模型.为适应江湖水沙调控和评估的要求,提出了基于水动力学的闸坝调度计算模式.此外,还对河网分汊泥沙分配模式进行了深入研究.通过长江中下游防洪规划及其洞庭湖区"控支强干"方案论证模拟计算,较好地解决了防洪措施蓄泄后效评估和工程优化调控模式等关键难题,为防洪规划方案的制定提供了定量依据,主要成果已应用于长江中下游防洪规划方案.
长江中下游江湖关系演变趋势数值模拟
施勇, 栾震宇, 陈炼钢, 金秋
2010, 21(6): 832-839.
摘要:
以长江中下游防洪系统为对象,概述了在大型复杂防洪系统洪水行为数值模拟基础上,成功地将长江中下游洪水演进数学模型转化为面向长江防洪系统防洪规划方案评估需求的长江中下游江湖水沙演变的数学模型.为适应防洪规划方案论证涉及江湖水沙相互制衡相互关联客观情况,建立了面向江湖水沙关系及其演变的数学模型.针对长江中下游江湖水沙运动特点,在水沙数值模拟的范围内侧重对下荆江河道冲刷、荆江三口分流分沙模式、洞庭湖泥沙淤积、江湖耦合等环节进行了讨论,提出了合理可行的数值处理方法.模拟结果较好反映了江湖水沙演变规律,主要成果已应用于长江中下游防洪规划和防汛调度方案中.
长江中下游江湖蓄泄关系实时评估数值模拟
施勇, 栾震宇, 陈炼钢, 金秋
2010, 21(6): 840-846.
摘要:
以长江中下游防洪系统为对象,将面向长江中下游防洪规划论证需求的水沙数学模型转化为面向长江防洪系统防汛方案评估需求的长江中下游蓄泄关系实时评估数学模型.为适应实时蓄泄评估快速、准确的要求,提出了基于水动力学的循环滚动计算模式、实时校正模式和实时防洪调度的试验机制.实现了水文学实时校正方法与水动力学数学模型的耦合,建立了基于水动力学的实时校正模式.为了满足长江中下游江湖蓄泄关系实时评价的需求,探讨了洪水模拟与分蓄洪调度模式的耦合.通过长江中下游防汛期间的试运行,较好地解决了防洪措施蓄泄关系评估和工程优化调控模式等关键难题,为防洪规划方案的制定和实时洪水调度方案优化提供了定量的依据,主要成果已应用于长江中下游防洪规划和防汛调度方案中.
长江中下游实时洪水预报模拟
施勇, 栾震宇, 陈炼钢, 金秋
2010, 21(6): 847-852.
摘要:
以长江中下游防洪系统为对象,概述了在大型复杂防洪系统水沙运动数值模拟基础上,成功地将面向长江中下游防洪规划论证需求的水沙数学模型转化为面向长江防洪系统防汛方案评估需求的长江中下游实时洪水预报数学模型.为适应实时预报调度快速、准确评估的要求,提出了基于水动力学的循环滚动计算模式和实时校正模式.实现了水文学实时校正方法与水动力学数学模型的耦合,建立了基于水动力学的实时校正模式和分洪溃口洪水预报模式.通过长江中下游防汛期间的试运行,较好地解决了洪水预报误差校正和分洪溃口后洪水预报等关键难题,为防汛方案的制定和实时洪水调度方案优化提供了技术支撑,主要成果已应用于长江中下游防汛调度方案中.
水文过程中灌区农田非点源氮的归趋研究进展
孔莉莉, 张展羽, 朱磊
2010, 21(6): 853-860.
摘要:
天然降雨径流是灌区农田非点源氮污染形成的主要动力因素,研究降雨径流中农田氮素的流失规律及模拟方法对中国灌区非点源氮的综合治理具有重要意义.从农田氮素流失机理、影响因素以及预测方法等几个方面概述了水文过程中灌区农田非点源氮素归趋的研究进展,其中着重分析了水文过程中农田氮素流失预测的"黑箱"法、"解剖"法的优缺点和适用范围;并在此基础上,提出了中国开展灌区农田非点源氮污染研究的重点,包括典型研究单元选择、尺度界定以及不同水文路径中农田氮素流失的耦合模拟等.
冰川泥石流形成机理研究进展
铁永波, 李宗亮
2010, 21(6): 861-866.
摘要:
由于冰川泥石流的广泛分布及其发育地的特殊性使得对其开展全面治理较为困难,因此,有效开展冰川泥石流的预警预报具有重要意义.虽然近年来对冰川泥石流的研究有了较多的成果,但目前对其形成机理的认识还存在很大的局限,在很大程度上制约了防灾减灾的进展.为深入探讨冰川泥石流的形成机理,文章回顾了国内外学者在相关领域的研究成果,系统总结了现有冰川泥石流形成机理的研究现状,并对冰川泥石流形成机理的未来研究方向做了展望.
纪念刘光文教授百年诞辰
刘国纬
2010, 21(6): 867-868.
摘要:
刘光文教授1910年7月30日出生于浙江省杭州市,1998年3月6日在南京逝世,是我国现代著名水文学家、教育家.刘光文教授早年就读于天津北洋大学和清华大学,1933年于清华大学土木工程系毕业,留校任清华大学土木系助教,1936年考取清华赴美公费留学.1936年至1937年在美国依阿华大学(University of Iowa)学习水利工程,获水利工程硕士学位.1937至1938年在德国柏林工业大学学习水利工程与应用数学,于1938年回国.回国后,先后在广西大学、重庆大学、复旦大学、交通大学任教.