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2011年  第22卷  第1期

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山坡地形曲率分布特征及其水文效应分析——真实流域的野外实验及相关分析研究
刘金涛, 冯德锃, 陈喜, 吴吉春, 顾卫明
2011, 22(1): 1-6.
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研究了山坡地形曲率的空间分布特征,发现流域略呈现出微凹、发散的形状特征,平均的剖面和水平曲率分别为-4.62×10-4和3.49×10-4。通过划分源头型和边坡型山坡,发现源头山坡多是收敛的,边坡型山坡则多为发散的;在山坡内部收敛、发散、凹和凸等地形地貌类型是同时存在的,即山坡一般由相互组合的各种坡型所组成。基于野外采样观测的成果,分析了和睦桥子流域90个采样点的土壤含水量及其对应曲率的相互关系。结果显示:一般来说,凹形山坡、收敛形山坡对应的土壤含水量更高,而凸形和发散形山坡对应的土壤含水量较低;不论是收敛的凹坡,还是发散的凸坡,其采样点土壤含水量都有随高程下降而升高的趋势,即愈靠近沟谷土壤含水量愈大。
天山高山区与郊区降水中颗粒物特征的比较
董志文, 李忠勤
2011, 22(1): 7-14.
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以天山乌鲁木齐河流域为例,运用参数比较法、相关分析法,对降水中粉尘颗粒物特征在高山区和郊区随时间变化特征及其差异进行研究。结果表明,降水中颗粒物的浓度、粒径分布及化学要素组成在两个取样点都具有明显的季节变化。颗粒浓度表现为冬-春季节升高而夏-秋季节降低,与降水量成反向变化,反映了降水受中亚沙尘活动的影响明显。颗粒在冬-春季节的粒径分布众数较大,而在夏-秋季节相对较小;且这种变化在高山区和郊区存在差异,可能是局地环境影响造成。颗粒物化学特征的季节差异反映了区域自然环境和人为活动对降水的共同影响。结合HYSPLIT模型对大气降水和粉尘颗粒物的来源进行验证。
淮河流域蒸发皿蒸发量变化分析
荣艳淑, 周云, 王文
2011, 22(1): 15-22.
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在气候变化背景下,许多地区蒸发皿蒸发量出现持续减少现象。淮河流域是中国南北方气候分界线,研究蒸发问题对认识淮河流域水分循环和水资源状况有重要作用。利用淮河流域实测蒸发皿蒸发量、气温、降水等7种气象要素、英国CRU月平均云量资料和NCEP/NCAR的再分析资料,分析了淮河流域近50年来蒸发皿蒸发量的变化及其原因。结果表明,淮河流域蒸发皿蒸发量存在显著的下降趋势。在一年的四季中,春夏季节蒸发量最大,下降趋势最强;淮河流域北部和西部蒸发量最大,下降趋势最强。究其原因,蒸发皿蒸发量下降与下垫面风速和日照时数减少、相对湿度和降水量增多有关;大气对流层相对湿度和比湿的增加致使地面相对湿度增大,天空云量和降水量增多,从而减弱了太阳辐射的强度,缩短了日照时间,结果使蒸发皿蒸发量下降。
贡嘎山亚高山演替林林冠截留特征与模拟
孙向阳, 王根绪, 李伟, 刘光生, 林云
2011, 22(1): 23-29.
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通过对贡嘎山亚高山峨眉冷杉与冬瓜杨演替林连续两年林下降水与树干径流的实验观测,分析研究了演替林林下降水、树干径流、林冠截留的变化特征,并验证了Gash(1995)模型模拟该区林冠截留的适用性。结果显示,2008年和2009年贡嘎山亚高山演替林林下降水分别占降水量的76.4%和77.0%,树干径流量较小,可以忽略不计,林冠截留量分别为23.6%和23.0%。Gash(1995)模型中蒸散发参数采用Penman-Monteith公式计算,饱和冠层储水量采用Preira法,模型对整个湿季的林冠截留模拟效果较好,2008年模拟值与实测值分别为125.6 mm和126.1 mm,2009年均为150.1 mm,说明Gash(1995)模型在该区具有较好的适用性。
蒸散发模拟的Valiantzas方法在中国的应用
潘云, 宫辉力, 李小娟, 朱琳, 张静
2011, 22(1): 30-37.
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根据一种简化的Penman模型,建立了一个无需风速的参考作物蒸散发模型(Penman-Valiantzas模型),在此基础上又结合Hargreaves辐射方程建立了无需风速和日照时数的Penman-Valiantzas-Hargreaves模型。利用世界粮食组织的CLIMWAT数据库中156个气象站点多年月平均资料对此模型在中国的适用性进行了分析。通过与FAO Pen-man-Menteith标准参考作物蒸散发量比较发现,这两个模型的相关性分别为96.64%和93.44%,均方根误差分别为0.32 mm/d和0.43 mm/d,比目前广泛使用的Priestley-Taylor模型、Hargreaves模型都具有更高的模拟精度。此外,利用北京延庆站的长期气象观测资料对Penman-Valiantzas模型进一步验证,模拟结果与FAO Penman-Menteith估算值和蒸发皿观测值的相关性分别为97.84%、86.38%;在北京站的应用表明,Penman-Valiantzas-Hargreaves模型在日尺度模拟方面也具有较高精度。研究认为,Valiantzas方法适宜在中国使用,是风速、日照时数数据缺乏情况下参考作物蒸散发模拟的较好方法。
SRA1B情景下中国主要作物需水预测
丛振涛, 姚本智, 倪广恒
2011, 22(1): 38-43.
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分析气候变化下中国主要作物需水规律,有助于从粮食安全与水资源可持续利用角度应对气候变化。根据IPCC提供的SRA1B情景下大气环流模式MIROC3.2的输出,利用FAOPenman-Monteith公式计算参考作物腾发量;根据FAO作物系数、SAGE作物分布与柯本气候分类,得到计算单元的作物系数,根据参考作物腾发量与作物系数估算作物需水量;考虑需水与有效降水旬尺度的随机匹配,预测SRA1B情景下未来50年中国各地区主要作物的灌溉需水量。结果表明,参考作物腾发量总体上呈上升趋势,全国平均增加约8%;作物需水量总体上呈增加趋势,东北地区平均增加约10%;灌溉需水量总体上呈增加趋势,东北与华南增加显著。分析表明,SRA1B情景下气温升高是作物需水量增加的主要原因,降水的增加使华北地区灌溉需水量的增加不显著,降水的减少使东北与华南灌溉需水量显著增加。
南水北调中线降水丰枯遭遇风险分析
康玲, 何小聪
2011, 22(1): 44-50.
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受降水丰枯变化不确定性和差异性的影响,南水北调中线工程水源区与受水区降水的丰枯遭遇状态各不相同,给南水北调工程水资源调度运行带来风险。联合copula函数和贝叶斯网络理论,建立了南水北调中线工程水源区和受水区降水丰枯遭遇风险分析模型,对南水北调中线工程调水最不利的丰枯遭遇风险概率进行了研究。利用copula函数建立了水源区和受水区年降水量联合分布函数,计算条件概率,结合贝叶斯网络进行丰枯遭遇风险分析。结果表明南水北调中线4个受水区调水风险的概率均在25%以下,并对不同情景的调水风险进行了仿真分析。
气候与土地利用变化对流域水资源的影响——以美国北卡罗莱纳州Trent流域为例
王云琦, 齐实, 孙阁, Steve G McNulty
2011, 22(1): 51-58.
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分布式水文模型PRMS可为气候与土地利用变化对流域水资源影响的研究提供技术和理论支撑。对Trent流域产流过程采用PRMS模型进行模拟检验,结果表明,Nash模型确定性系数达到0.8以上。水文响应单元(HRU)划分尺度减小,可以有效地提高PRMS模拟精度达7%左右,划分尺度缩小到71个HRU时,模拟精度不再提高。流域蒸散量和产流量对土地利用和气候变化的敏感程度为:降水量变化>城市土地利用变化>气温变化>农作物和草地(林地)变化;土地利用变化和气候变化对流域产流量的影响大于蒸散量。利用PRMS模型预测Trent流域在未来气候和土地利用同时变化条件下,多年平均蒸散量将增加5.64~201.29 mm,产流量有可能增加160 mm左右或减少180 mm左右。
主动微波遥感黄河上游玛曲地区夏季土壤水分
田辉, 文军, 史小康, 王欣, 刘蓉, 张静辉, 吕少宁
2011, 22(1): 59-66.
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利用ENVISAT-1/ASAR的VV极化主动微波资料,基于裸土表层微波后向散射GOM物理模型,并利用"水-云"模型处理植被层对土壤表层微波后向散射的影响,遥感估算了夏季黄河上游玛曲地区土壤水分空间分布。通过地面观测网的同步观测资料验证,卫星遥感的土壤体积水分含量和地面测值间的均方根误差RMSE<0.02 m3/m3,决定系数R2>0.86,表明所用方法适于黄河上游区域。从遥感结果来看,夏季玛曲地区土壤水分平均值约0.40m3/m3,说明该区是黄河重要的水源区;但该区域土壤水分具有明显的空间异质性,其分布受地形影响明显,平坦区域土壤水分的空间相关距离大于2000 m,而山地区域的土壤水分空间相关距离较小,为500~1000 m。
浓度梯度引起的固相速度测量误差
石健, 郭波, 弓扶元, 何小刚, 李丹勋
2011, 22(1): 67-74.
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用粒子示踪技术测量明渠挟沙水流中固相颗粒的速度时,流速梯度和浓度梯度的存在会引起测量误差。选用典型的垂线流速与浓度分布公式对时均速度测量误差进行分析,得出了误差的解析表达式。对该解析式的理论分析表明,测量误差恒小于零,即速度测量值比实际值偏小。误差的大小与采样窗口的相对位置、尺寸及颗粒的悬浮指数有关。对误差大小随自变量的变化规律进行的数值分析结果表明,在一定的流场条件下,测量误差的最大值出现在床面附近,误差从床底至水面呈现出先减小后增大的特点。
湿地沉积物-水界面营养盐交换的定量估算
古小治, 张雷, 柏祥, 申秋实, 王兆德, 范成新
2011, 22(1): 75-83.
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为有效控制湖泊内源营养盐的释放,探讨了不同物理改良措施(覆沙、底质疏松)对沉积物-水界面营养盐的释放通量控制效果。利用原位孔隙水采样技术(Peeper)来获得沉积物孔隙水剖面,对改良后湿地沉积物孔隙水营养盐的垂向分布及其扩散通量进行了研究。结果发现,改良后沉积含水率、孔隙率分别提高了91%和54%。水土界面附近,随剖面深度增加,孔隙水中PO43-、NH4+、NO3-及NO2-浓度分布符合指数关系,PO43-、NH4+在8 cm左右达到最大值。种植芦苇后沉积物孔隙水中PO43-、NH4+均有不同程度的下降,改良措施能有效降低表层弱结合态磷在总磷中比例但增加铁磷的比例,种植芦苇可强化这一效应。运用Fick第一定律对剖面孔隙水营养盐的扩散通量进行估算,发现沉积物经疏松后,NH4+、PO43-的扩散通量由57.47~72.19μg/(m2·d)和2.55~3.21μg/(m2·d)变为-95.54~-130.94μg/(m2·d)和1.50~2.05μg/(m2·d),可考虑疏松沉积物-水界面附近沉积物来作为控制湖泊内源污染的有效手段之一。
基于等效粒径的无粘性泥沙起动条件对比研究
聂锐华, 王涛, 黄尔, 刘兴年
2011, 22(1): 84-88.
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通过将等效粒径引入非均匀沙起动条件表达式,得到了基于等效粒径的非均匀沙起动条件统一表达式,并从反映泥沙的非均匀性引起的荫蔽(暴露)作用与分选作用角度对当前有一定影响的非均匀沙起动条件的等效粒径表达式进行了对比研究。结果表明,各家公式都能够反映泥沙的非均匀性引起的荫蔽(暴露)作用,较粗泥沙颗粒的等效粒径小于其自身粒径,容易起动,较细泥沙颗粒的等效粒径大于其自身粒径,较难起动。但是不同公式之间还是有一定的差异,主要反映在细颗粒的荫蔽作用方面。不同公式区分非均匀沙颗粒间荫蔽(暴露)作用的特征粒径是不同的。韩其为、张启卫、刘兴年公式能较好的反映泥沙起动时的分选作用。对于细颗粒泥沙而言,Egiazaroff、Hayashi与秦荣昱公式在冲刷时体现由于床沙粒径不同而产生的分选作用相对较差。
三峡库区消落区表层沉积物磷吸附特征
曹琳, 吉芳英, 林茂, 黎司, 王图锦
2011, 22(1): 89-96.
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以三峡库区消落区表层沉积物为研究对象,通过对干湿交替沉积物中磷的赋存形式、吸附等温曲线的分析,揭示了干湿交替过程中沉积物磷的分布规律、吸附特征以及磷的源汇变化。结果表明:上覆水总磷变化呈现11月总磷<5月总磷<8月总磷。消落区覆水到出露沉积物最大磷吸附量、土壤最大缓冲能力在增加,磷零吸持平衡浓度、易解吸磷在降低,表明沉积物在夏季出露落干的过程中,固磷能力增强,释磷能力减弱;消落区土壤首次覆水过程中土壤磷呈现出由源到汇的转变。成库初期,覆水时沉积物主要表现为磷的积累,次年水库开闸放水排沙时,消落区表层富磷沉积物被冲刷排出。
高盐度湖泊艾比湖风生流三维数值模拟
韩龙喜, 陆东燕, 李洪晶, 张德敏, 张芃
2011, 22(1): 97-103.
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根据高盐度湖泊水动力特征,以西北咸水湖泊艾比湖为例,建立三维水动力数学模型。选取典型风场,分析风力作用下的高盐度湖泊风生流形成过程以及风生流水动力参数的三维空间分布特征。结果表明,艾比湖风生流形成在时间上可分为湖水流向和风向一致阶段、湖水运动方向逐渐偏离风向的过渡阶段及环流形成的稳定阶段等3个阶段。当流场达到稳定状态时,表层水体除中部存在若干小尺度环流外,大部分水域流向与风向基本一致;而湖泊中心区域底层水体流向与表层水体的流向大致相反,表现为很明显的补偿流。总体上,水平方向的流速自表层向下呈现递减的变化趋势,岸边流速大于中心流速,表现出与淡水湖泊基本相似的水动力空间分布特征。水体盐度增加对湖泊环流结构无影响。
夏季丰水期河流输入对太湖有色可溶性有机物的贡献
冯龙庆, 刘明亮, 张运林, 殷燕, 时志强, 刘笑菡
2011, 22(1): 104-111.
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结合2008年夏季丰水期对太湖上游直湖港、大浦河、长兜港3条河流有色可溶性有机物(CDOM)吸收和三维荧光的测定分析,探讨了夏季丰水期时河流输入对太湖中CDOM的贡献。3条河流中直湖港CDOM浓度最高,大浦河次之,长兜港最低,反映了太湖北部外源河流污染物输入大于西南部。3条河流内CDOM吸收a(355)的均值为(4.76±0.79)m-1,明显大于湖泊水域的(3.62±0.84)m-1。从河流往河口再往湖泊水域CDOM吸收大致呈现逐渐下降的趋势,反映了丰水期外源河流输入CDOM对湖泊内CDOM的重要贡献。利用平行因子分析法对CDOM三维荧光图谱解析获得4种荧光组分,其中组分1和组分2为类蛋白荧光、组分3和组分4组为类腐殖质荧光,从河口至湖泊水域类腐殖质荧光强度逐渐减小,类蛋白荧光则明显增大,暗示河流主要带来类腐殖质荧光有机物。
不同坡度缓冲带滞缓径流及污染物去除定量化
吴建强
2011, 22(1): 112-117.
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利用构建的东风港缓冲带现场试验基地和设计的径流流量测定装置,模拟上海地区农业面源污染物浓度和典型单次降雨历时及降雨量,对不同坡度缓冲带滞缓径流和农田氮磷污染物去除能力开展定量化试验研究。结果表明:相同植被缓冲带,坡度越小,其滞缓径流和土壤水力渗透的能力越强,19 m长的2%坡度缓冲带径流初始出水时间比5%坡度缓冲带延长了7.3 min,两者的渗流水量比值达到1.74;不同坡度缓冲带渗流氮磷污染物去除量显著高于径流,2%、3%、4%和5%坡度缓冲带对于氮磷污染物的渗流去除量与径流去除量的比值分别为2.32、2.15、1.82和1.64;坡度的变化对缓冲带净化面源氮磷污染物效果的影响显著,坡度越小,缓冲带渗流水量越大,其氮磷污染物的总去除率和单位面积去除负荷也越高,2%坡度缓冲带对氮磷污染的总去除率和单位面积污染去除负荷分别是5%坡度的1.56倍和1.66倍,2%坡度缓冲带对TN、NH3--N、TP的单位面积去除负荷均最高,分别达到0.661 g/m2、0.672 g/m2和0.044 g/m2。
用镭同位素评价九龙江河口区的地下水输入
郭占荣, 黄磊, 袁晓婕, 刘花台, 李开培
2011, 22(1): 118-125.
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为评价九龙江河口区的地下水输入量及其输送的营养盐数量,建立了天然存在的镭同位素224Ra和226Ra的质量平衡模型。镭的源项考虑了河流的输入、河流悬浮颗粒的解吸、沉积物再悬浮颗粒的解吸、沉积物扩散输入、涨潮时外海的输入和地下水的输入;镭的汇项考虑了镭的放射性衰变,以及退潮时河口水的输出。根据镭的质量平衡计算,地下水输入的镭通量约占河口区镭总输入通量的41.9%~56.9%,转换成地下水输入量为1.65亿1.83亿m3/d,该地下水输入量是河流径流输入量的4倍多。以陆源地下淡水占总的地下水输入量的10%考虑,计算获得营养盐输入通量分别为461万mol/d(DIN)、22万mol/d(DIP)、694万mol/d(DSi),它们分别约是河流输入营养盐通量的23%(DIN)、28%(DIP)、77%(DSi)。结果表明九龙江河口的地下水输入量及其所输送的营养盐相当可观,所输入的营养盐是海域富营养化的潜在影响因素,在未来的河口环境管理中应引起重视。
水的生态服务功能研究进展及关键支撑技术
张诚, 严登华, 郝彩莲, 秦天玲, 王凌河
2011, 22(1): 126-134.
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摘要:
作为协调经济发展与生态保护的关键支撑技术,生态服务功能评价研究得到了相关研究者的广泛关注;由于水生态系统日益恶化,与水相关的生态服务功能研究成为生态系统服务功能研究中的热点。从水的生态服务功能内涵出发,对水的生态服务功能研究中的识别、评价方法及驱动机制等热点问题进行了阐述,并提出了水的广义与狭义的生态服务功能内涵和双层生态服务功能识别方法与研究模式。介绍了原型观测技术、基于统一物理机制的生态水文模型与多维度分析等关键支撑技术,同时指出内涵与功能识别不清、评价方法不完善、关键支撑技术尚待开发及应用效果不理想是目前研究中存在的主要问题,对水的生态服务功能研究做了展望。
水库水气界面温室气体通量监测方法综述
赵炎, 曾源, 吴炳方, 陈永柏, 王强, 袁超
2011, 22(1): 135-146.
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摘要:
水库水体中的有机碳,经过水中微生物代谢分解,生成甲烷、二氧化碳等温室气体,通过扩散、气泡等方式,经由水气界面排向大气。目前国外对水库水气界面的温室气体通量监测已经发展了静态箱法、梯度法、倒置漏斗法、TDLAS法以及涡度相关法等。综述了以上监测方法的原理、应用、优缺点及适用范围,从水体、陆地和气候环境方面分析了影响水气界面温室气体排放通量的因素,展望了遥感技术在水库温室气体通量监测中的应用前景,通过遥感技术与水面监测相结合,实现两者的时空互补。对国外开展水库温室气体通量监测的方法进行综述,可为国内水库开展相关监测提供参考。
徐徐清泉 翠竹幽兰——纪念著名水利专家徐乾清院士
刘国纬
2011, 22(1): 147-150.
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摘要:
徐乾清于1925年12月16日出生在陕西省城固县。1949年7月毕业于上海国立交通大学土木系。1949年9月~1953年4月先后在江苏泰州苏北行署水利处和华东水利部任技术员。

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