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2011年  第22卷  第4期

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基于TRMM降水数据的山区降水垂直分布特征
刘俊峰, 陈仁升, 卿文武, 阳勇
2011, 22(4): 447-454.
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选择天山和祁连山区为典型区,利用台站降水数据验证以上两区多卫星降水数据(TRMM)精度的基础上,借助TRMM数据分析了所选山区年降水梯度效应,并探讨了天山及祁连山最大降水高度带.结果表明,多卫星降水数据在天山和祁连山区精度较高,天山及祁连山年降水量都明显受到海拔影响,降水随海拔升高而增加,但天山降水与海拔正相关关系最好,南、北和西坡相关系数分别为0.90、0.81和0.58,多年平均降水直减率分别为11.0mm/100 m、6.3 mm/100 m、7.4 mm/100 m,最大降水高度带则分别位于海拔2 200~3 500 m和3 200~3 700 m和3 000m左右;祁连山东、中、西段降水随海拔有增加趋势,但降水梯度效应在祁连山东段明显高于祁连山中西段地区,梯度效应由东向西呈现递减趋势,其最大降水带主要分布在东段4 000~4 500 m的高山带.
气候变化情景下渭河流域潜在蒸散量时空变化特征
左德鹏, 徐宗学, 李景玉, 刘兆飞
2011, 22(4): 455-461.
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根据渭河流域20个气象站1959~2008年逐日气象资料,以FAO Penman-Monteith法计算的各站逐日潜在蒸散量作为标准值,对基于气温的Hargreaves法进行参数校正以使其适用于渭河流域.应用统计降尺度模型SDSM将HadCM3输出数据降尺度到各站点,生成A2,B2两种情景下各站未来日最高、最低气温数据,将其输入校正参数后的Hargreaves模型,从而分析未来气候变化情景下渭河流域潜在蒸散量以及最高、最低气温的时空变化趋势.结果表明:各站校正后Hargreaves法可用于估算未来情景下渭河流域潜在蒸散量;两种情景下流域日最高、最低气温和年潜在蒸散量较基准期均呈现明显上升趋势,且B2情景低于A2情景下增幅;各区域年潜在蒸散变化量在未来3个时期均呈现明显递增趋势,增幅较大地区主要分布在渭河南岸,而渭河北岸大部分变幅较小.
IPCC AR4气候情景下长江流域径流预测
鞠琴, 郝振纯, 余钟波, 徐海卿, 江微娟, 郝洁
2011, 22(4): 462-469.
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通过评估IPCC第四次评估公开发布的22个全球气候模式对长江流域降水和气温的模拟性能,选取了BC-CR-BCM2.0等7个气候模式,利用这些GCM s在A1B、A2和B1三种典型排放情景下的未来气温和降水预测结果,结合BP神经网络模型,在对模型验证效果良好的基础上,预测未来气候变化下长江流域径流变化趋势.结果表明,长江流域未来年平均径流量呈减少趋势,宜昌水文站以枯水年减少为主,未来年平均流量比历史年平均流量减少了520 m3/s;大通水文站则以平水年减少为主,比历史年平均流量减少了250 m3/s,水量的减少对南水北调东中线的调水规模和调配、管理提出了较大的挑战.长江流域多年平均月流量增加将主要发生在1~6月,而7~12月将以减少趋势为主.宜昌站和大通站的1~6月份平均增加幅度分别为29.6%和13.8%,7~12月份的平均减少幅度分别为-18.2%和-11.0%,宜昌站的变幅要高于大通站.宜昌站汛期呈减少趋势,平均为-8.5%,非汛期略有增加.大通站变化趋势与宜昌站相反,汛期呈增加趋势,平均为2.3%,非汛期略有减少.
乌伦古湖最低生态水位及生态缺水量
梁犁丽, 王芳, 汪党献, 王浩
2011, 22(4): 470-478.
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确定乌伦古湖的生态保护目标是流域水资源合理、高效配置的前提和基础.针对乌伦古湖冷水系淡水鱼类的生存繁殖特征,提出了基于干旱区湖泊鱼类~盐度~水量关系的湖泊最低生态水位计算方法,并根据该方法计算得到布伦托海和吉力湖的最低生态水位分别为476.12 m和478.12 m.由水量平衡关系进一步计算了湖泊最小生态需水量和接近95%、75%、50%降水频率年和多年平均降水条件下另需补充的水量,即乌伦古湖除定量调水外的缺水量分别是6.44亿m3、5.33亿m3、2.20亿m3和1.06亿m3.实际应用和相关佐证表明,该结论可信度较高.
同位素信息确定Philip入渗模型稳定入渗率
王涛, 包为民
2011, 22(4): 479-483.
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通过流域水循环中各要素同位素含量的测定,扩大建模信息利用量,增加确定模型参数所需信息,提高参数可识别性,可在一定程度上减少参数的不确定性.以仅有两个参数且物理意义明确的Philip入渗模型为例,利用同位素信息确定Philip入渗模型参数稳定入渗率,并通过室内降雨入渗实验来检验同位素信息确定模型参数结果.结果表明,利用同位素信息确定的Philip入渗模型稳定入渗率与实测值接近.氢氧稳定同位素的分析精度对利用同位素信息确定模型参数结果有一定影响.
温度对土壤水分运动基本参数的影响
高红贝, 邵明安
2011, 22(4): 484-494.
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为探讨土壤温度变化对土壤中水分运动过程和运动参数影响机理,在室内实验的基础上结合理论探讨,对不同温度条件下实验土壤的水分特征曲线、导水率、扩散率和比水容量等土壤水分运动基本参数的温度效应进行了研究分析.结果表明:土壤温度对土壤水分性质及土壤结构性质影响显著,二者共同作用使得土壤水分运动过程发生改变,且其影响效应可通过土壤水分动力学参数的温度效应进行定量描述;温度变化对土壤水分性质的影响主要造成土壤中水分动能和势能的改变,对土壤结构性的改变主要作用于土壤水分的势能;不同质地土壤受温度变化影响具有明显差异;砂性轻质土壤,土壤水分运动过程中可忽略温度变化对其结构造成的影响,但粘粒含量较多的粘重土壤则应予以考虑.
易盐渍区粘土夹层对土壤水盐运动的影响特征
余世鹏, 杨劲松, 刘广明
2011, 22(4): 495-501.
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针对黄淮海冲积平原土壤剖面中粘土夹层普遍存在的现象,在典型易盐渍区开展模拟易盐农田常规种植条件下水盐运移的大型土柱实验,基于长达20年的长系列监测数据分析,系统研究易盐渍区不同土体构型和地下水位等代表性条件下的土壤水盐运移规律和粘土夹层的影响特征.研究结果表明:粘土层有良好的保水和隔盐能力,尤其对表土积盐的抑制效果显著,且抑盐效果随粘土层厚度增加而提升;含粘土夹层土体表土积盐的地下水埋深范围更小,表土积盐高峰出现在1 m左右地下水埋深,全剖面粉砂壤土土体的表土积盐高峰出现在1.5 m左右地下水埋深、且地下水埋深小于阈值2.5 m时极易引发盐渍害;粘土夹层对土壤盐分运移有双重影响,在其可抑制表土积盐的同时,粘土层部位易积盐,水土资源利用过程中需监测和防控其次生盐渍化风险.
弯曲河段床面分形特征及床面阻力试验研究
江磊, 陈立, 周银军, 闫涛
2011, 22(4): 502-508.
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根据概化水槽试验的结果,引入河床表面分形维数(以下简称BSD)用于河床表面形态的量化研究,并对BSD的计算方法、弯曲河道的分形特征及BSD值的大小与床面阻力的关系进行了探讨.结果表明,BSD的大小在大尺度上能够反映河段在纵向上的深泓起伏程度和横向的滩槽差,在小尺度上能反映河床表面相对的冲淤幅度,即弯曲河段床面具有明显的分形特征,同时也说明BSD可作为河床表面粗糙高度的一种量度,从而进一步研究了床面阻力与河床表面BSD的关系,研究表明床面阻力会随着河床表面BSD的增大而增大,但对于中小水流量和大水流量,床面阻力与河床表面BSD的关系可明显的分为两个区.
渗流作用下床面切应力响应机理
李寿千, 陆彦, 陆永军
2011, 22(4): 509-515.
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由于河床底部渗流的引入,传统的床面切应力测量方法不再适用,床面切应力对渗流的响应机理研究目前仅限于基于相关假定的理论分析和间接的推算,不同学者得出不同甚至相反的结论.利用自行设计的渗流床面切应力直接测量装置,对不同明渠水流及渗流组合动力条件下的床面切应力进行了测量.结果表明渗流作用下床面切应力变化与相对渗流强度vs/U关系密切,一般在|vs/U|<0.2%时出现拐点,在0.2%<|vs/U|<0.4%时出现临界点,并指出相对渗流强度vs/U的取值是已有研究成果相矛盾的关键因素.
一维-二维耦合的河湖系统整体水动力模型
王智勇, 陈永灿, 朱德军, 刘昭伟
2011, 22(4): 516-522.
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为对自然界中的复杂水流系统进行整体水动力数值模拟,建立了适用于河湖系统的一维-二维耦合模型.将河网计算中用于处理河段间耦合的汊点水位预测校正法应用到一维-二维耦合边界的处理中,即耦合边界水位预测校正法.该方法具有一维、二维模型计算完全独立,可有效利用现有模型的优点.与传统一维-二维耦合处理方法相比,耦合连接条件的满足程度较高且可通过对计算容差的调整进行有效控制.利用理想及实际例子进行了计算验证,结果表明该方法具有较好的实用性.
正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法
周刚, 郑丙辉, 胡德超, 雷坤, 乔飞
2011, 22(4): 523-531.
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N-S方程数值模拟的精度和效率一直是计算流体力学的重要研究课题.结合欧拉-拉格朗日方法(ELM)和交替方向隐式方法(ADI)建立正交曲线坐标系二维浅水方程的ELADI(Eulerian-Lagrangian alternating direction implicit method)有限差分方法,详细阐述了基本原理和离散方法,分析了ELM方法的数值扩散特性,并通过室内水槽和天然河道资料与传统ADI方法进行了验证比较.模拟结果表明,ELADI方法在达到一定计算精度的同时,计算效率显著提高,对于某些算例,比传统ADI方法提高近90%,Courant数可以达到40以上.
无粘性土堤漫顶溃决水流运动试验研究
魏红艳, 余明辉, 梁艳洁
2011, 22(4): 532-538.
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堤防溃决时溃口附近水流形态及溃决流量变化过程的正确描述是指导溃口堵复及时避险、预测溃堤洪水演进并进一步评估淹没损失的前提条件.通过弯道水槽中的概化模型试验,根据无粘性土堤防漫顶溃决的溃口变化和水流运动特征,将无粘性土堤防溃决过程分为漫流、冲槽、展宽及稳定4个阶段.试验系统研究了堤防溃决后河道以及溃口附近水位的变化过程,研究了河道洪水流量、洪水位和筑堤材料对溃口处水位的影响.基于大量的试验资料,进一步归纳总结出溃决流量与溃口口门宽度及溃口处水头变化之间的关系.
三峡水库蓄水初期近坝区淤积形态成因初步分析
假冬冬, 邵学军, 张幸农, 周建银
2011, 22(4): 539-545.
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三峡水库蓄水运用后,库区泥沙淤积将显著增加.基于三维水沙数值模型及实测资料分析,对水库蓄水初期近坝区泥沙淤积形态的成因进行了初步探讨.研究结果表明坝前淤积形态的成因既与坝前水流流态的三维特性有关,又与水库蓄水初期坝前淤积物颗粒特性有关.水库蓄水初期沉积在近坝区的泥沙颗粒较细,初始干容重较低,使得淤积物表现出一定的浮泥特性.坝前淤积总量较大主要是宽谷河段水流特性造成的;而基底深槽处淤积物厚度较大、淤积面呈水平状的主要原因则是浮泥状淤积物在重力作用下向河底运动、并沿深泓线在基底深槽中汇集.
三峡水库香溪河支流水域温室气体排放通量观测
赵炎, 曾源, 吴炳方, 王强, 袁超, 许志榕
2011, 22(4): 546-553.
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开展对香溪河支流水体的温室气体排放观测,有助于增加对三峡水库支流温室气体排放情况的了解以及水华对温室气体排放的影响.研究采用静态箱-气相色谱法,于2009年10月至2010年10月先后11次开展对香溪河支流水体3种温室气体(二氧化碳、甲烷、氧化亚氮)排放强度的观测,结果表明:观测期间香溪河支流的二氧化碳平均排放通量约为76.52 mg/(m2·h),排放强度与水体中叶绿素a浓度呈显著负相关,支流水华期间,二氧化碳排放通量小于0,表现为对大气中二氧化碳的吸收;支流甲烷平均排放通量约为0.244 9 mg/(m2·h);氧化亚氮平均排放水平约为0.011 7 mg/(m2·h).通过将甲烷平均排放水平与三峡水库其它区域开展的研究结果进行对比表明:三峡水库的甲烷排放水平很低,明显不同于已有基于国外水库平均排放水平对三峡水库全区甲烷排放的估算结果.
三峡水库对长江河口北支咸潮倒灌影响探讨
唐建华, 赵升伟, 刘玮祎, 陶静, 缪世强
2011, 22(4): 554-560.
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为了解三峡水库的运行对长江河口北支咸潮倒灌的影响,对三峡水库初步运行前后北支咸潮倒灌的变化进行了分析.结果表明:三峡水库运行后,受水库下泄水量变化影响,北支咸潮倒灌时间提前,10~11月咸潮倒灌强度增加,12月至次年4月倒灌强度减弱,咸潮倒灌强度的降幅小于增幅;在咸潮倒灌最为严重和长江口淡水利用最为重要的1~4月,水库的实际运行所引起的北支咸潮倒灌减弱的幅度并不大;三峡水库的实际运行使得北支咸潮倒灌的强度在各月重新分配,但对一年中整个咸潮期咸潮倒灌的总强度影响不大;水库运行后,北支极端咸潮倒灌的强度降低,这对提高长江口水源地的供水安全及保证率有利.
磨刀溪梯级水电开发对河岸植物群落的影响
孙荣, 袁兴中, 刘红, 黎璇
2011, 22(4): 561-567.
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于2008年采用植被常规调查方法,对磨刀溪干流3个引水式电站对河岸植物的影响进行调查研究,按影响情况,各电站设3个采样点.用植物生活型、物种多样性等参数,衡量小水电对河岸植物群落的影响.共采集到维管植物157种,其中乔木21种,灌木19种,草本植物117种.结果表明:各样地之间河流生境物理因子(流速、水深、底质类型、底质异质性)之间存在显著性差异;总的物种丰富度和草本植物的物种丰富度在各样地间存在显著性差异,乔木和灌木物种丰富度差异不显著;物种多样性方面,各样地之间差异性显著;湿生植物物种丰富度分析表明,小水电的修建,造成坝下样地湿生植物成分较低,与坝上样地和电站出水口样地有明显差异.研究认为,引水式电站的修建使河流河岸植被的连续性受到干扰,不利于河流生物多样性的保护.
河岸带表土层氮素非饱和入渗运移规律模拟
钱进, 王超, 王沛芳, 侯俊, 艾小榆
2011, 22(4): 568-573.
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自制土槽装置,室内模拟氮素在河岸带表土层中非饱和入渗的过程.通过观测土槽中不同点位渗流水体出流时间的先后顺序以及各点水体中TN、NH4+-N浓度随入渗时间的变化,探讨氮素在河岸带表土层中非饱和入渗的运移规律.试验结果表明:在河岸带表土层非饱和入渗过程中,水分水平运移速度小于垂直运移速度,NH4+-N的运移滞后于水分的运移;在土壤"干"-"湿"-"干"过程中,各点TN、NH4+-N浓度值随时间先急剧增加再缓慢减少然后趋于稳定.另外,河岸带表土层对非饱和入渗氮素的截留效果较好,试验11 h时,在1.08m的坡长距离上,距土表面12 cm深度TN、NH4+-N浓度比进水分别下降74.23%和68.02%.
风浪作用下入湖河口内源释放特征
许志波, 卢信, 胡维平, 邓建才, 袁旭音
2011, 22(4): 574-579.
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采用Y型沉积物再悬浮发生装置模拟3种风速条件下典型入湖河流河口沉积物再悬浮和沉降过程.结果表明,随着风速的增大,水柱中悬浮物总量增加;3种风速条件下氨氮(NH4+-N)增量均为负;小风和中风过程,正磷酸盐(PO43--P)总量呈减小趋势,大风过程,正磷酸盐总量出现了明显上升,相对于初始值增加了46%,在5.1~8.7m/s的某一模拟风速条件下PO43--P的释放和吸附达到动态平衡,其表观值与初始值相等.总氮(TN)和总磷(TP)总量随着风速的增加而增大,TN最大增量是初始总量的2倍,而TP则是17倍;风浪过后TN、TP总量基本恢复到初始值.典型风速过程中,营养盐垂向分布无明显规律.
太湖疏浚前后波浪扰动下的底泥再悬浮特征
申霞, 洪大林, 丁艳青, 姬昌辉, 于剑
2011, 22(4): 580-585.
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摘要:
在室内波浪水槽中,研究不同底泥容重、不同波浪动力条件下底泥的再悬浮特征.结果表明:静止状态下,水体垂向悬浮物浓度差别不大,小波作用时底泥未普遍起动,各层悬浮物浓度增加不明显.随着大波浪的作用,底部切应力远大于底泥起动临界切应力,水体悬浮物浓度急剧增加,10 min内悬浮物浓度增加10~15倍,60 min内再悬浮量占总悬浮量的80%左右,悬浮物浓度垂向分层明显.试验底泥湿容重包括1.34 g/cm3、1.47 g/cm3、1.55g/cm3、1.59 g/cm3,比较了3种切应力下,底泥再悬浮量随容重的变化关系,结果均显示水体内总再悬浮量与底泥容重呈高度负线形相关.
水文学方法的演进与诠释
任立良, 江善虎, 袁飞, 雍斌, 龚露燕, 袁山水
2011, 22(4): 586-592.
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摘要:
基于水文学的定义和内涵,应用描述性-解释性-人本性的思想方法,从问题、学科、方法3个维度入手,总结出水文科学发展演进的3条主线,剖析了各条主线不同阶段之间的辨证关系,并认为:体现上述3个维度的3条主线相互交叉,在研究对象、科学认知、方法手段和技术平台层面会形成水文学科新的生长点.针对地球水圈系统复杂多变的态势,加之水文学理论的发展曾受到方法的分割和不同方法之间互不交流的妨碍,诠释了水文学中的经验性方法与理论性公式之间的关系,并着重解读了确定性方法与随机性途径之间对立统一的相容性,最后阐述了背景环境变化和不确定性干扰情形下采取各种不同思维方式的"组合"来研究水文循环路径/过程"组合"的重要性.
深切怀念周恩济教授
刘国纬
2011, 22(4): 593-594.
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摘要:
光阴荏苒,周恩济教授离开我们一年了.我们深深地怀念他.周恩济教授于1917年9月1日出生于杭州市.1941年毕业于浙江大学史地系气象科,随后考入浙江大学研究院地学部,师从著名气象学家涂长望先生,于1943年获硕士学位.

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