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2012年  第23卷  第3期

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流速断面法在长江古流量估算中的应用
李彦彦, 王建, 周晓华, 白世彪, 曹光杰
2012, 23(3): 295-301. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.022
摘要:
河流古流量的估算可以定量化研究流域的水文、气候变化特征。根据收集的多个地质钻孔资料恢复出长江南京段3个古河槽横断面,对古深槽沉积物样品进行14C与ESR年代测定以及沉积相的分析,判定-50~-90m的古深槽形成于末次冰期最盛期。根据古河床沉积物粒度,利用泥沙起动公式计算古河槽不同深处的垂线平均流速,然后利用垂线平均流速和垂线间的过水面积计算单宽流量,最后累加恢复末次冰期最盛期的平滩流量。其计算结果为10000~12000m3/s,与现在1月份多年平均流量相当。该时期的纵坡降为4×10-4~5×10-4,与现在长江上游屏山—宜宾段相当。
黄河平滩流量的多时间尺度现象
张艳艳, 钟德钰, 吴保生
2012, 23(3): 302-309. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.021
摘要:
受气候系统影响的水文系统具有多时间尺度变化规律。由于平滩流量与水沙条件变化关系密切,也必然会呈现出多时间尺度演变规律。基于黄河下游主要测站1950~2007年平滩流量及水沙资料,利用小波分析原理分析了平滩流量、流量和含沙量序列的多时间尺度变化特征,以及不同时间尺度下水沙序列与平滩流量序列之间的相关关系。结果表明,黄河下游主要测站的平滩流量序列存在5~6年和19~20年的主要时间尺度,且水沙条件多尺度变化规律与平滩流量有密切关系。此外,对黄河上游和渭河支流主要测站的平滩流量与水沙条件的多时间尺度进行了分析,发现不同河段的平滩流量序列与含沙量序列存在不同的相位差,且相位差大小随含沙量增大而减少。揭示的黄河平滩流量与水沙条件的多时间尺度变化规律,可为研究河床演变的多时间尺度现象提供参考。
黄土高原区域尺度土壤水分空间变异性
王云强, 邵明安, 刘志鹏
2012, 23(3): 310-316. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.020
摘要:
土壤水分是黄土高原植物生长发育和生态环境重建的主要限制因子。为揭示黄土高原区域尺度深层土壤水分的空间变异性,在黄土高原共布点234个,采集深剖面土壤水分样品12198个。采用经典统计和地统计学相结合的方法系统分析了土壤水分的分布规律、变异特征及影响因素。结果表明:①黄土高原地区土壤水分在水平方向上表现出由东南向西北递减,在垂直方向上(0~500cm)表现出先减小后增加的分布特征;②土地利用对区域尺度土壤水分的数量及垂直分布规律具有显著影响;③土壤水分在不同土层深度(0~500cm)的变异系数、空间异质比等参数的垂直分布均呈先减小后增加趋势,这些参数在表达土壤水分变异的效果上具有一致性。相关结果对黄土高原区域尺度水土过程调控、生态水文过程研究具有一定参考价值。
基于单位线反演的产流误差修正
包为民, 司伟, 沈国华, 张小琴, 李倩
2012, 23(3): 317-322. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.019
摘要:
为提高实时洪水预报的精度,将单位线引入实时洪水预报修正中,建立一种向信息源头追溯的反馈修正模型。用最小二乘估计原理,通过推求产流量误差,用理想模型对误差修正模型进行了验证,并对不同范围的产流量误差修正效果进行对比。在浙江长潭流域对11场历史洪水进行修正验证,效果明显,对预报精度有一定的提高。该方法结构简单,且不增加参数,物理概念清晰,又不损失预见期,可以在实际流域洪水预报中推广应用。
基于最大熵原理和属性区间识别理论的洪水灾害风险分析
邹强, 周建中, 周超, 陈生水, 宋利祥, 郭俊, 刘懿
2012, 23(3): 323-333. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.018
摘要:
针对复杂洪水灾害系统中随机、模糊、灰色等各种不确定性,结合洪水灾害风险管理广义熵智能分析的理论框架,以最大熵原理和属性区间识别理论为基础,建立了基于最大熵原理的洪水灾害风险属性区间识别模型(AIRM-POME),利用梯形模糊数和层次分析法相结合的方法确定评价指标权重,采用均化系数综合AIRM-POME计算得到的属性测度区间,由置信度准则和特征值公式对各评价单元进行危险、易损等级的评定和排序,并根据联合国对自然灾害风险的定义及其定量表达式给出风险等级。将模型应用到荆江分洪区洪水灾害风险分析中,实例研究表明,模型合理可靠,深层次地刻画了各种不确定性,是一种风险分析新方法,可推广应用到其他自然灾害的风险分析中。
城市洪水灾害易损性多属性动态评价
王绍玉, 刘佳
2012, 23(3): 334-340. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.017
摘要:
近年来极端天气事件频发,尤其洪水灾害日趋频繁并且影响深远。在众多易损性概念基础上,进一步明确了城市易损性的内涵,并构建了城市洪水灾害易损性的评价指标体系。针对传统多属性决策方法——逼近理想解排序法(TOPSIS)不能比较正、负理想解中垂线上点的问题,采用Kullback-Leibler距离计算评价对象与正理想解的贴近度,建立了KL-TOPSIS模型,应用该模型对哈尔滨市2005~2009年洪水灾害易损性进行了动态评价,得出其易损性先升后降的结论,并通过横向比较发现哈尔滨市的洪水灾害易损性要小于同时期的沈阳市、武汉市和上海市。
城区雨洪利用策略及雨洪滞蓄系统容量分析
蔡燿隆, 邱奕儒
2012, 23(3): 341-345. doi: CNKI: 32.1309.P.20120224.2002.007
摘要:
台湾有将近80%的人口居住于城市地区,使得供水系统负荷增加、脆弱度提升,而城市化也导致径流量增加使得洪灾风险提高。拟整合供水、灾备用水和雨洪消减,并对雨洪滞蓄系统进行雨洪利用策略及容量分析研究。以台湾新北市秀峰国小为基地,规划雨水储留供水系统、渗透侧沟系统、生态池系统串联的雨洪滞蓄系统,建立多目标替代方案进行分析评估。采用绿色建筑设计方法结合合理化公式进行降雨径流演算。结果表明,在各替代方案下,系统需设置容量55~185m3,径流量削减率为26.5%~100%、洪峰削减率为15%~100%、供水率为5%~7.5%、灾备用水天数则从3d提升至19d。所提出的规划方法可以较小的设置容量达到雨洪滞蓄多目标利用效果。
黄河流域夏季有效降水转化率
李进, 李栋梁, 张杰
2012, 23(3): 346-354. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.016
摘要:
利用NCEP/NCAR再分析资料及中国实测雨量资料,分析发现黄河流域夏季整层降水转化率普遍较低,因考虑到整层中应有某一气压层具有最有利的水汽输送、抬升凝结和垂直运动条件,由此将该气压层定义为有效降水转化率层(简称有效层),降水与有效层可降水量之比称为有效降水转化率。通过分析黄河流域夏季各分区垂直速度与水汽等因子,确定上、中、下游夏季有效层分别为地面~500hPa、600~400hPa、850~600hPa。对比分析表明:夏季各区平均水汽收支与降水转化率,各自在整层和有效层上的逐年演变趋势均一致,峰谷相对应,且49年间降水转化率在有效层上的数值均大于整层的。夏季有效降水转化率在青藏高原上空及中游东部最高,高原东北侧最低,旱、涝年与多年平均状况下的分布形式虽然一致,但涝年的数值明显大于旱年。
三峡工程蓄水运用以来水库排沙效果
陈桂亚, 袁晶, 许全喜
2012, 23(3): 355-362. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.015
摘要:
针对三峡水库蓄水运用以来排沙比问题,在深入研究三峡水库不同蓄水运用阶段水库排沙效果的基础上,着重研究各年年内蓄水排沙过程,系统地分析水库排沙效果的影响因素。结果表明:库区河道特性、入库水沙条件以及坝前水位的高低是水库排沙比变化的主要影响因素。2003年6月~2010年12月,水库排沙比为26.1%。水库排沙主要集中在汛期5~10月,排沙比为29.0%。尤其是在洪峰期间,库区水流流速较大,水流挟沙能力强,进入水库的泥沙大部分能输移到坝前,水库排沙比较大,当入库流量大于30000m3/s时,水库最大排沙比可达81.0%。此外,随着汛期坝前水位的抬高,水库排沙效果有所减弱,尤其是粗颗粒泥沙的多少也很大程度上影响水库排沙效果,水流的挟沙能力随着水流流速的减小而减小,粗颗粒泥沙的排沙比随之发生较全沙更为明显的减小。
水库浑水异重流潜入点判别条件
李书霞, 夏军强, 张俊华, 刘沛清, 王艳平
2012, 23(3): 363-368. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.014
摘要:
泥沙淤积是影响多沙河流水库寿命的一大难题,而异重流排沙是减少库区淤积的重要措施之一。异重流的潜入现象是异重流开始形成的直观标志,研究异重流潜入条件的判别方法有助于掌握异重流在库区内的演进规律。总结了水库异重流潜入条件的定性描述及定量计算方法,指出已有的潜入点判别公式的优缺点及适用范围,改进了描述异重流运动的动量方程,同时分析了异重流流速与含沙量沿垂线不均匀分布对动量传递的影响;在此基础上提出新的异重流潜入条件判别式,并用多组室内及野外实测资料对该判别条件进行率定与验证。分析结果表明,新的计算公式可用于判别小浪底库区异重流的潜入条件。
明渠弯道水流平均运动规律试验研究
陈启刚, 钟强, 李丹勋, 王兴奎
2012, 23(3): 369-375. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1618.013
摘要:
利用高频粒子图像测速PIV(Particle Image Velocimetry)系统对明渠弯道水流进行了测量,在两种不同试验方式的配合下,不仅提供了大量高精度的平面二维流场数据,还成功重构了弯道水流的三维平均流速场,为深入研究弯道水流复杂的时均流动结构提供了试验依据。试验结果表明,由于弯道曲率不连续,水流主流区在弯道入口位于凸岸附近,随后在离心力的作用下逐渐转移至凹岸,并一直维持至弯道出口;凹岸顶托及环流运动导致不同横向位置处的纵向流速剖面近床面区域速度梯度及最大流速的位置沿程发生改变;弯道曲率越大,最大水深平均纵向流速转移至靠近凹岸一侧的位置离弯道入口越远;受上游直段二次流的影响,环流运动在弯道入口断面呈三涡结构,随后快速衰减为双涡结构;弯道主环流的强度沿程先增加后减小,涡核位置沿程往复摆动。
非均质介质中重非水相污染物运移受泄漏速率影响数值分析
施小清, 姜蓓蕾, 吴吉春, 徐红霞, 姜月华, 苏晶文
2012, 23(3): 376-382. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1617.011
摘要:
重非水相污染物(DNAPL)在地下介质中运移和分布受多种因素控制,包括DNAPL本身的物理化学性质,土的性质,泄漏条件等等。由于介质的非均质性,使得多相流运移行为更为复杂。基于地下水随机理论构建渗透率随机场,采用蒙特卡罗方法探讨泄漏速率对非均质饱和介质中DNAPL运移的影响。数值结果表明,在泄漏总量一定的情况下,泄漏速率越低,介质非均质性对DNAPL运移的影响程度越高。反之,DNAPL的渗漏速率越高,小尺度地层的非均质性影响越低。由于DNAPL运移过程中在垂直方向受重力的影响,污染羽在空间上的质心位置(一阶矩)以及展布范围(二阶矩)在垂直方向上的变异程度要高于水平方向。
二维输运方程高精度数值模拟
邵军荣, 吴时强, 周杰, 吴修锋
2012, 23(3): 383-389. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1617.010
摘要:
采用剖开算子法,把二维输运问题剖分为两个子初值问题(对流分步、扩散分步)。在任意三角形网格中,分别对不同性质的算子采用各自适合的算法,即采用特征线法求解对流分步,采用半隐式有限元法求解扩散分步。重点探讨了对流插值问题,给出了一种完全对称三次插值模式,有效地减少了数值阻尼。为了克服高阶插值数值震荡问题,计算中保证了函数及其一阶偏导数连续。算例表明,数值方法模拟结果与精确解吻合较好。该算法在求解输运方程(包括纯对流输运方程)时,既能有效减少数值阻尼,也能保证计算中不出现数值震荡。
横流中多孔射流流动特性实验研究
肖洋, 雷鸣, 李开杰, 刘贵平, 闫静
2012, 23(3): 390-395. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1617.009
摘要:
横流中多孔射流的流动特性是揭示其输移扩散机理的基础。利用粒子图像测速技术PIV测量了横向流动条件下单孔、两孔和四孔射流的速度场,对射流主体范围内、射流的迎流面和各个射流之间的流场进行了研究。实验研究表明,多个射流中的第1个射流迎流面卷吸强度明显大于单个射流情况;两个射流之间的区域可分为两个部分,上游部分水体被卷吸进入上一个射流,下游部分水体被卷吸进入下一个射流;后面射流迎流面的横向流速明显低于第1个射流迎流面的横向流速,揭示了导致后面射流弯曲的横向有效流速沿程发展变化过程;揭示了横向有效流速的沿程变化规律。
梯级施工导流系统整体风险分析
张超, 胡志根, 刘全
2012, 23(3): 396-402. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1617.008
摘要:
进行流域梯级水电站开发,对相邻两座同期建设的水电工程组成的梯级施工导流系统进行整体风险分析意义重大。基于风险分析理论,考虑梯级施工导流系统水文和水力的不确定性,建立了系统整体风险数学模型。在此基础上构建了不同洪水组合情况下的风险计算模型,并利用Monte-Carlo方法耦合主要风险因素进行模型求解。同时,针对洪水过程遭遇情况下的风险模型,通过引入起始时间差随机因素来计算下游导流系统施工洪水过程。工程实例分析证明,风险分析模型和方法是可靠、有效的,为流域梯级开发条件下施工导流标准选取及导流方案优选提供重要依据。
基于反射光谱的珠江口咸潮遥感方法
方立刚, 李宏丽, 陈水森
2012, 23(3): 403-408. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1617.007
摘要:
为监测珠江口河网区水体的盐度变化,基于同步测量的水体黄色物质、盐度和水体表面光谱数据,利用MATLAB分析了水体光谱反射率和黄色物质浓度之间的关系。结果表明:在磨刀门水道,反射率与黄色物质在400nm处的吸收系数g400有较好关系,在R704/R513处,R2=0.70;在虎门水道,g400与反射率比值R703/R488之间也有较强的负相关,R2=0.58。同样,又分析了磨刀门和虎门水道黄色物质吸收系数与表面盐度的关系,都发现了较好的相关性,R2>0.67。根据以上分析,得到了一种珠江口河网区水体表面盐度监测的新方法,并采用中等分辨率成像光谱仪(MERIS)的模拟数据来进行模型验证,结果表明利用MERIS数据对珠江口河网区咸潮进行监测是可行的(均方根误差小于0.308%)。
钱塘江河口段盐水入侵的时空变化及预测模型
史英标, 潘存鸿, 程文龙, 尤爱菊
2012, 23(3): 409-418. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1617.005
摘要:
杭州城市供水85%取自钱塘江河口段,取水水质在枯水大潮期都不同程度地受到盐水入侵的威胁,分析钱塘江河口盐水入侵时空变化及研制二维数值预测模型对保障城市供水安全十分必要。根据钱塘江河口段实测水文氯度资料,分析了强潮作用下盐水入侵的时空变化特征;据此构建考虑斜压作用的二维水流、盐度输移的耦合数学模型,计算格式采用守恒性较好的有限体积法;在模型验证的基础上,数值分析了径流和潮汐对钱塘江河口段盐水入侵的影响,结果表明河口段的盐水入侵明显地受径流和潮汐的影响,据此可通过增大上游新安江水库的下泄流量抑制盐水入侵上溯以减小取水口氯度及超标时间,确保用水安全。
水库对河流水温影响的评价指标
宋策, 周孝德, 唐旺
2012, 23(3): 419-426. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1617.004
摘要:
水库对其下游河道水温影响是目前水电工程环境影响评价的重要内容之一。在分析水库干扰后的河流水温波动特征的基础上,构建了水库对其下游河道水温影响的评价指标:基线偏离指标、相位偏移指标和极值变幅指标。对各指标含义进行界定并建立其函数表达式,提出水库对河流水温影响的指标评价方法。选取黄河上游已开发梯级水库为例,应用提出的指标评价了该梯级水库对河流水温的时空影响。研究表明:对于不同调节类型的水库,指标能够敏感地辨析水库对河流水温季节性波动、水温滞迟和均化作用等影响;也可判别其对水温影响的主要特征。此外,针对受影响河段的不同位置分析各指标的波动趋势,可揭示梯级水库对其下游河道水温累积影响的变化程度。提出的指标具有通用性,可为其它流域开展水库水温影响研究提供科学参考。
气候影响评价中统计降尺度若干问题的探讨
刘昌明, 刘文彬, 傅国斌, 欧阳如琳
2012, 23(3): 427-437. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1616.002
摘要:
全球气候模式是目前研究未来气候变化的重要工具,然而其较低的空间分辨率使其难以被直接用于区域尺度的气候影响评价中,统计降尺度常常被用于弥补这一不足。对统计降尺度的3种主要方法:转化函数法,天气分型法和天气发生器法的最新研究进展进行了归纳;论述了统计降尺度中的各种不确定性;总结了统计降尺度在中国的发展和应用。统计降尺度与动力降尺度的比较和结合、极端事件的降尺度以及统计降尺度的不确定性将成为未来的主要发展方向。
海岸动力环境下射流运动研究综述
徐振山, 陈永平, 张长宽
2012, 23(3): 438-444. doi: CNKI: 32.1309.P.20120501.1616.001
摘要:
开展海岸动力环境下射流运动规律和扩散机理研究,对于丰富复杂动力条件下的射流基本理论、指导沿海地区污水有序向海排放有着重要的理论和现实意义。系统回顾和总结了国内外在这一领域的研究内容和相关研究成果,评述了潮流(水流)、波浪和波流环境下射流运动规律的研究进展,指出了进一步开展波流相互作用下射流运动研究的可行性和必要性,并提出了利用物理实验和大涡数值模拟手段对波流共同作用下射流特性进行综合研究的思路和方法。
怀念詹道江教授
刘国纬
2012, 23(3): 445-446.
摘要:
2012年6月15日是中国著名水文学家、水文教育家詹道江教授逝世一周年纪念日,先生慈祥的笑容、矍铄的风采跃然眼前,心中涌起深深的怀念。詹道江教授1917年5月出生于湖北省红安县,1943年7月毕业于中央大学,1943~1952年先后任教于上海大学和上海交通大学。1952年全国高等学校实施院系调整,是年9月詹先生奉调南京参加筹建华东水利学院,此后一直在华东水利学院(现河海大学)任教,直至逝世。在60多年的峥嵘岁月里,詹道江教授为中国水利高等教育事业奉献了毕生的精力。