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2012年  第23卷  第6期

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浅谈降水氘剩余值的产生
马洪云, 尹立河, 马立军
2012, 23(6): 745-750. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1801.021
摘要:
从同位素分馏的气-液相界面特征的视角出发,分析自然条件下水面蒸发和降水冷凝的同位素分馏过程存在的差异,分析表明降水氘剩余值产生的直接原因为水面蒸发过程与降水冷凝过程分别遵循动力学分馏与平衡分馏原理,而界面效应是决定蒸发-冷凝过程会否受到动力学过程影响的内因。水面蒸发过程的比界面面积较小,界面效应较大,水分子扩散作用显著,因此,自然条件下水面蒸发过程需要考虑水分子扩散的动力学过程,属于非平衡分馏;相反,降水冷凝过程的比界面面积巨大,界面效应影响很小,分馏基本不受分子扩散分馏影响,降水冷凝过程符合平衡分馏原理。用以上结论作为假设条件,模拟10~40℃从海水蒸发到降水冷凝的水循环过程,模拟结果与全球降水线相吻合,佐证了造成降水氘剩余产生的内在原因为水面蒸发过程与降水冷凝过程的界面效应不同的结论。
白洋淀渗漏对周边地下水的影响
袁瑞强, 宋献方, 王鹏, 张应华, 王仕琴, 唐常源
2012, 23(6): 751-756. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1801.020
摘要:
为查明受污染的白洋淀地表水渗漏范围,对周边地下水主要离子水化学的影响,并评价地下水是否适用于灌溉,在该区域现场测定了地表水及地下水pH、EC(Electric Conductivity)和ORP(Oxidation-Reduction Potential)等参数,采样分析各水体D、18O和主要离子组成,结合判别分析和钠吸附比RSA(Sodium Adsorption Ratio)讨论。结果表明,淀水渗漏使浅层地下水电导率升高,氧化还原电位值降低,且更加富集重同位素;唐河污水库周边浅层地下水SO42-和Na+含量明显增大。浅层地下水的δ18O值结合水位埋深有效地标记了淀水渗漏影响地下水的范围。浅层地下水主要受到白洋淀渗漏的影响,唐河污水库附近的浅层地下水受污水库渗漏影响。污染地表水渗漏使得浅层地下水水质普遍下降,白洋淀西部和唐河污水库周边浅层地下水不适宜用于灌溉。
采煤沉陷对风沙区土壤非饱和水分入渗的影响
臧荫桐, 丁国栋, 高永, 汪季, 何志, 周瑞平, 王健
2012, 23(6): 757-767. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1801.019
摘要:
为研究采煤沉陷后风沙区土壤水分入渗变化规律,通过定水头注水结合入渗湿润峰测定的方法,对毛乌素沙地南缘补连塔矿区沉陷于2004、2005年的2个沉陷区土壤水分非饱和入渗变化进行研究,结果表明,垂直入渗观测时段(入渗开始后0~175 min)后期,与坡面剖面相比,丘间低地较多剖面垂直湿润峰的间距明显较大,垂直入渗持续能力较强。2004年沉陷区坡面未裂处平均垂直入渗速率、第175 min垂直入渗深度显著超过对照区坡面(P<0.05),2005年沉陷区坡面未裂处平均侧渗速率显著超过对照区坡面(P<0.05)。沉陷区丘间低地垂直入渗速率在入渗10 min左右前期升高后期降低,侧渗速率在入渗10~12 min的前期升高后期降低;沉陷区坡面垂直入渗速率、侧渗速率在大部分观测时段内升高。因子分析表明沉陷区入渗特征是丘间低地垂直入渗偏强,坡面侧渗偏强。
鄱阳湖自然保护区湿地植被群落与水文情势关系
张丽丽, 殷峻暹, 蒋云钟, 王浩
2012, 23(6): 768-775. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1800.018
摘要:
以鄱阳湖自然保护区为研究对象,通过构建植被群落-水文参数直方图和计算敏感性指数,分析植被群落对水文条件变化的耐受性和敏感性,研究湿地植被群落与水文情势的关系。结果表明,在鄱阳湖自然保护区内,不同的植被群落对水文情势变化的耐受性和敏感性不同,苔草群落、假俭草群落对水文条件变化敏感性较低;苔草-廖子草群落、苔草-虉草群落和虉草-苔草群落对水文条件变化的敏感性较高,喜欢相对湿润的环境;南荻群落所能承受的水文条件变化范围较窄,喜欢相对干旱的环境。
基于水流阻力与图论的河网连通性评价
徐光来, 许有鹏, 王柳艳
2012, 23(6): 776-781. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1800.017
摘要:
河网连通是区域防洪、供水和生态安全的重要基础。基于图论将河网概化为图模型,考虑不同类型河道输水能力差异,以河道水流阻力倒数表征水流通畅度,并以河道水流通畅度为权值,借助ArcGIS平台建立河网图模型加权邻接矩阵,再利用MATLAB工具进行顶点水流通畅度计算和河网连通度分析,从而实现对河网连通性的定量化分析。以太湖流域嘉兴平原河网为例,进行河道疏浚前后的河网连通程度定量评价,结果表明河道疏浚后河网连通度明显增加。
基于DRAINMOD-S模型的滨海盐碱地农田暗管排水模拟
张展羽, 张月珍, 张洁, 马海燕, 朱文渊
2012, 23(6): 782-788. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1800.016
摘要:
在分析农田暗管排水饱和-非饱和土壤水、盐运移数学模型的基础上,对DRAINMOD-S模型的基本原理和参数输入要求进行了详细描述,利用典型滨海盐碱地区实测土壤、气象、作物等资料,用DRAINMOD模型对不同排水暗管布置方案的地下水埋深进行了长序列模拟,在模拟率定参数的基础上,用DRAINMOD-S模型对0~80 cm土壤层剖面含盐量进行了模拟,结果表明:模型具有良好的水文模拟性能,地下水位及土壤含盐量模拟值与实测值拟合精度较高;可用于预测盐碱地地下水埋深、土壤层剖面中盐分含量,是改良盐碱地农田暗管排水工程设计和水管理的有效工具。
河床地形影响潜流交换作用的数值分析
鲁程鹏, 束龙仓, 陈洵洪
2012, 23(6): 789-795. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1759.015
摘要:
选取对潜流交换具有重要影响的河床地形作为主要研究内容,采用数值模拟(MODFLOW程序)的方法研究在河床横剖面地形不均匀的条件下,潜流交换量的空间分布以及地下水流场的演变机制。结果表明:在河床地形起伏不均的情况下,潜流交换量更易发生在河道的深水区域;地下水流向受河床地形影响较小;近河床界面处的地下水流速受地形起伏影响剧烈,深水区域的地下水流速远大于浅水区地下水流速;通过与现场试验结果对比分析,得出河床地形起伏是引起潜流带渗透系数非均质现象的重要原因之一。
含底坡项浅水方程的一种数值求解方法
朱德军, 陈永灿, 刘昭伟, 李钟顺
2012, 23(6): 796-801. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1758.014
摘要:
激波捕捉格式能处理含强间断的浅水方程,因为必须采用关于守恒变量的守恒形式方程,作为水流实际驱动力的水位梯度项被分解为压力梯度项和底坡项,如果离散格式不能很好地平衡这两项的作用,将导致不准确的结果。基于理论推导,提出了一种新方法,在单元内部采用非守恒形式,保留水位梯度项,在界面处采用守恒格式捕捉间断。利用4个具有代表性的算例对提出的方法进行了验证,结果表明,该方法能够处理变化地形上的强间断和流态变化,并能够准确捕捉扰动的传播过程。
海啸波作用下泥沙运动——Ⅱ.床沙组成变化分析
蒋昌波, 陈杰, 程永舟, 邓斌, 隆院男
2012, 23(6): 802-807. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1757.012
摘要:
在波浪水槽实验的基础上,对海啸波作用下的床沙组成变化规律开展研究。实验采用1/10~1/20的组合坡度,选取N波作为入射波。实验对波高进行采集,对波浪的上爬、回落和水跃过程进行拍摄记录,对每个波作用后的地形进行测量,并对初始和最终的床面顶层泥沙进行采样筛分。实验结果表明,N波作用下泥沙在离岸区水跃发生区域堆积,淤积沙坝泥沙粒径呈粗化趋势。同时采用规则波和非规则波进行对比,波浪作用后形成岸滩也为沙坝剖面,淤积沙坝泥沙粒径呈细化趋势,结果均遵循Çelikoğlu提出的泥沙运动的基本规律,细颗粒泥沙会在强烈的紊动作用下从床面中被筛选出来,并被搬运到低紊动地区,此过程造成了剧烈紊动区泥沙的粗化。
紊流对粘性细颗粒泥沙絮凝影响
柴朝晖, 杨国录, 王茜, 余明辉
2012, 23(6): 808-814. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1757.011
摘要:
以分形聚集生长模型为基础,通过三维模拟泥沙颗粒在布朗运动、重力沉降和紊流作用下的碰撞、粘结和破碎过程,探讨了紊流对粘性细颗粒泥沙絮凝速度、絮团平均粒径及分形维数的时空影响。试验结果表明:紊流作用下,泥沙絮凝及絮团平均粒径的变化可分为加速段、等速段和减速段,絮凝等速段的作用时间及粒径等速增长段的速度均随紊动强度呈先增后减的规律,且中部区域的絮凝速度和絮团平均粒径较小;泥沙絮团分形维数随水流紊动强度的增加逐渐增大,最终趋于稳定,随时间呈先减后增的规律。模拟空间下部区域分形维数最大,上部次之,中部最小。
河口沉积物孔隙水营养盐分布特征及扩散通量
董慧, 郑西来, 张健
2012, 23(6): 815-821. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1757.010
摘要:
通过2010年夏季在李村河口潮滩区3个站位的采样分析,研究了孔隙水营养盐的分布特征,并利用Fick第一定律估算了沉积物-水界面间营养盐的扩散通量。结果表明,孔隙水营养盐在不同站位间质量浓度不同,呈现出自河口上游向下游逐渐降低的分布趋势。NH4+-N质量浓度为26.21~53.10 mg/L,是孔隙水中营养盐的主要组分。沉积物中有机物的降解反应主要在还原状态下进行,营养盐质量浓度在垂向上的变化受有机质含量及沉积物氧化还原环境改变的综合影响。除NO3--N外其他营养盐均由沉积物向上覆水体扩散,沉积物是底层水体营养盐的重要来源。
水流交汇区污染物输移扩散特性
魏娟, 李然, 康鹏, 刘盛赟
2012, 23(6): 822-828. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1757.009
摘要:
为分析水流交汇区污染物输移扩散规律,开展了交汇区污染物浓度分布规律的实验和数值模拟研究。建立了交汇区污染物扩散的水气两相流数学模型,并采用实验结果进行验证,对交汇区不同流量、动量和交汇角情况进行实验和数值模拟研究。结果表明:含高浓度污染物的支流汇入干流后,在交汇口下游支流侧形成较长的污染带,且支流与干流的交汇角和流量比(动量比)越小,污染带越狭长;在污染带范围内,污染物浓度梯度较大;污染物分布主要受随流输移和扩散的综合作用影响,其中在交汇区污染物的扩散作用明显。
港珠澳大桥人工岛对水沙动力环境的影响
季荣耀, 徐群, 莫思平, 辛文杰
2012, 23(6): 829-836. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1757.008
摘要:
为了评估港珠澳大桥人工岛建设对周边海区水沙动力环境的影响,针对人工岛设计及工程海区水沙特性,建立了整体潮流泥沙物理模型,系统研究了人工岛建设引起的动力地貌演变效应。试验结果表明,受岛体阻水影响,潮流在人工岛两端分别形成双向绕流,流速明显增大,并在岛桥结合部与岛隧结合部发育局部冲刷坑;人工岛背水面同时存在多个大小不一的强紊动小尺度回流,并具有不断形成、发育、发展到消亡的周期性变化过程。受人工岛自身位置、形态、尺度以及工程海区地形、水流、泥沙等因素影响,港珠澳大桥东、西两个人工岛引起的动力地貌演变效应,既在变化规律上具有较好的一致性,又在影响形式与程度上存在明显的差异性。
北方浅水湖泊冬季结冰对风生流的影响
陈友媛, 胡广鑫, 杨世迎, 李亚平
2012, 23(6): 837-843. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1756.007
摘要:
为了研究北方浅水湖泊冬季结冰对风生流的影响,采用MIKE21构建山东省聊城市东昌湖水动力学模型,分析真实风场作用下6种风应力拖曳系数对应的模拟流速与实测数据的差异,进一步讨论了冰盖面积对模拟结果产生的影响。结果表明,风应力拖曳系数为随风速连续变化比设置为常数模拟精度提高20%左右,其中采用微风条件下的风应力拖曳系数表达式模拟效果最好。此外,冬季水体结冰对风生流数值模拟影响较大,尤其是在被冰盖所覆盖的水域,风应力对水体流动的作用减弱甚至被抵消。与传统的风生流模拟相比,在北方浅水湖泊冬季风生流模拟中,引入冰场或是对风应力拖曳系数进行相应调整是有必要的。
三峡水库调节作用对长江近河口段水文水动力特性影响
曹绮欣, 孙昭华, 冯秋芬
2012, 23(6): 844-850. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1756.006
摘要:
为了评估三峡水库蓄水对长江感潮河段水文水动力特性的影响,建立了具有预测功能的水动力模型。考虑径流与潮流之间的相互作用,模型在只有上边界流量过程的条件下可以给出下边界的潮位过程。在此基础上应用一维河网非恒定流数学模型,对三峡水库蓄水前后长江近河口段大通—徐六泾的水流运动进行了10年的数值模拟。统计分析结果表明,水库调蓄作用对感潮河段各站的潮位累积频率及水文水动力因素的年内过程变化影响甚大。
三峡不同蓄水阶段澎溪河CO2通量的初步研究
李哲, 白镭, 郭劲松, 蒋滔, 孙志禹, 陈永柏
2012, 23(6): 851-860. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1755.005
摘要:
为掌握不同蓄水阶段温室气体通量强度,揭示水生生态系统在水库蓄水后的重建过程,选择2004年(蓄水后第1年)、2008年(蓄水后第5年)为典型年,结合同期主要环境参量,比较研究了三峡典型支流澎溪河回水区水柱表层CO2分压p(CO2)及其扩散通量FCO2特征。研究发现,2004年澎溪河双江大桥处水柱表层p(CO2)、FCO2年均值分别为(101.9±7.5)Pa、(13.99±1.58)mmol/(m2·d),2008年相应为(129.1±16.4)Pa、(19.92±3.55)mmol/(m2·d)。水位上升淹没土地带来更多有机质降解,可能引起了p(CO2)和FCO2的总体升高;蓄水过程水域生态系统逐渐完善,浮游植物生长对p(CO2)和FCO2的影响逐渐显现。
0-1测试方法的径流时间序列混沌特性应用
李新杰, 胡铁松, 郭旭宁, 曾祥, 张涛
2012, 23(6): 861-868. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1755.004
摘要:
径流时间序列混沌特性识别的常用方法是基于相空间重构的关联维数法、最大Lyapunov指数法和Kolmogorov熵法。引入一种新的时间序列混沌特性识别方法:0-1混沌测试方法。该方法直接应用于时间序列不需要相空间重构,并且通过量化指标Kc是否接近于0或1来识别时间序列的混沌特性。以Logistic映射生成的序列、金沙江流域和美国Umpqua河多年日径流序列为研究对象,首先利用0-1混沌测试方法进行了混沌特性识别和判定;然后基于相空间重构,运用相空间重构、伪最近邻点法、关联维数方法、最大Lyapunov指数法和Kolmogorov熵5种非线性研究方法分析了这两列径流时间序列混沌特性。研究结果表明0-1混沌测试方法简单有效。以上方法交互验证了该两列径流时间序列存在低维混沌特性。
南极威德尔海冬季冰脊形拖曳力
谭冰, 卢鹏, 李志军, HAASChristian, NICOLAUSMarcel
2012, 23(6): 869-877. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1755.003
摘要:
利用2006年南极威德尔海冬季科学考察期间由机载激光高度计测得的海冰上表面形态数据,以拖曳分割理论为基础研究了冰脊形拖曳力及其对冰-气总拖曳力的贡献以及中性条件下对应10 m高度处风速的冰-气拖曳系数Cdn(10)。结果显示,在密集冰区,冰脊形拖曳力及其对总拖曳力的贡献随冰脊强度(脊高/脊距)的增大呈递增趋势,而随粗糙长度的增大而减小,对应于威德尔海冬季典型冰脊强度和粗糙长度,占总拖曳力的35%,说明了冰脊形拖曳力在冰-气界面动量交换中的重要作用。Cdn(10)随冰脊强度的增大而增大,但冰脊强度较小时,Cdn(10)随粗糙长度增大而增大;而对较大的冰脊强度,Cdn(10)则随粗糙长度增大而减小。
深部CO2泄漏对浅层地下水水质影响研究进展
杜尚海, 苏小四, 郑连阁
2012, 23(6): 875-880. doi: CNKI: 32.1309.P.20120515.1903.001
摘要:
由于盖层中存在的未知断层、裂隙或被废弃井穿透等原因,深部储存的CO2可能会发生渗漏,并向上迁移进入浅部含水层,改变地下水中酸度和溶解组分的浓度分布。国外开展CO2泄漏对浅层地下水水质影响相关研究尚处于起步阶段,且室内实验、野外试验和数值模拟等研究结果表明,CO2泄漏对浅层地下水中pH和微量重金属组分浓度影响显著,虽浓度大多未超饮用水标准,但由于含水介质之间矿物组成的差异较大,有必要针对具体场地的地下水水质和矿物组分特征进行调查,研究CO2侵入对地下水水质的影响,在总结已经达成共识和存在的问题基础上提出下一步研究趋势。
连续时间随机游动理论模拟多孔介质中溶质运移的研究进展
李娜, 任理
2012, 23(6): 881-886. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1755.002
摘要:
近年来,基于连续时间随机游动(Continuous Time Random Walk, CTRW)理论所建立的模拟非均质多孔介质中溶质运移的方法已在大量的数值实验、室内实验、野外实验中得到了广泛的验证,为非均质多孔介质中的溶质运移行为提供了一种有效的模拟方法。简述了提出和发展CTRW的研究背景、基础理论以及与经典的对流-弥散方程等其他模拟方法的关系,综述了该理论在模拟溶质运移中的发展和应用,分析了实际应用中的关键问题,并展望了将其进一步发展应用于模拟反应性溶质运移的前景。
纪念龙毓骞先生
刘国纬
2012, 23(6): 887-888. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1754.001
摘要:
龙毓骞先生离开我们五年了,我一直想着要写篇文章纪念他,可是拖到了今天,心中感到格外愧疚。