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2013年  第24卷  第4期

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中国流域水污染控制分区方法与应用
王金南, 吴文俊, 蒋洪强, 徐敏, 谢阳村, 赵康平
2013, 24(4): 459-468.
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针对中国以往的流域分区方法主观性较强,尤其是对水污染控制单元的划分方法不统一,划分依据不充分等特点,提出了"流域-控制区-控制单元"三级分区体系,采取定性和定量分析相结合的方法进行流域水污染控制分区研究,重点在控制单元层面构建了层次分析模型,以区县为单元基于汇水特征、城镇布局、工业布局和农业布局4个因素进行评分比较,筛选区县主导排污去向,作为将其划入某一或某几个控制单元的依据。以松花江流域为例,将松花江流域划为三大控制区,33个控制单元,其中莫力达瓦达斡尔族自治旗在内的10个区县被拆分到两个或两个以上的单元,基于流域自然汇水特征,且充分体现流域水污染防治重点和方向,重点落实地方政府治污目标、责任和任务,为中国流域水污染防治规划的科学制定与实施提供重要依据。
1962-2007年广东干湿时空变化特征分析
陈子燊, 黄强, 刘曾美
2013, 24(4): 469-476.
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利用广东省74个气象站点1962-2007年的月降水与气温数据,计算多时间尺度的标准化蒸散发指数,采用旋转经验正交函数(REOF)、Mann-Kendall趋势检验和小波分析等方法分析广东近50年来的干湿时空变化特征。研究结果表明:① 广东20世纪70年代以来干旱发生事件随时间持续增多,空间范围扩展;② 根据REOF时空分解的前6个空间模态,可以将广东划分成6个干湿特征区域,分别位于珠江三角洲、韩江流域及东江流域上游、西江流域及北江中下游流域、粤东沿海区域、北江上游区域和粤西沿海区域;③ 广东干湿发展具有明显的东西部差异性,其中西江流域和北江中下游流域、雷州半岛为主的粤西沿海流域存在着显著的干旱趋势;④ 6个分区干湿变化普遍具有2~8年的振荡周期,但最强振荡周期有所差别。
黄河内蒙古河段平滩流量与有效输沙流量关系
申红彬, 吴保生, 郑珊, 李文文
2013, 24(4): 477-482.
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从水沙组合的角度出发,建立了基于水沙二维向量组合的频率统计方法,并在此基础上提出了有效输沙流量的计算方法。根据黄河内蒙古河段巴彦高勒站1954-2006年日水沙资料及汛后平滩流量资料,采用上述有效输沙流量计算方法计算得到了各年有效输沙流量及相应含沙量组合,进而分析了平滩流量与有效输沙流量及有效来沙系数之间的关系。结果表明,巴彦高勒站平滩流量调整分别受到包括当年在内的前期12年来水来沙条件的影响。
新疆积雪覆盖时空变异分析
马勇刚, 黄粤, 陈曦, 包安明
2013, 24(4): 483-489.
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利用2000-2010年MODIS积雪覆盖产品数据MOD10A2,提取了新疆近10年来积雪覆盖变化信息,并结合地面站点数据,对遥感积雪覆盖估算的精度进行了验证;分析了新疆积雪覆盖的年际、年内变化及南北疆积雪覆盖变化的差异;结合数字高程模型,分析不同高程带下积雪覆盖的时空变化规律,揭示高程因素对新疆积雪时空变化的影响。结果表明:MOD10A2提取的积雪信息能够反映新疆的积雪变化情况,总体精度达92.3%;近10年来,全疆年积雪覆盖率最大值范围为34.0%~51.7%,最小值范围为1.7%~2.6%;积雪覆盖比率的变化在南北疆差异明显,南疆区域积雪覆盖整体不高,年内积雪覆盖比率变化幅度低于50%;而北疆区域由于受复杂地形和气候带的影响,积雪覆盖比率大,年内的变化幅度强,除2008年均达到80%以上;在季节变化上,春季和秋季的积雪覆盖均值波动较为明显,夏季和冬季的积雪覆盖均值则波动较小,这一规律在北疆地区表现更为显著;积雪覆盖的时空分布与变化受高程的影响,在海拔4 000 m以下区域,夏季积雪覆盖比率低,冬季积雪覆盖比率高,而6 000 m以上海拔区域则表现出完全相反的特点,即夏季积雪覆盖比率高,冬季积雪覆盖比率低。
基于中国气象资料的趋势检验方法对比分析
章诞武, 丛振涛, 倪广恒
2013, 24(4): 490-496.
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结合全国317个气象站1956-2005年气象资料,分别利用普通Mann-Kendall、预置白Mann-Kendall、去趋势预置白Mann-Kendall趋势检验方法分析了年降水量、年平均气温和年蒸发皿蒸发量的趋势检验结果及自相关系数变化规律。其中,年降雨序列的自相关性不显著,3种趋势检验方法的分析结果差异不大;年平均气温和年蒸发皿蒸发量自相关性显著,其3种方法的检验结果差异性较大,需要剔除自相关性后进行趋势检验;空间特征上,北方站点气象要素的自相关显著性较高。数据分析和数学推导表明,序列正自相关性会放大序列趋势的显著性,序列的趋势项会增大计算的自相关系数。
洪水预报产流误差的动态系统响应曲线修正方法
司伟, 包为民, 瞿思敏
2013, 24(4): 497-503.
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为提高实时洪水预报精度,提出了一种基于动态系统响应曲线洪水预报误差修正新方法。该方法将动态系统响应曲线引入洪水预报误差修正中,建立一种向误差源头追溯的动态反馈修正模型。此修正方法将新安江模型产流以下的部分作为响应系统, 用线性差分近似代替非线性系统响应函数的偏导数值,得到时段产流量所对应的系统响应曲线。用实测流量和计算流量之间的差值作为信息,使用最小二乘估计原理,对产流量进行修正, 再用修正后的产流量重新计算出流过程。该修正方法分别用理想案例和王家坝流域进行检验,结果证明此方法效果比传统二阶自回归模型有明显提高。
长江上游多站日流量随机模拟方法
陈璐, 郭生练, 周建中, 熊立华, 闫宝伟
2013, 24(4): 504-512.
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随着梯级水库和水库群的建设,不仅需要单站的信息,而且需要流域内各站的综合信息,迫切需要发展多站的随机模拟模型。基于多变量分析理论提出了一种新的多站随机模拟方法。采用季节性自回归模型模拟主站的日流量序列,建立多维Copula函数描述主站和从站之间的时空相关性特征,依据Copula函数,生成从站的日流量序列。以长江上游为研究对象,建立了长江宜昌站、金沙江屏山站、岷江高场站、沱江李家湾站、嘉陵江北碚站和乌江武隆站的多站随机模拟模型,并与现有的主站法进行比较分析。结果表明,模拟与实测序列的统计特征值差别不大,模拟效果优于现有的主站法。
降雨特征及小气候对秦岭油松林降雨再分配的影响
陈书军, 陈存根, 曹田健, 侯琳, 李荣华, 张硕新
2013, 24(4): 513-521.
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为了研究降雨特征及小气候对秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配的影响,连续3年观测降雨事件发生时油松林林外降雨、穿透降雨、树干茎流以及降雨特征和小气候因子,进行各因子间的相关性和多元回归分析。结果表明:降雨量级是影响林冠降雨再分配的最主要因素,穿透降雨量与降雨量、降雨量和降雨历时交互项、相对湿度呈正相关,与降雨历时和温度呈负相关。树干茎流量与降雨量、降雨量和温度交互项呈正相关,与温度呈负相关。林冠截留量与降雨量、降雨历时和温度呈正相关,与降雨量和降雨历时、温度的交互项呈负相关。雨前干燥期、风向、风速、蒸发速率、光合有效辐射和净辐射与穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量均无相关性。
考虑回归水重复利用的灌区用水评价指标
刘路广, 崔远来, 吴瑕
2013, 24(4): 522-528.
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为了正确评价灌区用水效率及用水效益,构建了考虑回归水重复利用的灌区用水效率及效益指标。利用地表水-地下水耦合模型、SWAP模型和线性模型对柳园口灌区的水量和作物产量进行了分布式模拟,在此基础上,对柳园口灌区不同用水模式以及田间不同节水灌溉模式下的灌区用水效率及效益指标进行了计算,分析不同节水措施对灌区用水效率及效益指标的影响规律。结果表明,井渠结合调控模式和田间节水灌溉模式对柳园口灌区不同区域用水效率及效益的影响效果不同,但均能提高灌区总体的用水效率及效益。
太湖流域雪堰镇氮素流失规律及形态特性
孙金华, 陈成, 齐兵强, 秦飞, 朱乾德
2013, 24(4): 529-536.
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以太湖流域雪堰镇为例,通过2009年3月~2010年2月连续12个月及两场次降雨事件的水质监测进行分析,研究不同河流、月份、区域、汛情、土地利用类型下氮素流失规律及形态特性,分析降雨过程中不同尺度3个流域(上涧村、龙泉河、雪堰镇)氮流失特征和不同河段氮流失规律。研究结果表明,雪堰镇氮素为劣Ⅴ类,非汛期污染比汛期严重,变化幅度大,不稳定,氮以溶解态为主,溶解态氮以硝氮为主;镇区硝氮浓度较非镇区低,氨氮比非镇区高,坑塘水面氮流失最严重,有林地(乔木较多)氮流失最少,茶园硝氮占溶解态氮百分比最高,果园氨氮占溶解态氮百分比最高;降雨前期未产流前氮素流失稳定,产流后流失越来越大,不同河段氮沿程变化基本稳定。
泥沙污染物起动再悬浮释放机理
朱红伟, 蒋基安, 程鹏达, 王道增
2013, 24(4): 537-542.
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底泥再悬浮时,颗粒和孔隙水会交替影响底泥污染物的释放通量。通过循环水槽实验,分别以氯化钠和磷来代表典型的非吸附性污染物和吸附性污染物,研究了再悬浮颗粒和孔隙水释放污染物的不同特征。研究表明,再悬浮磷的释放对底面切应力的反应要比氯化钠迟缓,但前者释放通量要比后者大。恒定水流下底泥再悬浮污染物释放过程可以分为两个显著阶段:起动初期2 h内,颗粒和孔隙水共同作用,两者对上覆水体中水溶性污染物的贡献之比最高为3:1,此时悬浮颗粒处于解吸污染物状态;2 h后,悬浮颗粒转为吸附污染物状态,释放通量时正时负。长期悬浮时泥沙颗粒始终为负释放状态,而孔隙水对总通量的贡献之比最高可达到60:1。上覆水体中吸附性污染物液固相浓度比值先增大后减小,悬浮后期始终处于较低值。推导了底泥释放通量的理论公式,理论结果是线性缓慢增加的,而实验值的增加趋势是先快后慢。
土壤冻融过程中水流迁移特性及通量模拟
吴谋松, 王康, 谭霄, 黄介生
2013, 24(4): 543-550.
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为研究季节性冻土在冻融过程中水热盐的运移规律,在野外开展了一维及二维冻土水热盐运移试验,并通过Br离子示踪法及建立冻土水盐通量计算模型对土壤冻融过程中水盐的通量变化特性进行了计算分析。基于Hangen-Poiseuille孔隙通量方程,耦合孔隙冰柱体对水力传导度的影响机理,提出了冻土水流通量模型。结果表明,冻结过程中,液态水在水势和温度梯度作用下在冻结锋处聚集,形成通量峰值,冻融过程中自地表和最大冻深位置分别向下和向上的融化过程中,一维与二维试验水流通量变化对比表明,冻融过程中水流通量受到中间层冻土和地下水顶托的影响。冻土通量模型能够有效地描述冻土中不同温度条件下水流通量特性,从微观的角度很好地解释了土壤冻结过程中冰水共存状态下土壤中水流通量变化规律。
三峡澎溪河水域CO2与CH4年总通量估算
李哲, 白镭, 蒋滔, 郭劲松, 刘静
2013, 24(4): 551-559.
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以2010年6月~2011年5月三峡澎溪河回水区CO2与CH4通量监测数据为基础,参考澎溪河高阳平湖水域全年4次的24 h昼夜连续跟踪观测结果,对每月各采样点的日通量值进行估算。提出了水下地形划分法和环境因素控制法,将各采样点日通量数据外延至整个回水区水域,并估算了澎溪河回水区水域CO2与CH4年总通量值。研究期间,澎溪河回水区全年各采样点CO2通量均值为(3.05±0.46)mmol/(m2·h);CH4为(0.050 1±0.009 6)mmol/(m2·h)。以水下地形法为基础,该水域全年CO2和CH4总通量分别为40 060.5 t和540.9 t;以环境因素控制法为基础,全年CO2与CH4总通量分别为39 073.0 t和467.2 t。以环境要素控制法为参考,该水域CO2全年平均释放强度为43.26 mmol/(m2·d),在全球水库数据序列中处于中等略偏高水平,CH4全年平均释放强度为1.42 mmol/(m2·d),在全球水库序列中处于中等水平。
不同土壤转换函数预测砂土非饱和导水率的对比分析
廖凯华, 徐绍辉, 吴吉春, 朱青
2013, 24(4): 560-567.
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以现有的4种土壤转换函数(Pedotransfer Functions, PTFs)(包括ROSETTA、RAWLS、CAMPBELL和VAUCLIN)为例,将其用于土壤水力性质数据库UNSODA中56个典型砂土样本的非饱和导水率预测,对4种PTFs的预测结果进行了误差分析,探讨了饱和导水率对非饱和导水率预测的影响。结果表明,当同种PTFs预测的饱和导水率作为输入时,在4种PTFs中VAUCLIN的预测精度最高,其次为ROSETTA和RAWLS,CAMPBELL的误差最大;当实测饱和导水率作为输入时,RAWLS、CAMPBELL和ROSETTA的预测精度有了不同程度提高,但VAUCLIN的预测误差反而有所增大;饱和导水率对非饱和导水率预测的影响较大,实测饱和导水率作为输入时CAMPBELL预测的非饱和导水率与实测值最为接近。
土壤饱和导水率的多尺度预测模型与转换关系
刘继龙, 马孝义, 张振华, 赵伟森
2013, 24(4): 568-573.
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摘要:
运用联合多重分形方法研究不同土层土壤饱和导水率与土壤基本物理特性的多尺度相关性,建立不同土层土壤饱和导水率的多尺度预测模型,构建不同土层土壤饱和导水率之间的转换关系。结果表明:不同土层土壤饱和导水率与土壤基本物理特性的相关程度排序不同;在单一尺度和多尺度上,0~20 cm土层土壤饱和导水率与土壤基本物理特性的相关程度排序相同,20~40 cm土层土壤饱和导水率与土壤基本物理特性的相关程度排序不同;土壤饱和导水率多尺度预测模型的预测精度较高,0~20 cm土层和20~40 cm土层拟合值的均方根误差分别为0.035 0和0.029 0;0~20 cm土层和20~40 cm土层土壤饱和导水率转换关系的计算精度较高,拟合值的均方根误差为0.037 5。
浅水方程模拟中确定糙率的回归系数法
叶荣辉, 宋志尧, 吴小明, 张卓, 赵红军
2013, 24(4): 574-580.
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摘要:
基于水流模拟本身就是模拟模型回归求真(即实体原型)过程的认识,从模拟模型和实体原型之间的相关关系出发,应用统计学中的线性回归分析方法,通过回归系数建立了模型与原型糙率系数之间的关系式,提出了二维浅水方程模拟中糙率确定的回归系数法。数值试验表明,该方法并不依赖于糙率系数的初值,具有稳定性好、收敛速度快的特点;对磨刀门水道水流的数值模拟应用显示,该方法能有效地改善模拟计算的精度,具有较好的适应能力,简便实用,为二维浅水流动模拟计算时率定糙率系数提供了一种有效途径。
可持续水资源系统机制研究
杜朝阳, 钟华平, 于静洁
2013, 24(4): 581-588.
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摘要:
基于系统与可持续理论,探讨了可持续水资源系统的内涵和特性。剖析了可持续水资源系统,主要由动力机制、阻力机制和协调机制构成,三者相互关联、相互作用,共同维系和制约着可持续水资源系统的演化。运用二次非线性微分方程来描述和分析可持续水资源系统的演化动态过程,指出一个系统演化要经历初始、发展、成熟和稳定4个阶段,之后进入下一个演化周期。以上海市为例,评判了可持续水资源系统状态,拟合了2001-2010年可持续水资源系统的演化曲线,并分析给出了该系统这一时段的演变过程。
河岸带潜流层动态过程与生态修复
夏继红, 陈永明, 王为木, 韩玉玲, 刘海洋, 胡玲
2013, 24(4): 589-597.
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摘要:
河岸带潜流层是河岸带内地表水与地下水相互作用的生态交错带,在水文地理学、生态学、环境学上含义不尽相同。河岸带潜流层具有复杂的垂向、横向、纵向结构特征,其边缘效应显著,表现为泥沙、水流、生物、环境化学因子之间的复杂动态过程,主要包括水动力动态过程、生态学过程、溶质循环与化学过程等。水动力动态过程是驱动条件,氧气浓度是生态过程、溶质循环和化学过程的决定性因素。在各动态过程的驱动下,河岸带潜流层具有调蓄洪水、削减污染、净化缓冲环境和提供适宜栖息地等功能。针对河岸带潜流层功能退化的问题,需开展健康诊断,明确致病机理,实施适宜的生态修复。未来中国在开展河岸带潜流层研究时,应根据中国河岸带特点,采用示踪试验、数值模拟等方法,集成GIS等现代技术手段,研究多尺度下,水文条件、地形变化、土壤渗透系数、河岸带建设方式、植被分布等对河岸带潜流层水文、热传导、生化、生态等的影响机制,准确界定河岸带潜流层区域范围,制定适宜的生态修复策略。
洪水管理经济评价研究进展
王艳艳, 刘树坤
2013, 24(4): 598-606.
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摘要:
洪水管理经济评价是践行洪水管理治水方略必不可少的环节。从洪水管理经济评价理论、洪灾损失评估以及洪水管理成本效益评估等方面综述了洪水管理经济评价的主要研究进展,分析了目前研究存在的不足,指出现有的防洪经济理论与方法已难以满足洪水管理决策对经济评价的要求。强调建立完善的洪水管理经济评价理论体系,扩展评价内容和范围,深入开展非工程措施效益、生态环境影响和社会公平等评价方法的研究是中国今后洪水管理经济评价研究的重点。

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