水科学进展

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2014年第25卷第5期

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殷水清, 王杨, 谢云, 刘安麟

2014, 25(5): 617-624.

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为研究降雨过程雨强随历时的变化关系，利用中国14个气象站近40年逐分钟降雨资料，采用动态K均值聚类法并根据雨峰在降雨过程中出现的位置，将中国10256次降雨过程分为4种类型，即降雨前期集中型（Ⅰ型）、降雨中期集中型（Ⅱ型）、降雨后期集中型（Ⅲ型）和降雨均匀分布型（IV型）。结果表明：中国Ⅰ型降雨出现频次最高，占47.1%；Ⅱ型次之，占21.2%；Ⅲ型和IV型出现频次相当，分别占15.3%和16.4%。夏季Ⅰ型降雨发生频次占绝对优势，为夏季总降水过程的52.2%；冬季各类雨型发生频次相差不大。Ⅰ型多为短历时高强度降雨，而IV型多为长历时低强度降雨，Ⅱ型和Ⅲ型居中。历时越短时，Ⅰ型降雨的比重越大；随着降雨历时的增加，Ⅰ型降雨的比重明显下降，IV型降雨的比重增加。

1470—2008年中国西北干旱地区旱涝变化特征分析

万金红, 吕娟, 刘和平, 刘建刚, 杨志勇, 陈方舟

2014, 25(5): 625-631.

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研究西北干旱地区的旱涝变化规律对于区域抗旱减灾具有重要的现实意义。建立区域综合旱涝指数模型，利用西北4省区19个站点的旱涝等级序列，建立区域综合旱涝指数序列。发现区域在1470—2008年间呈现出干旱频发的态势，且区域内的西部比东部、高海拔地区较低海拔地区更易发生干旱灾害。利用经验模态分解方法处理区域综合旱涝指数序列，发现区域综合旱涝指数变化存在2.5年、7.5年、13.1年、25.7年、77.0年和134.8年等准周期变化。且近539年来，西北干旱地区区域综合旱涝指数呈减小趋势，未来区域干旱综合强度有减轻态势。

黄河流域蒸散量分布式模拟

曾燕, 邱新法, 刘昌明

2014, 25(5): 632-640.

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针对传统区域蒸散计算模型中净辐射及其各组成要素的计算直接采用国外经验公式或点上观测资料空间内插的不足，利用基于中国气象站观测资料建立的净辐射及其各组成要素的计算公式和遥感反演的地表反照率，以黄河流域作为研究区域，在考虑地形起伏和下垫面多样性等地表非均匀性因素的基础上，实现了黄河流域净辐射及其各组成要素的分布式模拟；在印证流域尺度存在蒸散互补相关关系的基础上，将净辐射、气温、水汽压等系列要素分布式拟合结果与基于区域蒸散互补理论的AA（Advection-Aridity model）模型耦合，实现了黄河流域蒸散量的分布式模拟。与基于水量平衡的黄河流域多年平均蒸散量空间分布图对照表明，二者趋势分布吻合很好，分区验证的最小相对偏差为1.14%，最大为26.80%，全流域平均相对偏差为1.50%，且分布式蒸散拟合结果更加细致地体现了蒸散量的空间变化情况。集成的区域蒸散分布式模型，以蒸散互补理论为基础，考虑了区域蒸散对近地层大气的反馈作用，仅以数字高程模型和常规气象站观测数据为输入项，应用方便。

TRMM卫星降水数据在洣水流域径流模拟中的应用

江善虎, 任立良, 雍斌, 袁飞, 龚露燕, 杨肖丽

2014, 25(5): 641-649.

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采用地面雨量站点观测降水作为基准数据，评估热带降雨观测计划（TRMM）最新一代卫星降水产品3B42V7的精度；利用站点和卫星两种降水数据驱动栅格新安江模型，采用SCEM-UA算法考虑模型参数不确定性，进行流量过程模拟，评估TRMM 3B42V7在流域水文模拟和预报中的应用能力。数据精度评估显示：在平均意义上，TRMM 3B42V7日降水精度较高，较站点观测低估了6.68%；但在绝对值意义上，TRMM 3B42V7日降水精度较低，绝对偏差达到57.76%；TRMM 3B42V7经过了地面月降水量偏差校准，其精度在月尺度上有较大提高。径流模拟结果表明：TRMM 3B42V7模拟的日径流过程精度较低，有部分洪峰没有捕捉到，但仍能表征径流的日变化特征；月尺度上模拟径流与实测径流吻合较好，能表征径流的季节性和年内变化特征；计算的日尺度和月尺度95%置信区间包含大部分实测流量过程。

三峡水库蓄水后长江中游水沙时空变化的定量评估

班璇, 姜刘志, 曾小辉, 杜耘, 肖飞, 凌峰

2014, 25(5): 650-657.

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定量评价三峡蓄水后长江中游流域水文情势的时空变化，为长江中游生态保护和区域水资源管理提供科学依据。采用变化范围法分析了长江干流5个水文站的流量、含沙量日均数据，定量评估了三峡工程蓄水后，长江中游水沙变化度最大的江段和水文指标类别，及其对应的生态影响。研究结果表明三峡蓄水后，下游河道含沙量的变化度远大于流量，除城陵矶站外，含沙量较蓄水前有了大幅度下降，宜昌站的含沙量下降幅度达到了一个数量级，洞庭湖对长江干流含沙量有明显的调蓄作用。流量的变化度随着与大坝距离的增加而减小，且在7~11月流量下降幅度明显。这些水文节律的变化将影响下游鱼类产卵栖息地以及滞洪区水生生物与周边植被的生长。

1956—2008年鄱阳湖流域水沙输移趋势及成因分析

罗蔚, 张翔, 邓志民, 陈龙, Christopher J Gippel

2014, 25(5): 658-667.

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利用鄱阳湖流域代表性水文站1956—2008年实测年径流量及年输沙量资料序列，采用Mann-Kendall秩相关检验法，研究鄱阳湖流域水沙量年际变化趋势和可能发生突变的时间，并从流域降雨、用水、水库拦沙、水土流失及其治理等方面分析了鄱阳湖流域水沙变化的主要影响因素。研究结果表明：鄱阳湖地区来水量和出湖水量有小幅增大趋势；鄱阳湖流域来沙量呈异常显著减小趋势，发生突变的年份为1998—1999年；实测出湖沙量从2002年开始呈明显的减少趋势。通过对有关影响因素的研究，发现鄱阳湖流域气候变化降雨量减少对近10年鄱阳湖出入湖径流量的减少影响显著；水库滞沙是鄱阳湖入湖沙量减少的主要原因；出湖沙量变化主要受上游水库群的影响，还有近年湖区采砂的影响。

冲积性河流河床冲淤调整对洪水泥沙过程的响应——以黄河游荡型河段为例

孙东坡, 刘明潇, 张晓雷, 孙羽

2014, 25(5): 668-676.

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为研究冲积性河流造床机理，基于能量耗散原理分析河床调整与水沙过程（变异特性）间的关系十分必要。以黄河游荡型河段为例，利用实测资料分析和平面二维水沙数值模拟方法，进行了各种洪水泥沙条件下河流冲淤规律的探讨。研究发现平滩面积、河相系数与径流泥沙特征值间存在的关联性映射出冲积性河流能量关系中的制约机制；不同洪水泥沙过程的河床冲刷强度变化具有阶段性，主槽累积刷槽效应与洪水泥沙过程有密切响应关系；高效输沙的洪水过程通过塑造最适宜的河床断面形态，能实现最佳输沙效率与主槽的最大冲刷。在不同漫滩洪水条件中，综合系数Φ最大时的洪水过程具有最大累积刷槽效应，因此对应流量可作为黄河下游漫滩洪水的调控指标。

崩塌体水力输移与塌岸淤床交互影响试验

余明辉, 郭晓

2014, 25(5): 677-683.

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以二元结构河岸崩塌模式为研究背景，在弯道水槽中展开系列试验，研究凹岸坡脚处成型崩塌体在水力作用下输移过程及其对岸坡稳定性与河床冲淤的交互影响。试验成果表明，崩塌体经水力分解破碎呈块状、片状或颗粒状起动，部分随水流带至凸岸或下游，堆积在坡脚附近的崩塌体残留量随水力作用大小及土体特性不同而变化。崩塌体临水面周围尤其上下游端水流紊动强烈易形成较大剪切力区，临坡面上下游端附近剪切力较无崩塌体时减小；崩塌体体积越大，对剪切力区特征的改变也越明显。崩塌体的存在虽不能制止附近岸坡的再次崩塌，但可能抑制崩岸发展及附近河床淤积的程度，崩塌体的粘性或体积越大，这种抑制作用越显著；相同崩塌体抑制附近河床淤积的程度较抑制岸坡崩塌的程度大。

基于指数滤波法估算沟道根区土壤水分

高晓东, 赵西宁, 张宝庆, 吴普特

2014, 25(5): 684-694.

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为更加有效获取黄土高原沟道地形根区土壤水分信息，基于表层（0~20cm）土壤水分观测值，采用指数滤波法在样带和沟道尺度对根区（20~80cm）土壤水分进行估算。结果表明，指数滤波法能够较准确估算沟道根区土壤水分，但随着土层深度增加估算误差逐渐增大。当有根区土壤水分初始值时，估算精度明显提高，但主要集中在时间序列前期。指数滤波法关键参数特征时长T的最优值（T_opt）随土层深度增加而增大，呈现每增加20cm，T_opt值较20~40cm增加1倍的变化规律。对于根区某一土层，不同空间位置（样带）和尺度T_opt交换使用没有明显降低土壤水分估算精度，表明指数滤波法对T_opt的空间敏感性较弱。需注意黄土高原区域尺度土壤性质具有极强空间异质性，指数滤波法在更大尺度上对T_opt的敏感性需进一步深入研究。

水体交换年龄模型研究

邵军荣, 吴时强, 周杰, 黄家文, 徐成剑

2014, 25(5): 695-703.

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采用剖开算子法，把水体年龄控制方程分成几个连续的初值问题。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和传播分步。利用水体交换模型试验结果和水体年龄对称特性解析解对所建立的年龄模型进行了验证计算，结果表明，建立的水体年龄模型计算结果与试验结果、解析解结果吻合，可较好地预测水体交换年龄。

明渠水流自掺气发展区水气结构分析

卫望汝, 邓军, 田忠, 张法星

2014, 25(5): 704-712.

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为研究明渠水流自掺气发展区内水气结构特征，采用针式掺气流速仪对自掺气发展区内气泡尺寸与数量进行了试验研究，比较了气泡尺寸与数量随自掺气发展的变化规律，结果显示，同一水流断面上，随着掺气浓度的减小，气泡弦长尺寸分布范围与弦长平均值逐渐减小，掺气区内小尺寸气泡在数量上占有较大的比例，而大尺寸气泡则在含气量上占有较大的比例，分析认为从水面附近高掺气浓度区至自掺气区域底缘低掺气浓度区，明渠自掺气水流水气结构发展过程为“水面变形为主—水面变形与个体空气泡共存—个体空气泡”，为进一步研究明渠自掺气形成机理提供了一定的参考。

磨刀门水道咸潮上溯动力特性分析

陈文龙, 邹华志, 董延军

2014, 25(5): 713-723.

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为研究磨刀门水道咸潮上溯的动力特性，基于非结构网格海洋模型（Finite Volume Coastal Ocean Model，FVCOM），构建了覆盖珠江河口及其上游网河区的高分辨率三维斜压数值模型，采用实测资料对其进行率定和验证，并开展了咸潮上溯的数值模拟计算。根据计算结果和实测资料，对磨刀门水道大、中、小潮期间的盐淡水分层与混合特征、盐分物质的分层输移机制进行分析，探讨其咸潮上溯强度时空分布差异的原因。结果表明：小潮期，底层累积盐通量明显大于表层，净输移方向为陆向；大潮期，表层累积盐通量明显大于底层，净输移方向为海向；而平衡点一般出现于中潮期，这就是磨刀门水道咸潮上溯最强和最弱时刻分别出现于小潮和大潮后的中潮期的原因所在。

中国东部浅水湖泊参照状态确定的非参数方法

汪靓, 华祖林, 顾莉, 褚克坚

2014, 25(5): 724-730.

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根据中国东部浅水湖泊受人类活动影响较严重的情况，将季节分解的非参数局部线性回归模型、频率分析和几何分块自助法有机结合，提出了一种基于非参数方法的湖泊参照状态确定的新方法。该方法首先将季节分解模型用于湖泊营养盐及其响应物的观测值，选取出适合用于推断参照状态的时间段；其次使用频率分析法分析此时间段内的观测值，并给出湖泊总氮、总磷和叶绿素a的参照状态值；最后用几何分块自助法给出各自的置信区间。该方法能有效克服前人提出方法的缺点。以太湖为例，采用该方法推断了参照状态浓度，总氮为0.78mg/L，总磷为0.030mg/L，叶绿素a为2.63μg/L；给出相应的95%置信区间分别为0.57~0.83mg/L、0.025~0.046mg/L和1.86~2.65μg/L。该方法也可适用受人类活动影响较大的中国东部其他浅水湖泊。

丰满水库水温的原型观测及分析

脱友才, 刘志国, 邓云, 李嘉, 梁瑞峰, 李楠

2014, 25(5): 731-738.

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为探究寒区冰封水库热状况的时空演变规律，于2010年6月~2011年8月对丰满水库的水温和冰情进行了原型观测。基于现场观测资料，阐述了丰满库区不同季节热结构的变化规律，重点分析了汛期洪水过程对分层结构的影响，并发现解冻初期水库表层浮力流动现象。同时，典型水温分层期1月和6月的坝前75~800m范围4条水温观测垂线基本一致，且同期电站下泄水温与坝前取水口对应高程平均水温差异较小，说明该水域范围内无三维水温效应。由于深层取水影响，丰满电站下泄水温过程较为稳定，但与坝址天然水温相比，5~7月、10~12月分别表现出月平均高达10.8℃、7.9℃的春夏低温水和秋冬高温水现象。此外，冰情监测结果表明，丰满水库冬季基本全库封冻，坝前最大冰厚约0.7m，且库区冰厚沿程出现不均匀分布的规律。

蓄滞洪区洪水资源化的益损定量分析——以大黄堡洼为例

杨小柳, 周杏雨, 王月玲, 于理扬

2014, 25(5): 739-744.

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为在蓄滞洪区利用洪水资源，探讨洪水资源化收益和损失的函数关系及其定量分析方法。以大黄堡洼为例，建立收益和损失的准量化函数，基于水文和土地利用信息，采用水力学数学模型，澄清3种特定洪水重现期条件下收益与损失的时空转换关系。研究表明，临界水深是实施洪水资源化规划和管控的关键参数；洪水资源化的入流面积、受益面积、平均水深、最大水深与入流洪量成非线性正比关系，并受到地形地貌和土地利用变化等因素的综合影响。

三峡水库建成后长江中下游防洪战略思考

陈进

2014, 25(5): 745-751.

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三峡水库建成后，长江中下游防洪形势显著改善，但由于经济社会发展，防洪要求的提高和江湖关系的变化，长江防洪形势发生了一些新的变化。以1954年和1998年典型大洪水为例，分析了三峡水库建成后长江中下游防洪形势出现的新变化，讨论了长江中下游蓄滞洪空间格局调整及江湖关系变化对于防洪的影响。根据长江水沙变化、河道演变、水库群调控和分蓄洪区使用几率变化等出现的新问题，提出未来防洪战略及对策。结果表明：三峡建成后，百年一遇以下洪水防御形势明显好转，而百年一遇以上特大防洪的防洪形势仍然严峻，洪水风险主要转移到水库群上；今后需要在加强蓄滞洪区建设的基础上，重点推动防洪非工程措施建设，以减轻特大洪水带来的灾害损失。

变化环境下城市水文学的发展与挑战——Ⅱ.城市雨洪模拟与管理

宋晓猛, 张建云, 王国庆, 贺瑞敏, 王小军

2014, 25(5): 752-764.

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全球气候变化和快速城市化改变了城市水循环过程，加剧了城市暴雨洪涝问题。从城市雨洪模型构建的角度，回顾了降雨观测与预报技术、城市雨洪产汇流计算方法以及城市雨洪模型的发展历程，总结了各种技术的特点、适用性和局限性，指出城市雨洪模型在机理认识和数据管理方面的不足，提出了城市雨洪模型的概念性框架与基本流程。从雨洪资源化的角度，介绍了城市雨洪管理基本理念和策略，分析了城市雨洪管理的主要技术方案。阐明了城市雨洪模拟与管理的发展趋势及前景，未来应该强化高精度降雨观测和临近定量降雨预报能力，探索城市化流域的产汇流机理和响应机制，开发有效的城市雨洪模型系统，发展多源信息耦合技术，开展城市雨洪模拟预报及资源化利用研究，实现城市可持续发展以及保障城市水安全。

纪念姚榜义先生

刘国纬

2014, 25(5): 765-766.

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纪念叶秉如教授

刘国纬

2014, 25(5): 767-768.

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