• 全国中文核心期刊
  • 中国科技核心期刊
  • 美国工程索引(EI)收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

当期目录

2021年 第32卷  第6期

国家重点研发计划“全球变化及应对”重点专项专栏
黄淮海流域植被覆盖变化对径流的影响
张建云, 张成凤, 鲍振鑫, 李淼, 王国庆, 管晓祥, 刘翠善
2021, 32(6): 813-823. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.001
摘要:
植被是流域水循环过程的重要环境因子之一,植被变化对径流的影响是当前研究的国际前沿和热点问题。以全球变绿最突出的黄淮海流域为研究对象,基于1982-2016年水文气象观测资料及归一化植被指数(NDVI)数据,利用Mann-Kendall等趋势检验方法检测NDVI的时空变化特征。基于Budyko-Fu公式构建黄淮海流域水热耦合模拟模型,分析模拟径流对Budyko-Fu模型参数ω的敏感性;基于参数ω与气候、植被等要素的统计关系,建立利用气候季节性指数和NDVI计算参数ω的经验公式,利用弹性系数法,识别参数ω对NDVI变化的响应,利用复合函数链式求导法则研究NDVI变化对黄淮海流域径流的影响。结果表明:1982-2016年黄淮海流域NDVI呈显著增加趋势;NDVI增加会使模型参数ω增加,进而导致径流量减少;NDVI每增加10%,黄淮海流域径流量平均减少8.3%;植被变化对径流的影响具有显著的空间差异性,气候越干旱、植被条件越差地区的NDVI变化对径流影响越显著。
气候变化对黄河流域生态径流影响预估
刘绿柳, 魏麟骁, 徐影, 辛晓歌, 肖潺
2021, 32(6): 824-833. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.002
摘要:
人类活动和气候变化严重改变了黄河水文情势和生态径流,分析未来气候变化对河流生态的影响对流域水资源管理和长期规划意义重大。本文对第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的13个全球气候模式数据进行偏差订正,驱动水文模型进行径流模拟,应用流量历时曲线方法分析SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下2026年至21世纪末年、季节尺度的花园口生态径流变化。结果表明:订正能明显降低降水、气温模拟偏差;人类活动严重影响了1986-2010年花园口生态径流;2026-2100年年均气温和年降水量增加趋势显著,低排放情景增速慢,高排放情景增速快;气候变化可在一定程度上缓解水库调控、水土保持等人类活动对生态径流的负面影响,SSP5-8.5情景缓解程度最高,冬季缓解程度最高,夏、秋季最低。
长江中下游地区雨涝指数构建及其应用
陈鲜艳, 李威, 张强, 邹旭恺, 吴秋洁
2021, 32(6): 834-842. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.003
摘要:
为客观识别区域暴雨洪涝过程、定量评估区域暴雨过程强度,基于极端事件中持续时间和强度关系理论,采用近5 d最大降水强度作为降水相当强度指标,构建雨涝指数和区域雨涝过程强度的算法,利用1961-2019年长江中下游地区逐日降水资料,分析长江中下游地区的区域雨涝过程次数、强度以及雨涝趋势变化特征。结果表明:① 1961-2019年长江中下游地区区域雨涝过程次数整体呈增加趋势,21世纪以来区域雨涝过程发生次数明显增多,持续5~9 d的区域雨涝过程占全部雨涝过程的2/3以上;②区域内雨涝日数总体呈现南多北少分布,雨涝日数变化趋势表现为西北部减少、东南部增多;③年降水量和雨涝趋势的时空变化使得长江中下游地区的旱涝差异进一步增大,降水多的东南部更涝,降水少的北部和西部愈加干旱。
区域气候模式水平分辨率对黄淮海流域当代气候模拟的影响
石英, 吴婕, 徐影
2021, 32(6): 843-854. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.004
摘要:
区域气候模式是进行流域尺度气候变化研究的重要工具,其中水平分辨率对流域模拟结果的影响亟待评估。本文使用区域气候模式RegCM4,在ERA-Interim再分析资料驱动下,进行2种水平分辨率(50 km和25 km)1990-2010年东亚区域的长时间连续积分模拟。通过与观测资料的对比,评估RegCM4对黄淮海流域的模拟性能,同时分析水平分辨率对模拟结果的影响。结果表明:① 2组模拟均可以较好地再现黄淮海流域冬季、夏季平均气温和降水的空间分布,以及气温和降水的年循环变化;对极端气候事件指数的分布模拟效果也较好,且对与气温有关的极端气候事件指数模拟效果优于与降水有关的极端气候事件指数。②与观测相比,也存在一定的偏差,如模拟的冬季气温存在冷偏差,夏季气温存在暖偏差,冬季、夏季降水在大部分地区偏多等。③ 2组模拟对比来看,对冬季、夏季平均气温的量级和空间分布,25 km模拟与观测更加接近;对冬季、夏季平均降水,50 km模拟与观测的空间相关系数分别为0.86和0.44,较25 km模拟有较大提高;对极端事件,2组模拟差别不大。模拟结果可为后续此版本模式在黄淮海流域气候变化研究中的应用提供参考。
粮食产量对气候变化驱动水资源变化的响应
王婕, 张建云, 鲍振鑫, 王国庆, 吴厚发, 杨艳青
2021, 32(6): 855-866. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.005
摘要:
水资源是支撑粮食生产的重要因素之一,气候变化驱动下的水资源变化及对粮食产量的影响是当前研究的国际前沿和热点问题。以汾河流域冬小麦和夏玉米2种主要粮食作物为研究对象,利用线性回归、人工神经网络、支持向量机、随机森林、径向基网络、极限学习机等6种机器学习算法构建粮食产量模拟模型,基于气候弹性系数法分析水资源量对气候变化响应关系,在流域尺度上研究粮食产量对气候变化驱动水资源变化的综合响应。结果表明:①机器学习算法能够较好地模拟汾河流域的冬小麦和夏玉米产量;②降水增加10%导致汾河流域水资源量增加19.4%,气温升高1℃导致水资源量减少4.3%;③当降水减少10%~30%时,冬小麦产量减少6.4%~19.3%,夏玉米产量减少4.0%~15.0%;④当气温升高0.5~3.0℃时,冬小麦产量预计增加1.8%~17.1%,夏玉米产量预计增加1.2%~7.9%;⑤汾河流域冬小麦产量对降水和气温变化的敏感性大于夏玉米。相关成果对于区域水资源管理和农业生产策略制定具有重要的科学意义和实用价值。
论文
长江流域极端水文气象事件时空变化特征及其对植被的影响
金佳鑫, 肖园园, 金君良, 朱求安, 雍斌, 季盈盈
2021, 32(6): 867-876. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.006
摘要:
利用1982-2015年高时空分辨率地面气象再分析数据,识别以降水和大气饱和水气压差(VPD)为指标的极端干旱(Dry-VPD和Dry-PRE)和极端湿润(Wet-VPD和Wet-PRE)事件,分析其年际变化趋势;结合归一化植被指数(NDVI),探讨植被与不同极端事件发生频数的相关关系与差异。结果表明:除Wet-VPD外,Dry-VPD、Wet-PRE和Dry-PRE总体呈上升趋势,特别是1998年以后Dry-VPD在长江上、下游流域显著增加;长江流域植被对极端干旱事件的敏感性(以负相关为主)高于极端湿润事件,且长江上游植被对Dry-VPD敏感,而中下游植被对Dry-PRE敏感。综上,长江流域极端干旱事件日趋严重,相较于降水干旱限制植被生长的传统认识,本研究指出在长江上游地区大气干旱对植被的负效应更加明显。
基于高精度遥感亮温的典型流域河道径流模拟分析
许继军, 屈星, 曾子悦, 袁喆, 霍军军, 王永强
2021, 32(6): 877-889. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.007
摘要:
随着对地卫星遥感技术的发展,微波遥感监测为径流模拟提供了新途径。目前,基于被动微波遥感亮度温度的河道径流模拟方法亟待深入探索。本文基于M/C信号法,利用新一代高精度被动微波亮温数据集在中国典型流域进行河道径流模拟,探讨该方法的适用性,分析断面河宽、平均流量、控制面积、植被覆盖度、高程、土地覆盖/利用类型、气候类型等地形地貌和水文气象因素对模拟效果的影响。结果表明:在中国七大流域61个典型站点中,决定系数R2 ≥ 0.5的站点占比超过59.0%,41.0%的站点纳什效率系数ENS ≥ 0.5;位于西南诸河流域的站点模拟效果最佳,尤其在青藏高原地区;高程、平均流量、气候类型以及断面河宽是影响模拟效果的主要因素;站点位于高原山地气候下的小型河流一般模拟效果更佳,本文方法相对更适用。研究成果可为河道径流模拟提供研究思路,为微波遥感的水文应用提供切实指导。
基于逻辑规范的水系连通定义及分类
陈森林, 毛玉鑫, 李丹, 梁斌, 孙亚婷, 谭安琪
2021, 32(6): 890-902. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.008
摘要:
水系连通的定义决定其科学技术和工程技术层次,如何科学概括现有科学研究和工程实践,研究水系连通的定义及分类具有重要的理论和生产应用价值。应用形式逻辑学的相关方法和规范,结合水利行业现有名词定义的主要问题分析,论述给名词下定义的意义和重大作用,系统论证应用"水系连通"替代"河湖水系连通"的必要性和科学性,评析现有多种水系连通定义存在的主要问题,给出水系连通的定义"研究相连水系连接通道的形成、水系的演化、水体转移的影响的科学技术",以及水系连通工程的定义"利用水工程、河流及湖泊等构成水系之间水体转移通道的工程",并论述了2个定义的内涵及其分类。该定义不仅比现行各种定义更科学、更简洁合理,而且能科学地处理概念定义适应性与分类完整性的关系。
宏观各向异性多孔介质中流体变形及溶质运移
叶逾, 张宇, 蔡芳敏, 谢一凡, 鲁春辉
2021, 32(6): 903-910. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.009
摘要:
为深入探究含水层中多孔介质的不规则形态和分布对于地下水流场及溶质运移的作用,根据沉积环境中已被发现的倾斜交叉分层地质单元结构,人为构造多孔介质双层交叉鱼骨结构,使其形成宏观各向异性水力传导特征,通过数值模拟研究该结构及其空间位置对于流场和溶质运移的影响。研究发现:宏观各向异性多孔介质引发了螺旋状流动,导致流线的拉伸和折叠,使得溶质羽发生不规则变形,显著提升了非反应性溶质的稀释程度;宏观各向异性结构和溶质羽在三维空间中的垂向相对位置对于溶质运移具有显著影响。
基于Godunov格式的排水管网水流数值模拟
张大伟, 向立云, 姜晓明, 权锦
2021, 32(6): 911-921. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.010
摘要:
为克服基于"LINK-NODE"计算模式的排水管网模型不能细致模拟管道内部水流运动过程的缺陷,采用Preissmann窄缝理论开发完成了一套新的基于Godunov有限体积格式的一维排水管网水动力模型。模型采用HLL近似Riemann解计算单元界面处的数值通量,细致区分了管网节点水位对与其相连接管道的不同影响,并采用严格的质量守恒方程和特征线理论来更新管网节点水位。通过3个经典算例验证了模型能够很好地模拟有压瞬变流和瞬变混合流等复杂管网流态,具有良好的精度和稳定性。将模型应用于陕西省西咸新区天福和园小区实测场次降雨排水过程模拟,取得了理想的计算结果。新研发模型可提供所有计算单元中心和管网节点处的水力要素变化过程,为精细化城市洪涝过程模拟奠定基础。
堰槽组合设施测流机制试验研究
王文娥, 廖伟, 陈土成, 王惠, 胡明宇, 胡笑涛
2021, 32(6): 922-932. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.011
摘要:
山区季节性溪流流量变化大,已有灌溉渠道量水设施难以在较大流量范围内均达到测流精度要求,本文以克伦普堰和排淤量水槽组合而成的堰槽组合量水设施为试验对象,通过试验探究其测流机制。根据流量在5~79 L/s范围内的概化水槽水力性能试验,分析不同流量下的水面线、弗劳德数、垂线纵向时均流速、薄水层特征长度和特征宽度的变化,建立不同流量阈值范围内的测流公式。结果表明:①随流量的增大,堰槽组合设施流动形态从槽内流变为堰流,流量阈值对应的阈值相对水深为0.885,拟合得到组合设施槽内流和堰流的测流公式,与实测流量对比,相对误差小于3%。②组合设施槽内流和堰流水力特性不同,槽内流时槽内各测点纵向时均流速、薄水层的特征长度和特征宽度以及综合流量系数均随着流量增大而增大;堰流时,排淤量水槽槽内前段各测点纵向时均流速随着流量增大而减小,后段各测点纵向时均流速随着流量增大而增大,槽内收缩扭面段中部附近断面平均流速大小一致。③堰槽组合流量系数随着流量增大而减小。④堰槽设施下游薄水层的特征长度和特征宽度随着流量增大有下降趋势,最大值均出现在流量阈值情况下。本研究有效解决了流量变幅较大的明渠测流设施匮乏问题,可为山区季节性溪流测流设施应用提供参考。
复坡珊瑚礁地形规则波传播特性试验研究
诸裕良, 丁诚宇, 宗刘俊, 赵红军, 管大为, 谈雯倩
2021, 32(6): 933-943. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.012
摘要:
针对带礁缘的复坡珊瑚礁地形,开展4组礁坪水位条件下、不同入射波高和波周期相组合的系列组次规则波试验,分析波高和增水的沿礁变化过程,研究深水波高、波周期和环境水位对破碎波高、破碎位置、礁坪增水和传递波高的影响规律,拟合给出试验地形下的参数化公式。研究表明:破碎波高和破碎位置随深水波高和波周期的增大而增大,受礁坪水位的影响相对较小;礁坪增水和传递波高受礁坪水位的影响较大,增水随水位的抬升而减小,传递波高随水位的抬升而增大;破碎波高和深水波高的比值与深水波陡相关;传递波高和深水波高的比值与礁坪水深深水波高比相关;量纲一破碎位置(破碎点至礁边的水平距离与礁边处浅水波长的比值)及量纲一礁坪增水(礁坪增水和深水波高的比值)均可通过礁边水深与深水波高比建立参数化公式。
述评
波浪作用下的床面切应力研究进展
夏云峰, 成泽霖, 徐福敏, 徐华, 张帆一
2021, 32(6): 944-956. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.013
摘要:
波浪作用下的床面切应力是估算近岸泥沙起动、输移的重要基本参数之一,其形成的底部摩阻效应也会对近岸水动力环境产生影响。由于现场观测较为困难,对波浪边界层与波浪作用下床面切应力的认识主要建立在室内试验观测基础上。回顾国内外相关理论模型和试验测量研究,梳理各类研究方法与测量技术的优缺点及适用条件;整理20世纪70年代至今的大量试验资料,对已有研究成果进行归纳分析,包括波浪非线性、波浪破碎等因素对床面切应力的影响;总结现有研究存在的局限性,提出今后的研究重点。超大型水槽是未来突破波浪边界层理论研究瓶颈的重要设施;高适应性水下二维切应力传感器的发展是复杂动力条件下床面切应力研究取得突破的关键。
辫状河流演变过程与机理的研究进展
李志威, 鲁瀚友, 陈帮, 游宇驰, 胡旭跃
2021, 32(6): 957-968. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.06.014
摘要:
辫状河流属于冲积河流的主要类型,对流水地貌景观、水生栖息地和河流开发与生态保护具有重要科学意义。根据辫状河流演变过程与机理的国内外研究进展,对定义与形态特征进行综合描述,并给出常用的形态表征方法与参数。总结辫状河流的4种野外地形观测方法以及水槽试验和数值模型的应用,比较它们的适合范围;描述辫状河流的不同形态单元的组成,列举沙洲形成、汊道调整与横向迁移、岸滩侵蚀、河漫滩淤积等基本演变规律;对比分析水流功率、床沙粒径、泥沙补给、滨河植被、河谷宽度等影响辫状河流形态动力学过程的主要控制因素;指出青藏高原不同空间尺度辫状河流的形成原因、形态特征和演变规律是河流动力学的重要研究方向。