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2004年  第15卷  第3期

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多孔介质非饱和导水率预测的分形模型
刘建国, 王洪涛, 聂永丰
2004, 15(3): 269-275.
摘要:
多孔介质非饱和导水率是地下水污染预测与评价的重要参数。根据分形几何的基本原理和方法,推导出了与Campbell经验公式在形式上完全一致的多孔介质非饱和导水率的预测公式。公式中的幂指数为介质孔隙分维和随机行走分维的函数,分别体现了多孔介质的静态性质与动态性质对其中水分运动的影响,但静态性质的影响是主要的,即导水率主要受多孔介质的结构控制。根据文献中报道的大量数据,利用笔者推导的预测公式计算得到的幂指数的统计值与试验测定的幂指数的统计值基本一致,说明推导的理论公式预测多孔介质非饱和导水率是较为可靠的。
潜水面变动的空间四面体单元网格自动生成方法
成建梅, 黄丹红, 胡进武
2004, 15(3): 276-279.
摘要:
提出了一种由平面三角网格自动生成三维空间四面体单元网格的方法,其基本思路是将含水层平面分成三角形单元网格,将每个三角形沿垂直方向对应一个三棱柱,作为最初的三棱柱;依次将每个三棱柱按照潜水面位置和分层信息划分成不同数目的四面体,从而生成三维空间四面体单元网格。剖分结果表明,此方法综合考虑了潜水面的位置和各含水层顶底板的起伏情况,能够简洁地生成层面起伏的空间四面体网格,特别适用于刻画潜水面波动、含水层顶底板起伏和存在透镜体或岩性缺失等含水层结构复杂的情况下,自动地剖分并生成单元信息,为三维计算的实现奠定了基础。
不同水肥条件下水稻氮素运移与转化规律研究
崔远来, 李远华, 吕国安, 沙宗尧
2004, 15(3): 280-285.
摘要:
针对不同的水肥处理,采用15N示踪方法,观测分析了氮素在稻田的时空分布及运移规律、挥发及淋失损失规律、氮素在水稻植株中的分布特征、稻田氮量平衡等。结果表明:不同灌溉方式下,由于稻田水分状况的差异导致土壤养分时空分布不同,从而影响其对作物的有效性;由于节水灌溉稻田水分相对较少,基质浓度较高,挥发损失高于淹灌。虽然节水灌溉下稻田渗漏液NH4及NO3-浓度较淹灌高,但由于此时总渗漏量显著减少,氮的总淋失较淹灌条件少;节水灌溉下,适当增加追肥次数,有利于减少各种氮素养分的损失,提高氮肥利用率;节水灌溉下水稻对氮素的吸收利用率高于淹灌,且有利于氮素养分向稻谷转移。
流动环境中铅垂圆形负浮力排放的三维数值模拟
杨中华, 槐文信
2004, 15(3): 286-290.
摘要:
建立流动环境中圆形负浮力射流的三维k-ε湍流模型,考虑浮力对射流的影响,结合试验资料进行数值计算,给出了不同射流比下的流线图和断面密度等值线图。发现了大射流比下喷口附近存在一个相对的低密度区以及射流撞击底部后向侧壁分流、密度分布呈现中间低两侧高的现象。
拟序结构下空泡近壁区运动规律研究
储训, 牛权
2004, 15(3): 291-295.
摘要:
从湍流的近壁拟序结构对近壁区小粒径空泡的运动规律的影响出发,对空泡产生的机理做了新的探讨。从理论上推导出基于典型湍流边界层模式的非拟序结构下空泡的近壁区运动方程,并导出基于湍流近壁拟序结构作用的空泡近壁区运动方程。两种不同条件下的运动方程比较表明,湍流近壁区的拟序结构对空泡的产生具有决定性的意义,正是由于拟序猝发作用的存在,才使得空泡对壁面的空蚀作用得以发生。
射流泵流场的PIV测量
何培杰, 龙新平, 梁爱国, 刘景植, 陆宏圻
2004, 15(3): 296-299.
摘要:
利用粒子图像速度场仪(PIV)对射流泵渐缩锥形入口、等径直管内有限空间水射流进行测量。该射流泵喉管面积与喷嘴面积之比为4.75,基于射流泵喷嘴直径D和喷嘴出口流速计算的雷诺数为3.68×105。通过流量比在0.20~0.80之间的变化来研究流量比对流场的影响。获得了射流泵对称面流场的速度矢量、轴心速度分布和轴向速度等值线图。结果表明:当射流泵的面积比确定后,射流泵内有限空间射流结构只与射流泵的流量比有关,流量比愈小,其轴心速度衰减得愈快,高速射流区愈短。测量结果为射流泵理论研究和优化设计提供可靠依据。
长江口斜压诊断模式三维流场数值模拟
龚政, 张长宽, 金勇, 张东生
2004, 15(3): 300-306.
摘要:
建立了σ坐标系下长江口斜压诊断模式三维流场数学模型,采用k-kl二方程紊流闭合模型求解垂向涡粘系数,计算域内恒定、非均匀盐度场反映了计算域密度斜压效应。验证结果表明,斜压诊断模式的模拟成果较切合实际。模型成功复演了长江口水域由往复流向旋转流过渡的流场特性;潮波从四条汊道传入后在分汊口附近相遇形成多个会潮点,其位置随着径流的大小、潮汐的强弱、汊道的形态等因素而变化。
博斯腾湖水体矿化度变化趋势及调控研究
左其亭, 马军霞, 陈曦
2004, 15(3): 307-311.
摘要:
博斯腾湖水体矿化度自从20世纪70年代以来基本在1.0g/L以上,80年代矿化度曾经高出1.8g/L,目前还维持在1.3g/L左右。以实测数据为基础,阐述博斯腾湖水体矿化度的变化趋势;并以建立的水量-水质-生态系统模型为基础,探讨博斯腾湖水体矿化度变化的影响因素,从本质上分析控制博斯腾湖水体矿化度变化的主要因子,改变了从表象上认识的缺陷,提出了水体矿化度调控的对策。
遥感技术在内陆水体水质监测中的应用
周艺, 周伟奇, 王世新, 张蓓
2004, 15(3): 312-317.
摘要:
内陆水体水质遥感监测是基于经验、统计分析或水质参数的光谱特征,选择遥感波段数据与地面实测水质参数数据进行数学分析,建立水质参数反演算法实现的。简要介绍了内陆水体水质监测中遥感应用研究的发展和现状,阐述了水质遥感监测原理与方法、常用的遥感数据和几种主要水质参数的遥感监测进展,讨论了目前遥感在水质监测应用中存在的问题和未来该领域研究的重点。
曹娥江绍兴排污工程水环境模拟
朱军政, 韩曾萃, 潘存鸿
2004, 15(3): 318-323.
摘要:
由于绍兴污水处理厂排放口是过渡性的,大量未达标的污水排入曹娥江,使得该河段污染负荷很大。为了解绍兴污水排放对曹娥江的水质影响,选用二维水流水质数学模型,采用有限差分格式数值求解方程来计算分析绍兴排污工程达标及未达标排放两种工况分别对曹娥江河口段水质的影响。结果表明,未达标排放时,曹娥江河口段水质污染严重,存在超Ⅴ类水体,若达标排放,水体基本能够满足Ⅲ类水质功能区划要求。就绍兴污水处理厂目前运行状况而言,很难保证本江段水体达到功能区划要求。因此绍兴排污工程污水达标排放对于保护曹娥江河口段的水体是至关重要的因素。
黄河下游游荡河段河床演变对河道整治的响应
姚文艺, 杨邦柱
2004, 15(3): 324-329.
摘要:
为预测黄河下游游荡性河道大规模整治后对河床演变的作用,基于河流动力学理论,通过物理模型试验的方法,以黄河下游游荡性河道典型河段为对象,研究了河床过程对河道整治的复杂响应关系。研究结果表明,河槽横断面形态的调整与人工边界约束程度、流量变差及含沙量变差有关;只要整治工程体系平面布设合理,整治工程量达到一定规模后,通过河道整治,可使河槽横断面形态趋于窄深方向发展,促使游荡型河道向限制性弯曲型河道转化,同时,河道泄洪输沙能力有所提高;河道整治后,不同河段的比降调整不会平行进行。
长江九江段40年来河道演变的DEM研究
李茂田, 陈中原
2004, 15(3): 330-335.
摘要:
利用地理信息系统(GIS)与数字高程模型(DEM)技术,模拟了40年来长江九江段的冲淤过程,结果表明:1963-1972年,总体表现为淤积,淤积量为650.5万m3,平均淤积速率为65万m3/a。1972-2002年,总体表现为冲刷,冲刷量为2072万m3,平均年冲刷率为103.6万m3/a。1963-2002年,九江河床总体表现为冲刷,冲刷量为1497.7万m3。2003年与1963年比较,河床淤积区域主要在长江九江上段的近南岸区域、中下段的中间区域;冲刷区域主要在长江九江上段的中间及近北岸区域、中下段两岸的近岸区域。长江九江河段40年的演变是河床的边界条件、上下游来水来沙及人类活动耦合的结果。中下段南岸的不断刷深和南偏对九江的防洪带来更大的压力。
复杂河网水沙数学模型研究
吴作平, 杨国录, 甘明辉
2004, 15(3): 336-340.
摘要:
根据节点水沙平衡和能量衔接条件,在单一河道水沙数学模型的基础上,建立了可以适用于一般河网体系水沙数值计算的数学模型,并采用荆江-洞庭湖的相关资料进行了验证。结果表明,模型的计算值与实测值吻合较好,说明对荆江-洞庭湖区域复杂边界条件的处理是合适的,所建模型具有较好的适用性。
流域水生态空间研究
邓伟, 严登华, 何岩, 章光新
2004, 15(3): 341-345.
摘要:
在分析水生态空间基础理论的基础上,以东辽河流域为例,以GIS技术为关键的数据处理平台,分析了流域地表水生态空间的演化分异。东辽河流域单位流域面积河流系统所提供的水生态空间为204.08mm,是流域多年平均降水量的39.83%;流域多年平均次坡面水生态空间为97.35mm,是坡面系统生态需水的19.48%,是流域河流系统水生态空间的47.70%。流域河流系统水生态空间和坡面系统水生态空间均具有明显的地域分异特征;全流域水生态空间形成了以河渠网为中心的高值分布网和以湖库为中心的高值分布"岛"。
渭干河平原绿洲生态用水量初步估算
胡顺军, 康绍忠, 宋郁东
2004, 15(3): 346-351.
摘要:
根据监测资料,采用蒸发系数法对渭干河平原绿洲各种土地类型的年耗水量进行了估算,并分析了其生态用水量。结果表明:(1)农林地的年耗水量为947~1026mm,草滩洼地的年耗水量为791~845mm,有稀疏植被荒地的年耗水量为308~415mm,未被利用土地、沙丘的年耗水量为137~172mm;(2)农林地的蒸发系数为0.83~0.86,草滩、洼地的蒸发系数为0.68~0.72,有稀疏植被荒地的蒸发系数为0.27~0.35;未被利用土地、沙丘的蒸发系数为0.12~0.15;(3)年生态用水量为11.18~13.47亿m3,占总收入水量(地下水入流、灌溉引水和降水量)的45%~49%。该结论可为西北地区平原绿洲水资源的合理配置提供科学依据。
冬小麦遥感冠层温度监测土壤含水量的试验研究
刘云, 宇振荣, 孙丹峰, Driessen P. M., 王纯枝
2004, 15(3): 352-356.
摘要:
在冬小麦主要生育期(2002年4月初到5月底),对不灌溉的冬小麦测定了冠层温度、地温、气温以及土壤含水量,计算了冠气温差且分析了冠层温度和冠气温差与不同土层厚度的土壤含水量相关关系。结果表明:14:00的冠层温度能较好地反映20cm土层的土壤含水量变化,但与其它各土层相关性有较大的波动性;14:00的冠气温差能较好地反映40cm以上土层的土壤含水量变化,二者的相关性很高,在20cm、40cm土层,两者相关系数R2分别为0.98866、0.99389,这为用区域遥感数据反演主要生育期冬小麦的冠气温差进而监测区域40cm土壤含水量提供了实验性的依据;拔节期和灌浆期,用14:00冠气温差来拟合各土壤层的土壤含水量有较高的精度,从而为用区域遥感数据监测区域土壤含水量提供了经验性的模型。
不同灌水定额条件下的覆膜开孔蒸发实验研究
李毅, 邵明安, 王文焰, 王全九
2004, 15(3): 357-363.
摘要:
在研制了室内蒸发动态观测实验系统的基础上,分析了土表覆膜开孔率和灌水定额不同条件下,蒸发土壤含水率剖面的动态特征。通过累积蒸发量的计算分析,基于Gardner关于裸土蒸发的累积蒸发量与时间关系成正比的理论关系,建立了不同覆膜开孔率和灌水定额影响下累积蒸发量随时间变化的三因素模型,从而成为传统Gardner关系的进一步扩展。在此基础上,进一步分析了覆膜开孔率和灌水定额对相对累积蒸发量和单位膜孔面积累积蒸发量的影响,并得出了相对累积蒸发量和单位膜孔面积累积蒸发量与覆膜开孔率和灌水定额之间的定量函数关系。
基于能量平衡的蒸散发遥感反演模型研究
庞治国, 付俊娥, 李纪人, 肖乾广
2004, 15(3): 364-369.
摘要:
提出了基于能量平衡方法遥感反演蒸散发的计算模型。采用经验、半经验公式反演计算了模型中各参数。利用提出的净辐射折算系数、波文比,结合Sequin和Itier理论推导了日蒸散发量计算的经验模型,并考虑了温度对瞬时蒸散发量的的影响,提高了全天蒸散发量计算的精度。对于不同地区只要调整净辐射折算系数便可解决由蒸散发瞬时值求算全天值的困难。通过对黑龙江省进行数值试验,证明该模型具有很强的实用性,并且可为旱情监测系统运行提供依据。
红壤丘陵区地表水资源动态与合理调蓄利用研究
黄道友, 陈桂秋, 王克林, 黄敏, 彭廷柏
2004, 15(3): 370-375.
摘要:
以红壤丘陵景观中相对独立且整体性强的集水区为基本单元,重点研究了集水区内降水、蒸散、水量蓄存等地表水资源的年变化。结果表明,降水资源在集水区内的陆面拦截蒸散、塘堰蓄存、排出集水区三者中的分布比例约为7:2:1,在水土保持型坡地的植被拦截、土壤渗流、地表径流三者中的分布比例约为3:5:2;每公顷1m土体中的土壤贮水量,在丰水季节,水土保持型坡地要比非水保坡地高出864.0~1067.0m3,少水季节则高出647.0~855.0m3。研究结果还表明,以集水区为单元的农业灌溉用水量,一般为年降水量的12%左右,蓄存此水量的塘堰面积应占集水区土地总面积的11%左右,对于塘堰面积已占土地总面积10%左右的红壤丘陵区而言,抗御季节性干旱依靠扩大塘堰蓄水已不现实,其主要途径应是充分发挥水库工程和"土壤水库"的巨大抗旱潜力。
三峡水库动态汛限水位洪水调度风险指标及综合评价模型研究
王才君, 郭生练, 刘攀, 周芬, 熊立华
2004, 15(3): 376-381.
摘要:
汛限水位是综合利用水库运行和调度的重要参数之一,也是协调防洪和兴利矛盾的焦点所在。现行的汛限水位过多地考虑了小概率洪水事件,不能充分挖掘水库汛期的兴利效益,因此,采用动态汛限水位进行调度,对综合利用水库的运行具有重要的理论意义和实用价值。根据三峡水库围堰发电期的调度规程,建立预报预泄调度模型,采用宜昌站1882-2001年汛期实测日流量资料,实现了考虑预报信息的动态汛限水位洪水调度模拟;提出了多目标风险指标体系;计算了9种动态汛限水位方案下的风险指标值,通过综合评价模型对各方案进行比较和优选,得到了相对合理的动态汛限水位方案。
日流量预测的小波网络模型初探
王文圣, 熊华康, 丁晶
2004, 15(3): 382-386.
摘要:
针对日流量时间序列的非线性和多时间尺度特性,提出了将小波分析与人工神经网络相结合进行日流量预测的新方法——小波网络模型。该模型吸取了小波分析的多分辨功能和人工神经网络的非线性逼近能力。以长江寸滩站日流量预测为例,研究表明,所构造的模型各预见期的拟合、检验精度较高。小波网络模型延长了预见期,提高了预报精度,具有广阔的应用前景。
黄河干流水量调配分解协调组合模型的构造研究
王煜, 黄强, 王义民, 杨立彬
2004, 15(3): 387-390.
摘要:
针对黄河干流水量调度工程的特点和管理现状,提出了黄河干流工程非汛期水量调度和河段配水模型构造的原则、目标和大系统分解协调方法,构建了包含上游子系统水库调度模型、三小子系统水库调度模型、河段配水模型和多方案优选模型在内的组合模型。组合模型的特点是开发效率高、灵活性和适用性强、数据流程清楚。提出了组合模型的求解方法。初步应用验证了组合模型的正确性和实用性。
河西内陆河流域的水循环分析
高前兆, 仵彦卿
2004, 15(3): 391-396.
摘要:
通过对我国西北内陆区水循环分析,剖析了河西内陆河流域的水循环特点,即在山区形成水资源、在平原散失水资源和在人工绿洲区产生二元结构;揭示了流域内的水资源以水循环为纽带,相互转化并互相联系;并对山区消耗水量,走廊、盆地、人工绿洲建设引起的地表水与地下水转化的变化和消耗水量的增加,以及内陆河下游水分亏缺问题作了分析评价;并提出了要传递流域水循环整体概念、评价山区与平原绿洲之间的局地水循环、实现在西部开发中实施内陆河流域综合治理的良性循环等问题的讨论。
输水渠道线路优化与漫游数学家模型
程吉林, 陈平, 朱春龙, 蒋晓红, 仇锦先
2004, 15(3): 397-399.
摘要:
在传统漫游数学家模型的基础上,以线路定性方案、渠段纵坡为决策变量,工程总投资为目标函数,考虑渠段线路状态转移和渠道首末水位约束,提出了阶段函数已知情况下的长距离输水渠道线路优化二维动态规划模型。实例证明该法对长距离输水渠道线路系统的优化比传统线路方法更优越。
混沌理论及在水科学中的应用与存在的问题
王红瑞, 宋宇, 刘昌明, 陈家军
2004, 15(3): 400-407.
摘要:
在简要介绍表征系统混沌特征常用方法的基础上,认为混沌理论在水科学中的应用主要集中在水文时间序列性质的判定和非线性预测模型研究上,并就这两方面的国内外研究进展进行了综述。通过对其应用中存在的主要问题:延迟时间的确定、数据量大小、噪声等进行分析和讨论,认为水科学问题中混沌的假设是合理的。但对于任何有限长度和受噪声干扰的时间序列来说,严格判定其相空间是确定性系统还是随机系统几乎是不可能的,纯粹的混沌和纯粹的随机都只是数学上的一种理想状态。因此,对于所研究的水科学问题是否存在混沌现象,仅采用单一的方法所取得的结论,不能作为判定依据,而仅表明可能存在混沌特征。所以有必要采用多种研究方法,综合刻划某一水科学问题中的混沌迹象,判定该序列是以混沌成分为主还是以随机性成分为主。提出分形上的混沌动力系统以及混沌与神经网络相结合的方法,可为水科学问题的研究能提供一些新的思路。
我国水文循环与地表水研究进展(1998-2001年)
储开凤, 汪静萍
2004, 15(3): 408-413.
摘要:
根据1998-2001年我国公开出版发行的30余种与水有关的科技期刊刊登的关于水科学研究的论文,同时参考了近4年来国家重大攻关项目和自然科学基金项目的研究报告。综述了近4年来我国在水文循环与地表水研究方面取得的主要成果和进展。
纪念冯尚友教授
刘国纬
2004, 15(3): 414-414.
摘要:
冯尚友教授逝世5周年了,我们怀着崇敬的心情纪念他。冯尚友教授于1923年3月7日出生在河北省抚宁县。1948年6月毕业于北洋大学水利系,随即赴绥远水利局工作。1950年起先后任教于天津大学水利系和武汉水利电力大学,其间于1956-1958年随中国教育代表团赴越南任教,1960-1962年赴前苏联莫斯科动力学院进修。1999年3月7日于深圳逝世。冯尚友教授从事水文、水资源教育半个多世纪。他于20世纪50年代组建了武汉水利电力学院水利计算教研室,70年代组建了水资源教研室和水资源研究室,1982年主持设立了水资源规划及利用本科专业,60年代起招收硕士研究生,1984年开始招收博士研究生。