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2004年  第15卷  第4期

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蒙特卡罗法在势流计算中的应用研究
吉庆丰, 郑邦民
2004, 15(4): 415-419.
摘要:
针对水动力学实际问题多存在复杂几何边界的状况,提出了用不规则游动网格求解偏微分方程的蒙特卡罗法,建立了相应的随机游动模型。选择具有复杂自由面的堰闸流动问题作为算例,验证了新方法的正确性。与有限元法相比,蒙特卡罗法解势流等线性问题时更灵活,可以根据需要,单独计算流动区域内任意一点的未知物理量,且所用计算容量较少。
长江上游近期水沙变化特点及其趋势分析
许全喜, 石国钰, 陈泽方
2004, 15(4): 420-426.
摘要:
对长江上游主要控制站水沙量进行了统计分析。近期长江上游水沙变化特点主要表现为:与1990年前相比,1991-2002年宜昌站年均减少沙量约1.3亿t;金沙江屏山站年均增加沙量约0.35亿t,其占宜昌站的百分数由51.8%增加到71.9%;嘉陵江北碚站年均减少沙量约0.985亿t,占宜昌站的百分数由25.7%减小至9.1%。采用滑动平均法以及Spearman秩次相关检验和线性回归检验等方法,对屏山、北碚和宜昌等3站水沙变化趋势进行了分析,分析结果表明:宜昌站径流量无趋势性变化,但输沙量有减小趋势;北碚站水沙减小趋势均较为明显;屏山站径流量无趋势变化,但输沙量有一定的增大趋势。另外还对影响长江上游水沙变化的降水量、水土保持措施、水库拦沙以及人类活动增沙等主要因素进行了分析。
漫滩河流防洪水位研究
齐梅兰, 崔广臣
2004, 15(4): 427-430.
摘要:
通过物理模型试验对松花江某平原漫滩河段的沿堤防洪水位进行了研究,对主槽和滩地阻力采用了不同的模拟方法,在达到模型相似的基础上,试验量测了水流边界沿低水位随流量的变化关系。研究表明,因河段内阻力因素复杂,边界沿堤水位与同断面主槽水位差别最大可达0.3m。
水质大涡模拟数学模型研究
张昌兵, 熊朝坤, 桂林, 刘华, 莫政宇
2004, 15(4): 431-435.
摘要:
建立了基于弱可压缩流基础上的水质大涡模拟数学模型及污染物质扩散系数与平均运动的关系。数值计算采用有限体积法和预测校正法,固壁边界条件采用"部分滑移条件"。并应用该模型对重庆嘉陵江、长江两江交汇段的流场,污染物质浓度分布进行了计算,计算结果与实测值比较吻合。研究表明,横向扩散与流动状态有关,当支流流量相对较小时,横向扩散较弱,形成岸边污染带,当支流流量相对较大时,横向扩散较强,污染带向江心移动。
Geodatabase与城市排水系统规划集成的研究
龙瀛, 贾海峰, 程声通
2004, 15(4): 436-440.
摘要:
Geodatabase是美国环境系统研究所(ESRI)提出的第三代地理数据模型,在分析和总结城市排水系统规划涉及的内容以及前人进行的有关GIS应用于城市排水系统规划的基础上,对Geodatabase数据模型与城市排水系统规划集成的优势进行分析,并提出了基于Geodatabase的辅助城市排水系统规划的新型解决方案。在北京市污水处理厂合理布局规划项目中,该解决方案得以成功应用,并被证明在城市排水系统建模、规划数据管理以及规划方案生成效率等方面,较传统的第二代地理数据模型更具优势。
GIS在非点源污染评价中的应用
周慧平, 葛小平, 许有鹏, 罗维佳
2004, 15(4): 441-444.
摘要:
应用Visual Basic开发环境及Map Info MapX控件建立了一个非点源污染评价系统,并以浙江省剡江流域为试验区对其非点源BOD年负荷量进行了模拟计算,从系统的结构及运行过程,包括数据的输入、模型参数的提取、结果的可视化等方面分析了GIS在流域非点源污染评价中的应用,研究表明,将GIS技术应用于流域非点源污染评价能够有效地获取模型参数,增加了数据和评价结果的直观性,为流域非点源污染治理提供了一种有效的途径。
直接搜索-模拟退火法在水污染控制系统规划中的应用
申玮, 郭宗楼, 刘国华
2004, 15(4): 445-447.
摘要:
在研究新近发展起来的模拟退火算法及其各种改进算法的基础上,提出并构造了一种水污染控制规划的以记忆为基础的直接搜索 模拟退火算法(DSA),并将其应用于新疆乌鲁木齐水磨河排放口最优化处理规划中,在满足水质要求的同时,得到了更优的全局最优解。DSA具有编程简单、易实现、运算效率高、运用方便、结果稳定等优点,为水污染控制系统规划提供了一个新的方法,具有很好的应用前景。
波浪的非线性频散关系
张扬, 李瑞杰, 郑金海
2004, 15(4): 448-453.
摘要:
在概括和总结现有非线性频散关系的基础上,给出了非线性频散关系的通式形式及其显式表达式。通过与原频散关系的比较可知显式形式具有很高的精度,与隐式形式吻合很好。利用频散关系的显式形式,结合含非线性项的缓坡方程,得到考虑非线性弥散影响的波浪变形模型。模型中对采用非线性频散关系和修正的非线性频散关系的计算结果进行了比较。结果表明,用新的频散关系的显式表达式得到的模型更加精确、合理。
二维非恒定渗流的有限元并行计算
江春波, 安晓谧
2004, 15(4): 454-457.
摘要:
建立了二维非恒定渗流的有限元并行计算模型,在windows操作系统下实现了基于消息传递的二维渗流的有限元并行计算。模型采用广义极小残余算法(GMRES)对方程组进行并行迭代求解,通过分析数据执行时的相关性和检验算法结构的固有串行性,将原有串行算法中的算法元直接并行化。对溪洛渡上游围堰的渗流分析进行了并行数值模拟,并针对水位骤降情况下非恒定渗流进行了并行计算,证明了模型的合理性。对模型进行了加速比测定,可以看出并行计算的效率随着问题规模的增加而逐渐提高。
多孔介质中溶质有效扩散系数预测的分形模型
刘建国, 王洪涛, 聂永丰
2004, 15(4): 458-462.
摘要:
依据分形理论和方法,探索溶质在多孔介质中的有效扩散系数的替代预测方法。在多孔介质溶质扩散的弯曲毛细管束模型的基础上,以分形维数作为介质的基本几何特性参数,建立了多孔介质中溶质扩散的分形毛细管束模型,推导出了溶质有效扩散系数与介质孔隙度之间的幂定律关系式,幂指数是介质孔隙分维和表面分维的函数,反映了介质孔隙体积的层次分布与孔隙通道曲折程度对扩散的影响。对粘性土的分形维数测定数据和有效扩散系数试验测定数据的分析表明,利用该关系式预测多孔介质中溶质的有效扩散系数是较为准确可靠的。
考虑水分胁迫后效应的作物水模型
郭相平, 朱成立
2004, 15(4): 463-466.
摘要:
水分胁迫具有后效应,前期水分胁迫可以影响作物后期叶面积和需水量的增减。以Jensen作物 水模型为基础,引入了水分胁迫后效应影响系数,对原模型进行了修正。修正后的模型可以将阶段水分胁迫与前期胁迫后效应对产量的影响加以区分,避免了原模型中可能产生的虚缺水现象,并可对作物(以玉米为例)前期水分胁迫处理后,后期需水量增加以及苗期胁迫处理可维持较高产量的原因进行合理解释。通过田间试验结果分析,改进后模型的模拟结果符合实际,并具有较好的精度。对模型存在的问题和不足也进行了探讨。
泥石流入汇条件下交汇区的流动特性
郭志学, 方铎, 曹叔尤, 余斌
2004, 15(4): 467-471.
摘要:
根据动量原理,引入了输运流量和淤积流量以及输运率和淤积率等概念,研究了泥石流入汇主河道后,主河道交汇口附近水位壅高以及交汇区泥沙淤积等问题,分析了泥石流进入主河道后流量、容重等的变化。研究了交汇区复杂条件下的动量传递关系,推导了综合反映交汇后下游水力条件关系和交汇区淤积情况的弗劳德数计算公式,并应用试验数据对其进行了验证,结果表明只要参数选取得当,用所提出的公式计算可达到较高的预测精度。
珠江河口水环境时空变异对河口生态系统的影响
崔伟中
2004, 15(4): 472-478.
摘要:
分析近20年来珠江河口水环境变异的特征,探讨珠江河口水环境与水生物相互联系和相互作用的关系。结果表明,珠江河口形态、地貌、水文情势和入河污染物等变异改变了珠江河口水生物的栖息条件,削弱了河口生态系统的自动调节修复能力和稳定性,对河口生态系统的物质循环、能量流动和发育演化平衡构成了重大影响。
区域干旱特征理论及其应用
周振民
2004, 15(4): 479-484.
摘要:
对区域干旱的概念和计算方法进行了研究,认为干旱问题应根据不同的干旱特征分区进行研究并提出针对性的解决措施。干旱研究不仅要考虑到干旱的水文特征,而且要考虑干旱风险所带来的后果。提出了分析干旱问题的理论框架。并将黄河下游引黄灌区划分为6个子区,应用多变量随机模型生成了月降水量资料系列。利用了33年的月降水量资料率定模型参数。应用生成的月降水量系列从理论风险性的观点研究了区域干旱问题。
长江中游洪水沉积特征与标志初步研究
李长安, 张玉芬
2004, 15(4): 485-488.
摘要:
洪水记录是研究洪水规律的重要依据。通过对1998、1999、2002年长江中游洪水沉积物的系统观察、对比和研究,结果表明,长江中游洪泛沉积在沉积体形状、沉积结构和沉积物成分等方面,具有与正常河道沉积明显不同的特点,可为古洪水事件确定提供可能和依据。根据沉积环境的不同,长江中游洪泛沉积大致可分为3种类型:溃口洪水事件的沉积、滨岸带的洪水沉积和洪水漫滩沉积。进而对各种类型的沉积学特征进行了分析、归纳和总结,初步建立了其识别标志。
祁连山区森林景观格局对水文生态效应的影响
杨国靖, 肖笃宁, 周立华
2004, 15(4): 489-494.
摘要:
在地理信息系统ArcGIS环境下,结合1987-2001年的水文资料,用Spatial Analyst、Hydrologic Modeling等扩展模块,对祁连山中段北坡大野口河流域和海潮坝河流域的景观格局与水文特征进行比较分析,结果表明:大野口河流域的景观组分以低海拔的草地和乔木林占优势,草地所占面积最大,整个景观较为破碎;海潮坝河流域的景观组分以高海拔的裸地和灌丛占优势,裸地所占面积最大,景观破碎化程度相对较低。大野口河流域的蒸散发占降水量的61%,流域径流系数为0.39;而海潮坝河流域的蒸散发占降水量的41%,流域径流系数为0.59。研究表明,导致两流域生态水文效应相差较大的主要原因是两流域不同的景观格局。
黄河流域分布式水文模型初步研究与进展
刘昌明, 夏军, 郭生练, 郑红星, 王中根, 吴险峰, 郝芳华
2004, 15(4): 495-500.
摘要:
结合国家重点基础研究规划项目"黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理"的研究,综述了黄河流域分布式水文模型研究的主要进展,包括分布式水文模型的特点和基本结构、分布式水文模型中的数字高程模型(DEM)和水文学基础、地理信息系统(GIS)和遥感(RS)在分布式水文模拟中的应用等方面的内容,对未来分布式水文模型的研究提出几点认识。
基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅰ模型的原理与结构
王中根, 郑红星, 刘昌明, 赵为民
2004, 15(4): 501-505.
摘要:
面向流域水资源管理,提出了一个基于GIS/RS的流域分布式水文模型,模型主要包括单元水文模型与河网汇流模型两大部分。单元水文模型涉及到冠层截留、融雪、蒸散发、坡面流、非饱和土壤水运动和地下水出流等水文物理过程。产流计算考虑到地形坡度的影响采用基于地形指数的计算方法。汇流演算基于河网结构采用分段马斯京根方法。模型的大部分参数与输入信息可以利用GIS和RS技术获取,能够对气候变化和人类活动对下垫面的改变,做出快速的模拟与响应。
基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅱ模型的校检与应用
郑红星, 王中根, 刘昌明, 赵为民
2004, 15(4): 506-510.
摘要:
GIS/RS是流域水文过程分布式模拟的重要技术支撑。结合泾河流域的实例研究,探讨了GIS支持下,基于栅格DEM流域水文特征的获取,降水、气温等资料的空间插值,以及土壤、植被等下垫面信息在水文模拟单元上的耦合。在此基础上,应用分布式水文模型对泾河流域的水文过程进行模拟。结果表明:所建模型结构上是合理的,在产流计算中泾河25个子流域在水量平衡方面误差均小于5%。潜在蒸发的模拟在趋势上与实测过程基本一致。径流模拟在4个检验站点上与实测过程的相关系数达到0.84~0.93。模型基本能够满足水资源规划与管理的需要。
黄河小花区间暴雨径流过程分布式模拟
吴险峰, 刘昌明, 郝芳华, 王国强, 杨桂莲
2004, 15(4): 511-516.
摘要:
提出了一种松散偶合型结构的分布式水文模型,模型以小时为时段,主要用于洪水模拟。模型构建在DEM的基础上,由数字流域、单元网格模型、河网汇流模型、水库调蓄模型和图形用户界面(GUI)等5部分构成。通过GUI可以实现模型的输入、参数选择和运行输出。模型适用于人类活动较少的、半湿润和半干旱地区,在黄河小浪底-花园口区间洛河卢氏以上流域得到应用。
基于DEM的分布式流域水文模型及应用
熊立华, 郭生练, 田向荣
2004, 15(4): 517-520.
摘要:
提出了一个基于数字高程模型(DEM)的分布式流域水文模型,主要用来模拟湿润地区的蓄满产流机制。通过建立土壤蓄水能力和地貌指数的关系来描述蓄水能力的空间分布。坡面流流向采用多向流法来决定。应用结果表明,该模型模拟流量过程的精度较高,与三水源新安江模型、TOPMODEL基本相当;而且模拟的土壤蓄水量的空间分布也基本符合水文规律。
基于非线性系统理论的分布式水文模型
王纲胜, 夏军, 朱一中, 牛存稳, 谈戈
2004, 15(4): 521-525.
摘要:
提出了一种基于水文系统理论的分布式水文模拟方法,它将集总的水文非线性系统模型通过GIS平台,结合单元水文模拟,拓展到分布式流域水文模拟。它既具有分布式水文概念性模拟的特征,同时又具有水文系统分析适应能力强的优点。实例分析表明:在黄河板桥流域,通过考虑时变增益因子G的空间变异性,该模型吸纳了局部高强度降水信息,对分布式空间降水输入能够产生积极的响应,获得了比集总模型更好的峰值模拟效果;在华北潮白河流域,通过分析不同森林覆盖率下的G值变化曲线,初步揭示了潮白河流域土地利用变化的水文响应趋势,即在相同的土壤湿度条件下,随着森林覆盖率的增加,G值呈减小趋势,地表产流能力降低。
酸雨研究进展与问题探讨
汪家权, 吴劲兵, 李如忠, 钱家忠, 潘天声
2004, 15(4): 526-530.
摘要:
在综述国内外酸雨研究基础上,提出了我国酸雨研究中存在的一些问题。我国在酸雨研究方面已经取得了重大的进展,许多研究成果被有效地应用于酸雨的控制,但由于酸雨的不断加重和酸雨问题的复杂性,许多问题还需要深入研究,如:①随着能源结构的不断变化,研究建立适合我国特点的酸雨预测模型;②从生态系统角度研究酸沉降及其酸沉降破坏的生态系统的恢复技术;③研究燃煤二氧化硫的控制和不同行业如化工、建材、冶金等工艺废气的脱硫技术;④研究与我国的经济发展水平相适应的、合理的酸雨控制对策;⑤将新技术与酸沉降研究有机结合起来,研究基于GIS的酸化模型,规划酸沉降临界负荷。
精量灌溉决策定量指标研究现状与进展
蔡甲冰, 刘钰, 雷廷武, 许迪
2004, 15(4): 531-537.
摘要:
按照土壤 植物 大气连续体(SPAC)理论,灌溉决策的指标可分为三类:土壤水分、作物水分生理状况和气象因素。对这三方面的研究现状与进展作了详细的阐述。在土壤水分监测技术方面,时域反射仪(TDR)技术、微波技术、近红外辐射等的应用,使监测更加准确和便利;用于灌溉决策的作物水分生理信息监测包括:细胞液浓度、叶/水势、茎果微变化、生理电阻电容、声发射等,从目前国际上研究情况来看,叶冠层温度和茎流变化是指示作物水分状况较好的指标;在估算大气蒸发力方面,以参考作物蒸散量为指标,估计作物参考蒸散量的方法以联合国粮农组织(FAO)最新推荐的Penman-Monteith方法较为精细。并对目前灌溉决策指标的综合运用情况进行了总结。讨论了作为精准农业重要组成部分的"精量控制灌溉"今后的发展方向,建议以通过对作物、土壤、气象复合系统的分析和判断,指导灌溉的适时和适量。
浅水波浪数值模型SWAN的原理及应用综述
徐福敏, 张长宽, 陶建峰
2004, 15(4): 538-542.
摘要:
概述了模拟海岸、河口的浅水波浪数值模型研究现状、存在的问题以及用能量平衡方程预报海浪的发展历史。介绍了基于当代最新波浪理论研究成果的第三代浅水波浪数值模型SWAN模型,对模型的适用性、数值特性、功能及局限性进行了阐述。介绍动谱平衡方程数学模型、方程离散要求、边界条件的处理和源项(包括能量输入、损耗及波与波之间非线性相互作用)的处理方法,重点介绍三相波非线性相互作用。模拟海安湾有效波高、波周期场,并分析波与波之间非线性相互作用对波浪要素预报的影响,最后对SWAN模型的应用前景和研究趋势进行了展望。