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2006年  第17卷  第6期

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多股水平淹没射流水力特性的影响因素研究
李艳玲, 华国春, 张建民, 杨永全
2006, 17(6): 761-766.
摘要:
采用数值模拟和模型试验相结合的方法,分析了水股分层、坎高、出口体型和跌坎形式等因素对多股水平淹没射流的流态稳定性和水力特性的影响。研究表明,多股多层水平淹没射流较单层多股水平淹没射流流态稳定性好、临底流速低、消能率高,是一种高效的新型消能方式。结合试验结果,提出中孔泄槽以等宽或微收缩为宜、表中孔最优坎高差应大于中孔水流的主流水深、跌坎形式的选择应结合具体工程特点等建议。
流体-结构相互作用下用微分求积法求弹性板上的动水压力场
张立翔, 郭亚昆
2006, 17(6): 767-773.
摘要:
采用微分求积法(DQ)在流体-结构相互作用(FSI)框架下求解原变量形式的Navier-Stokes(N-S)方程和板的弯曲振动方程,获取作用在弹性板上的动水压力场.分析对象是4块矩形板组成的箱型流道,其中两块为弹性薄板,另外两块为刚性板.为比较FSI对动水压力场的影响,数值结果给出了1.5m×0.5m×0.2m流道、来流雷诺数分别为000和10000、相应DQ网格为25×25×25和29×29×29考虑FSI与否的压力分布.数值计算结果表明,所建立的考虑FSI的DQ法数值求解原变量形式N-S方程和弹性板振动方程,获取弹性板上的动水压力场是可行的,FSI效应对动水压力场的影响是明显的.
粘性原状土起动切应力与物理力学指标的关系
洪大林, 缪国斌, 邓东升, 谢瑞, 张思和, 姬昌辉
2006, 17(6): 774-779.
摘要:
通过对中运河、长江长兴岛、淮河入海水道等河道原状土样起动试验,认为各河道土质由于其形成条件、土质结构等方面存在差异,即使具有相近的物理力学特性,其起动临界条件也不尽相同.而对同一条河流而言,起动临界条件与物理力学指标之间则存在明显的规律性:即对淤泥质粘土,起动临界条件随抗剪强度的减小而增大,随含水量的增大而减小;粉质粘土的起动临界条件最小,与抗剪强度、含水量呈非线性关系;粘土起动临界条件则随抗剪强度、含水量的增大而增大.
黄土高原地区水土保持生态环境用水量估算研究
代锋刚, 蔡焕杰, 孟毅, 田永宏, 王宏兴
2006, 17(6): 780-784.
摘要:
立足于黄土高原地区社会经济可持续发展,以实现生态环境良性发展为目标,探讨了水土保持生态环境用水量的内涵,提出了黄土高原地区水土保持生态环境用水量计算框架,以黄山高原地区泾河流域为例,估算其1970-1996年水土保持年生态环境用水量为6.368亿m3.研究成果丰富了生态环境用水量的理论研究,可为黄土高原地区生态环境建设和水资源合理利用提供科学的决策依据.
龙感湖稀土元素的地球化学特征
朱兆洲, 刘丛强, 王中良, 王仕禄, 周志华, 李军
2006, 17(6): 785-789.
摘要:
采用液-液萃取法,连续提取法和ICP-MS测试技术,对龙感湖不同季节水和颗粒物中稀土元素进行研究.结果表明,龙感湖的溶解态稀土含量极低,稀土总含量(ΣREE)在3.14~129.81ng/kg之间,且季节性变化明显.龙感湖溶解态稀土元素表现出平坦型的页岩配分模式,这是由于在草型湖泊中溶解态稀土主要以吸附在微细胶体上的形式存在,水粒相互作用在这个过程中起主要控制作用.悬浮物中的稀土含量顺序为:残渣态>>Fe-Mn结合态>>有机态和AEC态,颗粒物中稀土元素主要以残渣态形式存在.Fe-Mn结合态、有机态和AEC态的页岩配分模式为中稀土富集,残渣态的页岩配分模式为平坦型.这说明中稀土与轻重稀土相比具有更强的潜在地球化学活性,但在龙感湖的环境中的迁移能力相对轻重稀土来说较弱.
半干旱区内陆湖泊透明度高光谱估测模型研究——以松嫩平原查干湖为例
宋开山, 张柏, 王宗明, 段洪涛, 张渊智, 李方
2006, 17(6): 790-796.
摘要:
通过实测查干湖高光谱数据,建立透明度(Secchi Disk Depth,SDD)单波段估测模型、比值估测模型以及神经网络高光谱估测模型,并以确定性系数R2以及剩余残差RMSE为指标进行了验证.通过对单波段估测模型和比值估测模型进行比较发现,单波段模型估测结果与比值模型相差无几,而水体透明度经对数处理有利于模型精度提高,但是神经网络模型是三者中最优的.查干湖透明度高光谱定量估测模型的建立,有利于今后利用遥感影像,对查干湖水体透明度进行全面估测,对于研究和监测查干湖水体水质状况有重要意义.
非均质土柱中溶质迁移的连续时间随机游走模拟
熊云武, 黄冠华, 黄权中
2006, 17(6): 797-802.
摘要:
非均质介质中溶质迁移往往出现非费克现象,传统的对流弥散方程(ADE)则难以较好地描述这种现象.采用连续时间的随机游走理论(CTRW)研究1250cm长一维非均质土柱中溶质运移问题,探讨CTRW模型中参数及非费克迁移的变化特征.研究结果表明,β值的大小与介质的非均质特征有关,非均质性越强,β值越小,但β值具有相对的稳定性,然而ADE的弥散系数则具有随尺度增大而增大的现象.对于介质非均质性较强和非费克现象较明显的溶质穿透曲线,尤其是在拖尾部分,与ADE相比,CTRW具有较高的模拟精度.
尾矿库区地下水中U(Ⅵ)的反应-输运耦合模拟及其参数分析
谢水波, 刘奇, 张晓健, 陈泽昂, 李仕友
2006, 17(6): 803-807.
摘要:
在综合分析核工业南方某矿①长期观测数据的基础上,对矿区实际情况进行概化,建立了溶质的反应-输运耦合模型,利用溶质反应-输运模拟软件PHREEQC-Ⅱ以U(Ⅵ)为目标对尾矿库区地下水中核素迁移进行了数值模拟.研究了在弥散度、扩散系数、pH值、混合比以及阻滞系数等参数不同取值时U(Ⅵ)在地下水中的迁移规律,并就参数对模拟的影响进行了分析.模拟结果与现场实际情况基本吻合,为矿区环境评价及退役环境治理提供科学依据,也可为类似模拟研究提供参考.
地下水水源保护区范围计算的KLF法及其在徐州张集地区的应用
毛媛媛, 王连生, 方瑞, JP Lobo Ferreira, Manuel M. Oliveira
2006, 17(6): 808-811.
摘要:
详细介绍了地下水水源保护区范围的计算方法:Krijgsman-Lobo-Ferreira(KLF)法,分别推导出了正水流梯度方向、负水流梯度方向和垂直于地下水流方向保护区范围的计算公式,并就方法的适用性及参数取值等问题进行了探讨.在徐州张集地区应用的结果表明,KLF法提供了一种计算地下水保护区范围的便捷、科学、有效的方法,计算结果对于确定地下水源保护区范围及有效保护地下水源具有实际意义.
分形多孔介质孔隙微结构参数与渗透率的分维关系
刘俊亮, 田长安, 曾燕伟, 董彪
2006, 17(6): 812-817.
摘要:
根据分形几何理论的基本概念,就无序分形多孔介质孔隙率φ和渗透率K与多孔介质结构分数维数Df的关系进行了推导,利用Sierpinski固相分形体(Solid mass fractal)与孔相分形体(Pore mass fractal)概念对分形多孔介质微结构特征、孔隙累积数量-尺寸分布和孔隙率φ等参数及其物理关系给予了详细论述,定量地分析和讨论了基于不同模型的渗透率-分形维数关系与它们的差异.
岩石边坡基质-植被-大气系统的水分循环
孙海龙, 李绍才, 杨志荣, 何磊, 崔保山
2006, 17(6): 818-823.
摘要:
基质-植被系统是岩石边坡植被护坡工程的主要功能构件,其水分循环过程影响工程效应的实现.以高羊茅为建植植物,用TDR水分测定仪对不同表面处理、不同坡度的模拟边坡进行了1年的定位观测试验,研究了岩石边坡基质-植被-大气系统的水分循环过程.结果显示:坡度是影响岩石边坡基质-植被-大气系统水分循环的主要制约因素,坡度增加不仅降低坡面的实际受雨量,同时影响基质的水分输入,系统的蒸散量随坡度增加而降低,但变化幅度较小;试验地气象条件下,生长季的自然降水可满足45°及0°坡面植被所需,75°坡面则出现水分亏缺;由于基质良好的水分物理特性,坡面产流为蓄满产流,受降雨特征及基质初期含水量的影响较小,在同一时空条件下,不同坡面处理的基质含水量表现出微小差异,为喷射混凝土面>灰岩>砂岩.研究从水分循环角度提出了植被护坡技术应用的工程调整措施,为工程应用提供了必要的技术理论支持.
世界实测与调查最大点雨量及其外包线公式
王国安, 李保国, 王军良
2006, 17(6): 824-829.
摘要:
介绍了世界范围内大量实测与调查的点雨量极值,据此求得了世界最大点雨量外包线的新公式R=491D0.452,并对世界最大点雨量的地区分布特点、暴雨成因以及点暴雨极值在可能最大降水估算中的运用作了简要的说明.
长江流域20cm蒸发皿蒸发量的时空变化
王艳君, 姜彤, 许崇育
2006, 17(6): 830-833.
摘要:
利用长江流域107个气象站1951-2000年的20cm口径蒸发皿逐日蒸发资料,采用Mann-Kendall趋势检验法和IDW反距离权重空间插值法分析了近50年来,尤其是20世纪90年代长江流域的年和季节蒸发皿蒸发量的时空变化.50年来,长江流域以年平均、夏季和秋季蒸发皿蒸发量显著下降为主要特点,尤以20世纪90年代最为显著,是年平均和夏季蒸发皿蒸发量最小的时期,比前0年平均值分别低-25.9mm和-36.1mm,这种趋势中下游地区比上游地区明显得多,尤其是在鄱阳湖流域.
用卫星资料反演中国西北地区东部蒸散量的遥感模型
陈添宇, 陈乾, 李宝梓
2006, 17(6): 834-840.
摘要:
根据定西干旱气象与生态环境试验基地的麦田微气象观测和研究区的124个气象站常规资料,结合NOAA-16/AVHRR的资料,采用地表能量平衡算法的卫星遥感模型估算了中国西北地区东部4~8月的日蒸散量及其区域分布,并按气候和土地利用类型分别统计灌溉农田、干旱草地、冬春小麦农田、针阔混合林、常绿林和沼泽草甸等不同地表的蒸散量平均值和标准差,揭示了作物不同生育期自南到北由湿润的常绿林区至半干旱雨养农田直到干旱的荒漠地带的蒸散递减的分布特征.模型探索了卫星遥感无法得到近地层气温的难点,从而提高计算精度.经试验区54站蒸发皿推算的日蒸散量检验,相对误差为16.6%,与定西用LI500型CO2/H2O通量仪实测的日蒸散量误差仅16.2%.结果表明计算的蒸散量与实测值在整个试验区内有良好的一致性.
集群计算在数字流域模型中的应用
李铁键, 刘家宏, 和杨, 王光谦
2006, 17(6): 841-846.
摘要:
随着计算机技术的发展,以消息传递接口(MPI)标准为代表的高性价比集群计算技术使并行计算在大量传统的专业领域也得到了广泛应用.数字流域模型因需要对大范围流域进行分布式的水文、泥沙过程模拟而提出了较大规模的计算需求.同时,基于分水岭的单元划分方式和专门的河网编码方法使数字流域模型的并行化计算具有先天优势.提出了一种典型的并行调度流程,用于完成产汇流计算的动态任务分配.在自主搭建的MPI计算集群上进行的应用实验表明,集群计算提高了数字流域模型的计算效率,能够作为模型的计算平台.最后指出了此应用计算平台的发展方向.
陆气耦合模型在实时暴雨洪水预报中的应用
陆桂华, 吴志勇, 雷Wen, 张建云
2006, 17(6): 847-852.
摘要:
采用加拿大区域性中尺度大气模式MC2(Canadian Mesoscale Compressible Community)和新安江模型单向耦合模型系统,对2005年7月4~15日发生在淮河流域的一场暴雨洪水,进行了实时预报.采用王家坝以上流域的实测降水和王家坝断面的实测洪水资料,对MC2预报降水的时空分布和陆气耦合模型预报的洪水过程进行了分析.结果表明,MC2对该场强降水过程具有很好的预报能力,陆气耦合模型有效地增长了洪水预报的预见期,具有很好的应用前景.
环境变化对黄河中游汾河径流情势的影响研究
王国庆, 张建云, 贺瑞敏
2006, 17(6): 853-858.
摘要:
20世纪70年代后我国许多河流的径流量呈下降的趋势.在这些趋势变化中,如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文研究的热点和难点.提出了区分人类活动和气候变化影响的分析思路以及定量计算方法.介绍了SIMHYD概念性降水径流模型,并应用黄河中游汾河流域"天然"时期的水文、气象资料率定了模型参数,通过水文模拟还原了人类活动影响期间的天然径流量,进而分析了汾河流域径流情势的变化原因.结果表明:SIMHYD降水径流模型对汾河流域天然月径流过程具有良好的模拟效果;就1970-1999年的平均状况而言,气候因素和人类活动对径流的影响量分别占径流减少总量的35.9%和4.1%,人类活动是汾河流域径流减少的主要因素.
区域水资源水环境保护治理的符点目标推定
刘宁
2006, 17(6): 859-864.
摘要:
探讨了基于水基系统概念的区域水资源水环境保护治理思路,定义了具有持续性、随律性和变化性的定尺度水基系统演进的符点目标,从水资源承载力和水环境承载力的角度建立了区域水资源水环境取排水控制关系,用BP人工神经网络智能方法提出了对水量水质耦合过程以及水价调节作用进行学习、训练的架构,从而为推求区域水资源水环境保护治理的符点目标进行了步骤与方法的探索.
三川河流域水资源演变个例研究
仇亚琴, 周祖昊, 贾仰文, 秦大庸, 王浩, 严登华, 姜乃迁, 王国庆
2006, 17(6): 865-872.
摘要:
以三川河流域为例,应用WEP-L分布式水文模型和集总式流域水资源调配模型偶合而成的二元水循环模型,模拟了不同情景下流域水循环过程.在此基础上,定量分析了降水、人工取用水以及下垫面条件这三个主要驱动因子对流域水资源演变的影响.在模型中保持其它条件不变,仅以改变降水、人工取用水及下垫面条件来模拟种不同情景的水循环:情景1,1956-1979年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景2,190-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景3,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景4,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水;情景5,1956-2000年降水系列、1956-2000年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景6,1956-2000年降水系列、2000下垫面、无人工取用水;情景7,1956-1979年降水系列、1956-1979年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景;190-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水.情景2和情境1比较,发现降水单项因子减少4.5%引起各种口径水资源量的减少,地表水资源量减少1.4%,地下与地表水资源不重复量15.%,狭义水资源量1.3%,有效蒸散发量2.1%,广义水资源量4.6%.情景4和情境3比较得出,在人工取用水单项因子作用下,地表水资源量减少4.6%,而地下与地表水资源不重复量增加113.5%,在狭义水资源量减少0.4%的同时,伴随有效蒸散发量增加0.9%,广义水资源量增加0.7%.情景6和情境5对比,发现在下垫面条件单项因子作用下,狭义水资源量及其构成地表水资源量和地下与地表水资源不重复量分别减少4.3%、4.3%和2.%,有效蒸散发量增加7.1%,广义水资源量增加5.3%.情景和情境7对比分析得出,三个因子对水资源量的综合影响是,地表水资源量减少30.6%,地下与地表水资源不重复量增加114.5%,狭义水资源量减少25.%,有效蒸散发量增加6.7%,广义水资源量增加1.1%.研究成果对于其它流域水资源演变规律研究具有参考价值.
三维质点追踪模型及其在胶南海域的应用
张学庆, 孙英兰
2006, 17(6): 873-876.
摘要:
在已建立的变边界河口、陆架、海洋模型(ECOM)的基础上添加一个变边界质点追踪模块,研究胶东半岛南海域的物质输运特征,讨论了三维空间中,水质点在潮流作用下的迁移特点.该模型在近海海洋环境管理上具有实用价值.
黄河封河期冰凌预警地电测试技术研究
丛沛桐, 王瑞兰, 李翠霞
2006, 17(6): 877-880.
摘要:
黄河流域地形地貌相差悬殊,受西伯利亚和蒙古一带冷空气的影响,冬春季干、支流有不同程度的冰情出现.由于黄河凌情来势迅猛,水位急剧壅高,易决口成灾,开展冰凌预警研究是十分必要的.黄河封河期冰盖下流凌量及冰塞体的生长状况是黄河冰凌预警的关键要素,采用地电测试技术,对冰水两相流进行视电阻率测量,绘制电测深曲线,数字化模拟冰凌参数,评估冰塞体的生长及冰块堆积状况,为防凌减灾提供预警服务.测试结果表明,平稳流凌时,测深曲线经子波分解后阈值为10Ω·m左右,当出现局部冰塞时阈值达到100Ω·m左右,数值易于区分,基于电测深曲线的差异性进行冰凌预警的方法是可行的,可为防凌减灾提供预警服务.
明渠水流自由面失稳与滚波发育研究
王玉海, 喻国华, 胡彦君
2006, 17(6): 881-886.
摘要:
滚波(roll wores)是明渠均匀水流自由面失稳后发育的一系列波动现象.它的发生会带来诸多不利后果,如溢流、掺气、对河(渠)道水工建筑物的超负荷压力或应力等.滚波具有浅水长波的特征,因而利用一维浅水方程开展滚波问题的研究,取得了丰富的成果:如判定自由面稳定性的临界弗劳德数、演化方程的理论解及试验、数值研究等.构建能够更好地刻画滚波波动特征的理论模型,研究浑水、动床(包括床面变形)条件下滚波的形成及其演化规律,是今后滚波研究的一个重要方向.
水沙变异条件下的河流系统调整及其研究进展
孙昭华, 李义天, 黄颖
2006, 17(6): 887-893.
摘要:
保持河流各方面整体协调是流域开发研究的重点和必然趋势,研究水沙变异条件下河流系统的调整机理,对于河流健康的保障具有重要意义.总结分析了水沙变异与河流系统的作用特性,明确了河流系统中水文、水力、地貌、生态等方面的各种调整实际上是与系统输入特性的特定变化相联系的;回顾了对河流系统及其功能的认识过程与研究现状,展望了将来的研究趋势.
基于土壤水分动态随机模型的土壤湿度概率密度函数研究进展
刘鹄, 赵文智
2006, 17(6): 894-904.
摘要:
简要回顾和评述了几个典型土壤水分动态随机模型和相应的土壤湿度概率密度函数,并基于这些模型的模拟结果就系统随机波动、气候因素、土壤特性、植被条件、地形特征对稳定状态土壤湿度概率密度函数的影响分别进行了分析和讨论,同时还引用相关的实验结果对这些影响进行佐证.结果表明,土壤湿度概率密度函数对以上因子的响应非常敏感,对揭示土壤水分动态和诠释生态水文现象有很好的指导意义.指出未来土壤湿度概率密度函数的研究方向:开发更加逼近真实情况的随机模型;用土壤湿度概率密度函数的思想量化植被水分胁迫、耦合土壤水分动态与养分动态;对某一地区建立其土壤湿度概率密度函数,并用该函数指导其他相关的生态建设和研究.