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2007年  第18卷  第2期

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多孔介质两相系统毛细压力与饱和度关系试验研究
支银芳, 陈家军, 杨周喜, 郑冰, 杨官光
2007, 18(2): 151-157.
摘要:
两相系统毛细压力-饱和度(h~S)关系曲线的确定是多孔介质多相流动研究的基础。采用简易试验装置对理想和实际介质中水-气和油-水两相系统中的h~S关系曲线进行了测定。试验结果表明,对于相同两相系统,多孔介质孔隙度愈小,同一毛细压力对应的饱和度相应愈大;对于不同两相系统,理想介质的关系曲线在一定毛细压力以下平缓,较大毛细压力时陡直,实际介质关系曲线走势相对较陡。分析结果表明,水-气和油-水两相系统的实测数据符合Parker等提出的基于van Genuchten(1980)关系式的折算理论;应用折算理论,可以在同一多孔介质某一两相系统h~S关系已知的情况下较好地估计同一孔隙度条件下其它两相系统的h~S关系曲线。
土壤水分运动空间变异性尺度效应的染色示踪入渗试验研究
王康, 张仁铎, 王富庆, 安田裕
2007, 18(2): 158-163.
摘要:
探讨了土壤水非均匀流动特性和描述方法,通过染色示踪剂调查了三种试验尺度条件下非均匀流动模式,并采用随机层叠模型对不同实验尺度条件下非均匀流动模式进行了模拟。随机层叠模型中具有对数正态分布性质的随机层叠发生器被用来描述水流入渗过程,不同的方法被用于模型参数求解。试验观测和模拟计算结果均表明,尺度特性是非均匀流动的重要影响因素之一,准确的描述不同研究尺度下的非均匀流动特征,须同时考虑流动在水平和垂直方向的变异性。随着研究尺度的增加,流动的非均匀性变异程度更加明显。
土石混合介质中非反应性阴离子运移试验研究
王慧芳, 邵明安
2007, 18(2): 164-169.
摘要:
为探讨化学物质在土石混合介质中的运移过程和机理,采用饱和稳态流下的Cl-1混合置换试验,测定水流和溶质运移过程,分析土石混合介质的溶质穿透曲线特征及碎石组成和含量对运移过程的影响。选用CXTFIT2.1的平衡和物理非平衡对流弥散模型,对参数弥散系数D和滞留因子R进行反求。结果显示:不同土石比的D变异较大:0.258~22.31 cm2/h。R的波动范围为0.6~1.54;碎石含量影响土石介质的溶质运移过程表现为平均孔隙流速、弥散系数、弥散度均与土石比成负指数的幂函数关系。对碎石粒径与溶质运移参数进行相关分析发现,小粒径的碎石含量增加,则孔隙流速和弥散系数有减少的趋势,而大于10 mm的碎石有利于溶质的运移。通过土石介质的非反应性阴离子的混合置换试验研究,可以为非均一介质中化学物质运移提供参考。
圆形断面管道非满流流速计算表达式
茅泽育, 赵璇, 罗昇
2007, 18(2): 170-174.
摘要:
工程实际中,常需要计算某一充满度下管道非满流的流量及流速。目前大多数计算模型均采用水力半径作为反映过流断面形状及几何尺寸的特征参数。针对不同充满度的研究结果表明,这种类型模型的计算结果与真实的流动特性并不相符,尤其当水深接近管顶时。根据水动力学基本原理及试验研究手段,对圆形断面管道无压均匀流流量-充满度非单一性进行了探索,并提出了以流量作为形状特征参数的更为合理且简单实用的水流流速计算表达式。
大兴安岭西北坡火烧迹地湿地格局变化及其影响因子研究
解伏菊, 肖笃宁, 李秀珍, 胡远满, 王绪高
2007, 18(2): 175-181.
摘要:
选取大兴安岭1987年特大森林火灾主要过火区的图强林业局育英和奋斗两林场作为研究区,利用地理信息系统软件,对其火后湿地格局变化以及森林水文功能恢复状况进行了分析。结果显示,与过火前相比湿地面积增加了77.56%,且分布趋于集中;森林的平均水文调节能力已得到初步恢复,但具有较高调节能力的林地所占面积有所减少;森林的水文调节能力、地形因子以及火烧强度对湿地分布格局的变化均有明显影响。在森林水文调节功能下降地区、地势较低的谷地,坡度平缓的坡地以及火烧强度较大的地区,湿地面积增加明显。
三江平原典型湿地系统大气湿沉降中氮素动态及其生态效应
孙志高, 刘景双, 王金达
2007, 18(2): 182-192.
摘要:
2004年7月至2005年6月对三江平原典型湿地系统大气湿沉降中的氮素动态进行了研究,并探讨了其生态效应。结果表明,各形态氮月均浓度之间差别较大,具有明显的季节性,原因主要与人类活动、降水强度及频次、风向、地理位置以及氮氧化物自然排放有关;湿沉降的TN组成以TIN为主(51.38%~98.96%),TIN又以NH4+-N和NO3--N特别是NH4+-N为主,降水天气系统的路径在很大程度上影响着降水中各形态氮的组成;降水量与各形态氮浓度均呈较弱的负相关(p>0.05),而NH4+-N与NO3--N、TON均呈显著正相关(p<0.05),它们可能具有同源性。NH4+-N与NO3--N的良好相关性与其在液相中的反应有关;生长季是全年氮沉降的重要时期,其TN沉降量为非生长季的1.84倍,二者所占比例分别为64.78%和35.22%。除NO2--N外,其它各形态氮的沉降量均以生长季为主体;全年TN沉降量为7.57 kg/hm2,TIN/TON之比为5.47,TIN为沉降主体,占84.56%。NH4+-N和NO3--N是TIN沉降的主体,其所占全年的比例分别为52.55%和30.03%;氮是该区植物生长的限制因素,生长季的氮沉降对于促进植物生长直接生态意义重大,而非生长季的氮沉降对于大量补充次年植物生长初期所需养分的间接生态意义明显,其生态作用不容忽视;近年来湿地系统氮沉降量的降低可能是导致其退化的重要原因,其生态影响也不容忽视。
2003年夏季北冰洋海冰动力学特征参数
李志军, 张占海, 卢鹏, 董西路, 程斌, 陈陟
2007, 18(2): 193-197.
摘要:
以2003年的中国第2次北极科学考察的海冰物理过程调查数据为依据,分析了海冰动力学特征并给出体现动力学特征的定量参数。这些参数指出:现场调查的海冰密集度同NOAA冰图上的密集度相比低2~3成,而厚度比1999年的中国首次北极考察结果减少2 m;冰层底面起伏方差约是冰层表面积雪起伏方差的3.8倍;浮冰最快以1 300m/h速度运动并伴随振荡旋转。实测浮冰向东北运动时,旋转角度增加,最大达到37.8º,东南方向旋转时,角度减小;浮冰运动的振荡周期为12.45 h,同该纬度惯性流振荡周期一致,体现出惯性流对浮冰运动的贡献。
新疆宽浅变迁河流桥位河段壅水研究
胡江, 严以新, 杨胜发, 周华君
2007, 18(2): 198-203.
摘要:
新疆宽浅动床河流水深小、比降大、水流急,河床容易冲刷。建桥后,由于桥位断面压缩而导致的壅水与一般冲积河流不同。通过概化动床模型试验,得出了新疆宽浅变迁河流桥位河段壅水计算公式。动床模型公式充分反映了这类河流壅水的特点,因而与实际情况较为符合。
三角形网格下求解二维浅水方程的和谐Godunov格式
潘存鸿
2007, 18(2): 204-209.
摘要:
为保证计算格式的和谐性,通过特殊的底坡源项处理技术,在三角形网格上建立了求解二维浅水流动方程的具有空间二阶精度的Godunov格式。应用准确Riemann解求解法向数值通量,用改正的干底Riemann解处理动边界问题。经典型算例和钱塘江河口涌潮计算验证,表明模型健全,分辨率高,具有较大的推广应用价值。
渐扩散水跃跃长的研究
吴宇峰, 伍超, 刘小兵
2007, 18(2): 210-215.
摘要:
首先通过对作用于渐扩散水跃的压力分析,阐述了渐扩散水跃跃长总比非扩散水跃跃长短的原理。在此理论基础上,考虑边墙扩散角的影响,建立了渐扩散水跃表面质点运动方程,并结合动量方程和连续方程,推导出渐扩散水跃跃长的半理论、半经验公式。同时,引入非扩散水跃跃长经验公式,使渐扩散水跃跃长公式大大简化。其次,对该理论的局限性进行了分析,得到了该公式的适用范围。在该范围内,该公式能较好地吻合实验结果,从而该理论得以证实。最后对各家渐扩散水跃跃长经验公式进行分析归类,并推荐工程适用公式,以便工程运用。
流域水环境功能区划及其关键问题
周丰, 刘永, 黄凯, 郭怀成, 阳平坚
2007, 18(2): 216-222.
摘要:
针对现行水环境功能区划存在的6大问题,提出了以景观生态学、流域管理和水生态服务功能等为理论基础的,以水生态分区、水生态系统完整性评价、冲突分析等为区划途径的流域水环境功能区划。该区划方法及技术路线充分体现了国外趋势与国内管理要求:流域尺度、协调思想、因地制宜和动态性,并重点分析了概念内涵和技术操作程序。同时针对此区划的2大关键问题——协调人与自然、不同利益者冲突问题和确定分类管理功能区——提出了思路与解决途径。本研究有效地权衡了人类需求功能与水生态需求功能,协调了跨界冲突问题以及综合考虑了水资源利用、水环境改善和水生态保护的相互关系,为我国未来水环境管理和流域管理提供技术支持。
沙质河床冲刷过程中床沙级配的模拟
钟德钰, 王光谦, 丁赟
2007, 18(2): 223-229.
摘要:
研究了沙质河床冲刷过程中床沙级配的模拟方法。在该方法中采用了新的描述床沙级配变化的动力学方程和床沙级配在交换层内垂向变化与水流强度、河床冲刷强度的关系,反映了冲刷过程中交换层内向床面补充的物理过程。通过室内实验率定了相关参数,建立了床沙级配变化动力学方程的数值求解方法,模拟了床沙冲刷粗化。计算结果与室内实验结果符合较好,表明所建议的方法反映了河床冲刷中床沙级配变化的物理事实,可用于沙质河床冲刷粗化模拟。
近50年来中国六大流域年际径流变化趋势研究
张建云, 章四龙, 王金星, 李岩
2007, 18(2): 230-234.
摘要:
应用1950年以来的中国六大流域19个重点控制水文站年径流观测资料,采用MK检验方法研究了中国六大江河的年径流量变化情况。结果表明,近50年来中国六大江河的实测径流量均呈下降趋势。其中海河、黄河、辽河、松花江实测径流量下降明显,严重影响了我国社会经济的发展。
不同子流域划分对流域径流、泥沙、营养物模拟的影响——丰乐河流域个例研究
胡连伍, 王学军, 罗定贵, 蒋颖
2007, 18(2): 235-240.
摘要:
以丰乐河流域为研究对象,选用SWAT2000模型定量化研究不同子流域划分层次对模型模拟结果的影响,得到结论:①不同的子流域划分层次在阈值范围内对径流过程的影响较小,而对泥沙、营养物的影响较大;②就本流域而言,子流域划分层次对模拟结果的影响存在上限、下限两个阈值,高于上限,出现模拟失真,低于下限,尽管可通过调参获得满意结果,但难以满足流域规划与管理对空间数据的要求,阈值的确定与具体的流域特征有关;③就本流域而言,当子流域划分数量比较少时,出口泥沙响应的敏感性高于总磷、总氮;当子流域划分数量比较多时,出口泥沙响应的敏感性要低于总磷、总氮。
水资源使用权分配模型研究
王学凤, 赵建世, 王忠静, 翁文斌, 李海红
2007, 18(2): 241-245.
摘要:
随着我国经济社会的发展,水资源供需矛盾日益突出,为了有效控制水资源使用的不断扩张和无限需求,需要建立水权制度体系。水资源使用权制度是水权制度建设的基本内容,必须在初期加以建设和制定。在对国内部分专家学者提出的水资源使用权分配原则进行分类筛选后,确定生态用水保障原则、占用优先原则、基本用水保障原则、公平性原则和高效性原则为水资源使用权分配的具体原则,以这些原则为基础建立水资源使用权分配模型。采用遗传算法对模型求解,以黄河流域为例,分析算法的收敛性和稳定性。应用模型分配黄河流域地表水资源量并与“87分水方案”进行比较。
扎龙湿地参照作物蒸散发估算的经验模型
王昊, 许士国, 孙砳石
2007, 18(2): 246-251.
摘要:
湿地参照作物蒸散发量是湿地水量平衡的重要因素。本研究选取了扎龙湿地周边8个气象台站1961-2000年的历史数据,通过拟合经典的FAO56 Penman-Monteith模型,建立了估算扎龙芦苇湿地逐月参照作物蒸散发的经验模型。建模时考虑到各气象因子对潜在蒸散发的作用,尝试了不同的组合方式及拟合模型,最终采用月最高气温、月最低气温、月降雨量和月平均风速四个因子,建立了非线性e指数方程。该模型与Blaney-Criddle、Priestley-Taylor、Hargreaves等三个常用经验模型进行了比较,得到较好的结果。新建模型在各气象站的应用表明,能够显著逼近FAO56 Penman-Monteith模型结果,计算的逐月参照作物蒸散发具有理想的精度。
河流健康生命评价指标体系的构建
高永胜, 王浩, 王芳
2007, 18(2): 252-257.
摘要:
维持河流健康生命,实现人水和谐是我国新时期治河目标。在探讨河流健康生命内涵的基础上,构建了河流健康生命评价指标体系。该评价体系既考虑了人类社会需求的满足程度,又考虑了维持河流自身生命的需要,从生态学、河流地貌学、经济学、河流动力学等多学科综合角度,构建了分层次分类别反映河流结构和河流功能的16个具体指标,并明确相应指标的意义及确定方法,最后选择分层次二元对比专家分析法确定指标权重。
北京城市热岛效应的数值试验研究
林炳怀, 杨大文
2007, 18(2): 258-263.
摘要:
采用数值模拟方法定量分析不同下垫面条件对于北京的城市风场、温度场等的影响,探讨北京城市热岛的形成机理和可能的改善途径。采用区域大气模拟系统MM5,模拟和分析了2000年秋季北京的城市热岛状况。结果显示,MM5模式能较好地模拟北京城市热岛现象,成功再现了城市高温中心及城市热岛环流。MM5模式与陆面过程模型Noah LSM的耦合能在很大程度上改善对热岛效应的模拟。
基于MODIS数据的金塔绿洲上空大气水汽含量反演研究
孟宪红, 吕世华, 张宇, 张堂堂
2007, 18(2): 264-269.
摘要:
2004年夏季,选择天气状况较好的时段在金塔县施放探空气球,采集高空温、压、湿等气象要素计算整层大气水汽含量。同时选取EOS-MODIS遥感资料近红外波段,反演整层大气水汽含量。反演结果与实测结果对比表明:最大相对误差为8.02%、最小相对误差为0.70%,平均相对误差为4.5%,反演结果可信。从绿洲上空水汽含量区域分布及沿着探空站南北向和东西向剖面看,水汽含量在空间分布上存在较大差异。戈壁沙漠上空水汽含量相对较少,绿洲上空水汽含量相对较大;绿洲边缘或通过沙漠的窄长护林带、河流以及水渠附近,存在着影响绿洲稳定和发展的“晒衣绳效应”。
基于高光谱数据提取水体叶绿素a浓度的混合光谱模型
闻建光, 肖青, 杨一鹏, 柳钦火, 李小文
2007, 18(2): 270-276.
摘要:
从模型的精度和稳定性方面,与传统的经验模型比较显示,利用原始数据的一阶微分数据进行叶绿素a浓度混合光谱模型反演最佳。最后,以此模型对三种不同年份测量的地面高光谱数据进行了叶绿素a浓度的提取。实验结果表明混合光谱模型可以作为遥感监测水体叶绿素a含量的定量模型。
人工免疫系统在梯级水库群短期优化调度中的应用
左幸, 马光文, 徐刚, 陶春华
2007, 18(2): 277-281.
摘要:
免疫起源于抗感染的研究,是一种机体识别和排斥抗原性异物的生理功能。现代仿生技术将免疫应用到解决非线性优化问题中,形成了独特的人工免疫系统(AIS),AIS用抗体代表问题的可行解,用抗原代表问题的约束条件和目标函数,采用期望繁殖率来定义父体选择的概率进行随机搜索全局最优解。将AIS应用到梯级水库群短期(日)优化调度的研究中,经过对某梯级水库群的仿真计算,认为其结果是合理和可实际应用的。
济宁市地下水库特征参数分析
李伟, 束龙仓, 李砚阁
2007, 18(2): 282-285.
摘要:
针对研究区的疏干含水层空间,分析确定了调蓄下限水位、调蓄上限水位以及对应的透支库容和调蓄库容。借助ArcGIS软件分析了库容的空间分布规律。结果表明,研究区地下水库总库容接近7亿m3,调蓄库容超过4.4亿m3,调蓄潜力很大。此外,由于受潜水含水层给水度和潜水水位埋深的影响,各特征库容的空间分布特征不尽相同。这对在地下水开采漏斗区,利用疏干含水层空间进行地下水库规划建设,及区域水资源的可持续开发利用有着重要的实际意义。
分布式水文模型构建理论与方法述评
张金存, 芮孝芳
2007, 18(2): 286-292.
摘要:
回顾了分布式水文模型的发展历程,分析总结了分布式水文模型的构建理论与方法,并对其关键内核——“物理基础”的含义做了深入而新颖的分析。分析了两类当前比较活跃的模型——分布式物理模型与分布式概念性模型中存在的问题及发展前景,并探讨了综合二者之长的具有物理基础的松散型分布式水文模型的构建思路,以及学者们期待中的基于确定性与随机性耦合的分布式水文模型。
水生态区划方法及其在中国的应用前景
孟伟, 张远, 郑丙辉
2007, 18(2): 293-300.
摘要:
系统总结了国际水生态区划的指标、方法和体系,分析了水生态区划在水质管理、河流生物监测、湖泊水库管理、湿地管理和水生生物区系研究中的作用和经验。在分析中国水体分区现状的基础上,结合中国水环境管理的要求,设想了我国水生态分区体系的构建思路,初步提出了适宜于我国的区划框架体系和主要选取指标。
湖泊水质遥感研究进展
张博, 张柏, 洪梅, 段洪涛, 宋开山, 王宗明
2007, 18(2): 301-310.
摘要:
详述了湖泊遥感水质最新发展动态,如遥感水质模型的数学方法、与水质指标最敏感的波段以及TM、SPOT、MODIS、MERIS、AVHRR、CASI等传感器的适用情况,并分析了可能导致湖泊水质遥感模型误差的原因和解决办法。湖泊各项水质组分与光谱之间相互影响可认为是一种非常复杂的非线性关系,最适合用神经网络这样的黑箱模型来模拟。应当研究和选取敏感波段,用高光谱逐段分析与各种水质指标相关最密切的波段。湖泊水质遥感最终走向实用化必将其与水生态问题结合起来,作为一种监测手段,在水中藻类的时空分布、流域营养物质输送模型和湖泊水域水质模型等问题中得到广泛应用。我国学者使用超光谱数据源获得更为精确的监测成果还比较少,由于我国卫星可以用来进行水质遥感的波段比较宽,应当在新一代的资源环境卫星上加入更适合水质遥感的波段。