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2007年  第18卷  第4期

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博斯腾湖的咸化机理及湖水矿化度稳定性分析
赵景峰, 秦大河, 长岛秀树, 雷加强, 魏文寿
2007, 18(4): 475-482.
摘要:
以盐量平衡为基础,把影响湖水咸化的原因分解为水量、矿化度、水面蒸发等咸化因子,从物理机理上解析了各因子之间的相互关系。通过1960-1999年的逐年资料分析,提出盐分交换率概念,定量地阐明了不同时期各因子对湖水矿化度稳定性的影响。在博斯腾湖的不同情景下,推算了湖水矿化度的极限值;从理论上指出博斯腾湖属于微咸湖泊,其稳定矿化度为1.1 g/L,博斯腾湖的咸化原因可归因于人类水土开发活动和气候因素的综合影响。
草皮护坡水力糙率实验研究
张玮, 钟春欣, 应翰海
2007, 18(4): 483-489.
摘要:
生态护岸工程可以在保护河岸的同时对河道生态系统起到良好的维护作用,其中草本植物因其生长快、易存活成为生态护岸的重要工程材料。草皮护坡糙率实验对36组草皮试件的糙率进行了系统的实验研究。研究表明,草皮糙率的大致范围为0.020~0.090,主要与土壤类型、肥沃程度、水流条件等有关。通过实验数据分析发现:草皮糙率随生长期而增加;加筋草皮(基土中设置三维加筋材料的草皮)的糙率普遍大于天然草皮糙率。
不同坡度草地含沙水流水力学特性及其拦沙机理
潘成忠, 上官周平
2007, 18(4): 490-495.
摘要:
参照黄土区侵蚀降雨和坡面片蚀产沙特征,采用恒流泥沙输送装置模拟坡面上方来水来沙,探讨不同坡度草地含沙水流的水力学特性及其对上方来沙的拦蓄机理。结果表明,草地坡面的水流弗劳德数随坡度增大而增加,而阻力系数与坡度呈反势。按明渠水流的一般标准,不同坡度草地水流均为层状缓流。草地坡面拦沙效应随坡度增大而减小,且径流前期的减沙作用较后期更为显著。不同坡度草地坡面的出流泥沙平均直径和大颗粒(>10μm)泥沙含量均显著小于上方来沙,这说明草地的拦沙效应主要体现在对大粒径泥沙的拦蓄上。
测量芦苇沼泽蒸散发量的渗流补偿方法
许士国, 王昊
2007, 18(4): 496-503.
摘要:
提出了一种蒸散发实测方法——三筒补偿蒸渗仪法,可以在不干扰芦苇生长状态的原形条件下,直接测算出芦苇沼泽蒸散耗水量和水面蒸发量。扎龙湿地2004、2005两年的实测结果表明,5月中旬至10月中旬间的芦苇带平均蒸散量(AET)为812.1 mm,水面蒸发量(Ew)为433.9 mm;芦苇沼泽蒸散耗水量最大值发生在6、7月份,而水面蒸发量最大值出现在5月份;各月的AET/Ew比率变化明显,平均值为1.87。还根据实测数据建立了扎龙芦苇沼泽蒸散发的多元回归模型,可为湿地水资源规划和管理服务。
斜交桥壅水试验研究与理论探讨
季日臣, 何文社, 房振叶
2007, 18(4): 504-508.
摘要:
通过水工模型试验,对于采用圆形桥墩、河槽没有路堤压缩的情况进行了模拟,分析了斜交桥的最大壅水值随斜交角度、跨度、墩径、宽深比的变化趋势,揭示了斜交桥壅水值变化的内在规律,通过回归分析给出了斜交桥壅水高度修正系数的计算公式。基于斜交桥的水流特点及尾流扩散理论,考虑上游桥墩尾流对下游水流的干扰,下游桥墩的壅水对上游水流的影响,给出桥前壅水的计算公式。
控导浅层急流的潜没式三角翼体特性研究
孙东坡, 罗秋实, 严军, 王二平, 宋永军
2007, 18(4): 509-515.
摘要:
宽浅陡槽水流试验研究表明,浅层急流的阻力大、稳定性差。当陡槽(B/h<40,hk>1.04 m)末端水流呈"马鞍型"动量横向分布时,水流具有较强的稳定性;而当陡槽(B/h>40,hk<1.04 m)末端水流呈"椭圆型"动量横向分布时,就缺乏抗干扰能力,导致下游形成平面涡旋并挤压水跃。基于"介入式"方法,提出了采用潜没式三角翼体来调控浅层急流。利用三角翼对两翼底层水流产生的扰动产生两翼优势流,从而使水体能够抑制边界微小扰动的"多米诺骨牌"累加递增效应,提高了水流整体稳定性,改善了下游水流的衔接消能,效果良好。在此基础上,对三角翼体调控水流动量分布的机理进行了分析,探讨了三角翼体型设计原则及量纲一体型因子k的确定方法。
通用河网二维水流模拟模式研究
王船海, 向小华
2007, 18(4): 516-522.
摘要:
通过对流域河网二维水流模拟问题的分析,提出了一个通用化的河网二维模拟概化模式,该模式将河网二维概化为"树状"河道计算单元、"环状"河道计算单元、"十字型"河道计算单元等河网二维基本单元,对这些河道计算单元的求解,构建流域型河网一二维耦合模式的求解模型,并由此建立了通用化的河网二维水流数学模型软件系统。通过"树状"河道二维计算单元求解模型的推导与实现,验证了概化模式的可行性,表明该思路可以应用于大型流域河网一、二维水流模拟,具有很好的应用推广价值。
基于光滑质点流体动力学的海冰热力-动力数值模式
王刚, 李海, 季顺迎, 岳前进, 吕和祥
2007, 18(4): 523-530.
摘要:
考虑海冰热力因素对其厚度、密集度的影响,在光滑质点流体动力学(SPH)基础上发展了一个海冰热力-动力数值模式。该模式既解决了传统欧拉有限差分法和质点网格法存在的数值扩散问题,同时弥补了光滑质点动力学海冰动力模式未考虑热力因素的不足,具有精确模拟冰缘线运动、计算精度高等优点。首先介绍了光滑质点流体动力学的基本原理,并对海冰生消的热力因素进行了分析,将影响冰厚和密集度的热力因素引入到光滑质点流体动力学的海冰动力模式中,得到该热力-动力模式的控制方程。应用该数值模式对渤海海冰进行了48 h数值模拟,得到了海冰厚度和速度矢量的分布规律;对JZ20-2海域的海冰厚度、冰内温度场分布以及热力因素的变化特性进行了讨论。数值模拟结果表明,该数值模式能够很好地适用于渤海海冰数值模拟,是一种有效的海冰数值模拟方法。
弯段温差剪切分层流断面环流结构与掺混强度研究
华祖林, 邢领航, 褚克坚
2007, 18(4): 531-537.
摘要:
对弯段温差剪切分层流的断面环流微细结构与掺混强度特征进行了试验研究。选取45°、90°、1 80°三种不同弯曲度水槽,探求了密度分层流从明显分层到强混合状态下断面环流结构的演变过程,发现了明显分层与强混合两种不同状态下3个环流结构的区别,捕捉到了从分层态向混合态转捩过程中临界情况下四环流结构存在的现象,揭示了明显分层与强混合状态不同断面环流结构的根本机理;同时也对不同弯曲强度情况下掺混强度的沿程变化规律进行探讨与研究。
长江中华鲟栖息地适合度模型研究
易雨君, 王兆印, 陆永军
2007, 18(4): 538-543.
摘要:
对与水生生物生存栖息相关的河流底质、水深、水温、流速、水质等生态因子进行研究。提出水生生物的栖息地适合度模型,从生物生存栖息地影响角度对河流治理工程进行科学的评价。以长江珍稀动物中华鲟为研究对象,通过对影响中华鲟的各种生态因子的统计研究,分析整理出适宜其生存繁殖的河流水温、水深、底质、流速、含沙量及食卵鱼10个因子的临界指标,得出了这些因素的适合度曲线。发展了适合评价长江中华鲟栖息地的适合度方程,并用12组实测数据对模型进行了修改验证,提出了适合评价长江中华鲟栖息地适合度模型。
基于多元统计方法的河流水质空间分析
周丰, 郭怀成, 黄凯, 郁亚娟, 郝泽嘉
2007, 18(4): 544-551.
摘要:
基于聚类分析和判别分析探讨了河流水质空间分析方法,旨在识别采样点的空间相似性与差异性,从而为水质监测网络优化提供支持。该方法首先利用kurtosis和Skewness检验数据分布特征和进行数据对数转化与标准化处理;然后利用聚类分析进行空间相似性分析,确定空间尺度分类情况;最后利用判别分析识别显著性污染指标,以此反映上述空间尺度分类的差异性。以香港后海湾水质管制区为例,结果表明:①通过对数转化显著改善数据分布特征,使绝大部分污染指标呈正态或接近正态分布;②该区域采样点在个案链锁距离与最大链锁距离之比(Dlink/Dmax)×100<35处明显分为3类,它们分别代表轻度、中度、重度污染3种类型,且后两者属于采样点主要属于营养盐和重金属污染类型,需要控制其生活污水、畜牧污染、工业污染和地表径流污染;③后退式判别分析具有良好的指标降维能力,仅需7个显著性污染指标(pH,NH3-N,NO3-N,F.coil,Fe,Ni和Zn)可以反映整体水质的空间差异性,且具有90.65%的正确判别能力;④归纳起来,从3类采样点中选择一个或多个、监测7个显著性污染指标即可全面反映后海湾水质管制区的水质空间特征,实现水质监测网络优化。
河道水体中氢氧稳定同位素组成的微分方程模型
童海滨, 陈建生, 汪集旸
2007, 18(4): 552-557.
摘要:
介绍了前人提出并被广泛应用的瑞利分馏模型,指出了其优缺点。针对其不足,在作了一定的假定和简化的前提下,基于瑞利分馏原理和水力学基本定律分别推导了:①静止水体的氢氧稳定同位素组成随时间变化的微分方程模型,揭示了静止水体的同位素组成与时间、分馏系数和蒸发率之间的关系;②河道中运动水体的同位素组成随时间和空间变化的微分方程模型,导出了河道运动水体中稳定同位素组成与分馏系数、流速、流量、蒸发率之间的定量关系。最后通过数学推导论述了上述各模型之间的内在联系。上述模型的建立为定量计算和精确模拟运动水体中氢氧稳定同位素组成的变化提供了确定性的数学基础,也为更客观、更充分的解译水的稳定同位素数据提供了帮助。
贵州乌江水系河水硫同位素组成特征研究
蒋颖魁, 刘丛强, 陶发祥
2007, 18(4): 558-565.
摘要:
对乌江丰水期河水硫酸盐的硫同位素组成特征进行了研究。SO42-平均浓度为0.48 mmol/L,δ34S值为-11.5‰~8.3‰,干流河水δ34S值为-6.7‰~-3.9‰。河水的硫同位素组成主要受岩石风化及大气降水的影响,具有明显的区域性分异特征:上游碳酸盐岩地区河水的SO42-浓度高而δ34S值低,SO42-主要来源于煤中黄铁矿的氧化、矿床硫化物的氧化和大气降水;下游碳酸盐岩夹碎屑岩地区河水中的SO42-浓度低而δ34S值高,SO42-主要来源于大气降水和石膏溶解,煤中黄铁矿氧化生成的硫酸盐所占比重较低。乌江河水向贵州省外输出的SO42-通量为172×1010g/a,丰水期占全年SO42-输出总量的72%。来自煤、硫化物、雨水和蒸发岩的硫对丰水期河水中SO42-的平均贡献分别为:50%、25%、20%和5%。H2SO4对碳酸盐岩的侵蚀速率为35.1 t/km2/a(17.5 mm/ka),由此降低大气CO2消耗速率3.66×105mol/km2/a。
基于潮流数值模拟的设计潮位推算方法
王震, 魏有兴, 张长宽
2007, 18(4): 566-569.
摘要:
针对一些拟建工程位于潮位不易观测地区的情况,提出了一种设计潮位的推算方法。首先,通过潮流数值计算,获得拟建工程地点一个月以上的短期潮位过程;其次,与临近的、具有长期实测资料的港口或验潮站的潮位进行同步相关分析,建立回归方程;最后,采用《海港水文规范》中的方法推算港口或验潮站的设计潮位,并将其由回归方程换算至拟建工程地点。通过算例的计算分析,表明本文方法是合理的、可行的。
分层密度流体的边界波动在不透水刚性底床的运动行为——Ⅰ造波条件对波型演化的关系
陈震远, 许荣中, 陈震武
2007, 18(4): 570-574.
摘要:
在一座二维内波实验水槽(12 m×0.7 m×0.5 m)、于总水深H等于40 cm的条件下,以淡、盐水依密度分层布置的两层流体,从事孤立内波生成的研究。内波水槽内的上下层水深比H1/H2、造波区位能差(η0)、上下层的密度比皆为实验主要的控制变因。在各种不同实验条件配合之下,试验及比较以上变因对内波振幅能量及相关传递系数的影响,进而产生几种不同的波动特性:上举型孤立内波、下沉形孤立内波、非周期性的重力内波等,且不同形式的重力内波需要配合固定的造波条件使能达成。
分层密度流体的边界波动在不透水刚性底床的运动行为——Ⅱ分层条件对传动波型的影响
陈震远, 许荣中, 陈震武
2007, 18(4): 575-579.
摘要:
在两层流体中,内波的特性受到许多控制变因的影响,其中包括上下层水深比、造波区位能差(位能大小)、上下层的密度比等。本文以成功大学水工试验所研发的MNDAS套装软件记录,协助数据分析及处理,研究上下层水深比对内波波型的影响,当水深比值差异越大造成的孤立波形与明显,且Kdv及修正mKdV可以合理描述内波振幅与频率之间的关系。
水库控制流域汛期分期的有效聚类分析
王宗志, 王银堂, 胡四一
2007, 18(4): 580-585.
摘要:
受诸多因素影响的水库汛期分期其实质是一个聚类数目未确知的高维时间序列聚类问题,它要求聚类方法具有能处理高维和时序性数据,且能同时回答聚为几类最为合理的能力。鉴于目前常规聚类方法不同时具备这些能力,在模糊C-均值聚类和紧密与分离聚类有效函数的基础上,提出了能够处理高维时序聚类问题的动态模糊C-均值聚类分析方法和相应的时序聚类有效性函数,耦合二者建立了适用于汛期分期的有效模糊聚类分析方法,提出采用实码加速遗传算法优化求解,克服了模糊C-均值聚类方法常规迭代优化求解对初值敏感的困难,并给出了完备的建模步骤和模型的合理性检验。最后,将模型应用于滦河流域潘家口水库汛期分期中,得出了合理的结论。
基于RAGA的供水库群水资源配置模型研究
王德智, 董增川, 童芳
2007, 18(4): 586-590.
摘要:
针对动态规划在供水库群优化调度中存在"维数灾",且难以获得真正最优解这一缺点,将改进的加速遗传算法应用到供水库群的水资源优化配置之中。在加速遗传算法中,嵌入局部搜索,以加强算法的全局寻优能力。以库群间的水利联系为线索,设计了相应的算法框架,并提出了供水策略区间的概念。为了体现该算法的优越性,以二个串联供水水库的水资源优化配置为例,选用该方法与基于动态规划的轮库迭代法进行比较研究。结果表明该方法合理可行、收敛速度快,有一定的实用性。
基于D-S证据理论的多水库联合调度方案评价
丁勇, 梁昌勇, 方必和
2007, 18(4): 591-597.
摘要:
多水库防洪调度是一个典型的具有不确定性的多目标决策问题,在调度决策过程中,往往含有大量不确定性因素。提出了利用D-S证据推理方法,对多水库联合防洪调度方案进行评价。通过对不确定性评价信息进行融合,将问题转化为确定性决策问题。给出了证据合成的算法步骤,通过算例分析说明该方法的有效性和实用性。
自适应对称调和遗传算法在水库中长期发电调度中的应用
万星, 周建中
2007, 18(4): 598-603.
摘要:
针对遗传算法存在求解精度与收敛速度间的矛盾,提出一种自适应对称调和遗传新算法。以清江隔河岩水库为例,建立了水库发电最优调度的数学模型,取得了满意的结果。结果分析表明,新的耦合模型避免了网络寻优的盲目性,从而达到最优的拟合效果,有效地提高了预测精度和速度。拓宽了建立中长期负荷预测模型的途径。
基于Monte-Carlo方法的施工导流系统综合风险分析
范锡峨, 胡志根, 靳鹏
2007, 18(4): 604-608.
摘要:
施工期导流动态风险不仅与水文不确定性、水力不确定性有关,而且与坝体施工进度及其完工工期的不确定性有关。以风险分析为核心,将各种不确定性因素耦合起来研究施工导流系统的综合风险,提出施工进度计划风险分析模型和假定坝体施工进度确定条件下的施工导流风险分析模型,在此基础上,建立基于Monte-Carlo方法全面考虑水文水力不确定性以及施工进度不确定性的施工导流系统综合风险分析模型。实例分析说明,该施工导流系统综合风险研究方法和分析模型是可靠的、适用的。
用三维荧光谱图分析原水输送过程中藻类和有机物的变化
汤金伟, 庄美琪, 邢学联, 张锡辉, 关芳
2007, 18(4): 609-613.
摘要:
采用新型分析技术三维荧光谱图方法对深圳东江水源工程水体中藻类进行了荧光分析。实验结果表明,水体中有较丰富的藻类,其中蓝藻、绿藻呈优势藻种,实验期间沿程水体叶绿素a浓度在1.71~16.43μg/L之间,藻密度在72.92万~1 375万个/L之间。三维荧光方法能较好表征水体中生长藻类种类和数量,三维荧光强度F(A.U)与叶绿素a浓度Chla(μg/L)、藻密度N(104个/L)呈较好的线性关系。三维荧光方法能较好的鉴别水体中可溶性有机物腐殖酸和蛋白质,并表征其含量多少。
工业废水和城市综合污水的环境风险管理
陈建, 韩小波, 丁登山, 金洪钧
2007, 18(4): 614-622.
摘要:
综述了国内外工业废水与城市综合废水的监控和环境风险管理进展。与发达国家比较,化学监测法是目前我国工业废水和城市综合污水监控的唯一手段,而且主要有赖于COD等极少参数,并不能有效监控复合有毒有机污染物的排放。采用生态毒性检测法,可弥补这一缺陷,满足环境风险管理要求。毒性鉴别评价鉴别出导致废水/污水生态毒性的关键有机毒物,是降低其环境风险的核心。还对生态毒性检测法应用于我国废水/污水排放的监控和环境风险管理前景做了评述。
水体中溶解有机物的特性与测量
赵南京, 刘文清, 张玉钧, 李宏斌, 刘诚, 王志刚, 刘建国, 魏庆农, 杨立书
2007, 18(4): 623-631.
摘要:
系统评述了水体中溶解有机物的特性及测量方法。介绍了水体中溶解有机物的研究概况,指出了开展水体中溶解有机物定量监测的必要性;详述了水体中溶解有机物的激光诱导荧光测量方法、对水体中有机物荧光光谱进行分析的特征光谱荧光标记技术和荧光强度归一化处理技术,以及利用激光诱导荧光方法测量水体中溶解有机物浓度的标定方法;综述了多种因素对利用激光诱导荧光方法测量的影响。