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2007年  第18卷  第6期

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渤海湾曹妃甸港区开发对水动力泥沙环境的影响
陆永军, 左利钦, 季荣耀, 张金善
2007, 18(6): 793-800.
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针对渤海湾曹妃甸海域波浪、潮流、泥沙及海床演变特点,应用波流共同作用下二维泥沙数学模型研究港区开发方案。2006年冬季和夏季大、小潮潮流泥沙验证表明,该海域潮位及15条同步垂线流速、流向、含沙量过程的计算值与实测值吻合良好,并进行了矿石码头港池前沿海域在潮流与波浪共同作用下悬沙引起的冲淤验证,计算的冲淤厚度及其分布趋势与实测值比较接近。在此基础上,研究了曹妃甸前岛后陆的港区围垦方案对水动力环境的影响问题,包括该工程引起的曹妃甸甸头以南深槽、老龙沟深槽及各港池的流速变化及底床的冲淤变形等。
浅水非线性波作用下沙纹床面底层流动特性试验研究
程永舟, 王永学, 蒋昌波, 陈纯
2007, 18(6): 801-806.
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通过水槽试验研究浅水非线性波作用下沙纹床面底层流动特性,利用CCD图像技术观测分析非对称沙纹的形成和演化规律。利用声学多普勒测速仪(ADV)测量非对称沙纹底床上的流场,得到了不同波高、周期、水深条件下的沙纹峰顶和谷底断面的瞬时速度。试验结果分析表明,浅水非线性波作用下床面上形成非对称沙纹,其近底流速具有较强紊动特性,随着距床面距离的增大紊动强度逐渐减弱。在水流方向改变时,沙纹背部具有明显漩涡运动。沙纹背后形成的漩涡能起到维持沙纹的作用。浅水非线性波作用下,沙纹的形成原因主要是床面泥沙颗粒在非对称流动和床面近壁粘性底层中漩涡结构动力作用下,作受迫摆动、推移所致。
泥沙颗粒表面电荷特性及其对干容重影响试验研究
黄荣敏, 陈立, 卢炜娟
2007, 18(6): 807-811.
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采用黄河及长江中的沙样在不同Ca2+浓度下分别进行电位滴定试验和干容重试验,得到以下结论:①随Ca2+浓度的增加,泥沙颗粒表面负电荷先不断减少然后趋于不变。②Ca2+对泥沙淤积干容重的影响可分为三个阶段:第一阶段干容重减小;第二阶段增加并达到最大值;第三阶段减小最后趋于不变。③在Ca2+浓度相同条件下,泥沙浓度对淤积干容重的影响根据所加Ca2+浓度不同也呈现不同的变化。④Ca2+浓度、泥沙浓度相同时,中值粒径越大干容重越大,且中值粒径大的泥沙干容重达到最大值所需Ca2+少。⑤在不同Ca2+浓度下泥沙颗粒由于表面电荷不同造成静电斥力不同,同时表面水膜作用力也不同,二者共同作用使得干容重体现不同的变化。
温室内作物腾发量计算与验证
陈新明, 蔡焕杰, 李红星, 王健
2007, 18(6): 812-815.
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摘要:
以彭曼-蒙特斯方程(简称P-M)为基础,根据温室内地表净辐射的规律,推导出了计算温室内地表净辐射公式,同时引进作物冠层高度,对P-M方程中与风速有关的空气动力学项进行修正,导出了适合于计算温室条件下参考作物腾发量的P-M公式(简称P-M-修)。对不同方法的计算值进行了分析比较,并应用试验资料对P-M-修给予了验证。结果表明,P-M-修与实测值较为吻合,累计值平均误差仅为9.1%。
梯级水库群联合优化调度函数研究
刘攀, 郭生练, 张文选, 肖义, 高仕春
2007, 18(6): 816-822.
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构建了制定梯级水库群联合优化调度函数的"优化-拟合-再优化-随机仿真"框架:首先建立梯级水库群优化调度模型,通过确定性动态规划方法得到最优样本;然后对最优样本进行多元线性回归分析得到联合调度函数;并基于模拟调度结果采用非线性规划方法直接修正调度函数;最后通过水文随机模拟技术生成径流系列,进一步检验、评价所得调度函数的效率。以清江梯级水库群长期优化调度为对象进行实例研究,计算结果表明:对于1951-2005年实测径流系列,梯级水库群联合优化调度函数较常规调度方案年均增加发电量2.03亿kW·h,增幅达2.79%;对于两种随机模拟方法生成的水文径流系列,年均发电量分别提高了1.74%和2.36%,经济效益显著。
高棵水生植物的阻力系数在非淹没与淹没条件下的相互换算
顾峰峰, 倪汉根, 戚定满
2007, 18(6): 823-828.
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通过模型试验测定了渠道中一种高棵、密集分布的植物,在淹没情况下的断面流度分布曲线及糙率和水深关系曲线;根据文献资料假设了植物区内的流速为均匀分布,并预测了非植物区内的流速分布,经过与实测值比较,符合较好;在这个断面流速分布的基础上,通过理论推导,得到了非淹没和淹没情况下糙率系数的换算关系;并给出了用植物模型在非淹没时的糙率系数~水深关系曲线延伸得到淹没时的糙率~水深关系曲线的实例,模型试验的结果也验证了这一换算关系。
伴随数据同化法反演涌潮河口开边界
陈耀登, 王如云, 李未, 卢长娜
2007, 18(6): 829-833.
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构造了非线性守恒型浅水方程的伴随方程,并给出无结构三角网格的开边界校正表达式,利用Godunov格式和Riemann间断解Roe通量格式的设计思想,建立了无结构三角网格有限体积法的伴随开边界反演模型。进行了概化涌潮河口和钱塘江涌潮河口M2分潮开边界反演的数值实验,经过同化得到开边界上振幅的平均误差分别为0.000 6 m和0.053 3 m,证实了本文构造有限体积伴随模型的可行性,也表明本模型能够适应间断解问题。
长江中下游不同营养水平湖泊水体环境变化特征及机制
曾海鳌, 吴敬禄
2007, 18(6): 834-841.
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选择长江中下游49个湖泊进行不同季节的水体溶解无机氮(DIN)、总氮(TN)、总磷(TP),溶解性无机磷(DIP)以及叶绿素a(Chla)等环境参数分析,开展不同营养水平湖泊水体环境变化特征及生物响应机制研究。结果表明:DIN、TN/TP随TP的变化规律反映了不同营养水平和季节下地球化学作用的影响;氨氮(NH4-N)、TP、DIP、Chla尤其是NH4-N的季节性变化规律与营养水平关系密切;TP<0.05 mg/L时,NH4-N随总磷升高的趋势夏季大于其他季节,TN/TP与硝态氮(NO3-N)、TN相关性好,营养源组成和氨化作用是主要影响因素;0.05 mg/L4-N随总磷升高的趋势基本相同,TN/TP与亚硝态氮(NO2-N)、NO3-N、TN相关好,水生植物利用、氨化和反硝化作用是主要影响因素。TP>0.1 mg/L,冬季NH4-N随总磷升高的趋势明显大于其他季节,TN/TP在冬季和春季与TN、NO3-N相关性好,夏季和秋季与TP相关性好,其主要原因在于夏季和秋季水生植物对DIN的利用量、反硝化作用和湖泊内源释放的显著增强。
侧向水平进水孔口立轴旋涡的试验研究
叶茂, 伍超, 林威, 王飞, 王贵川
2007, 18(6): 842-845.
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摘要:
通过自制模型对侧向水平孔口的立轴旋涡进行基础试验研究。使用有色颜料追踪旋涡表面的质点运动,观测到其轨迹线为多圈螺旋流,并根据这一特性采用摄像法和图形处理技术对时均速度进行测量,与理论结果对比证明这种简单经济的方法是可行的。通过改变试验装置分析来流方向对旋涡的影响,表明进口轴线与来流方向之间的夹角过大是形成立轴旋涡的诱因之一。根据试验结果得出不同来流方向的临界淹没水深计算公式,并对公式进行推广,可作为设计时的参考依据。
辐流式二沉池中异重流的计算流体力学模型研究
蒋成义, 吴春笃, 黄卫东, 勾全增
2007, 18(6): 846-852.
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异重流的形成是影响活性污泥系统二沉池水力学性能的主要因素,形成异重流的主要原因包括沉淀池内不均匀的污泥分布和温度分布。采用多相流欧拉模型、标准k-ε湍流模型和Boussinesq假设研究了二沉池中活性污泥和表面散热引起的异重流。表面散热的计算采用经验方程,数值计算结果同实验结果作了比较,结果表明模型能较好地预测辐流式二沉池的流场、温度场和污泥分布。研究还表明,Frp2Gr/Re2表示了不均匀温度分布引起的浮升力与不均匀污泥分布引起的作用力的比值,用它可以判断两种作用力在异重流的形成当中的相对大小。
柑桔园林下穿透雨的分布特征
曹云, 黄志刚, 郑华, 欧阳志云
2007, 18(6): 853-857.
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研究了柑桔林下穿透雨的分布特征,结果表明:在测定期间,穿透雨量占总降雨量的68.3%,5月的穿透雨量最大(245.1 mm),而穿透雨率最大值(73.3%)出现在8月。穿透雨量与降雨量具有显著相关性(p<0.01),而穿透雨率与降雨量和降雨强度的相关性均达到显著水平(p<0.05)。柑桔林下穿透雨显示出明显的空间变化,各观测点间穿透雨率具有显著性的差异,而且穿透雨的空间异质性(穿透雨率的变异系数CV)随着降雨量或降雨强度的增加而降低,聚类分析也显示出穿透雨在不同观测点间具有差异性。柑桔林下穿透雨呈现明显的聚集效应。
灌区塘堰分布分形描述
谢先红, 崔远来, 蔡学良
2007, 18(6): 858-863.
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塘堰服务于灌区农业灌溉、居民生活用水等,是灌区水循环系统的重要组成部分,其分布是地貌侵蚀与发育以及人为因素影响下的结果。基于GIS数据库和空间分析功能,以湖北漳河三干渠灌区塘堰为例,应用分形理论对塘堰分布进行了分析。区域内塘堰面积服从双曲分布,一定范围内具有标度不变性,在概率空间中表现出分形结构的幂律性质。采用覆盖塘堰像元的方法求取了整个灌区和14个子区域的盒维数和信息维数,也表明塘堰的空间展布是一个分形体。最后分析了盒维数和信息维数与地形因子的线性关系。
黑河流域不同水体中δ18O的变化
张应华, 仵彦卿
2007, 18(6): 864-870.
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摘要:
水资源短缺和合理利用是干旱半干旱区黑河流域面临的一个严峻问题,解决问题的关键是要深入了解水循环机理,而分析不同水体中环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术研究水循环机理所必须的前提。根据测得的黑河流域降水、河水和地下水中δ18O,分析了取样期间不同水样δ18O的变化,揭示了降水中δ18O存在显著的温度效应、季节效应、高程效应以及与降水量的正相关关系;河水中δ18O的时空变化特征,即出山口地区河水中δ18O统计值低于山区和盆地,山区河水中δ18O的时间分布与大气降水一致,出山口河水中δ18O时间分布与大气降水相反,河水中δ18O沿黑河流程存在显著递增趋势;地下水中δ18O在张掖变化幅度较大,在临泽较均一且9月份普遍高于6月份,而在高台则分为显著的2组,较高的一组9月份普遍低于6月份。研究了不同因素对水循环过程中δ18O变化的影响及相互作用,为同位素技术在黑河流域水循环研究中的应用提供科学依据。
基于未确知信息的环状河网水质数学模型研究
汪守东, 沈永明, 姜恒志
2007, 18(6): 871-878.
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摘要:
以圣维南方程组、对流扩散方程以及未确知信息理论为基础,建立了环状河网一维水动力与未确知水质数学模型。采用Preissman四点隐格式法对圣维南方程组进行离散和采用显式差分对对流扩散方程进行离散,对河网水动力与水质分别进行了合理的编码,并考虑了泵闸等控制工程、降雨径流的影响,采用河网的三级解法编制河网非恒定流的计算程序求解各断面的水位Z和流量Q,实现了水动力和水质两模块之间的数据连接,且对微分形式的水质模型运用未确知数学理论进行了含有两个未确知参数的水质计算,从而不仅能获得污染物浓度区间值,还能得到相应的可信度。实例研究表明,建立的河网水动力模型和未确知信息的水质模型是可靠的,可以用于河网水质治理工程的数值模拟研究和水环境评估。
江苏省水资源承载能力评价
黄莉新
2007, 18(6): 879-883.
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首先进行了系统动力学方法应用于水资源承载能力评价的理论分析,提出了基于水资源供需紧张度系数的水资源承载能力系统动力学评价思路。进而结合江苏省水资源特点,计算了包含经济增长率、供水水平和保证率三组参数8种典型方案的江苏省水资源承载能力,为江苏省水资源承载能力建设提供了依据。
南极普里兹湾夏季海冰边缘区内破碎海冰的分布特征
卢鹏, 李志军, 张占海, 董西路
2007, 18(6): 884-892.
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基于中国第21次南极考察中获得的69°00'S、76°24'E附近普里兹湾夏季海冰边缘区内破碎海冰的航拍照片,利用图像处理的方法从中提取了破碎海冰的若干几何参数,得到了海冰边缘区内随着与开阔水域距离增大,海冰面积、平均钳测直径等几何参数的变化规律。并按其尺寸的变化规律将海冰边缘区划分为边界区、过渡区和内部区三部分,其变化和波浪在冰边缘区中的衰减过程紧密相关。圆度的变化则说明海冰边缘区中海冰磨损最充分的地方是在冰间相互作用最明显的过渡区。另外,一种改进的幂函数分布和Weibull分布用来对破碎海冰尺寸的累积频率进行拟合,分布函数中各参数的变化情况很好的反映了海冰边缘区内破碎海冰的分布变化。其中,参数Lr随着与开阔水距离增加而增大(说明由于波能衰减导致可以出现的破碎海冰最大尺寸的增加);尺度参数L0随着与开阔水距离增加而增大(反映了破碎海冰平均尺寸的增加以及由于波能的衰减而导致单位面积区域内尺寸较大的破碎海冰所占比例的增加);分布维数D随着与开阔水距离增加而减小(说明了由于波能的衰减导致破碎海冰所受约束条件的减弱);形状参数γ随着与开阔水距离增加而减小(说明了随着波能的衰减破碎海冰尺寸分布范围的增大)。
黄河宁蒙河段凌情特性研究
姚惠明, 秦福兴, 沈国昌, 董雪娜
2007, 18(6): 893-899.
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摘要:
统计分析了黄河宁蒙河段1950-2004年流凌、封河、开河日期特征值,并对河道最大槽蓄水增量作了初步分析。研究表明宁蒙河段开河时一般从上游向下游解冻,河槽蓄水量沿程不断释放并加入,使开河时凌峰流量沿程增大;凌情的发生、发展及消失演变的过程,主要取决于河道形态(地理位置、走向及边界特征)、水文条件和气象条件以及人类活动等因素;水库的运用对凌情的演变有重要影响。
基于工作流的防汛业务集成管理研究
何斌, 梁国华, 周惠成
2007, 18(6): 900-906.
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摘要:
分析了防汛业务集成管理的需求,借鉴工作流模型和基于角色的访问控制模型,提出了一种防汛业务集成管理模型,以实现防汛大系统内部动态的防汛业务集成和门户集成。通过设计集成管理数据库,应用数据驱动技术,使防汛业务集成管理系统具有良好的柔性、集成性、重用性和可扩展性。应用该模型与技术,设计开发了黑龙江省基于工作流的防汛业务集成管理系统,并已得到实际应用。
物理模型变率影响研究进展
窦希萍, 王向明, 赵晓冬
2007, 18(6): 907-914.
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摘要:
从理论分析、系列物理模型和数学模型三个方面对物理模型变率影响研究的进展情况作了概述。着重介绍了采用系列概化物理模型试验研究潮流和潮流、波浪共同作用下的模型变率影响问题,给出了进行潮流、波浪和泥沙物理模型的变率限制条件。
孔隙网络模型在土壤水文学中的应用研究进展
吕菲, 刘建立
2007, 18(6): 915-922.
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摘要:
非饱和土壤的水力性质是采用模型定量模拟水分和溶质在非饱和带中运动的最重要的物理参数,可以用网络模型来预测。孔隙网络模型的主要优点在于可以对发生在土壤孔隙尺度上的物理、化学过程进行直观的表达和模拟。目前,国内外研究者已在样品图像获取、图像分析、模型建立以及求解等方面取得了一定的进展。在对其进行综合评述的基础上,指出了已有网络模型在建立过程中存在的不足之处,并进一步明确了今后的研究方向。
基于生态经济理论的水资源可持续利用问题探讨
陈康宁, 董增川
2007, 18(6): 923-929.
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摘要:
简要叙述了生态经济理论的发展历史和基本观点,并将其基本观点应用于水资源可持续利用问题的研究,分别就水资源开发利用的阈值、熵定律的约束、生态系统的相互依赖性等问题进行了探讨,认为生态经济理论在水资源可持续利用研究方面具有重要的应用价值。

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