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2009年  第20卷  第5期

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利用FY-2C双光谱图像反演白天像素级逐时雨强
诸葛小勇, 郁凡
2009, 20(5): 607-613.
摘要:
基于中国静止气象卫星FY-2C的多光谱数据,研究了由热红外亮温和可见光反照率拟合反演白天地面像素级逐时雨强分布的方法.利用降雨概率判识矩阵区分了降雨云和非降雨云,技术得分为0.5073,比简单利用阈值划分方法显著提高了雨区判识精度.对逐时降水率的分析,允许误差为±20%内,正确率为52.19%.对降水等级的分析,经1200多个实测有雨样本的检验,其对小雨、中雨、大雨和暴雨的实测命中率达62.79%.若将降水率小于0.5mm/h的微雨这种临界状态作无雨处理,则有雨样本的降水强度判识准确率达到88.17%.
改进Hargreaves方法计算拉萨参考作物蒸发蒸腾量
杨永红, 张展羽
2009, 20(5): 614-618.
摘要:
根据拉萨站1955~2006年逐日气象资料,采用标准Penman-Monteith方程和Hargreaves方法对西藏高原区拉萨的参考作物蒸发蒸腾量(ET0)进行了对比分析研究,计算结果发现在拉萨的春季和雨季采用Hargreaves方法计算的ET0存在着较大偏差.为了进一步提高Hargreaves方法在该地区的适宜性,引入了平均相对湿度因子,建立改进Hargreaves公式并进行了评价,为拉萨地区准确实用地确定作物需水量和合理的灌溉制度提供了一种简便方法和科学依据.
区间暴雨和外江洪水位遭遇组合的风险
刘曾美, 陈子燊
2009, 20(5): 619-625.
摘要:
流域区间的治涝方案以及排涝设施的规模都与区间暴雨和外江洪水位的遭遇息息相关,因此需要研究区间暴雨与外江洪水位遭遇的风险规律.采用copula函数建立区间暴雨和外江洪水位的联合分布,用联合概率密度来描述两者遭遇的机率,提出了以遭遇为设计组合的排涝风险率和重现期的分析方法.实例研究表明,copula函数能够较好地模拟广东省阳山县区间暴雨与外江洪水位的联合分布;联合概率密度曲线表现为明显的正偏态分布,对于不超过10年一遇的暴雨,遭遇同频率的外江水位的机率最大;但对10年一遇以上的暴雨,最大遭遇机率的外江水位的重现期低于暴雨重现期;对任一排涝重现期,则有成反相关的区间最大暴雨和外江洪水位重现期的多种组合方案,且任一组合方案的暴雨重现期都大于排涝重现期.
采样频率及样本容量对明渠紊流统计值的影响
王龙, 李丹勋, 杨胜发, 钟强, 王兴奎
2009, 20(5): 626-631.
摘要:
为了研究采样频率和样本容量对明渠紊流统计特征值的影响,利用粒子图像测速技术,对明渠恒定均匀水流的二维流速分布进行测量,获得了包含340535个样本的流场时间序列.对该大容量时间序列进行抽样,得到不同采样频率和容量条件下的一系列子序列.对比分析各子序列的时均流速、紊动强度及雷诺应力的变化特点,发现存在临界的采样频率和样本容量,紊动统计特征参数在临界值以下波动较大,而在临界值以上基本趋于稳定;要满足同一测量精度,时均流速对采样频率和样本容量的要求最低,紊动强度次之,雷诺应力最高.
窄缝热浮力射流影响因素的数值模拟
王玲玲, 岳青华
2009, 20(5): 632-638.
摘要:
对流动控制方程即连续方程、动量方程和能量方程进行坐标转化,将带有自由表面和不平坦底面的不规则物理区域转变为规则的矩形计算区域.应用大涡模拟Smagorinsky模型对控制方程进行模化,根据破裂算子法将动量方程和能量方程分解成对流、扩散和传播三步进行顺序求解.利用该模型对静止和规则波环境下二维窄缝热浮力射流进行数值模拟,比较了两种环境下速度场、温度场、轴线速度衰减规律、垂向流速的自相似分布等特性,分析了浮力的作用以及射流速度、窄缝宽度等因素对射流掺混过程中温度场分布的影响.数值模拟结果得到已有理论及试验成果的验证.
地下水溶质运移数值模拟中减少误差的新方法
梅一, 吴吉春
2009, 20(5): 639-645.
摘要:
地下水中污染物运移的数值模拟方法一直是学界的研究热点问题.而如何减少与消除对流-弥散方程数值解中浓度陡锋面附近的数值振荡与数值弥散,更是研究的前沿与难点.提出了一种地下水溶质运移数值模拟中减少数值弥散的新方法.该方法的核心思想是在水动力弥散系数上加上一个数值弥散估算值,得到一个修正弥散系数,用其替代方程中有明确物理意义的水动力弥散系数进行计算.并提出了一个参数——数值弥散因子(μNDF),可以根据研究需要进行参数分区并适当调节该因子的大小,从而达到控制数值振荡,减小数值弥散的目的.从一维到二维的多个数值算例的模拟计算结果表明,该方法能在消除数值振荡的基础上,较好地减少数值弥散,达到满意的精度.
滩地植被化明渠中横向水平射流特性试验研究
槐文信, 秦明初, 杨中华, 赵磊
2009, 20(5): 646-651.
摘要:
运用Micro ADV测速系统,对3种工况下滩地植被化的复式断面横流环境中三维圆形水平射流的特性进行了试验研究.试验测得的射流典型横断面速度场及湍动能的成果表明,射流与来流的相互作用表现出明显的分叉现象,其分叉半角为5.71°;复式断面二次流具有加速射流分叉的作用,滩地植被具有减缓射流分叉的效应.对射流出口平面的速度场及湍动能的分析表明,射流轨迹曲线的弯曲程度、射流中心线的位置主要取决于射流与来流流速比.流动横断面流速和湍动能特性表明,射流在整个流场中是各向异性的.
基于LBGK方法的粘性流体晃动问题大涡模拟
丁全林, 汪德爟, 王玲玲
2009, 20(5): 652-657.
摘要:
LBGK结合大涡紊流模型方法应用于粘性流体运动的数值模拟,并在LBGK方法中引入VOF概念,用于跟踪自由表面的运动.利用这种方法计算了贮液容器中粘性流体的自由晃动以及非线性激励下的一阶模态晃动,得到了侧壁上压强分布,并拟合了压力和弯距的估算公式.分析和实践表明,该方法对带自由表面不可压缩流体的数值模拟具有较高的精度.
河流水化学特性与流域泥沙输移的相关性研究
王家生, 陈立, 范北林, 柴晓玲
2009, 20(5): 658-662.
摘要:
河流中的离子输移与泥沙运动有着密切的关系,通过对流域侵蚀过程中物理化学作用分析指出,流域的离子溶出与流域泥沙侵蚀过程具有伴随性,相应的泥沙和离子输移也具有相关性.通过研究嘉陵江和渭河干流站点的离子输移与泥沙输移的实测资料得出,河流离子输移量与泥沙输移量具有明显的正相关关系.河流中不同种类的离子输移与泥沙输移的相关程度不同,不同河流二者相关关系存在着一定的差异.
基于物理模型的被动微波遥感反演土壤水分
陈亮, 施建成, 蒋玲梅, 杜今阳
2009, 20(5): 663-667.
摘要:
利用土壤水分和海洋盐度(SMOS)卫星进行土壤水分反演的算法中,对地表发射率的描述仍采用半经验Q/H模型,该模型描述地表粗糙度对有效发射率在V和H极化下影响相同.基于微波散射理论模型-高级积分方程模型(AIEM)建立了一个针对SMOS传感器的参数配置,包含各种地表粗糙度和介电特性的裸露地表辐射模拟数据库,发展了L波段多角度地表辐射参数化模型.在此基础上,利用SMOS多角度双极化特点,建立了土壤水分反演算法.该算法可以消除粗糙度对土壤水分反演的影响,同时最小化反演过程中辅助信息引入带来影响.反演算法通过美国农业部提供的L波段多角度地基辐射计数据(BARC)进行验证,在20°~50°入射角,土壤水分反演精度在4%左右.
沟灌土壤水分运动数值模拟与入渗模型
聂卫波, 马孝义, 王术礼
2009, 20(5): 668-676.
摘要:
为进一步探明沟灌二维土壤水分运动规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了沟灌土壤水分运动数学模型,用多组试验资料对模型模拟结果进行验证,两者基本吻合,表明模型可用于模拟沟灌二维土壤水分入渗过程.用所建模型对不同因素组合下沟灌土壤湿润体特性进行模拟分析,结果表明:土壤初始含水率、沟间距对沟灌累积入渗量影响较小,土壤质地、容重、沟底宽和沟中水深对其影响较为显著;沟底宽、土壤初始含水率对土壤湿润体水分分布影响较小,土壤质地、容重对其影响较大,沟间距、沟中水深对其影响主要在零通量面附近,当入渗发生交汇后,零通量面处垂向湿润锋运移加快.以此为基础,建立了包含湿周在内的沟灌累积入渗量计算模型.
基于混合遗传算法估计van Genuchten方程参数
郭向红, 孙西欢, 马娟娟
2009, 20(5): 677-682.
摘要:
van Genuchten(VG)方程是最常用的土壤水分特征曲线方程,其参数取值的精度直接影响到土壤水分运动方程计算的精度.该文建立了VG方程参数的优化模型,构建遗传算法与Levenberg-Marquardt算法相结合的混合遗传算法对其进行求解,并进行了数值试验.结果表明采用混合遗传算法比普通遗传算法不但提高了收敛效率,而且收敛迭代次数也大大减少;采用混合遗传算法估计参数的精度比非线性单纯形法和阻尼最小二乘法要高一些,而且不需要给参数初值.因此,混合遗传算法可以作为估计VG方程参数的一种新方法.
黄河三角洲芦苇湿地土壤水分安全阈值
谢涛, 杨志峰
2009, 20(5): 683-688.
摘要:
基于盆栽试验测定了多水分梯度下黄河三角洲芦苇湿地3种生态型芦苇(淡水沼泽芦苇、盐化草甸芦苇和咸水沼泽芦苇)快速生长期叶片的光合-光响应过程,比较各生态型芦苇适宜的土壤水分条件.结果表明:在相对含水率为95.6%时,淡水沼泽芦苇最大净光合速率比渍水条件显著升高(p<0.05),而盐化草甸芦苇和咸水沼泽芦苇这一差异并不显著(p<0.05).不同生态型芦苇净光合速率对土壤水分的变化存在不同的响应阈值.从适宜土壤水分的阈值看,淡水沼泽芦苇对水分胁迫的耐受能力高于盐化草甸芦苇和咸水沼泽芦苇,生境盐度差异可能是造成这一差异的重要原因.
可降解的地表水污染物随机游走改进模式
韩龙喜, 陈丽娜
2009, 20(5): 689-694.
摘要:
针对随机游走水质模型仅考虑污染物对流输移、扩散效应而忽略污染物降解作用的缺陷,基于可降解污染物的一级反应动力学假设,对现有的随机游走水质模式进行了改进,建立了考虑自净作用的二维随机游走水质模型.作为模型检验,构造典型案例,将改进的随机游走模型计算结果与二维对流分散方程的解析解进行了对比分析,模拟结果表明改进的随机游走水质模式与解析解具有一致性.改进的随机游走模型具有既可考虑水污染物的降解特性,又能够形象直观地描述污染物迁移特征的优点.
湖泊富营养化影响与公众满意度评价方法
张宝, 刘静玲
2009, 20(5): 695-700.
摘要:
构建了基于韦伯-费希纳定律(Weber-Fechner Law,W-F)的湖泊富营养化及公众满意度综合评价方法,选取透明度(SD)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)5个评价因子,应用熵权系数法确定各评价因子权重分别为0.124 2、0.176 8、0.214 0、0.203 4和0.281 6,明确了湖泊富营养化综合影响指数Ki值与营养指数之间的函数关系,探讨了将公众对湖泊营养状态的感受与Ki值间建立定量的关系,根据Ki值变化范围、变化率与营养等级的对应关系,将公众对湖泊营养状态的满意度划分为4个等级:优、中、差和很差,以反映公众对湖泊富营养程度变化的响应.并以海河流域典型湖泊白洋淀为例,对方法进行了验证,结果显示:白洋淀Ki值为0.052 3,Ki值变化率为304.67,处于重度富营养化状态.不同空间的8个点位富营养化严重程度排序:南刘庄>圈头>王家寨>光淀张庄>烧车淀>枣林庄>采蒲台>端村.公众对白洋淀8个点位Ki值变化范围确定为0.029 3~0.100 6,营养状况的公众满意程度均为差,富营养状态及对公众的影响存在空间差异.
波流作用下太湖水体悬浮物输运实验及模拟
李一平, 逄勇, 罗潋葱
2009, 20(5): 701-706.
摘要:
利用室内外实验和数学模型对波浪和湖流共同作用下太湖水体悬浮物输运过程进行了研究.结果表明:当太湖日平均风速在2~8m/s时,水体悬浮物再悬浮通量与平均风速符合正相关关系;太湖悬浮物沉降属于絮凝沉降.悬浮物浓度较低时,其沉降速率与浓度无明显的相关关系;而浓度较高时,沉降速率随浓度升高而增大.悬浮物浓度和沉降速率符合Logistic函数;将太湖湖流模型和波浪模型耦合,有效地反映了太湖的水动力过程;在太湖悬浮物模型中,引入底泥起悬条件,将底泥的起悬量与沉降量分开处理,有效地模拟了太湖悬浮物的输运过程.模拟结果表明太湖悬浮物沿岸区域受湖流的影响较大,湖心区域受波浪影响较大.
太湖水体后向散射特性模拟
乐成峰, 李云梅, 查勇, 孙德勇, 吕恒
2009, 20(5): 707-713.
摘要:
为研究太湖水体后向散射系数的光学特性,利用太湖实测数据和半分析方法与光学闭合(Optical Closure)原理,对太湖水体的后向散射系数进行模拟,在此基础上对其光学特性和影响因子进行分析.研究结果表明:由于悬浮物浓度的差异,使得太湖水体后向散射系数具有明显的差异性,后向散射主要由无机悬浮物引起,浮游藻类对后向散射系数的贡献较小;由于悬浮物来源不同,使得悬浮物粒径分布、形状以及组成成分不同,导致太湖水体单位后向散射系数存在一定变化;以550 nm作为参考波段对太湖后向散射系数进行参数化,得出该波段后向散射系数与悬浮物浓度具有很好的线性关系,其指数在1.32~2.8之间变化,平均值为2.09.
城市路面径流重金属固液分配系数及其影响因素
常静, 刘敏, 李先华, 余婕, 林啸, 王丽丽, 高磊
2009, 20(5): 714-720.
摘要:
以上海市中心城区为例,探讨路面径流重金属在颗粒物-水相间的分配特征及其影响因素.研究表明,路面径流Cr的25%分位数浓度值,以及Zn、Pb、Cd的90%分位数浓度值超出地表Ⅴ类水标准,Cu和Ni污染程度较轻.径流重金属Pb、Zn、Cu及Cd总量浓度与悬浮颗粒物(TSS)含量呈现较明显的正相关关系,Ni与TSS浓度相关性不显著.径流冲刷过程中Cu和Ni溶解态含量比例平均值为35%;Zn和Cr平均值为19%~22%;Cd和Pb溶解态比例最低,平均值为4%~8%.应用扣除残渣态后的颗粒物重金属含量计算固液分配系数依次为Pb>Cd>Zn>Ni>Cu>Cr.径流中悬浮颗粒物浓度与固液分配系数存在显著负相关关系,呈现明显的"颗粒物浓度效应",径流pH值在6.4~7.2区间时对固液分配系数影响相对较小.
雅砻江下游梯级水库生态友好型优化调度
梅亚东, 杨娜, 翟丽妮
2009, 20(5): 721-725.
摘要:
根据雅砻江下游梯级水库水电站的布置和河道生态环境要求,分别设置了两个流量控制断面:锦屏二级电站引水闸址下减水河段、二滩电站坝址下游河段.针对这两个控制断面河道流量的要求,提出了25组生态流量控泄方案,建立了以梯级水电站群发电量最大为目标的长期优化调度模型,并采用动态规划法进行求解,获得各个方案下梯级水电站群多年平均发电量及水库调度出流过程.比较分析了减水河段生态流量及二滩水库泄流控制方案对发电量的影响,定义并计算了生态需水电能损失指标.对梯级水库调度出流过程进行了初步评价.结果表明:二滩水库出流维持天然径流模式,将限制水库调节能力和减少梯级电站发电效益.
区域洪水资源利用综合风险评价
方红远, 王银堂, 胡庆芳
2009, 20(5): 726-731.
摘要:
鉴于水库、蓄滞洪区以及河渠槽蓄等区域洪水资源利用方式及其防洪风险产生方面的特征,针对形成区域洪水资源利用风险的各子区及各利用措施的风险项,采用风险等级与风险度相综合的方法加以评估.依据子区和利用措施风险项与区域洪水资源利用总风险的结构关系,运用模糊评价原理和层次分析法,建立了基于风险评价模糊特征的区域洪水资源利用综合风险评价的层次结构模型,并阐述了模型的结构及其求解步骤,给出了风险等级与风险度的模糊合成计算方法以及各风险项考虑主客观因素的权重确定方法.以海河流域北三河水系的洪水资源利用风险分析为例,计算了该区域洪水资源利用的综合风险值.
农业水资源利用效用评价研究进展
雷波, 刘钰, 许迪, 姜文来
2009, 20(5): 732-738.
摘要:
效用问题是农业水资源利用的关键和核心.构建科学合理的指标体系评价农业水资源利用效用对于实现农业水资源持续高效利用有着重要的意义.国内外对水资源利用效用评价的理论和方法研究经历了由单一的用水效率评价向以效率和效益有机结合为特征的效用评价的发展历程,其评价尺度也从最初的作物或田间等微观尺度向灌区、流域、国家乃至全球等中观和宏观尺度发展.未来农业水资源利用效用评价研究发展的重点,将集中在建立基于不同尺度水平衡观点上的农业水资源利用效用评价指标体系以及不同尺度指标的尺度效应及转换等方面.
波生流垂向结构研究综述
张弛, 王义刚, 郑金海
2009, 20(5): 739-746.
摘要:
波生流是海岸工程和海岸演变非常重要的动力因素之一,水深平均的平面二维波生流目前已有大量的研究成果,且广泛应用于工程实践中,其垂向变化往往对建筑物的稳定和海岸地貌的变化造成显著影响,例如堤前冲刷和岸滩蚀退.回顾了国内外对波生流垂向结构的研究与进展,从实验室与现场观测、理论分析以及数值模拟3个方面概述了该领域的研究现状与发展趋势,总结了已有研究存在的不足,提出需要进一步研究的课题.
需水管理的定义与内涵
《水科学进展》编辑部
2009, 20(5): 747-754.
摘要:
水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源,是生态与环境的控制性要素.中国人均占有水资源量少,不足2200m3,不足世界人均占有量的1/3.水资源时空分布极为不均,特别是在全球气候变化和大规模经济开发双重因素的交织作用下,中国水资源情势正在发生新的变化.在水资源管理理念上,要加快从供水管理向需水管理转变.为使人们对需水管理有比较全面和深刻的认识,部分专家和学者从各种角度论述了"需水管理"的定义和内涵,认为,需水管理是面向包括人类与自然在内所有用水户的水资源供需平衡的全方位而有序的管理系统工程,对各方面的需水,采取行政、经济、法律和技术等手段和措施,对水资源供需进行平衡与协调,遏制不合理用水需求,提高用水效率和效益,减少水资源短缺对人类社会的威胁,确保水资源可持续利用.简言之,需水管理意为以供定需,供需协调,人水和谐,持续利用.