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2013年  第24卷  第2期

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巴丹吉林沙漠腹地降水特征的初步分析
王乃昂, 马宁, 陈红宝, 陈秀莲, 董春雨, 张振瑜
2013, 24(2): 153-160.
摘要:
利用巴丹吉林沙漠腹地定位观测的降水数据,结合其外围南缘、东南缘、北缘和西北缘4个气象站同期降水资料,分析了沙漠腹地的降水特征以及高大沙山对降水的影响,比较了沙漠腹地与外围降水量的差异。结果表明,沙漠腹地降水以小雨为主,且一般在1~2 h内结束。沙漠腹地与外围的降水在季节分布上有较好的一致性,观测期间腹地的年降水量少于南缘阿拉善右旗气象站,但明显多于东南缘、北缘和西北缘。沙漠腹地降水的季节变率很大,年降水量往往由某些集中降水日决定,具有高度集中性。腹地的高大沙山对降水有一定影响,沙山顶部年降水量和年降水日数皆略多于丘间地,较长的单次降水过程之持续时间及累积降水量亦有类似特征。强降水事件发生时,沙漠腹地在16.8 km的空间距离上有"斑块"现象。日降水量的相关距离分析显示,夏半年日降水量空间相关性随距离的增大而明显减小;冬半年因多冷锋降水而使其日降水量在约50 km空间尺度上仍有较好的相关性,50 km以外相关性则显著减小。
弯曲河流斜槽裁弯模式与发育过程
李志威, 王兆印, 赵娜, 余国安
2013, 24(2): 161-168.
摘要:
结合遥感影像、野外调查和形态统计,深入分析斜槽裁弯现象,将其划分为切滩冲刷、串沟冲刷和主流顶冲3种模式。切滩模式发生于洪水期间主流水流动力轴线偏向凸滩后,形成漫流水流冲刷,极可能在边滩形成新的斜槽。切滩裁弯的形态统计表明,弯道曲率半径与平均河宽之比约2.92,分流角约54.8°。串沟模式是前期洪水漫过河湾内侧洪泛平原,漫滩水流冲刷形成若干串沟,后续洪水沿串沟继续冲刷,串沟逐步横向展宽和向下游侵蚀,直至形成新的河槽。主流顶冲模式是水流顶冲河湾内侧河岸,形成湾状缺口,后续洪水持续顶冲湾状缺口,直至上下游水流贯通,形成斜槽裁弯。
基于土壤属性的VIC模型基流参数估计框架
鲍振鑫, 张建云, 刘九夫, 王国庆, FU Guobin, 贺瑞敏, 严小林
2013, 24(2): 169-176.
摘要:
"异参同效"现象是水文模型参数率定过程中的一个难题。为了减少需要率定的模型参数个数,从而降低模型参数的相互作用,构建了利用土壤属性直接估计VIC(Variable Infiltration Capacity)模型3个基流参数的框架,并在3个位于不同水文气候条件下的典型流域中作了实例研究。传统的VIC模型参数估计方法需要率定6个参数;而在新的参数估计框架下,需要率定的模型参数从6个减少为3个。蒙特卡罗模拟结果表明新的参数估计框架提高了参数的敏感性。同时,新的参数估计方法模拟的径流过程和之前通过率定得到的径流过程差别很小。GLUE(Generalised Likelihood Uncertainty Estimation)方法分析得到径流模拟的不确定性结果表明:新的参数估计框架计算径流的90%置信区间要明显小于传统方法,而且对于低流量的模拟效果更加明显,也就是说采用新的参数估计框架可以显著降低径流模拟的不确定性。这种基流参数估计方法可以被应用于其他相似的水文模型中。
嫩江流域沼泽湿地景观变化及其水文驱动因素分析
董李勤, 章光新
2013, 24(2): 177-183.
摘要:
借助ArcGIS空间分析工具,以嫩江流域1978年、1990年、2000年和2008年4期遥感湿地分布图为基础,采用SWAT (Soil and Water Assessment Tool)水文模型将嫩江流域划分为43个子流域,并以沼泽湿地类型为例,将各个子流域内降水和径流信息与湿地退化遥感信息作对比筛选,对全流域以及湿地面积减少严重所在子流域作进一步分析。另外,利用两期土地利用类型数据生成嫩江流域土地利用转移矩阵。结果表明:1978—2008年间嫩江流域沼泽湿地退化严重,尤其以1990—2000年间最为显著。这与流域内降水、径流的变化密切相关,并受到土地利用类型转化以及水利工程建设等人类活动的影响。其中,沼泽湿地面积变化与流域径流系数变化在0.01水平上呈极显著正相关,pearson相关系数为0.90。气候变化和人类活动影响下对湿地水文过程以及水资源的变化,导致湿地日益萎缩,对流域内湿地生态系统平衡产生了负面影响。
利用反向法评价气候变化下的水资源系统风险
李科, 齐晶瑶, 王昭阳, 冯岩, BROWN Casey
2013, 24(2): 184-189.
摘要:
目前多数研究直接将大气环流模式(GCM)获得的气候要素输入水文模型或者系统动力学模型评价气候变化所引起的风险,而忽视了一些重要统计要素的实际影响。针对目前研究存在的问题,利用随机模型产生大量模拟数据并输入到关于水资源系统的系统动力模型,通过评价指数和模拟数据间的统计关系建立"气候响应模型",最终利用多种大气环流模式来进行风险评价。通过A2气候变化情景下36种GCM对美国麻州Quabbin水库未来两个时段2036—2065年和2066—2095年由气候变化引起的风险进行评价。结果表明,在1950—1999年流域净流量年际方差100%~140%范围内,2036—2065年的风险为0.25~0.30,2066—2095年的风险为0.30~0.45。
森林火灾对典型小流域径流影响模拟
周艳春, 张永强, 许士国
2013, 24(2): 190-196.
摘要:
以澳大利亚东南部Mcmahons Creek 流域1983年发生的森林火灾为例,运用AWRA-L和新安江模型模拟火灾后流域的基准径流过程,进而估算火灾对径流的影响。AWRA-L和新安江模型模拟结果表明,火灾发生后14年(1983—1997年)内流域产水量分别增加140 mm和123 mm,占火灾前(1974—1982年)年均径流量的33%和29%;火灾发生14年后的1998—2004年,增加量分别为43 mm和33 mm,占火灾前年均径流量的10%和8%。说明森林火灾引起短期内流域径流量的明显增加,随着植被的恢复流域产流增加量减少,森林砍伐是后期径流增加的重要原因。该研究对森林流域的水资源管理具有重要的参考价值。
淤泥质河口水沙运动数学模型相关问题
雷文韬, 夏军强, 谈广鸣
2013, 24(2): 197-204.
摘要:
为研究淤泥质河口的水沙运动规律,建立了用于模拟淤泥质河口水沙运动的二维数学模型。该模型采用基于无结构三角网格下的有限体积法对方程组进行离散,结合Roe-MUSCL方法及时间方向的预测-校正格式,使模型在时空方向具有二阶计算精度。模型中分别采用不同方法计算粘性和非粘性泥沙的输移源项,并引入粘性泥沙的起动流速和冲刷率计算公式。采用已有的概化水槽试验数据对模型进行了初步验证。然后模拟了1995年10月小潮及大潮期间海河口的潮流运动与泥沙输移过程,计算得到的潮位、潮流速及含沙量过程与实测过程符合较好,结果表明模型能够用来模拟淤泥质河口粘性和非粘性泥沙的不平衡输移过程。同时还比较了泥沙输移源项的不同处理方式对计算结果的影响,计算表明在淤泥质河口水沙运动数学模型中必须同时考虑粘性和非粘性泥沙的输移。
论文优先数字出版说明
《水科学进展》编辑部
2013, 24(2): 204-204.
摘要:
水沙调节后荆江典型河道横向调整过程的响应——Ⅱ.上、下荆江调整差异初探
假冬冬, 邵学军, 蒋海峰, 沈阳, 张幸农, 尚毅梓
2013, 24(2): 205-211.
摘要:
三峡水库2003年6月蓄水运用后,下游河道水沙过程已发生大幅变化,对于岸滩抗冲性较弱的荆江河道来说,河道的横向调整过程势必受到影响。采用考虑岸滩崩塌的河势研究数值模型,针对三峡水利枢纽工程运行所引发的水沙变异过程,初步探讨了荆江典型河道横向调整及河势变化对水沙条件变化的响应。对于下荆江石首河段来说,来沙减少后,冲刷加剧,局部河岸坍塌及平面变形加剧,主要发生在受弯道水流顶冲的位置,但河势演变趋势及平面变形总体上基本一致,并未发生较大变化。对于上荆江沙市—新厂河段来说,来沙量减小后,河道平面变形幅度总体上减小,局部最大减幅可达50%左右。
征稿启事
《水科学进展》编辑部
2013, 24(2): 211-211.
摘要:
淤长型泥质潮滩双凸形剖面形成机制
龚政, 张长宽, 陶建峰, 蔡辉
2013, 24(2): 212-219.
摘要:
以江苏中部淤长型泥质潮滩为例,建立了基于过程的潮滩动力地貌演变数学模型,研究了在沿岸潮流作用、供沙充分情况下双凸形潮滩横剖面形成机制。在向岸方向,流速自潮下带至低潮位线附近急速减小,潮间带区域流速则缓慢减小,泥沙在流速急变区域迅速堆积形成上凸点。潮下带中部在小潮期的淤积量大于大潮期冲刷量,总体淤积率较高;加之潮间带中部较弱的落潮流不足以将其上风处底沙掀动并向海输运,导致落潮后期潮下带上部含沙量小、沉积率相对较低,最终在潮下带中部形成下凸点。随着滩面淤长抬升,上、下凸点位置逐步向高、低潮位线附近移动。与前人关于双凸形剖面形成机制的定性分析成果相比,尚有不一致之处,需通过现场观测等进一步探讨。
海河流域水资源开发利用阈值研究
秦长海, 甘泓, 汪林, 王琳
2013, 24(2): 220-227.
摘要:
针对中国水资源开发利用程度较高等问题,在水资源耗减、水环境退化等价值量核算方面开展研究,提出合理的水资源开发利用阈值。以联合国综合环境经济核算体系为基础,从水资源开发利用带来的正面效益和负面效益两方面入手,通过构建水资源环境经济效益评价模型(EMW),分析经水资源耗减和水环境退化价值调整后国内产出(WEDP),并从社会福利最大化角度,提出将WEDP最大化目标下的用水量作为合理的水资源开发利用阈值。经评价,海河流域现状和2020年合理的水资源开发利用阈值分别为292亿m3和287亿m3。结果表明,海河流域已经超过了其开发利用阈值,对水生态环境系统造成了负面影响。
华北滹滏平原地下水位下降与灌溉农业关系
张光辉, 费宇红, 刘春华, 冯慧敏, 严明疆, 王金哲
2013, 24(2): 228-234.
摘要:
针对华北粮蔬主产区滹滏平原浅层地下水位不断下降成因问题,基于大量实测资料和相关分析方法与MapGIS技术,通过对近50年来区内地下水位、粮蔬播种强度、有效灌溉面积变化特征和降水量、气温变化下地下水位下降对粮蔬播种强度响应机制研究,结果表明:1980年前粮蔬播种强度每增加0.01或夏粮和蔬菜播种面积每增加1万hm2,研究区地下水位下降幅度为0.36 m或0.43 m;1980年以来随粮蔬播种强度增大,地下水位下降幅度明显增大,粮蔬播种强度每增加0.01或夏粮和蔬菜播种面积每增加1万hm2,地下水位降幅分别达0.69 m和1.15 m。不仅与因播种强度增大导致农业开采量增加有关,而且还与1980年以来降水量不断减少密切相关。降水量减少100 mm,区内农业开采量增加35.7 mm。
溶质势对地表蒸发速率的影响
彭振阳, 郭会, 伍靖伟, 黄介生, 阿布都艾尼
2013, 24(2): 235-242.
摘要:
针对盐碱化土壤地表蒸发速率研究的不足,以表层土壤为研究对象,采用土壤蒸发试验和数学模型相结合的方法分析了溶质势对地表蒸发速率的影响。结果表明:当土壤中盐分没有沉淀结晶时,溶质势是盐分引起地表蒸发速率降低的主要原因;溶质势越低,蒸发速率下降比例越大,该下降比例与溶质势有近似线性关系,但同时还受到空气温度与相对湿度、土壤温度以及土壤基质势等因素的影响;当表层土壤存在水盐补给时,地表蒸发速率总是变化趋向于水分补给速率,但含盐土壤蒸发速率变化较慢,而且若补给水分中含盐,那么其稳定蒸发速率会低于水分补给速率。
中国近海潮汐变化对外海海平面上升的响应
章卫胜, 张金善, 林瑞栋, 宗虎城
2013, 24(2): 243-250.
摘要:
针对外海海平面上升对中国沿海潮波系统和潮汐水位可能带来的影响,通过西北太平洋潮波数学模型对边界海平面上升后潮波变化进行了数值模拟。研究发现边界海平面上升后,在无潮点附近东侧迟角增加,西侧迟角减小;无潮点北侧振幅增加,南侧振幅减小;辽东湾、渤海湾顶、辽东半岛东海域、海州湾至鲁南沿海、苏北沿海、台湾海峡至浙东沿海和南海平均潮差增加,海平面上升0.90 m后潮差最大增幅达0.40 m;长江口、杭州湾至对马海峡、朝鲜西海岸和莱州湾海域潮差减小。随着海平面上升量值的增加,渤海、台湾海峡潮差变化速率相对稳定,黄海、东海和南海站位变化速率有所变动;平均高水位的变化趋势与潮差一致;潮差增加的区域,高水位抬升幅度超过边界海平面上升幅度。海平面上升引起的高水位超幅变化,增加了沿海地区对风暴潮和其他灾害防护的风险。
潮汐强度与咸潮上溯距离试验
卢陈, 袁丽蓉, 高时友, 陈荣力, 苏波
2013, 24(2): 251-257.
摘要:
采用物理模型实验方法对不同潮差驱动下咸水入侵距离进行实验研究,结果表明存在潮差临界值使得咸水入侵距离最短,当潮差小于该临界值,咸水入侵距离随潮差增大呈快速减小趋势,而大于该临界值则呈缓慢增大趋势。基于实验数据对盐淡水混合进行理论分析,揭示了实验现象的产生机制:①潮差增大过程中盐淡水混合由高度分层变为均匀混合,导致驱动咸潮入侵的动力发生了改变;②当盐淡水为弱混合类型,盐淡水高度分层,重力环流输运是盐进入河口的主要方式,潮汐强度增大减小了盐淡水分层,减弱了重力环流的输运作用,因此入侵距离变小;③当盐淡水为强混合类型,盐淡水混合均匀,重力环流输运作用大大减弱,潮汐扩散成为主要的输运方式,潮汐增强使得扩散能力增大,因此潮汐强度越大,咸潮入侵距离越大。
波生沿岸流数值模拟
房克照, 刘忠波, 邹志利, 孙家文, 尹继伟
2013, 24(2): 258-265.
摘要:
为了更好地研究近岸海域波生沿岸流,建立了基于高阶Boussinesq水波方程的波生沿岸流时域数值模型。控制方程在中等水深范围内具有较好的色散性和变浅作用性能,同时具有二阶完全非线性特征,适合描述近岸区域波浪强非线性运动。通过采用松弛造波方法实现了非线性波浪的无反射入射,采用周期性侧边界条件模拟开敞边界。通过数值试验,讨论了模型中主要参数对数值结果的影响。利用率定后的参数模拟了均匀坡度海岸上产生的沿岸流,通过和实验数据的对比验证了模型的准确性和适用性。利用模型数值模拟了不同波浪入射条件(包括周期、波高和波浪入射角度)对波生沿岸流的影响。
著作权使用说明
《水科学进展》编辑部
2013, 24(2): 265-265.
摘要:
感潮河道区间入流反分析
李光炽, 钱真
2013, 24(2): 266-271.
摘要:
区间入流是影响水动力模型精度的重要因素,实际的区间径流情况复杂难以量化。从反问题的角度出发,由基本方程导出区间入流校正量的解析表达式,应用数值离散方法,得到节点水位与区间入流的响应函数,根据实测的潮位资料建立区间入流的迭代求解方法。数值实验验证了方法的可行性,反问题的计算值与真值非常接近,模拟的确定性系数达到0.996。该方法应用于长江下游大通至镇江河段的水动力模型实例计算,得出了概化的区间入流过程,提高了模拟精度,验证了方法的有效性。
塔吉克斯坦水体同位素和水化学特征及成因
曾海鳌, 吴敬禄
2013, 24(2): 272-279.
摘要:
2011年9~10月采集了中亚干旱半干旱地区塔吉克斯坦不同区域的河水、泉水和湖水,通过不同水体样品水化学指标、氢氧同位素分析,初步研究了该区域水化学类型和同位素空间分布特征,并探讨了其形成原因和环境意义。研究结果表明:塔吉克斯坦河水和泉水的主要水化学类型为Ca-HCO3-型,水体离子主要来源于方解石和白云石风化,局部地区受蒸发岩风化和硅酸盐风化的影响,偶见Ca-SO42-和Na-HCO3-型水体分布。湖泊多分布在东部山区,受多年干旱蒸发影响,水化学类型为Mg-SO42-和Na-Cl-型,以微咸水和咸水湖为主。研究区内河水和泉水氢氧同位素变化范围分别为-129.38×10-3~-65.19×10-3和-17.06×10-3~-9.33×10-3,空间上从东向西逐渐富集。受水体来源的区域差异影响,东部和西部河水水体氢氧同位素关系式存在明显不同。反映了东部地区河水以冰川补给为主,西部地区以降水补给为主,而湖水氢氧同位素的变化主要反映了水体蒸发程度。
中国水文水资源常态与应急统合管理探析
刘宁
2013, 24(2): 280-286.
摘要:
中国水资源整体宏观短缺,干旱与洪涝灾害并存,且近年来极端水文事件发生频率加大,北方水资源衰减趋势明显,形势严峻。基于中国基本水情,结合在雨洪水利用、水资源战略储备以及储水空间利用等方面进行的需水侧水文水资源常态管理和应急管理探索与实践,提出了建立水资源常态与应急统合管理概念,即:立足于自然水文的年内与年际整体过程,将正常状态下的水资源管理和非正常状态下的应急管理有机结合起来,实施基于自然水循环系统全过程调控的水资源管理,从而实现将水资源开发利用、防洪除涝和抗旱减灾等有机融合,提升水循环调控效率,增强水安全保障程度。
再悬浮条件下沉积物内源磷迁移-转化机制研究进展
郑西来, 张俊杰, 陈蕾
2013, 24(2): 287-295.
摘要:
对沉积物再悬浮的驱动力及其耦合效应、再悬浮-内源磷迁移转化机制及主要影响因素进行了阐述,探讨了该领域未来可能的研究方向。相关研究发现,沉积物再悬浮的各种驱动力既可以单独作用也可相互耦合,其耦合效应具有显著的时空变异性;再悬浮使还原态沉积物暴露于有氧环境,沉积物中铁、锰的氧化以及沉积物颗粒的吸附促进了内源水溶态无机磷(SRP)的去除,而进入水体的内源有机磷则通过生物矿化和光化学分解转化为SRP;沉积物物化特征、水动力、水生生物以及水体理化性质等因素控制着再悬浮过程中内源磷的迁移和转化。指出再悬浮条件下沉积物内源磷迁移转化的多过程耦合效应、沉积物中磷形态的转化及其生物有效性、内源有机磷矿化与光化学分解机制及其调控因素将是本领域需要进一步研究的重点。
干旱频率分析研究进展
程亮, 金菊良, 郦建强, 王宗志, 李磊, 袁潇晨
2013, 24(2): 296-302.
摘要:
从干旱定义与识别、点干旱频率分析和区域干旱频率分析3个方面系统阐述了干旱频率分析研究进展和存在问题,归纳了适用于干旱频率分析的干旱定义,干旱识别存在的主要问题以及区域干旱频率分析研究的3种途径。提出综合利用研究区域水文气象特性、干旱成因、旱情、旱灾,并结合前期的大气环流条件等信息来描述和识别干旱,重点开展对干旱特征变量的理论分布、干旱事件重现期公式和经验频率公式等基本理论的研究,关注区域干旱频率分析,注重对径流、土壤水、地下水和供水系统的干旱特性分析。