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2016年  第27卷  第5期

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中国大陆流域分区TRMM降水质量评价
刘少华, 严登华, 王浩, 李传哲, 秦天玲, 翁白莎, 邢子强
2016, 27(5): 639-651. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.001
摘要:
根据中国境内2 257个气象站点1998-2013年逐日降水资料,结合流域分区,采用探测准确性、相关系数以及相对误差等指标,对热带降水测量(TRMM)降水精度和一致性进行系统评价。结果表明:① TRMM日降水准确性从东南沿海向西北内陆递减;② 气象站点年均降水日数显著大于TRMM年均降水日数;③ 西北片区以外气象站点降水量和TRMM降水量在月尺度和年尺度上均具有较好的相关关系;④ 各流域年均TRMM面降水量均高于气象站点面降水量,且TRMM面降水量相对误差雨季较小,枯季较大;⑤ 各流域TRMM面降水量与气象站点面降水量演变趋势基本一致,南方各流域年降水量均呈减少趋势,北方各流域年降水量均呈增加趋势,全国尺度上年降水量呈微弱的减少趋势。
新安江模型中河网汇流参数Cs的一种计算方法
李致家, 梁珂, 阚光远, 李巧玲, 姚成, 张珂
2016, 27(5): 652-661. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.002
摘要:
新安江模型河网汇流参数Cs主要取决于河网形态及地貌特征规律,针对PUB(Prediction in Ungauged Basin)问题,从物理机理分析的角度,构建描述河网汇流动态变化的微分方程并给出适当的定解条件,用解析法得出微分方程的解,从而探索出在无实测水文资料地区适用的Cs计算方法。选取中国湿润地区和半湿润地区25个流域,统计并分析了各流域次洪模型的Cs计算值和率定值。结果表明,从总体来看计算值和率定值基本上相等;不论流域是否分块,提出的Cs计算方法均适用;当其他参数保持不变,虽然Cs取计算值时所得到的次洪模拟结果略逊于取率定值的模拟结果,但误差在可接受的范围之内,也能取得良好的模拟效果;如果令Cs取计算值,再重新率定其余的各项参数,能够使模拟精度得到进一步提高。采用该法可推求无实测资料地区的汇流参数Cs值,使模型在无资料地区的应用成为一种可能。
紫色土中砾石夹层对土壤水分入渗的影响
李雪垠, 李朝霞, 王天巍, 蔡崇法, 王小燕, 宋婧
2016, 27(5): 662-669. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.003
摘要:
为探究紫色土中砾石夹层对土壤水分入渗的影响因素,通过室内模拟土柱入渗试验,采用一维垂直水头法研究2种砾石粒径(10~20 mm、20~76 mm)和5种砾石含量(0%、10%、20%、30%和40%)分别与累积入渗量、入渗特性和湿润锋进程之间的关系。利用Horton方程和Philip公式验证入渗特性,以及幂函数拟合湿润锋进程。结果表明:① 在相同砾石粒径下,累积入渗量随着砾石含量的增加而减小;对于20~76 mm粒径砾石夹层,20%砾石含量及以上含量对水分入渗的阻碍程度相似。② 当砾石粒径相同时,初始入渗率、平均入渗率、稳定入渗率都随砾石含量的增加而减小;当砾石含量相同时,大粒径砾石夹层的初始入渗率大于小粒径砾石夹层。③ 砾石粒径大小与其对湿润锋的阻碍程度呈负相关。④ Horton方程对累积入渗量变化规律的验证效果要优于Philip公式;幂函数能较好地模拟含砾石夹层土壤中湿润锋的进程。
长武黄土塬区土地利用变化对潜水补给的影响
程立平, 刘文兆, 李志, 韩晓阳
2016, 27(5): 670-678. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.004
摘要:
通过长武黄土塬区不同土地利用方式下深剖面土壤水分的长期定位监测以及氢氧稳定同位素示踪技术的使用,分析了该区域土地利用变化对地下潜水补给的影响。结果表明:① 降水补给地下水过程中存在着活塞流和优先流两种机制,由活塞流补给的地下水量,以休闲地居高,低产农田次之,最后是高产农田;② 随着该区域农田生产力大幅提升以及大面积农田转换为果园,地下水活塞流补给量逐年减少,加之地下水开采量增加,导致地下水位逐年下降,年均降幅达0.3 m;③ 同位素证据表明,目前长武塬区地下水补给以优先流形式为主。为了实现黄土塬区潜水资源的有效补给与可持续利用,需要合理调控土地利用结构,保持适度生产力水平。
黄土区切沟对不同植被下土壤水分时空变异的影响
张晨成, 邵明安, 王云强, 贾小旭
2016, 27(5): 679-686. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.005
摘要:
为掌握切沟对土壤水分时空变异的影响,选取水蚀风蚀交错区两个典型切沟样点为研究对象。采用时间序列分析和经典统计学方法,从土壤水分时间变化特征和空间分布格局两方面探讨。结果表明:距沟道不同距离下土壤储水量差异明显。300 cm处样点可作为测定尺度下土壤储水量平均值。土壤水分在垂直方向上的变异受植被特征影响,沟道影响较小。坡面土壤储水量的空间分布呈现不同的分布格局。坡顶风速大,土壤水分蒸发快,坡中处土壤储水量最高,为949.9 mm,距切沟越近土壤水分快速散失,坡下土壤水分接近4%,亏缺严重。杏树地土壤储水量远高于柠条地,柠条地土壤储水量分布较为单一。土壤蒸发、植被、沟道等因素使得坡面土壤水分分布更加复杂。
2012年洪水对黄河内蒙古段冲淤影响
李子文, 秦毅, 陈星星, 王文海, 吴秋琴
2016, 27(5): 687-695. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.006
摘要:
2012年洪水是内蒙古河段1989年以来历时最长、洪峰流量最大的洪水过程。为了解粗泥沙对黄河内蒙古段河床冲淤变化的影响,依据宽河谷河段巴彦高勒、三湖河口和头道拐水文站实测资料,分析了内蒙古河道2012年洪水水沙特征,通过计算推移质输沙量和比较断面河底变化,探讨了粗泥沙对河底调整的影响。结果表明:2012年洪水造成粗泥沙在上游段冲刷、下游段淤积;固定低水位下过流断面存在涨冲落淤的规律;洪水过后,巴彦高勒和三湖河口低水位面积分别扩大了19 m2和29 m2,头道拐减小约100 m2。由于粗泥沙排沙不平衡,底部河床的真正高程并没有降低,防洪风险依然存在。
漓江流域表层土壤水分物理性质空间异质性
姚月锋, 何成新, 曾丹娟, 周翠鸣, 莫凌, 黄玉清, 徐广平
2016, 27(5): 696-704. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.007
摘要:
为了解漓江流域土壤水分空间变化特征及其影响因素,基于2'经纬网格,采用地统计学方法对该流域表层(0~10 cm)土壤水分物理性质的空间变异进行分析。结果表明:从空间结构比上,漓江流域表层土壤含水量、容重、最大和最小持水量均具有高度的空间自相关性(各指标空间结构比均大于0.87),且其空间分布趋势基本一致,由流域上游向中下游逐渐变化。土地利用对流域表层土壤水分物理性质及其空间变异具有显著影响。受时间尺度和土地利用类型等因素的影响,漓江流域表层土壤含水量相比其他土壤水分物理性质,其空间异质性由随机引起的空间变异增加,空间自相关减小,为0.87;而土壤容重最大,为0.92。相关结果对于漓江流域土壤水分动态模拟与预测研究具有一定参考价值。
碰撞作用下单个阶梯-深潭稳定性模型
张晨笛, 李志威, 王兆印
2016, 27(5): 705-715. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.008
摘要:
阶梯-深潭系统是山区河流广泛分布的控制性河床结构,泥沙输移过程中大颗粒碰撞阶梯关键石块,使其发生位移,强烈影响阶梯-深潭的稳定性。以单个阶梯-深潭的关键石块为研究对象,重点考虑碰撞对阶梯-深潭的影响,量化来沙中大颗粒碰撞作用并改进稳定性理论模型,利用新模型分析阶梯-深潭的临界条件和破坏机制。来沙颗粒对关键石块的碰撞作用受自身粒径、运动速度和阶梯下游冲刷程度影响且皆为正相关关系。颗粒撞击减小阶梯失稳临界流量,且参与碰撞的石块粒径越大,减小作用越明显。当η> 0.55时(η=D1/DD1为碰撞石块粒径,D为关键石块粒径),临界流量下降幅度达到50%以上,表明来沙中卵石漂石对阶梯-深潭稳定性发挥主要影响。山区河流发生低频率洪水或滑坡泥石流,向下游河道输运大粒径石块并与阶梯碰撞,显著增大转动合力矩并降低失稳临界流量,使得单个阶梯-深潭更易达到临界条件发生破坏。
小浪底水库溯源冲刷效率评估试验
李涛, 张俊华, 夏军强, 马怀宝, 郜国明, 王增辉
2016, 27(5): 716-725. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.009
摘要:
水库溯源冲刷试验是评估在水库速降水位过程中,结合工程控制条件、水沙条件、冲刷时机和初始水库蓄水条件等因素,研究支流拦门沙坎破坏程度对干流溯源冲刷的影响。采用按照水库高含沙模型相似律建立的小浪底水库实体模型开展了4个组次的水库降水库区发生溯源冲刷的试验,第1~4组次库容恢复率依次为11.6%、6.8%、12.2%和6.6%。拦门沙坎破坏越严重,水量越大,库区溯源冲刷量越大,库容恢复率大;侵蚀基准面越低,库区溯源冲刷量大,库容恢复率大;库区淤积量42.00亿m3时采用降低水位引起库区发生溯源冲刷优于库区淤积量32.00亿m3。对原有的陕西水利科学研究所与清华大学的逐日溯源冲刷公式在考虑支流促因的基础上进行了改进,说明支流蓄水量进入干流越多,引起支流口以下的干流河段冲刷量越大,其计算结果与实测值满足生产实践精度,可作为多沙河流水库调水调沙方案制定参考。
基于挟沙力的三峡水库泥沙淤积形态分析
李文杰, 李娜, 杨胜发, 王涛
2016, 27(5): 726-734. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.010
摘要:
三峡水库蓄水运用后,泥沙淤积主要分布在常年库区的宽谷和弯道,峡谷则无累积性淤积。基于实测资料计算了三峡成库前(2001年)和成库后(2003-2011年)的挟沙力,结果表明挟沙力随着不同运行阶段坝前水位的抬高而逐步降低,宽谷河段降低幅度较大,峡谷河段降低幅度较小,泥沙淤积比率逐步增大。宽谷河段挟沙力普遍降至含沙量以下而发生淤积,峡谷河段挟沙力仍大于含沙量而无累积性淤积。流量越大,宽谷河段的挟沙力越小于含沙量,而峡谷河段的挟沙力越大于含沙量,表明宽谷河段淤积主要发生在汛期,而峡谷河段汛期以冲刷为主。由于细颗粒泥沙絮凝沉降以及黏性淤积物难以冲刷,恢复饱和系数淤积取1、冲刷取0.01得到的沿程淤积量计算值与实测值吻合较好。弯道河段计算的淤积量与实测值差异较大,表明弯道河段二维特征明显,利用一维的挟沙力计算淤积量不能适用。
斜向波作用下海底管线周围床沙组成变化
程永舟, 鲁显赫, 易蕾, 胡有川, 李小超
2016, 27(5): 735-742. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.011
摘要:
海底管线周围的不平衡输沙影响着海底管线的局部冲刷,进而影响海底管线的安全运营。基于波浪港池实验,考虑规则波的作用,采用中值粒径为0.219 mm的原型沙铺设与波浪传播方向成45°夹角的斜坡,斜坡坡度为1∶15,研究管线局部冲刷坑床沙组成变化情况。实验结果表明:与冲刷深度随时间的发展类似,冲刷宽度随时间的发展也分为初级阶段和次级阶段;管线周围床沙粗化程度最高的地方并不在管线的正下方,而在管线的后下方;周期增加,冲刷坑床沙粗化程度增大;与原始床沙相比,周期较小时,冲刷坑下方床沙细化,周期较大时则粗化,而波高对床沙扰动的影响具有不稳定性。
束流型拦砂坝溢流口及其关键参数确定
陈华勇, 柳金峰, 赵万玉
2016, 27(5): 743-750. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.012
摘要:
为进一步优化拦砂坝溢流口体型,确定溢流口几何参数取值,通过物理模拟实验研究了不同拦砂坝溢流口体型条件下泥石流过坝的流态、坝后冲刷深度、消能率变化规律,并根据拦砂坝埋深设计标准与松散体水下临界平衡关系,探讨了溢流口收缩率的合理取值范围,结果表明:采用斜面或者大倾角的反弧型溢流口时,坝后泥石流落点与坝脚的距离近、冲刷深度大,而采用无倾角的反弧型溢流面时,不仅可以在一定程度上减小冲刷深度,而且大大增加了坝后泥石流落点与坝脚的距离;在泥石流规模与溢流面曲率半径相同情况下,适当增大侧向收缩率,有利于增强泥石流体与坝后动床之间的相互作用,提高泥石流通过坝后冲刷坑的消能率;当溢流口收缩率在0.2~0.6之间时,冲刷深度满足设计要求,且泥石流跌落点距坝脚较远,冲刷坑发展不会危及坝体安全。
淤泥质海岸入海河口闸下港道河相关系
陆倩, 龚政, 周曾, 张长宽
2016, 27(5): 751-762. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.013
摘要:
以江苏沿海北部的射阳河闸下港道为原型,建立二维水动力及泥沙输运概化数学模型,模拟了淤泥质海岸闸下港道淤积过程。分别在不考虑径流年内分配变化和考虑径流年内分配变化的情况下,研究了入海径流对港道内水沙动力和冲淤演变的影响。参考前人研究成果,结合量纲和谐准则,根据模型的计算结果,建立了淤泥质海岸闸下港道年均平衡流量与汛期排水比例、河床断面积、外海潮差、潮波变形、港道长度等因素间的河相关系式,对在实际情况中达到动态冲淤平衡的某条特定港道,可简化为港道年均流量与河床断面积间关系式的简化形式,并通过分析实测资料,对公式的简化形式加以佐证。
基于非对称Archimedean Copula的三变量洪水风险评估
陈子燊, 黄强, 刘曾美
2016, 27(5): 763-771. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.014
摘要:
分析洪峰、洪量和历时三变量联合分布与风险概率及其设计分位数,为水利工程规划设计和风险评估提供参考依据。以珠江流域西江高要站52年洪水数据为例,采用非对称阿基米德M6 Copula函数与Kendall分布函数计算三变量洪水联合分布的“或”重现期、“且”重现期和二次重现期及其最可能的设计分位数。结果表明:“或”重现期的风险率偏高,“且”重现期的风险率偏低,二次重现期更准确地反映了特定设计频率情况下三变量洪水要素遭遇的风险率;按三变量“或”重现期或三变量同频率设计值推算的洪水设计值偏高,以最大可能概率推算的三变量洪水要素的二次重现期设计值可为防洪工程安全与风险管理提供新的选择。
社会水文学研究进展
陆志翔, Yongping Wei, 冯起, 肖洪浪, 程国栋
2016, 27(5): 772-783. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.015
摘要:
为了推动新兴学科——社会水文学的发展及其在流域水资源管理中的应用,有必要对有关社会水文学的研究工作进行阶段性总结,并对未来的研究方向进行展望。回顾了水文学的发展历程,理解社会水文学产生的背景,阐述社会水文学的概念及其内涵;辨析其与传统水文学、生态水文学和水文经济学等学科在研究内容、方法和理论等方面的异同点;介绍社会水文学的研究进展:本阶段着重于制度、政策和文化等社会因子在水文研究中的表达以及流域示范研究的开展,但大多数研究仍基于传统水文学背景、共进化背景或者水资源管理背景,社会水文学的理论和方法还不够成熟。未来应从以下方面加强社会水文学研究:① 深入开展社会水文学社会部分的定量研究、综合历史分析和水文重建方法、充分利用现有不同流域案例促进过程社会水文学、历史社会水文学和比较社会水文学研究;② 开展社会水文系统社会驱动力的研究,探寻社会水文学的动力机制;③ 引入非线性动力学理论刻画人-水耦合系统的复杂反馈机制,提高社会水文学的普适化数学表述;④ 积极推进“大数据”和知识挖掘技术在社会水文学研究中的应用。
海岸沙坝横向迁移研究综述
胡日军, 吴建政, PING Dong, 马芳, 朱龙海
2016, 27(5): 784-791. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.016
摘要:
沙坝是波浪作用下砂质海岸地貌的主要表现形态之一,对于海滩的动力稳定状态具有重要的指示意义。从沙坝的形态参数、沙坝形成理论、沙坝迁移的动力机制以及数值模拟方法等方面概述了水下沙坝横向迁移的研究进展和存在的不足。虽然国内外学者对沙坝横向迁移进行了大量研究,然而由于海滩复杂的动力过程以及沙坝迁移与泥沙输运之间的耦合作用,目前仍存在许多问题尚待解决,未来进一步研究的方向主要包括沙坝迁移过程的空间差异、沙坝迁移的临界条件、波浪破碎对近底泥沙运动和沙坝迁移的影响、数学模型的改进以及沙坝迁移与泥沙输运的耦合机制等方面。
纪念同位素水文学家Klaus Froehlich
庞忠和, 顾慰祖
2016, 27(5): 792-792. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.017
摘要: