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2019年  第30卷  第4期

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1961-2016年中国天山不同级别降雪事件变化特征分析
秦艳, 丁建丽
2019, 30(4): 457-466. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.001
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为了更好地理解降雪对气候变化的响应及机理，利用天山山区及周边49个站点日气象资料，采用参数化降雪判识方案提取降雪序列，以百分位阈值法分级别分析天山山区1961-2016年降雪事件变化特征。结果表明：①天山山区降雪量和降雪频次呈山区大于盆地，北坡大于南坡，自西北向东南递减的分布特征。②过去56年来，天山山区降雪量显著增加，降雪频次微弱增加；各级别降雪量和降雪频次变化趋势表现为：小雪显著减少，中雪变化平稳，大雪和极端降雪显著增加；降雪显著增加区域集中分布于天山北坡中部和伊犁河谷地区，降雪量的增加主要由极端降雪量和频次的增加所致。③年降雪量、大雪降雪量和频次、极端降雪量和频次在20世纪80年代中期发生突变增加，其他级别降雪量和频次无明显突变。④天山山区降雪量和极端降雪量的增加与气温变暖有关。
中国东部不同特征小流域水文对比观测试验分析
王强, 许有鹏, 王跃峰, 王杰, 周才钰, 傅维军, 赵艳
2019, 30(4): 467-476. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.002
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为探讨中国东部地区变化环境下水循环演变机制，通过水文站网加密观测、构建不同特征试验流域等方法，揭示了不同土地利用和不同城镇化水平下水文要素分布及响应规律。结果表明：①小流域内场次极端降雨局部差异较大，主要受到微地形和风向的影响。②鄞江镇试验流域水位涨幅和单位雨量水位涨幅均高于天然画龙溪试验流域，主要受到了流域大小和城镇化率等因素的影响。③城镇用地和耕地土壤水消退过程较快，林地退水过程相对较慢；浅层10 cm、20 cm和40 cm土壤含水率对降雨滞后响应时间分别为0~0.25 h、0.25~0.75 h和0.5~0.75 h，而深层（60 cm和80 cm）土壤含水率由于受到优势流的影响，响应较为复杂，响应时间变动范围较大。④小流域地下水对降雨的响应存在滞后性，响应时间为6.5~12 h。
一种时变分布式单位线计算方法
孔凡哲, 郭良
2019, 30(4): 477-484. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.003
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为了解决由降雨强度引起的径流汇流的非线性问题，提出一种基于SCS（United States Department of Agriculture-Soil Conservation Service）流速公式的时变分布式单位线计算方法。引入参考雨强表征SCS公式中流速系数对应的水力条件。由降雨过程的时段雨强与参考雨强的比值构成一个量纲一因子，将该因子加入SCS公式后使其能够考虑降雨对流速的影响。改进后的流速公式用于计算一次降雨过程中不同降雨时段对应的时变分布式单位线，时变分布式单位线与新安江模型的产流模块构成降雨径流模型，将模型用于裴河流域率定参考雨强。率定后的模型用于谭家河流域进行应用检验，结果显示，确定性系数大于等于0.9的洪水场次，由时不变单位线的42%增大为83%。提出的方法能够显著提高流域水文模型的降雨径流模拟能力。
洞庭湖萎缩对湖内洪水影响
刘易庄, 杨树清, 蒋昌波, 隆院男, 邓斌
2019, 30(4): 485-495. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.004
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为了更好地理解湖泊萎缩对湖内洪水过程的影响，在假定洞庭湖将继续萎缩的前提下，通过建立荆江-洞庭湖水动力模型，定量分析洞庭湖萎缩对湖内洪水的影响。研究结果表明，湖内水位及洪峰流量随湖泊面积的萎缩而增加，洪峰水位到达时刻随着湖泊萎缩而提前。若遇1996年型洪水，洞庭湖面积若从目前的2 670 km2减小至1 380 km2时，西洞庭湖及南洞庭湖内最高水位将抬高2.0 m左右，东洞庭湖水位将抬升0.4 m左右，城陵矶站点洪峰水位到达时刻将提前约11 h，洪峰流量增加约4 800 m3/s。因此，若洞庭湖湖泊面积在目前基础上（面积2 670 km2）继续萎缩，湖区特别是西洞庭湖及南洞庭湖将面临更为严峻的洪水灾害。虽然湖泊萎缩对西洞庭湖与南洞庭湖内水面坡降影响较小，但东洞庭湖内水位同时受湖泊萎缩及长江来流的影响，水面坡降发生较大变化，在距离蔡家洲80~110 km（鹿角站附近）河段水面坡降出现大幅增大。
变化环境下降雨集中度的变异与驱动力探究
黄生志, 杜梦, 李沛, 郭怿, 王璐
2019, 30(4): 496-506. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.005
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降雨的时空分布过于集中会诱发洪旱灾害。研究降雨集中度的变异及其驱动力有助于全面掌握降雨对变化环境的响应特征，为区域水资源的综合利用与灾害预警提供依据。以汉江流域为研究对象，选取月降雨集中度指数（CIM）和日降雨集中度指数（CID）表征降雨集中度，并采用Mann-Kendall趋势检验法与启发式分割算法对降雨集中度进行变异分析，利用交叉小波变换探究太阳黑子与大气环流异常因子对降雨集中度变化的影响。结果表明：①汉江流域CIM北大南小，呈不显著的下降趋势；CID东大西小，在6个站呈显著上升趋势；②流域部分站点CID发生突变，而CIM序列较为平稳，表明CID相比CIM对变化环境的响应更为敏感；③太阳黑子和大气环流异常因子对降雨集中度的变化有较强的影响，其中太阳黑子的影响最大，它通过影响大气环流异常因子间接影响汉江流域的降雨集中度。
基于人工降雨试验的淮北地区产流产沙差异性研究
王振龙, 杜明成, 姜翠玲, 王发信, 王怡宁, 周超
2019, 30(4): 507-514. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.006
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针对淮北地区水土流失问题，利用野外人工模拟降雨试验，分析了不同雨强（40 mm/h、60 mm/h和80 mm/h）和坡度（5°、10°和15°）条件下砂姜黑土和黄潮土产流产沙差异。结果表明：砂姜黑土初始产流时间长，产流总量小。坡面出现细沟时，砂姜黑土初始含沙量随时间变化有减小趋势，最终趋于稳定，而黄潮土含沙量呈波动变化；60 mm/h、80 mm/h雨强10°坡砂姜黑土产沙总量大于黄潮土，其他情况黄潮土产沙总量大于砂姜黑土，黄潮土土壤侵蚀严重。砂姜黑土表面细沟发育密度大，主要在坡面中下部，为相互连通的树枝状结构，而黄潮土表面细沟发育密度小，形成沟壑。两种土壤产流总量、产沙总量与坡度、雨强分别呈多元线性函数、多元幂函数关系，雨强对坡面产流产沙总量的影响大于坡度。
基于随机雨型的山洪灾害预警模式
原文林, 宋汉振, 刘美琪
2019, 30(4): 515-527. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.007
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针对雨型随机性所导致山洪灾害预警预报空报、漏报率过高问题，为提升山洪灾害预警精度，依据概率分布传递扩散原理，以雨型特征参数为控制条件，提出了基于参数控制的随机雨型生成法，建立了基于随机雨型的山洪灾害临界雨量计算模型及考虑决策者风险偏好的预警模式。以裴河流域为例，对不同雨型集下的临界雨量进行对比分析，并确定研究区6 h临界雨量阈值空间。结果表明：雨峰位置、峰值倍比、前期土壤含水量对临界雨量的影响范围分别为32%~34%、33%~34%、15%~22%；雨型较前期影响雨量对临界雨量影响幅度更大；由雨峰位置系数和峰值倍比（r，bmax）双因子雨型集所确定的6 h临界雨量阈值空间为98~185 mm；考虑决策者不同风险偏好的临界雨量预警模式合理可靠，对更合理地开展山洪灾害预警工作具有指导意义。
三峡水库汛期泥沙淤积对坝前水位的滞后响应
唐小娅, 童思陈, 许光祥, 黄国鲜, 王涛
2019, 30(4): 528-536. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.008
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河床演变中普遍存在着滞后现象，而以往的三峡水库泥沙研究对滞后现象鲜有考虑。为深入认识三峡水库运行带来的泥沙淤积特征，建立了考虑上游来沙和坝前水位双重影响的泥沙淤积滞后响应模型。基于2003-2017年实测水沙资料，分析了三峡入库水沙特性及汛期泥沙淤积特点，利用滞后响应模型探究了汛期泥沙淤积的滞后规律。结果表明：2003-2012年入库水沙呈现"大水带大沙，少水带少沙"的特点，汛期淤积随坝前水位抬升而增加；2013-2017年入库水沙关系的一致性发生变化，受上游梯级库群拦沙影响，汛期淤积减缓。三峡水库汛期累计淤积与5年线性叠加坝前水位之间有较好的相关关系，汛期淤积不仅与当年来沙和坝前水位运行有关，也与前4年的来沙和坝前水位调度有关。
三峡水库运用对鄱阳湖调蓄能力的影响
范少英, 邓金运, 王小鹏, 张冉
2019, 30(4): 537-545. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.009
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鄱阳湖调蓄能力受"五河"（赣江、抚河、信江、饶河、修水，以下简称五河）及长江干流的双重影响，三峡水库运用后，干流水文情势变化影响鄱阳湖与长江之间的水量交换。基于实测资料统计和湖口出流影响因素分析，建立了一种新的鄱阳湖出流及临界调蓄水位的计算公式，进而对三峡水库运用前后鄱阳湖各月调蓄水量的变化情况进行了定量分析。研究结果表明，长江干流和五河来流通过改变星湖落差和湖口水位来影响湖口出流及湖泊调蓄水量，但影响过程及影响量有所差异，若湖口水位不变，五河入流每增加1 000 m3/s，湖口出流约增加304 m3/s，九江流量每增加1 000 m3/s，湖口出流约减小723 m3/s。三峡水库运用会改变湖泊调蓄水量，年内各月相比，9月鄱阳湖水量减小约49.4%，5月鄱阳湖水量增加约47.7%。
上海复合极端风暴洪水淹没模拟
王璐阳, 张敏, 温家洪, 种振涛, YE Qinghua, KE Qian
2019, 30(4): 546-555. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.010
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摘要:
河口三角洲和沿海城市面临着台风、暴雨、高潮位和上游下泄洪水叠加的"四碰头"复合极端风暴洪水的严重威胁。构建了大气-海洋-陆地相耦合的一体化数值模拟系统，实现了上海市"风""暴""潮""洪"多灾种复合情景的极端洪涝淹没模拟，并验证了耦合方法的有效性，为复合风暴洪水的一体化模拟提供了一套可行的数值模拟方法。在9711台风影响下，模拟了1998年堤防升级改造后淹没面积（水深>0.2 m）比改造前减少了62%，表明沿海沿江堤防设施建设在上海市防台防汛中起着关键性的作用。复合极端风暴洪水的有效模拟可为财产保险和未来市政规划提供参考。
波流边界层水沙运动数值模拟——I:水动力模拟
左利钦, 陆永军, 朱昊
2019, 30(4): 556-567. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.011
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波流边界层水动力模拟对研究波流相互作用和泥沙运动具有重要的理论意义和实践价值。开发了波流边界层1DV垂向一维水动力数值模型，可用于模拟漩涡沙波床面和平底床面水动力特征。模型的构建基于边界层控制方程，平底床面采用k-ε模型，沙波床面采用双层模型，提出了漩涡层和紊动扩散层交界面紊动动能和紊动耗散率表达式。试验资料验证表明，模型较好地模拟了波浪-水流-床面共同作用下的边界层水动力特征，包括波周期内不同相位流速分布、紊动动能、剪切应力等以及波致时均流速分布和波流相互作用下的时均流速分布等。根据所建模型，讨论了不同床面和波流组合条件下的水动力特征。该模型可为研究波流边界层内水动力特征提供工具。
考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究
曹志刚, 王逸伦, 国振, 蔡袁强, 刘海江
2019, 30(4): 568-580. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012
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为揭示内部渗流对海岸冲流带泥沙起动的影响，系统地开展了斜坡海床冲流特性与泥沙起动机理研究。通过室内水槽开展了孤立波在可渗透和不可渗透斜坡海床上的冲流试验，测试了冲流过程中波高、波速等变化规律；建立了渗透海床冲流数值模型并通过试验结果进行验证；深入分析了床面渗流对其波浪流场动态特征以及床面泥沙起动的影响机理。研究表明，床面渗流作用加剧波浪的不对称性，在波浪上冲过程中因床面强入渗作用而增大了床面切应力；回流过程因入渗所造成流量损失而导致床面切应力减小。床面渗流引起床面颗粒有效重度和切应力变化而导致泥沙希尔兹数大大增加，加剧了泥沙起动现象，且床面切应力改变是引起泥沙希尔兹数变化的主要因素。
不规则波在岸礁地形增水变化规律试验
李绍武, 胡传越, 柳叶
2019, 30(4): 581-588. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.013
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摘要:
波浪增水抬升了岸礁礁坪的平均水位，对岸礁后方陆域安全有重要影响。通过水槽试验，研究了不规则波况下岸礁礁坪的增水。试验组次为3种礁坪水深、4种有效波高和4种谱峰周期的组合。试验结果表明：①岸礁地形上的波浪要素需至少统计200个波才能达到稳定；②不规则波列在岸礁上破碎过程比规则波列复杂，同一波列中波高较大的波以卷破形式在礁前斜坡上破碎，波高较小的波以崩破形式在礁坪上破碎或者不破碎；③礁坪上最大增水值随入射波周期的增大而增大、随礁坪水深的增大而减小，并与入射波波高呈正比。结合试验数据，发现基于规则波试验得出的Gourlay礁坪增水公式，在使用有效波高和谱峰周期作为代表波要素时，公式能良好地预测不规则波在岸礁礁坪上的最大增水值。
海绵城市雨水径流集中入渗对土壤和地下水影响研究进展
李怀恩, 贾斌凯, 成波, 郭超, 李家科
2019, 30(4): 589-600. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.014
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摘要:
中国海绵城市研究的热点主要有海绵城市的内涵、目标、内容和效果，而对可能产生的不利影响缺乏研究。近几年雨水径流集中入渗类设施在中国海绵城市建设中得到广泛应用，但对集中入渗的影响及风险研究严重滞后，不利于中国海绵城市建设的健康发展。因此，从海绵城市雨水径流集中入渗与传统入渗的差异切入，分别从集中入渗对土壤污染与地下水水量水质的影响、集中入渗对土壤与地下水影响的数值模拟、集中入渗污染物的累积效应与风险评价研究等方面，综合评述国内外的研究进展与不足。建议今后从以下4个方面开展进一步研究：①土壤污染风险及其影响因素；②雨水径流集中入渗的土壤污染累积效应；③地下水污染风险预测；④降低地下水污染风险的措施。
河口海岸铁板砂研究进展
王虎, 粟莉, 白玉川
2019, 30(4): 601-612. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.015
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摘要:
铁板砂是一种特殊的沉积地貌，其性质和形成演化涉及海洋沉积动力、海洋工程地质等学科方向，对海岸防护、航运安全和海洋工程建设有重要影响。介绍了铁板砂的概念、特征和分布，以铁板砂形成和演化机制为主线，从原生沉积、冲刷分选和液化渗流3种模式出发，对国内外铁板砂研究现状进行总结和论述，分析了3种模式的优缺点和适用条件，从研究思路和研究方法等方面对铁板砂的研究趋势进行了展望，指出基于海洋土力学与沉积动力学相结合的思路，开展水体-床面-床内耦合的多要素同步观测，构建机制清晰的物理模型和定量评价的数学模型是今后铁板砂研究的发展方向。

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