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《水科学进展》2018年第6期中文摘要
日期:2018年12月27日 16:36:24点击数:字号:【

中国沿海登陆热带气旋活动特征分析

张金善1,2,殷成团1,2,张  然3,熊梦婕1,2,王乃瑞1,2

(1. 澳门真钱视讯手机,江苏 南京 210024;2水利部应对气候变化研究中心,江苏南京 210024;3南京大学大气科学系,江苏 南京 210023)

摘要:热带气旋是危害中国最严重的天气系统,分析和认识中国沿海登陆热带气旋活动的新特征对防灾减灾具有重要意义。依据近70年气象资料,采用统计学方法,对登陆中国沿海的热带气旋特征进行分析,研究发现:在气候变化的背景下,登陆中国的热带气旋发生了明显变化。近年台风登陆频数高于往年平均,其整体强度和最大值均呈增大趋势,年台风强度的不稳定性加剧;研究还发现台风强度越高,其生成地纬度带范围越窄且越靠近赤道;建立了高强度热带气旋(STY和SUPER TY)时间和纬度的关系“φ—m”。检验了台风季长与初旋日呈负相关且不受厄尔尼诺现象影响,台风季长符合正态分布并给出概率密度公式。

关键词:热带气旋;风暴潮;气候变化;频数;强度;源地

科尔沁沙地典型区生长季蒸散发估算及其变化特征

张圣微1,2,张  鹏1,张  睿1,刘廷玺1,2

(1.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古 呼和浩特 010018;2.内蒙古自治区水资源保护与利用重点实验室,内蒙古 呼和浩特 010018)

摘要:为揭示科尔沁沙地典型区地表参数和蒸散发的时空分布以及变化特征,采用Landsat-7和气象数据,并结合METRIC (Mapping Evapotranspiration at high Resolution with Internalized Calibration)模型,分析了研究区净辐射(Rn)和蒸散发(ET)的时空变化、不同土地覆被类型ET特征及其影响因素。结果表明:① 研究区典型土地覆被沙丘和草甸的Rn和ET估算值与涡度相关实测值拟合结果均良好,说明METRIC模型可以为研究区提供合理的ET估算;② 研究区下垫面Rn和ET的时空分布情况为:各年Rn和ET在年内变化趋势相同,空间上不同土地覆被类型中水体的Rn和ET最大,农田和草甸次之,沙丘最小;③ 沙丘的CV值大于农田与草甸,表明年际间沙丘的ET波动较大,农田和草甸相对稳定,ET年际变化主要受气象因素的影响。

关键词:蒸散发;METRIC模型;土地覆被;时空分布

基于地理空间要素的雅砻江流域面雨量估算

袁定波1,艾  萍1,2,洪  敏1,廖亨利1,陈彬彬2,岳兆新2

(1. 河海大学水文水资源学院,江苏 南京 210098;2. 河海大学计算机与信息学院,江苏南京 211100)

摘要:反映流域整体降水情势的面雨量一直是水文模型的重要输入参数之一,在泰森多边形雨量法的基础上考虑地理空间要素对降雨空间分布的影响,采用面向对象的遥感信息聚类方法提取出雅砻江流域2项形状因子(周长、面积)和5项地形因子(平均高程、平均坡度、平均坡向、高程差周长比和高程差面积比)。降雨—径流相关性分析结果表明:地形因子雨量法在月尺度上的降雨估算精度高于年尺度,且在月尺度上能更好地反映流域不同区段的降雨空间分布特征;在月、年际降雨变化趋势分析方面,年尺度上的降雨与径流一阶差分后平均相关系数为0.903,高于月尺度的0.629,主要由于水电站调蓄过程对流域径流异质性的影响,且影响度随着时间尺度缩小而放大。

关键词:地理空间要素;形状因子;地形因子;面雨量;雅砻江流域

三峡建库前后下荆江有效流量研究

陈  栋1,2,余明辉1,朱勇辉2

(1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072;2.长江科学院水利部江湖治理与防洪重点实验室,湖北 武汉 430010)

摘要:有效流量是天然河流某一时段内悬移质输沙量最大所对应的流量,可反映中、短期造床作用。根据监利水文站1991—2016年逐月流量、输沙量及悬移质级配,分析三峡建库前后流量频率及不同粒径组悬移质泥沙输移特性;运用理论分析法与分组频率法计算下荆江分组悬移质输沙量对应有效流量的大小、重现期、历时。研究成果表明:受来水来沙、水流挟沙能力以及床沙补给等因素影响,有效流量随泥沙粒径增大而减小。建库后,因河床冲刷各粒径组间有效流量偏差增大,0.062mm<d<0.25mm粒径组泥沙对应的有效流量增大,其他粒径泥沙和全部悬移质对应的有效流量减小;d<0.125mm粒径组泥沙有效流量重现期增大,d>0.125mm粒径组泥沙有效流量重现期减小;细颗粒泥沙含沙量严重不饱和河道输送粗颗粒泥沙的能力相对较大,悬移质级配粗化;累积50%的泥沙输移需43%~82%的累积流量以及62%~90%的累积历时,且累积流量和累积历时随着泥沙粒径的增大而减小和缩短。研究三峡建库前后有效流量变化对分析冲刷条件下下荆江河段河床演变具有重要意义。

关键词:有效流量;分组输沙;理论分析法;分组频率法;下荆江

山区河流河床结构表征新方法

李志威1,2,颜  旭1,潘保柱3,余国安4,王兆印5

(1.长沙理工大学水利工程学院,湖南 长沙 410114;2.水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南 长沙 410114;3.西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西 西安 710048;4.中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环与地表过程重点实验室,北京 100101;5.清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084)

摘要:山区河流的河床结构是来水来沙与河床相互作用的产物,对河床阻力及输沙率的计算具有重要意义。为更科学地表征河床结构的细节特征,采用2017年2次考察金沙江小江流域干支流7个河段的地形测量数据,提出河床结构表征的4个新量纲一数(凹凸数、平均凹度、平均凸度和凹凸度)及其计算方法。新参数的计算原理简单而直观,能够从多角度表征河床结构发育程度及其形态特征,而且当河床结构发育程度较低时,凹凸度的表征结果更具有区分度。结果表明:新参数表征结果与前人单一参数的计算结果具有一致性;吊嘎河下游、陶家小河和清水沟的河床结构凹凸程度大,河床凸起“高凸”,凹陷“深陡”,河床阻力大,输沙率低;吊嘎河上游、小江、蒋家沟和蓝泥坪沟的河床结构凹凸程度小,河床凸起“低平”,凹陷“浅缓”,河床阻力小,输沙率大。

关键词:山区河流;河床结构;形态表征;凹凸度;阶梯深潭系统;小江流域

藕节辫状河发育和演变过程的试验研究

李向阳1,朱乐奎2,3,陈  东2,3,刘  萌2,3

(1.水利部黄河水利委员会水文局,河南 郑州 450000;2.中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室,北京 100101;3.中国科学院大学,北京 100049)

摘要:利用室内概化模型试验,研究了“藕节”辫状河的发育和演变过程。从初始顺直小河开始,以黄河花园口水文站枯水期和洪水期流量为背景,概化试验入口水沙条件,成功塑造了具有典型藕节的辫状小河。模型小河的试验发现:① 原顺直河道交错边滩的发育对辫状河道“藕节”的形成起到关键作用;② 结合自然河流和试验小河,“藕节”河段形态特征系数I与河道稳定性参数θ呈较好的非线性关联性,说明辫状河道除了沙粒阻力和床面形态阻力,也可以采取断面形态一收一放的“河势形态阻力”方式消耗,制衡部分水流能量;③ 流量过程是控制河段形态特征的决定因素之一,大洪水不仅破坏了原交错边滩的特点,也使“藕节”形态遭到破坏;但在中小流量下,河段保持了较好的“藕节”驻点、“藕身”收放的特点。本研究对黄河下游收放相间的“藕节”河段防洪起到借鉴作用。

关键词:辫状河;藕节河型;水槽试验

基于植被分布的河道糙率分区及率定方法

吴乔枫1,蔡  奕1,2,刘曙光1,2,蔡万贤1

(1.同济大学土木工程学院水利工程系,上海 200092;2.长江水环境教育部重点实验室,上海 200092)

摘要:天然河流的河道综合糙率呈现出空间上的差异性和随水位(或流量)变化的动态性,但目前缺乏相关参数化方法来定量描述河道糙率的动态变化规律。尝试通过参数化方法开展受河道植被影响显著河流的糙率反演研究,用以提升模型精度。基于植被分布将河道断面划分为若干糙率不同的子区,通过率定河道断面各分区的糙率,从而反演糙率—水位曲线。在此基础上通过分析河道植被覆盖情况与河道断面特点对糙率曲线变化的影响,推求了基于分区糙率的河道断面综合糙率计算公式,从而定量描述分区糙率与综合糙率的关系。以漓江干流为例,采用该方法率定漓江干流(大溶江至阳朔段)水动力模型。结果表明:漓江干流综合糙率随水位在0.022~0.180间变化;在1.5m的临界水深下,断面可划分为底床植被区(n=0.210)与非植被区(n=0.006),能较好地反演糙率—水位曲线并获得理想的水位模拟效果。漓江底床植被繁茂是糙率随水位变化的根本原因,断面边滩的坡度变化是糙率与水位曲线梯度变化的主要驱动因素,两者的共同作用使得糙率随着水位呈现两段式的非线性变化。

关键词:河道断面;综合糙率;分区糙率;底床植被;糙率—水位曲线

陇东黄土塬区不同下垫面条件下侵蚀产沙的降雨阈值

夏  露1,宋孝玉1,符  娜1,李怀有2,李垚林2

(1.西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西 西安 710048;2. 黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站,甘肃 庆阳 745000)

摘要:根据陇东黄土高塬沟壑区典型小流域——南小河沟流域1954—2014年实测降雨产沙资料,应用降雨侵蚀力偏差系数法研究不同土地利用类型及空间尺度下侵蚀产沙的雨量阈值、雨强阈值及复合阈值标准,并通过对比分析确定了最优降雨阈值标准。结果表明:① 对于林地和草地坡面小区,其雨量阈值标准平均值(21.0mm)较裸地(8.7mm)和农地(9.7mm)坡面小区分别提高了141%和116%,植被措施能够显著提高降雨阈值标准。② 杨家沟林地小流域的雨量阈值标准为16.5mm,低于布设在该流域的林地坡面小区,同时对比董庄沟草地小流域及其坡面和全坡面小区的雨量阈值标准,其大小亦为:草地坡面尺度>草地全坡面尺度>草地小流域尺度,由此可见,降雨阈值标准会随着空间尺度增大而减小。③ 降雨阈值标准综合评价结果表明,各样点最优降雨阈值标准均为P≥a或I30≥b这一复合因子标准,而在降雨单因子阈值标准中,对于农耕地和裸地坡面小区,宜采用最大30min雨强(I30)标准;对于经过水土流失治理的下垫面,宜采用雨量(P)标准。该研究可为区域土壤侵蚀预报提供参考。

关键词:土地利用;空间尺度;产沙降雨阈值;降雨侵蚀力;黄土高塬沟壑区

斥水性土壤水分入渗试验和模型

任长江1,2,赵  勇1,王建华1,龚家国1,田济扬1

(1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京100038;2.南昌工程学院水利与生态工程学院,江西 南昌 330099)

摘要:为研究斥水性土壤水分入渗规律,并探寻适用于斥水性土壤水分入渗的数学模型,以妫水河流域亲水性和斥水性土壤为研究对象,开展室内一维垂直土柱入渗试验;分别采用Kostiakov分段函数、Fourier级数、一阶Gaussian函数以及Gaussian分段函数对斥水性土壤入渗率进行拟合。试验结果表明:亲水性土壤入渗率随时间呈单调减小变化趋势,斥水性土壤入渗一段时间后累积入渗量会出现翘尾现象,入渗率为先增大后减小的单峰曲线。模型图形分析表明:Kostiakov分段函数入渗率在拐点处同时存在一个极大值和极小值,Fourier级数存在多个波峰,一阶Gaussian函数不能反映入渗率在拐点后大于拐点前的试验现象,因而均难以真实反映斥水性水分入渗过程。忽略水分开始快速入渗过程,Gaussian分段函数模型不仅能够反映入渗率在拐点前的单调增以及拐点后的单调减过程,同时也能够体现入渗率在拐点后大于拐点前的试验现象。

关键词:斥水性土壤;水分入渗试验;入渗率;入渗模型

低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究

谭高文1,2,韩昌海2,余凯文2

(1.中国三峡建设管理有限公司,四川 成都 610042;2.澳门真钱视讯手机水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029)

摘要:低弗劳德数水流条件下,二级消力池是解决消能问题的一种有效途径。但至今为止,有关二级消力池的工程应用研究较多,而在体型参数和消能机理方面研究较少。为此,采用理论分析和物理模型试验相结合的方法,研究了低弗劳德数水流二级消力池体型参数及其敏感性。结果表明:消力池的长度、深度和尾坎高度等参数都存在界限值,超出界限值时第一级消力池易于产生波状或远驱水跃,而第二级消力池出池水面波动显著增大。池长小于界限值时,消力池池内流态恶化,消能率明显降低;尾坎高度越低,消波效果越好。优化后的二级消力池消能率明显提高,且二级消力池对尾水位的适应性也显著扩大。引入尾坎高度修正系数ωi,提出了各级池长和尾坎高度的计算公式。

关键词:低弗劳德数水流;二级消力池;体型参数;波动;消能率

拟焦沙模拟低含沙量异重流运动初步分析

李  涛1,邹  健2,张俊华1,王子路1,马怀宝1

(1.黄河水利委员会黄河水利科学研究院黄河小浪底研究中心,河南 郑州 450003;2.沧州水利勘测设计院,河北 沧州 061000)

摘要:低含沙量异重流带来大量细颗粒浑水,由于颗粒沉速极小,在山区、高原地区的引调水、水环境、水处理等方面带来难以估量的困难,引起了社会和设计部门重视。以金沙江支流牛栏江上德泽水库回水变动区上下游河段为原型,利用概化水槽试验研究拟焦沙模拟低含沙量异重流形成与运动,探究低含沙浑水异重流运行时头部流速及含沙量沿程变化特征。结果表明:头部流速及含沙量沿程逐渐减小;相同流量不同含沙量所形成的中层、底层异重流头部流速,含沙量越大,同一位置头部流速越大;相同流量和含沙量所形成的表层、中层、底层异重流头部流速,表层异重流头部流速最大,底层异重流次之,中层异重流最小。

关键词:浑水异重流;低含沙量;拟焦沙;头部运动;水槽试验

散粒粗糙床面的当量糙率尺度特征

钟  亮1,2,廖尚超2,张建梅1,2,孙建云2,倪志辉3

(1.重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心,重庆 400074;2.重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室,重庆 400074;3.重庆交通大学西南水运工程科学研究所,重庆 400016)

摘要:为揭示散粒粗糙床面的当量糙率尺度特征,采用4种散粒粗糙床面开展了8组粒子图像测速法 (PIV)水槽明渠紊流试验,探讨了理论床面位置、当量糙率尺度和阻力系数的沿程分布规律,分析了当量糙率尺度与阻力系数的内在关系。结果表明:① 散粒粗糙床面明渠水流特性沿程可分为颗粒区和粒间区,各区的理论床面位置参数ξ、相对当量糙率尺度ks0和阻力系数f具有显著差异,颗粒区0.65 ≤ξ ≤0.85,ks0波动明显,f 较大;粒间区ξ=1,ks0变化相对平缓,f 较小。②ks0沿程平均值与颗粒直径d成正比,与排列间距Lx及水流雷诺数Re成反比,在d、Lx及Re相同时,梅花形排列的ks0大于矩形排列。③ f 随ks0呈递增变化,变化特性与相对光滑度h/d密切相关。研究成果可为散粒粗糙床面沿程阻力系数确定提供科学参考。

关键词:散粒粗糙床面;明渠紊流;摩阻流速;理论床面;当量糙率尺度;阻力系数

基于植被和潮动力作用的潮滩剖面演变数值模拟

龚  政1,2,白雪冰1,靳  闯3,赵  堃1,周  曾2,张长宽1

(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210098;2.河海大学江苏省海岸海洋资源开发与环境安全重点实验室,江苏 南京 210098;3.School of Environment, University of Auckland, Auckland 92019 New Zealand)

摘要:为研究多因子共同作用下的潮滩演变机制,开发了基于植被生长和潮动力作用的潮滩剖面演变数学模型。在不考虑植被作用下,模拟得到了潮滩中长期演变后的上凸形剖面特征;泥沙供给是决定潮滩宽度的因素,供给越充分,潮滩宽度越大。模型考虑植被过程时,结果表明不同的植被生物量分布形式对潮滩水动力的影响程度不同,在潮间带上部,生物量抛物线分布时的减流效果强于生物量线性分布形式;而在潮间带下部则相反。模拟结果显示盐沼和光滩之间出现陡坎,且随着滩面的逐步淤高,陡坎逐步向海移动。

关键词:潮滩;地貌演变;植被影响;盐沼陡坎;数值模拟

河流景观生态学的发展与当前核心议题

薛兴华1,2,钱  华1,2

(1.湖北民族学院林学园艺学院,湖北 恩施 445000;2.生物资源保护与利用湖北省重点实验室,湖北 恩施 445000)

摘要:河流景观生态学已成为河流科学研究与应用的新范式,但国内研究还颇为不足。从河流景观生态学发展的逻辑必然性、主要进程、基本内容与重要理论等方面进行了总结。结果显示,多尺度跨学科整体论河流认识要求和景观尺度上处理河流问题的实践需求共同推动河流景观生态学的迅速发展,其中心议题是河流物理景观系统与生物系统在不同等级尺度上的结构、格局与功能过程,尤其重视物理景观与不同等级生物系统的相互作用关系,对河流景观多尺度等级性、高动态性和有向性等突出性质的认识已取得重要理论发展。指出当前面临5个方面的核心议题亟需取得突破:改进和统一河流景观分类系统、河流景观跨尺度研究、河流景观方法对经典河流生态理论的再认识、河流景观机理与模拟、河流景观对气候变化与区域土地利用/覆被变化的响应研究。

关键词:河流景观生态学;河流生态;理论发展;核心议题

城市暴雨强度公式研究进展与述评

刘  俊1,周  宏1,鲁春辉2,高  成1

(1. 河海大学水文水资源学院,江苏 南京 210098;2. 河海大学水利水电学院,江苏 南京210098)

摘要:能够客观反映城市降雨特征与规律的暴雨强度公式是城市排水防涝基础设施建设、海绵城市建设过程中相关工程规划、设计的重要前提。简述了暴雨强度公式推求的过程,从暴雨强度公式型式、暴雨资料选样方法、频率曲线选择、频率曲线参数估计以及暴雨强度公式的参数求解等方面,系统梳理了国内外发展现状,深入分析、归纳了各种方法的优缺点,对暴雨强度公式编制过程中存在的两步最优与直接拟合、公式拟合的“异参同效”、公式及参数合理性分析以及编制长历时暴雨强度公式等问题进行深入剖析,认为暴雨强度公式还需在全要素误差分析、成果合理性检验、降雨空间分布、气候变化对城市未来降雨的影响等方面进行深入研究。

关键词:城市暴雨强度公式;城市水文;暴雨选样方法;频率分析;参数估计

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