• 2019年第39卷第2期文章目次
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    • >研究探讨
    • 环境流量研究的前沿问题与挑战

      2019, 39(2):1-6. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.001

      摘要 (3038) HTML (0) PDF 1001.18 K (7403) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了应对水文、气候和生态系统变化背景下环境流量研究的新挑战,梳理了国内外环境流量研究成果,指出目前环境流量研究主要存在5个方面的不足,也是该研究目前的前沿问题与挑战:(1)全球环境变化与非稳定性;(2)生态水文过程的动态模拟,重点是水文情势静态评价向动态特征评价研究的转变;(3)生态水文关系的时空特性,重点是生态系统状态、过程变量和物种特征的耦合研究,环境流量的生态特征和时空尺度研究;(4)环境流量评估的关键指标;(5)环境流量预测的生态学延展。为解决这些问题,提出了人类世背景下环境流量研究的发展方向,认为未来环境流量研究应加强生态目标的动态适应性管理,加强局域到区域的生态学基础研究,完善基于过程的生态水文响应机理,强化环境流量分阶段实施的非水文指标耦合,加强适应性管理方式下的环境流量评估和实践,以保障适应性管理框架下的生态完整性。

    • 污染物对流-扩散逆过程源项反演的伴随方法

      2019, 39(2):7-11. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.002

      摘要 (2348) HTML (0) PDF 1.83 M (3764) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对突发污染事故中确定污染源时反向时间积分求解对流-扩散方程易导致计算发散的问题,通过建立目标泛函,利用伴随方法同时求解伴随方程和原方程,逐次迭代得到目标泛函的极值,以实现污染源的反演。为验证该方法的有效性,分别利用污染物空间分布和时间序列对污染源进行反演,其中污染源包括单污染源和双污染源。结果显示,计算值与解析解之平均相对误差小于15%,满足工程应用的精度要求。

    • 基于能值分析的生态供水效益量化方法

      2019, 39(2):12-15. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.003

      摘要 (2310) HTML (0) PDF 1.08 M (3024) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了能够客观、真实地反映生态供水系统中供水效益的影响,弥补传统间接计算法不能全面考虑所有效益的缺点,利用能值分析方法,将生态生产系统的投入和产出转化为同一量纲,对生态供水效益进行量化研究,绘制生态生产系统能量图并建立能值分析表,计算生态供水效益分摊系数,从而计算生态供水总效益和单方水供水总效益。以南水北调东线应急供水受水区——京津冀地区为例,利用2015年的数据,计算得出该地区的生态供水效益分摊系数为4.08%,单方水供水效益为5.48元/m3

    • 基于二元水循环及系统熵理论的城市用水配置

      2019, 39(2):16-20. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.004

      摘要 (1932) HTML (0) PDF 1.43 M (2149) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于二元水循环理论,在分析城市水资源配置系统结构基础上,构建了考虑水资源质、量均衡的城市用水优化配置模型,并运用多目标求解方法获得水资源分配的可行方案;对信息熵进行改进,构建了系统熵,并将其应用于可行方案的评价中。对昆明市水资源的优化配置计算结果表明,当重视生态效益或者综合考虑生产、生活、环境及生态效益时,系统熵值较小,这将有利于水资源系统的长期健康运行;该方法不仅能对城市用水系统进行简洁有效的分析评价,亦能对用水系统的结构调整、系统发展提供参考意见。

    • 钱塘江河口七堡段氯度时空变化及与水文的关系

      2019, 39(2):21-25. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.005

      摘要 (1854) HTML (0) PDF 2.18 M (2030) 评论 (0) 收藏

      摘要:对10多年钱塘江河口七堡段大量的氯度、水文、地形等实测资料进行了统计、分析和比较,结果表明:在径流、潮流此消彼长的影响下,河口闸口—仓前河段咸淡水掺混最为强烈,径流大则氯度低,潮汐强则氯度高,但氯度垂向分布比较均匀,横向差异小,主槽氯度大于边滩;连续丰水年、连续枯水年,盐水入侵均较弱,径流从丰转枯的第一年,盐水入侵较强;大潮期受潮波变形和涌潮等影响,涨潮动力显著大于落潮,易发生盐水入侵;潮差是潮动力的重要指标,潮动力决定盐水入侵强度,潮差对河口的盐水入侵具有重要的指示作用。

    • 溃坝洪水在下游水库的演进及坝前爬高

      2019, 39(2):26-30. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.006

      摘要 (2058) HTML (0) PDF 1.99 M (2108) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于物理模型试验,探讨上游坝体溃决时间T1上游坝前水深H1上游水库面积S1下游坝前水深H2及下游水库面积S2等因素对溃坝洪水在下游水库演进初始波高及下游坝前初始波浪爬高的影响结果表明:溃坝洪水在下游水库的演进过程可分为洪水波洪水涌浪反射叠加振荡衰减4个阶段下游坝前初始波浪爬高随T1、H2、S2的增大而减小H1的增加而增大与上游水库面积S1无明显相关关系拟合出下游坝前初始波浪爬高值经验公式并得出各因素对波浪初始爬高影响程度从大到小的次序为:T1、S2、H1、H2

    • 非淹没刚性植被影响下孤立波在岸滩上的爬高

      2019, 39(2):31-36. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.007

      摘要 (1696) HTML (0) PDF 2.99 M (1677) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究海岸刚性植被对海啸波的削弱效应,通过物理模型试验和数值模拟研究了孤立波与不同坡度岸滩上非淹没刚性植被的相互作用问题。物理模型试验在波浪槽中进行,测试了不同的入射波波高、植被密度和岸滩坡度对孤立波爬高的影响,并运用物理模型试验数据校核改进后的Boussinesq方程,得到植被的拖曳力系数。结果表明:拖曳力系数随植被密度的增大而增大,随坡度增大而减小;植被后的无量纲透射波高和无量纲岸滩爬高随着无量纲的入射波高的增大而减小,随着植被密度的增大而减小;当岸滩坡度增大时,无量纲透射波高增大而无量纲爬高并无显著差异。最后根据回归分析得出了岸滩爬高与相对入射波高、植被密度和岸滩坡度的幂函数型经验关系式。

    • 河北省主要作物系数时空分布特征

      2019, 39(2):37-45. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.008

      摘要 (1835) HTML (0) PDF 6.54 M (1875) 评论 (0) 收藏

      摘要:为进一步提高农田蒸散量和灌溉量计算的准确性以及优化农业灌溉水资源配置,基于河北省1955—2014年逐日气象数据,借助分段单值平均作物系数法分析河北省冬小麦、夏玉米和棉花作物系数的时空分布特征。结果表明:1955—2014年冬小麦、夏玉米和棉花作物系数均呈不显著下降趋势,全生育期内年际间平均作物系数分别为0.86、0.85和0.83;不同生育期内,3种作物系数变化区间分别为[0.40,1.29],[0.49,1.24],[0.30,1.29]。全生育期内,冬小麦和夏玉米作物系数均呈以邢台为低值中心向四周逐渐增大的空间分布特征,棉花则是由西向东逐渐增大;不同生育期内,冬小麦和棉花的大部分生育期作物系数呈由西向东逐渐增大的空间分布特征,而夏玉米则是由邢台向四周逐渐增大。风速和日照时数的降低是引起3种作物系数减小的主要原因。

    • >工程技术
    • 基于Neumann展开随机有限元的混凝土重力坝结构可靠度分析

      2019, 39(2):46-50. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.009

      摘要 (1534) HTML (0) PDF 2.03 M (1746) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对混凝土重力坝等大体积混凝土结构中,受原材料、混凝土拌合过程以及浇筑施工影响而产生的材料特性空间分布的随机性问题,采用平稳随机场局部平均法离散理论,推导了基于Neumann展开随机有限元的重力坝结构随机响应计算公式,提出了重力坝可靠度计算方法,并开发了相应Matlab计算程序。通过悬臂梁算例对该方法进行验证,并运用该方法研究了随机场离散单元尺寸及相关偏度对结构可靠度的影响,进而计算了典型重力坝坝踵抗拉可靠度。结果表明,相关偏度取值对大坝的可靠度影响显著,可靠度随相关偏度的减小而增大,仅将坝体弹性模量视为单一随机变量时所得可靠度较实际值低;随机场离散单元尺寸应依据相关偏度确定且不宜过大,建议取值不大于相关偏度的1/10~1/8。

    • 大古水电站坝前排沙运行方式与排沙漏斗形态

      2019, 39(2):51-55. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.010

      摘要 (1882) HTML (0) PDF 2.02 M (2089) 评论 (0) 收藏

      摘要:为给实际工程排沙设施的设计和布置提供依据,基于1∶60整体模型,根据淤积泥沙扬动流速相似原理,试验研究大古水电站2条排沙廊道和1个底孔在不同运行方式下坝前库区的排沙效果和排沙漏斗形态。结果表明:排沙洞开启顺序对最终排沙效果影响不大;深水条件下,坝前排沙漏斗形态主要受泥沙特性决定,非黏性沙的排沙漏斗坡度接近于淤积泥沙水下休止角;大古水电站排沙设施的设计方案具备保证电站进水口“门前清”的条件。

    • 基于LSTM神经网络的水电站短期水位预测方法

      2019, 39(2):56-60. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.011

      摘要 (2157) HTML (0) PDF 2.19 M (1994) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对常规水位预测方法信息挖掘能力不足和启发式算法机理不明确等缺点,提出了一种基于长短时记忆(long short-term memory,LSTM)网络的水位预测方法。该方法采用水位和出力等直接监测数据,避免了出入库流量等间接计算值带来的二次误差,进而提升水位预测的准确率;采用梯度下降法与Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(BFGS)算法相结合训练模型,Wolfe-Powell线搜索方法选取步长,提高模型收敛速率。将该方法用于葛洲坝水电站的上下游水位预测,结果表明,该方法能够实现下游水位连续6 h和上游水位连续3 h的准确预测,具有较高的预测精度和实用性,为葛洲坝水库的实时调度提供了技术支撑。

    • 挑流水垫塘掺气比尺效应试验

      2019, 39(2):61-65. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.012

      摘要 (1754) HTML (0) PDF 2.50 M (1680) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究泄洪消能缩尺模型中的掺气比尺效应,以提高模型预测精度,通过模型试验,对比分析1∶50和1∶100两个不同比尺模型上的挑流水舌形态及下游水垫塘内掺气量(体积分数,下同)分布。试验结果表明,在同样的孔口体型作用下,不同比尺模型水舌空中裂散程度有明显差异,1∶100模型中水舌呈月牙形散落在水垫塘,1∶50模型水舌呈椭圆形散落在水垫塘;水舌入水形态的差异进一步导致水垫塘掺气量分布不同,1∶100模型水舌入射区域掺气量相对较高,掺气量峰值约为50%,1∶50模型上同样位置掺气量峰值约为40%;从水垫塘内掺气量空间分布来看,1∶100模型水垫塘横向掺气范围相对较小,纵向掺气范围相对较大。

    • 梯形透水潜坝附近水面线及透水率

      2019, 39(2):66-71. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.013

      摘要 (1908) HTML (0) PDF 2.62 M (1709) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究结构物的透水特性和水动力特性,利用PIV流场测量系统专用水槽物理模型试验与Flow3D数值模拟相结合的方法研究均匀开孔的梯形透水潜坝附近水面线及坝体透水率的变化规律。结果表明:潜坝附近壅水及水跌高度随透空率的增大而减小,不同透空率潜坝坝后水面均出现“逆坡现象”。相同断面平均流速条件下,水深越大,相对壅水高度越小;当水深大于2倍坝高时,坝体壅水效果逐渐消失。相同坝前远端水深条件下,随着断面平均流速增大,坝后水跌高度增大。最后利用数模计算结果经回归拟合得到透水率的综合计算公式,经验证该经验公式计算结果和实测值最大偏差不超过5%,具有一定的可靠性。

    • 基于SPH法的正弦形消力池底板水跃现象数值模拟

      2019, 39(2):72-78. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.014

      摘要 (1724) HTML (0) PDF 3.09 M (1672) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用光滑质点水动力学法(SPH方法)对正弦形消力池底板上的水跃现象进行数值建模,共模拟2种波形5种工况。将SPH方法的模拟值与已有文献的试验值作对比,验证数值模型及数值方法研究此类问题的可行性和适用性,并分析水面线、流速分布、跃长、共轭水深、消能率等水跃特性的变化规律。结果表明:SPH方法模拟结果与试验结果吻合度较高;水跃段流速分布不均匀、自由表面波动较大,且流层间存在相对运动从而形成旋滚,同等条件下随着弗劳德数的递增,掺气量和自由表面破碎现象越来越剧烈,旋滚的影响范围逐渐变大;正弦形底板消能率较光滑底板提高10%左右且所有工况消能率均在47%以上。

    • >专题综述
    • 入湖河流尾闾河段河型问题研究进展

      2019, 39(2):79-85. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.015

      摘要 (1916) HTML (0) PDF 4.90 M (2343) 评论 (0) 收藏

      摘要:回顾和总结了国内外入湖河流尾闾河段河型问题的研究进展,阐述了入湖河流尾闾河段范围的界定方法,分析了入湖河流尾闾河段的平面形态与演变特征,对比了入湖河流尾闾河段河型与冲积河流河型的异同,进一步探讨了不同类型尾闾河段的河型成因以及河型转化影响因素。针对目前入湖河流尾闾河段河型问题研究中存在的不足,指出今后可从入湖河流尾闾河段的河型特征、河型成因机理和河型转化影响因素的定量化等方面加强研究。

    • 掺气减蚀技术及掺气设施研究进展

      2019, 39(2):86-94. DOI: 10.3880/j.issn.1006-7647.2019.02.016

      摘要 (1723) HTML (0) PDF 1.25 M (2276) 评论 (0) 收藏

      摘要:为优化掺气设施体型并对其水力特性进行研究,在已有理论研究成果与工程实践经验基础上,从水流掺气减蚀机理、掺气水流运动特性及掺气设施体型及布置三方面评述了水流掺气减蚀技术研究进展。针对目前掺气减蚀技术研究中存在的不足,认为今后应进一步加强多泡情况下空化泡-空气泡-边壁微观作用机制,近壁(底板、侧壁)水体掺气浓度、气泡特征的沿程演变规律,复杂条件下掺气设施体型优化等方面的研究。

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