水科学进展
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主办:南京水利科学研究院、中国水利学会
ISSN 1001-6791, CN 32-1309/P, CODEN SHUJE6

     《水科学进展》是由南京水利科学研究院、中国水利学会主办,以水为论述主题的学术期刊,主要反映暴雨、洪水、干旱、水资源、水环境等领域科学技术的最新成果、重要进展、当代水平和发展趋势,报道关于水圈研究的新事实、新概念、新理论和新方法,交流新的科研成果、技术经验和科技动态,是全方位和深度了解中国水科学进展的重要窗口。本刊为全国中文核心期刊,中国科技核心期刊,被美国《Ei》和《CA》收录, 2003、2004、2005年连续获“百种中国杰出学术期刊”称号。多次获江苏省优秀期刊奖,并入选江苏省期刊方阵。2009年获“华东地区优秀期刊奖”。
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  水科学进展--2021, 32(5)   发布日期: 2021-09-25
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论文

黄河中下游水库群-河道水沙联合动态调控

张金良, 罗秋实, 陈翠霞, 安催花
水科学进展, 2021, 32(5): 649-658 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.001
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摘要
为优化黄河中下游水库群运行方式,充分发挥水库群-河道联合调控水沙的优势和潜力,以黄河中下游水库群和河道为研究对象,研究水库群-河道水沙联合动态调控方法,构建水库群-河道水沙联合动态调控互馈指标、互馈模式、调控原则和调控方式,研发水库群-河道水沙联合动态调控模拟模型,分析黄河中下游现状工程调控效果。结果表明,未来黄河来沙量8亿~3亿t情景下,水库群-河道水沙联合动态调控方法综合兼顾水库和河道减淤,可延长水库拦沙年限4~9 a,在较长时期内改善进入下游的水沙关系协调度,下游河道总淤积量较少,河槽最小平滩流量增大200~250 m3/s。
论文

1956—2016年新疆平原区地下水资源量变化及其影响因素分析

吴彬, 杜明亮, 穆振侠, 高凡, 沈蕊芯
水科学进展, 2021, 32(5): 659-669 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.002
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摘要
探索变化环境下新疆平原区地下水资源量的变化趋势,是识别地下水环境问题、加强地下水资源管理的基础工作。基于水利部门历次水资源调查评价成果、水利统计资料汇编等数据,对1956—2016年新疆平原区地下水资源量变化及其影响因素进行分析,对变化原因进行探讨。结果表明:1956—2016年新疆平原区地下水资源量呈减少趋势,其中地下水天然补给量基本稳定,地表水体转化补给量持续减少;从地下水补给结构分析,渠系渗漏补给量大幅减少,导致地下水资源量减少;河道渗漏补给量增加,抵消了地下水资源量的减幅。平原区灌溉面积扩大导致的农田灌溉耗水量增大是地下水资源量减少的根本原因,人类活动对地下水资源量的影响大于气候变化。
论文

耦合水库群参数化方案的区域陆面水文模拟

董宁澎, 余钟波, 王浩, 严登华, 杨明祥, 杨传国, 毕吴瑕, 郝少魁
水科学进展, 2021, 32(5): 670-682 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.003
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摘要
中国水库数目众多,密集的水库运行和调蓄影响着陆地水循环和陆气间的水分能量交换过程,给高强度开发地区水文规律认知和水文模拟及预报带来了挑战。围绕这一问题,本研究以鄱阳湖流域及流域内千余座水库为研究对象,从水库水量平衡方程、水库蓄泄规则、多阻断扩散波汇流等方面构建了水库群参数化方案,并从地表水、地下水、蒸散发、能量通量等角度实现了其与陆面水文双向耦合模式(CLHMS)的动态耦合。结果表明:所构建的水库群参数化方案可以较好地模拟水库的蓄泄过程,提高了耦合模式在鄱阳湖流域的径流模拟精度;水库群可以使赣江、信江、抚河丰水期径流减少3.7%~6.0%,枯水期径流增加5.9%~12.6%,多年平均径流减少0.6%~1.5%;在空间分布上,水库群对流域中部和北部径流的调蓄作用相对显著。本研究所改进的陆面水文模式可以为高强度人类活动影响下气象、水文、水资源交叉领域的研究提供分析工具和模型基础,从而支撑变化环境下区域水资源的可持续利用。
论文

水库防洪优化调度的恒定出流模型及应用

陈森林, 张亚文, 李丹
水科学进展, 2021, 32(5): 683-693 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.004
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摘要
现行水库洪水优化调度数学模型存在泄流闸门开度不断调整及时段间流量突变的问题。针对这些问题,将水库防洪优化调度数学模型分为时段内出库流量线性变化的瞬时出流模型和时段内出流不变的恒定出流模型。对于1个水库和1个防洪控制点所组成的基本防洪系统,应用矩形入流条件的河道洪水演进方法,以时段内恒定的出库流量为决策变量,构建水库防洪优化补偿调度数学模型。实例计算结果表明:恒定出流模型比瞬时出流模型占用的防洪库容减小0.05%~0.18%、最大下泄流量有增有减,即恒定出流模型既不劣于瞬时出流模型,也能很好地解决瞬时出流模型存在的问题。同时,实例揭示的水库二次补偿调节比等蓄量调度方式减小防洪库容10.6%,为确定水库的防洪库容提供了新的方法。
论文

三江平原土地利用变化对水量平衡的影响

孙青言, 陆垂裕, 郭辉, 严聆嘉, 何鑫, 吴初
水科学进展, 2021, 32(5): 694-706 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.005
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摘要
三江平原土地利用(LU)变化及其引发的大规模水资源开发利用活动对当地水文循环产生了明显扰动。为明确三江平原水量平衡特征及其存在的问题,基于2000—2014年土地利用连续变化情景的水文循环仿真模型,在其他数据和参数不变的前提下,建立假设模型和预测模型,分别模拟2000年起已控制LU变化和2014年后控制LU变化2种假设LU管控情景的水文过程,对比3种情景下的水量平衡。结果显示:如果2000年开始就采取积极的LU管控措施,此后的15a将有效减少三江平原对外调水的依赖,改善地下水超采的现状,甚至使平原区地下水储量年均增加3.08亿m3;如果2014年才实施土地利用管控措施,巨大的水资源开发利用惯性将使平原区地下水年均亏空量达到14.26亿m3,甚至使全区域的蓄水量由盈转亏,年均亏损4.25亿m3。三江平原要实现各层次的水量收支平衡,除了尽快控制高耗水LU类型的过快增长,更加积极的水资源调配及相关工程的建设势在必行。
论文

缺资料城市洪灾损失率函数构建方法及应用

吕鸿, 吴泽宁, 管新建, 王慧亮, 孟钰, 江鹏昆
水科学进展, 2021, 32(5): 707-716 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.006
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摘要
很多城市缺乏洪灾灾情资料,导致缺少洪灾损失量化的有效手段。为满足城市洪涝日益严峻的风险管理需求,亟需缺灾情资料城市的洪灾损失定量评估方法。提出了"因子变异-动态比拟-目标驱动-情景拟合"的缺灾情资料洪灾损失率函数构建方法:借鉴等比例替代思想,采用多引用对象和多特征指标构建变异比拟因子;建立以变差系数最小为目标的动态比拟方法,形成移植样本矩阵;以Beta分布概率最大为驱动目标,确定水深-损失率拟合序列;设置多拟合情景,以拟合相关系数最大为准则,优选洪灾损失率函数。以郑州市为例,模拟4种土地利用类型的洪灾损失率函数,结果表明,本文提出的缺资料城市洪灾损失率函数构建方法可行,特征组合指标呈现动态变化性,多种函数组合拟合效果最优。
论文

中国北方季节性冰冻河流岸滩崩塌数值模拟——以松花江为例

假冬冬, 杨俊, 陈长英, 张幸农, 应强
水科学进展, 2021, 32(5): 717-726 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.007
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摘要
季节性冰冻河流(季冻区河流)受水动力-冻胀/冻融耦合作用,岸滩崩塌机理复杂,且对河道演变具有重要影响。通过建立水动力-冻胀/冻融耦合作用岸滩崩塌力学模式,以中国东北地区松花江干流大顶子山航电枢纽下游近坝段为例,开展季冻区河流岸滩崩塌及河道演变的三维数值模拟分析。研究结果表明:岸滩坡脚侧蚀主要由水力冲刷所控制,冻胀作用使岸滩开裂深度增加,冻融过程则会使岸坡土体力学强度降低,影响岸滩稳定;岸滩崩塌对季冻区天然河流演变具有显著影响,考虑岸滩崩塌的模拟结果与天然实测结果基本吻合,可较好地模拟河床冲淤、岸滩崩塌所引起的河道演变过程。研究成果可为季冻区河流岸滩崩塌及河道演变的深入研究提供技术支撑。
论文

长江中游荆江段非均匀悬沙恢复饱和系数

李林林, 夏军强, 邓珊珊, 周美蓉, 李志威
水科学进展, 2021, 32(5): 727-737 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.008
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摘要
三峡工程运行后,长江中游荆江河段含沙量大幅度降低,次饱和水流冲刷河床使含沙量在沿程逐渐恢复,但其恢复特点由于沿程床沙组成差异而有所不同。本文基于Markov随机过程及泥沙起动理论,推导非均匀悬沙的泥沙落距表达式;结合悬移质扩散理论,修正非均匀悬沙恢复饱和系数公式。在此基础上,基于荆江河段实测输沙过程,提出考虑床沙组成影响的分组悬沙恢复饱和系数计算方法;该方法主要与泥沙粒径、悬浮指标、床沙组成及止滚概率、止悬概率等因素有关,无需考虑非饱和调整系数的影响。计算结果表明:①不考虑床沙组成时,沙市、监利站恢复饱和系数计算值均在区间0.12~0.27内变化,而考虑床沙组成时分别为0.000 3~0.171 8和0.003 5~0.157 9。②不考虑床沙组成时,分组悬沙恢复饱和系数计算值细沙 > 中沙 > 粗沙;考虑床沙组成时细沙 < 中沙 < 粗沙;除落水期外,沙市站粗沙的恢复速度均大于监利站。③沙市、监利站恢复饱和系数在各计算时段的变化过程对悬沙分组具有敏感性,其中洪水期恢复饱和系数大于枯水期、涨水期和落水期。采用河床变形方程反算分组悬沙恢复饱和系数,并与本文计算结果进行对比;通过比较分析,本文公式能够用于描述荆江河段分组悬沙恢复特性,可为三峡工程下游非均匀悬沙沿程恢复过程研究提供参考。
论文

胶体颗粒在潜流带中沉积过程及机制

张中天, 金光球, 陈鹤翔, 唐洪武, 李凌
水科学进展, 2021, 32(5): 738-750 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.009
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摘要
潜流带是河流地表水和地下水交混区域,是河流中重要的物质能量交换和水生生物栖息的场所,而胶体颗粒在潜流带中沉积,会改变潜流带中的水动力结构和生态环境。本文利用室内循环水槽实验和多物理场耦合的数值模拟方法,旨在研究胶体颗粒在河流上覆水与潜流带中的迁移过程和胶体颗粒在潜流带中沉积分布特征及其对不同因素的响应规律。结果表明:河流上覆水中胶体会逐渐被河床截留且截留胶体集中于河床浅层;沙波水平方向截留量呈现出迎水面较高、背水面较低的趋势;胶体在潜流带沉积的主要机制是潜流交换、颗粒沉降与河床截留作用。本文能为胶体颗粒在潜流带中的生态环境作用研究提供科学依据,并为河流生态环境修复、河流健康管理提供理论支持。
论文

非恒定流驱动下床面形态变化特征

王乐, Alan J S Cuthbertson, 张尚弘, 王永强
水科学进展, 2021, 32(5): 751-758 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.010
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摘要
为深入认识非恒定流驱动下床面形态的演变规律及尺度变化趋势,采用水泵控制系统生成了一系列历时与洪峰流量不同的洪水过程来冲刷由粗沙组成的实验动床(中值粒径d50=1.95 mm),研究中运用非恒定流的形态、非恒定性及水流做功参数来量化洪水过程;统计分析河床高程数据得到床面形态的波长、波高及陡度。实验结果表明:在不同尺度的非恒定流洪水作用下,实验动床表面分别形成了沙垄、交错边滩以及介于两者之间的过渡型床面形态;洪水的非恒定性对床面形态尺度的影响最大,其次是水流做功参数,而非恒定流的形态影响较为微弱;在此基础上构建了用于描述非恒定流驱动条件与床面形态尺度响应的定量关系。
论文

地形和径潮条件变化对东江三角洲洪季连通性影响

余明辉, 王睿璞, 陈小齐, 刘长杰, 刘画眉
水科学进展, 2021, 32(5): 759-769 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.011
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摘要
河流连通性是河流生态系统的基本特征,具有季节差异的同时也受人类活动干预。建立一维水动力模型计算1999—2009年间人为扰动后地形改变和径潮条件变化对东江干流博罗—石龙河段及东江三角洲洪季连通性的影响。结果表明:东江干流及东江三角洲水系成环发育程度较低,河道共享性较高,平均节点连接率大于1;地形下切和径潮条件变化未改变结构连通性;输运连通性既受河道地形变化的影响,也受径潮条件变化的影响,其中河道地形下切使水量传输能力减小,河流输运连通性减弱;径流增大及外海潮动力减小均导致水量传输能力增大,河网输运连通性增强。研究成果可为东江三角洲防洪、水利工程规划及水生态环境等研究提供科学依据。
论文

淹没植物条件下明渠KH涡的垂向几何尺度和频率

闫静, 王晓丽, 陈红, 余洋, 林青炜
水科学进展, 2021, 32(5): 770-779 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.012
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摘要
含淹没植物明渠中存在的Kelvin-Helmholtz (KH)涡,对水流能量交换和物质输移具有直接的影响。基于淹没刚性植物条件下的水槽实验,利用粒子图像测速技术(PIV)得到瞬时流速场和涡量场,定量刻画KH涡的垂向几何尺度(上下边界和垂向作用范围),结合三维声学多普勒流速仪(ADV)测量的流速时间序列和小波变换方法,分析KH涡的频率,研究植物淹没度对KH涡上下边界位置、作用范围和频率的影响。研究发现:本实验确定的KH涡上、下边界与根据能量分布计算得到的混合层上、下边界基本一致;在本实验条件下,KH涡上边界为0.7~0.8倍水深,下边界在植物密度一定时围绕一常数波动,KH涡的频率在0.14~0.20 Hz之间;随着淹没度的增大,KH涡的上边界升高,下边界变化不明显,作用范围和频率增大。
论文

规则波作用下垂直圆管负浮力射流的数值模拟

尹则高, 王盛, 孙灿
水科学进展, 2021, 32(5): 780-790 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.013
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摘要
高密度盐水排放是海水淡化领域一个复杂和常见的物理现象。为研究波浪作用下盐水射流的水动力特性,建立了规则波作用下垂直圆管负浮力射流三维水动力数学模型。利用试验数据对数值计算结果进行验证,两者吻合较好。基于数值计算结果,分析规则波作用下垂直圆管负浮力射流流体扩散特征,研究规则波对负浮力射流三维时均速度以及瞬时浓度的影响。结果发现:入射波波高和周期对射流中轴上量纲一平均垂向速度的衰减指数影响不大,而对衰减系数影响较大;随着波高或波周期的增加,射流特征速度半宽增加,射流中轴上量纲一平均垂向速度的衰减系数减小,有助于射流流体在环境水体中的扩散。另外,建立了考虑浮力效应的波-射流动量比影响的射流中轴上量纲一平均速度衰减系数、平均特征半宽公式,可以为相关实际工程提供一定的参考。
论文

城市下垫面空间特征对地表产汇流过程的影响研究综述

梅超, 刘家宏, 王浩, 王佳, 罗佳杭, 汪芝辰
水科学进展, 2021, 32(5): 791-800 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.014
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摘要
快速城市化显著改变了城市下垫面空间特征,对地表产汇流过程产生了重要影响。综述城市下垫面空间特征对地表产汇流过程的影响研究进展,以下垫面空间特征对产汇流过程的影响为主线,聚焦不透水面和微地形两类空间特征,总结城市下垫面空间特征及其表征方法;从不透水率与不透水面空间变化、数值模拟与物理实验等方面,分别梳理不透水面和微地形等空间特征对地表产汇流过程的影响研究成果。展望未来城市下垫面空间特征对地表产汇流过程的影响研究重点和发展方向,主要包括影响机理解析、主控空间特征参数识别与敏感性分析、城市水文效应适应性应对等,以期为快速城市化下城市水文效应解析和城市洪涝灾害防治提供一定参考。
论文

泥沙颗粒间黏结力作用及其对泥沙起动影响研究进展

龚政, 葛冉, 冯骞, 魏佳欣, 苏敏, 靳闯, 罗景阳
水科学进展, 2021, 32(5): 801-812 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.015
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摘要
黏性沙起动是泥沙起动研究的难点,黏结力作用是影响黏性沙起动的关键。从形成机理出发,归纳出泥沙起动中主要涉及2大类、共6种黏结力作用,探寻了其中典型的双电层力及EPS (Extracellular Polymeric Substances)黏结力的形成机理及影响因素,从泥沙稳定性及起动模式两方面剖析了黏结力作用对泥沙起动的影响,比较分析了黏结力作用的量化研究。现有研究往往对某种黏结力进行研究,较少考虑多种黏结力之间的相互作用和综合效应,系统性不足;已有的成果多是基于实测资料得到的经验关系,缺乏从机理层面得出定量关系,理论性不强。未来应根据泥沙所处环境,综合考虑泥沙颗粒间存在的多种黏结力作用,从黏结力作用形成机理出发,深入研究黏结力作用的量化表达。
 
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· 2013年7月起不再受理硕士研究生为第一作者的论文
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· 本刊2012年起不再受理研究生撰写的综述论文
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