水科学进展
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水科学进展
 
2018年 29卷 3期
刊出日期:2018-05-25

     《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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论文

GPM与TRMM降水数据在中国大陆的精度评估与对比

李麒崙, 张万昌, 易路, 刘金平, 陈豪
水科学进展, 2018, 29(3): 303-313 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.001
全文 : PDF (8387KB) ( 429 ) HTML ()
摘要
为评估TRMM 3B42(TRMM)和新一代GPM IMERG(GPM)卫星降水产品精度,基于国内824个气象站点日降水数据,选用相关系数(R)、相对误差(ER)和公正先兆评分(SET)等指标,对比分析了二者在中国大陆和九大流域内逐日、逐月尺度的观测精度。研究表明:①在日尺度上,中国大陆内的GPM降水数据精度整体优于TRMM,二者的RERSET分别达到了0.73、2.03%、0.36和0.70、3.75%、0.33;②GPM和TRMM日降水数据在海河流域、淮河流域、长江流域、珠江流域、东南诸河流域呈现较高的观测精度,在松辽流域、黄河流域、西南诸河片区精度次之,在内陆河片区相对最低;③在月尺度上,中国大陆内的GPM冬季降水精度明显好于TRMM,这是由于GPM提高了对弱降水和固态降水的观测能力。总体上,GPM降水产品在中国各大流域精度较好且优于TRMM,表明其在流域降水研究及水文模拟中将有较好的应用前景。
论文

1958—2015年长江口水下三角洲地形演变特征及趋势

陈勇, 王寒梅, 史玉金, 黎兵
水科学进展, 2018, 29(3): 314-321 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.002
全文 : PDF (17623KB) ( 348 ) HTML ()
摘要
基于近期流域减沙背景下长江口水下三角洲地形的演变特征与趋势,选用1958—2015年覆盖面积超过7 000 km2的长江口实测水下地形数据,在Surfer软件支持下开展水下三角洲地形冲淤分析,探讨了水下地形演变影响因素。结果表明:1958—2015年,长江口水下三角洲经历了淤积—平衡—剧烈波动3个阶段;持续的流域减沙已导致10 m等深线以浅区域从2009年开始进入净侵蚀状态;流域来沙锐减与极端气候引发的口外及邻近海域对河口泥沙的补给是近年长江口水下三角洲冲淤变化剧烈的主要原因;长江口向外海年均输送泥沙量可能低于1.20亿t,与近年流域年均来沙量较为接近,未来长江口水下三角洲有望逐渐进入整体冲淤平衡状态。
论文

黄河口清水沟河道的冲淤过程与模拟

郑珊, 吴保生, 周云金, 王开荣, 韩沙沙
水科学进展, 2018, 29(3): 322-330 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.003
全文 : PDF (3001KB) ( 205 ) HTML ()
摘要
为揭示黄河口清水沟河道长时段的冲淤演变规律并建立其冲淤计算方法,分析了清水沟1976—2015年的时空冲淤演变过程,采用河床演变的滞后响应模型,考虑河口来水来沙及河道延伸与蚀退的影响,建立了清水沟累计冲淤量的计算方法。结果表明:1976—1980年改道初期清水沟改道点上游先冲后淤,改道点下游淤滩塑槽,淤积量随着下游河道展宽而增加,1980年后改道点上、下游河道冲淤过程趋于一致;受水沙条件等因素影响,1980—1986年清水沟主槽冲刷展宽,之后主槽淤积萎缩;1996年清八改汊和2002年小浪底水库"调水调沙"原型试验以来,河道转淤为冲,2002年后河道冲刷速率随时间指数衰减;河床演变的滞后响应模型可计算清水沟长时段的冲淤过程,该方法可为预测未来清水沟冲淤演变趋势提供科学参考。
论文

三峡水库运用后长江中下游造床流量变化及其影响因素

张为, 高宇, 许全喜, 袁晶
水科学进展, 2018, 29(3): 331-338 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.004
全文 : PDF (1233KB) ( 274 ) HTML ()
摘要
随着三峡水库的运用,其下游的造床流量发生变化,研究坝下游造床流量的变化特性及主要影响因素对河道的冲淤特性及河床演变机理研究有着重要意义。根据1981—2015年的资料,采用平滩水位法、马卡维耶夫法和流量保证率法计算三峡水库蓄水前后宜昌、枝城、沙市、监利、螺山、汉口、九江、大通各站的造床流量。结果表明:①马卡维耶夫法同时考虑了流量过程和输沙能力的影响,计算结果相对合理。②蓄水后各站造床流量减小3 000~6 000 m3/s,符合坝下游主要冲淤变形部位由平滩河槽调整为中枯水河槽的变化特性,反映了结果的合理性。具体来看,时间上,2009年以后造床流量的减小趋势更为明显;空间上,从绝对值来看,以监利站为转折点,从宜昌至大通呈先减小后增大的趋势。③造床流量对来水量和洪峰流量的响应较为敏感,与之呈正相关关系。
论文

河床粗化过程中推移质输移特征试验研究

徐元, 朱德军, 孟震, 李丹勋
水科学进展, 2018, 29(3): 339-347 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.005
全文 : PDF (1652KB) ( 204 ) HTML ()
摘要
为了研究河床粗化破坏与形成过程中推移质的输移特征,基于一套新型的接沙系统,在上游无来沙条件下,进行了3组不同床沙级配的水槽试验,研究了递增梯级流量作用下河床粗化破坏与形成的过程,采集到一套高精度(0.1 g)、高频率(1 Hz)的实时推移质输沙率及分时段输沙级配数据,分析了累积输沙量、输沙率及输沙级配的变化特征。结果表明,粗化过程中累积输沙量随时间基本呈幂函数规律增长,且"粗化破坏再形成"的累积输沙量曲线出现明显转折点;推移质输沙率表现出明显的非恒定性,其粗化形成阶段的耗时要远大于粗化破坏阶段的时间,两者之比范围为3.5~20.5;推移质输沙级配中粗颗粒比例随时间变化趋势与输沙率相似,在输沙率达到峰值附近时,输沙级配与原始床沙级配相同。
论文

多沙河流河口泥沙淤积自生性过程试验研究

罗优, 简鸿福, 罗琳, 邓亮, 周念
水科学进展, 2018, 29(3): 348-356 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.006
全文 : PDF (2078KB) ( 195 ) HTML ()
摘要
多沙河流河口输沙不平衡带来的淤积演变过程,动态调整着上游河道控制基面,影响通航和防洪安全等。开展水槽试验,控制上游水沙条件和下游水位不变,研究河口三角洲自生性过程的形成机理、波动性和趋势性演变特征。试验中观测到淤积朵体迁移、溯源冲淤和河道摆动等自生性调整现象,其中朵体发育和迁移起控制作用。研究结果表明:自生性过程具有内在临界性,不同水沙条件下淤积朵体临界尺度不同,相应的水位波动周期、溯源波能量、水位涨落规律和三角洲形态亦有所差异。结合试验成果探讨了自生性过程形成的内在动力、临界性及其与三角洲形态的内在联系。
论文

基于水资源需求场理论的需水驱动力影响分析

陈晓宏, 王佳雯, 何艳虎, 杨冰, 杨杰
水科学进展, 2018, 29(3): 357-364 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.007
全文 : PDF (8027KB) ( 252 ) HTML ()
摘要
为了解决传统水资源需求驱动因素分析中存在难以直观反映城市空间相互作用的问题,运用水资源需求场理论,分析地区水资源需求空间特征;结合社会经济势能探讨水资源需求的驱动因素,并以2014年广东省用水、社会经济数据为例进行计算与分析。研究表明:①广东省水资源需求场呈现以珠三角地区为中心向外辐射的分布特征,各城市周围的场强方向指向各城市中心点;②水资源需求场的叠加会改变城市的场强大小与方向;③社会经济势能与水资源需求场相关系数达0.924。结果证实,社会经济是水资源需求的主要驱动力;在其驱动下,水资源在空间上向发达地区与城市中心流动。该结果可为水资源需求的准确预测、水资源管理提供基础支撑。
论文

面向生态的额尔齐斯河水库群中长期调度

张连鹏, 邓铭江, 黄强
水科学进展, 2018, 29(3): 365-373 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.008
全文 : PDF (1105KB) ( 216 ) HTML ()
摘要
为解决水库群中长期生态调度问题,以新疆额尔齐斯河流域为研究对象,构建了水库调度的网络节点图,建立了面向生态的水库群中长期调度模拟和优化两种模型,分别采用历时水量平衡的自迭代模拟优化算法和大系统协调的动态规划方法求解。结果表明,中长期模拟和优化调度结果均满足流域水资源综合利用、生态供水及相应保证率要求,且优化调度模型计算的河道内外生态供水、北疆供水、农业供水等均优于模拟模型。同时,揭示了来水与生态供水的关系,制定了关键水库的生态调度图,建立了调度函数并通过合理性检验。研究成果对额尔齐斯河水资源综合利用、保障河道鱼类栖息地、河谷林草的生态安全提供了中长期战略支持,具有重要的理论意义与应用价值。
论文

水库防洪等蓄量优化调度模型及应用

陈森林, 孙亚婷, 黄宇昊
水科学进展, 2018, 29(3): 374-382 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.009
全文 : PDF (1602KB) ( 202 ) HTML ()
摘要
等蓄量法是中国水库防洪规划与实时调度中常用的调度方式,其3个参数(等蓄流量、起蓄流量和等蓄历时)一直采用试算方法推求。以等蓄流量为输入参数,引入蓄放水0~1状态变量,定义了逐时段水库蓄水量之和最小的线性目标函数,并设置蓄水状态连续性约束解决等蓄历时的推求,建立了水库防洪等蓄量优化调度的0~1整数线性规划模型(RFEV-ILP)。通过亭子口水库应用表明,该模型算法稳定,与理想补偿调度方式计算的防洪库容相差不足1%。该优化模型不仅可以推求防洪库容、起蓄流量及等蓄历时与等蓄流量之间的数值关系,而且能较好地揭示防洪风险与等蓄流量之间的关系、防洪控制点距离水库的远近对等蓄流量可选范围及相应采取防洪策略的影响。
论文

基于线性二次型的多级联输水渠道最优控制

王忠静, 郑志磊, 徐国印, 蒋光昱
水科学进展, 2018, 29(3): 383-389 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.010
全文 : PDF (1169KB) ( 127 ) HTML ()
摘要
灌溉输配水是水联网链路的重要环节,其自动控制水平直接影响着水联网效率和风险控制能力,对实现水资源高效管理与利用有重要意义。通过变化输水渠道线性积分时滞控制模型,建立了多级联渠道离散时间状态空间方程,基于线性二次型理论设计最优状态反馈控制器,利用MATLAB求解和SOBEK模拟进行了验证。在甘肃省昌马南灌区多级联渠道运行过程优化控制的模拟结果显示,线性二次型算法能够使控制点水位较快恢复并稳定在设定值,控制过程动作与水位波动次数少、幅度小,效果远优于常规分布式PI反馈控制。线性二次型算法能够应对多级联渠道时滞、耦合特性和一般未知取水扰动,实现可靠供水服务和有效运行控制。目前算法仅采用反馈控制,尚无法应对过大未知取水扰动,还有进一步改进空间。
论文

水平旋流消能工水力学研究方法适宜性

南军虎, 马保泰, 王煜搏, 牛争鸣, 洪镝
水科学进展, 2018, 29(3): 390-397 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.011
全文 : PDF (2548KB) ( 177 ) HTML ()
摘要
为明晰原型观测、模型试验和数值模拟3种水力学研究方法对水平旋流消能技术的适宜性,基于公伯峡水平旋流洞体型,对比了3种方法的研究成果,得到各方法对不同参数的适宜性。结果表明:3种方法对宏观水流流态、旋流洞壁面压强、消能率的研究结果基本一致;模型试验和数值模拟的环状空腔长度与原型观测存在不同程度的差异,进而影响竖井内其他参数的准确性,工程设计中应对其进行必要的修正;数值模拟和模型试验是研究旋流空腔形态和旋流洞内流速的可行方法,能有效克服原型量测技术的局限,且数值模拟研究更具优势;1∶40及以上比尺的模型是研究起旋室通风井通风特性的有效方法。
论文

气压式振荡试验确定地层渗透系数适宜性

戴云峰, 刘九夫, 闵星, 林锦, 韩江波, 柳鹏, 李兆峰, 孙晓敏
水科学进展, 2018, 29(3): 398-406 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.012
全文 : PDF (5681KB) ( 197 ) HTML ()
摘要
为评价滨海地区海(咸)水入侵区不同类型地层渗透性,提出振荡试验适宜模型选择方法。利用Geoprobe系统对不同平面位置地层实施了气压式振荡试验,部分点位进行了分层测试;利用配线法计算地层渗透系数。结果表明:当试验目标层为承压含水层时,利用Butler模型分析欠阻尼振荡试验,KGS模型分析过阻尼振荡试验,均可获得良好的计算结果;当试验目标层为弱透水层时,KGS模型可用于过阻尼振荡试验的数据分析,但计算结果会受到相邻高渗透性含水层以及钻孔编录不准确的影响。地层渗透性等级未知条件下,需根据地层类型、介质岩性、测试井结构和水位恢复过程曲线特征选择适宜的振荡试验分析模型,以准确获取地层渗透系数值。
论文

基于DRAINMOD模型的雨水花园运行效果影响因素

唐双成, 罗纨, 许青, 贾忠华, 马晓宇, 邵正宵
水科学进展, 2018, 29(3): 407-414 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.013
全文 : PDF (1227KB) ( 209 ) HTML ()
摘要
为研究雨水花园对暴雨径流水文调控效果受不同设计参数的影响,在试验研究的基础上,利用排水模型DRAINMOD分析了雨水花园长期运行效果受其蓄水层深度、汇流面积比以及降雨特征等因素的影响。模型测试结果显示,DRAINMOD可以较好地模拟雨水花园内部水文过程;长序列(1951—2007年)模拟结果发现,试验雨水花园对暴雨径流量削减率的年均值为18.5%,经介质净化的水量占雨水径流总量的76.1%;雨水花园蓄水层深度超过某一临界值后对其滞留效果没有影响;汇流面积比增大,排水量和溢流量均增大;在雨水花园内部增加30 cm反硝化作用蓄水层后,排水量下降了19.2%,雨水花园对径流量的削减率提高到33.5%。可见,增加内部蓄水层后雨水花园对水量削减和污染物浓度去除都具有积极作用。
论文

澜沧江-湄公河水电站单位发电耗水量分析计算

陆颖, 何大明, 何开为, 袁旭
水科学进展, 2018, 29(3): 415-423 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.014
全文 : PDF (4113KB) ( 206 ) HTML ()
摘要
为对比澜沧江-湄公河流域各国水电开发对水资源消耗的差异,选择流域范围内37座已建主要电站,基于遥感再分析资料,运用改进的水电站水足迹方法核算并分析2015年流域各国水电站水足迹及其年内变化。结果表明:流域中国段水电站水足迹最小,具有最高的单位耗水量发电效率;老挝及泰国水电站水足迹普遍偏大,发电效率低且耗水量巨大。因此,从发电水资源消耗角度看,流域内地处上游的中国江段较适宜水电开发,下游国家发展水力发电需考虑水资源消耗影响。
论文

近岸斜向波浪不对称特征参数化

陈洪洲, 毕春伟
水科学进展, 2018, 29(3): 424-432 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.015
全文 : PDF (3000KB) ( 106 ) HTML ()
摘要
近岸波浪的不对称特征对浅水区泥沙输运以及海岸结构物受波浪冲刷影响而引起的破坏都起着关键作用,而目前关于波浪不对称特征的研究多集中在正向传播方式上,没有考虑斜向传播的影响,因此,对斜向波浪在近岸传播过程中的波形不对称特征展开研究具有重要的意义。基于高阶Boussinesq水波方程建立了斜向入射波浪沿斜坡传播的数值模型,并利用该模型进行数值试验,模拟了入射波浪沿0°~75°不同方向的传播过程。通过对不同角度入射得到的结果进行比较,讨论了入射角度对波浪不对称特征的影响。结果表明:入射角度越大的波浪,其在变浅过程中的二阶谱以及波浪的偏度和不对称度参数也越小。说明随着波浪入射角度增大,其非线性相互作用程度会发生减弱,导致波浪的非线性特征增长趋势逐渐变缓。最后,给出了考虑斜向角度影响的波浪不对称特征参数经验公式。
述评

植物消波机制的实验与理论解析研究进展

陈杰, 何飞, 蒋昌波, 彭浩, 曾思益, 龚尚鹏, 陈克伦
水科学进展, 2018, 29(3): 433-445 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.016
全文 : PDF (3106KB) ( 199 ) HTML ()
摘要
从以物理模型实验及理论解析为代表的植物消波研究手段与宏观和微观尺度下植物消波分析方法两个方面总结了国内外的研究现状和最新研究进展。对物理模型实验中的植物因子、水动力因子、植物模型制作和实验布置等要素以及理论解析模型进行归纳,分别阐述了以波高衰减和波能耗散为主要分析对象的植物消波分析方法,指出现有物理模型实验中植物几何比尺与波要素比尺难以统一和理论解析研究局限于二维情况等问题。综合考虑季节更替、植物摆动、波浪破碎、波浪随机性及非线性、潮流等因素是今后植物消波研究的重点突破方向。
述评

面向需水管理的居民用水行为研究进展

钟方雷, 郭爱君, 蒋岱位, 杨肖, 姚文戈, 鲁婕
水科学进展, 2018, 29(3): 446-454 | doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.017
全文 : PDF (1102KB) ( 293 ) HTML ()
摘要
需水管理是水资源管理新趋势,居民用水行为研究是需水管理的微观基础。从居民用水行为的社会学、经济学及计算机模拟研究方面,述评国内外研究进展,为相关研究提供借鉴。社会学研究从易测量的客观因素开始,通过潜变量指代等方法逐步拓展至难以度量的主观因素,依靠计划行动理论揭示要素影响机理。经济学研究通过计量经济学模型评估需求价格弹性、水价结构与收取方式的影响、用水管制与价格调控的综合影响及适用条件。计算机模拟研究注重算法改进,向多代理人模型拓展,与复杂网络、社会影响理论结合,重演历史水资源事件及管理策略效应,提出改进建议。国内总体处于跟随阶段,注重研究方法与国内实际相结合。未来研究需加强社会学、经济学和计算机模拟的综合。
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