区域气候模式分辨率对夏季降水模拟的影响

利用最新发布的区域气候模式RegCM4,选取3种水平分辨率,3种垂直分辨率,对2001～2003年6～8月气候状况进行模拟,将模拟降水与GPCP降水资料在季、月、日尺度进行对比分析,研究分辨率对夏季降水模拟的影响,得到主要结论:RegCM4模拟结果能较好地反映模拟区域降水由东南向西北递减的分布趋势,模拟降水量随水平、垂直分辨率的增加而减小,当水平分辨率为30 km,垂直分辨率为14层时,全区域模拟降水偏差最小;不同区域、不同月份区域平均降水对分辨率的敏感性存在明显差异;在高海拔区域,分辨率对降水模拟影响显著,随着水平分辨率的提高,模拟降水更接近观测值;模拟日降水强度分布的峰值随着垂直分辨率的提高,向弱降水方向移动显著;分辨率配置主要影响模拟降水偏差的低频分量及24 d周期分量,通过合理调整分辨率配置可以有效减小模拟系统误差。     

基于区域气候模式的流域农业干旱成因分析

以湄公河流域为研究区,采用区域气候模式RegCM3为模拟工具,以根系层土壤含水量为代表性指标,对A1B情景下未来研究区月尺度农业干旱进行了预估。基于地表能量平衡原理,系统分析了降水、蒸发、地表温度和根系层土壤含水量等农业干旱主要影响因素与区域气候模式模拟的大气环流、地表感热通量、地表潜热通量、地表净通量之间的联系和变化规律,从气陆间能量和水汽通量平衡角度,对农业干旱发生机理进行了识别。预估结果表明:从年内各月地表净通量和地表温度变化来看,未来春末(6月)和秋末(10月)湄公河流域温度增加明显,且土壤含水量减少也较为明显;同时,这两个时段蒸发旺盛和降水减少的趋势,有可能导致流域局部地区(尤其是非灌溉农业区)农业干旱的发生。     

分辨率和陆面方案对长江流域短期气候预测影响

利用区域气候模式RegCM4.5,分别选取不同陆面参数化方案和空间分辨率,对5个长江流域降水异常年份进行短期气候回报试验,分析对气温和降水预测效果的影响及其最优组合。结果表明:空间分辨率的提高可以改善流域降水和气温的预测性能;而不同陆面方案引起的地表净辐射能量分布不同及其地表蒸散差异,最终导致流域内气温和降水预测效果不一致。RegCM（CLM4.5+30 km）对流域内小雨预测结果最好,而RegCM（BATS+30 km）预测流域内大雨和暴雨效果最优;RegCM（CLM3.5+30 km）对流域内气温预测能力最好。     

黄淮海流域蒸发量的变化及其原因分析

利用研究区1956-2000年117个气象台站的小型蒸发皿观测资料,分析了黄淮海流域蒸发量的变化趋势及其可能原因。结果表明,近50年来本区蒸发量减少十分显著,其变化速率一般在-50 mm/10a,平原地区最大变化速率达到-80mm/10a以上。蒸发量下降最明显的季节是春季和夏季,其中春季减少最大区域主要在海河流域的东南部和黄河下游,而夏季的减少主要在淮河流域。造成蒸发量减少的直接气候原因可能是日照时数及太阳辐射的减少,平均风速和气温日较差的降低可能也起着重要的作用。     

中国高精度土地覆盖数据在RegCM4/CLM模式中的引入及其对区域气候模拟影响的分析

基于中国1:100万植被图和1:600万植被区划图, 按照通用陆面模式CLM植被功能型分类标准, 制作了可用于CLM及RegCM4区域气候模式的25 km×25 km分辨率的中国高精度土地覆盖数据(简称VEG数据). 相比CLM默认使用的土地覆盖数据(简称ORG数据), VEG数据不仅能提供更多的土地覆盖局地特征, 还纠正了ORG数据中裸地和农作物的比例偏高、 灌木的比例偏低等误差. 对比使用两套土地覆盖数据的RegCM4多年连续积分结果, 分析了不同土地覆盖分布对气温、 降水等的影响, 并从地表能量收支的角度给出影响机理解释. 结果显示: VEG数据的使用, 使得模式对冬季气温和降水的模拟能力有一定提高, 模式在南部区域偏干偏冷的系统误差有所减弱; 采用VEG数据后, 由于粗糙度、 反照率等下垫面参数的改变及云量的变化, 使得地表能量收支发生显著调整. 青藏高原地区的气温变化与湍流通量和长波辐射的变化有密切的联系, 主要源自粗糙度引起的湍流通量增加、 以及云量引起的向下净长波辐射增加. 而在中国中部和南部, 短波辐射变化更为明显, 它与地表反照率的变化相一致. 基于所制作的土地覆盖数据, 可广泛应用于CLM模式在中国区域的应用之中.     

黄淮海流域旱涝时空分布及组合特性

以黄淮海流域及其周边地区204个气象站点1961-2010年逐日降水过程资料、国家1:25万DEM数据和1:20万土地利用数据为基础,在利用降水Z指数对黄淮海流域旱涝进行评价的基础上,采用下垫面数据对结果进行修正,并分析黄淮海流域旱涝面积的时间变化特征,对黄淮海地区的易旱区、易涝区进行了划分,进一步选取集对分析法划分了流域内季节间旱涝交替的易发区。结果表明:黄淮海流域内夏秋两季旱涝问题较为严重,且秋旱面积上升趋势较为明显;黄河和海河流域以干旱居多,淮河则是干旱和雨涝并存,季节间的旱涝交替多集中在淮河流域中上游地区。     

区域气候模式对温室效应引起的中国西北地区气候变化的数值模拟

使用RegCM2区域气候模式,进行了CO₂加倍对中国区域气候影响的数值试验,对西北地区进行了重点分析.结果表明,在CO₂加倍的情况下,西北地区的气温将明显升高,年平均升高值为2.7℃,高于全国平均变化.同时降水也将明显增加,平均增加率达到25%,远高于全国平均,增加率的数值大小依次为冬季、春季、秋季和夏季.     

RegCM3模式在西北地区的应用研究I:对极端干旱事件的模拟

为了检验区域气候模式RegCM3在西北地区的模拟能力,对2001年夏季西北地区极端干旱事件进行了模拟.结果表明:模式能很好地再现西北地区主要的环流特征和温度及降水的变化情况,主要的偏差在于高原上低压中心的模拟偏低,对西北东部对流层低层位势高度的模拟偏高.区域平均的温度模拟存在着1~3℃的冷偏差,偏差产生的原因与地表净辐射的负偏差有关.月降水量模拟远远偏大,最小的百分比偏差也达到了30%.模拟结果同时表明,由于受模式初始场的影响,6月降水和气温的模拟效果最差.RegCM3的模拟中还存在着许多问题,必须开展进一步的工作来提高模式的模拟效果,减少偏差.     

不同积云对流参数化方案对黑河流域降水模拟的影响

使用NCEP-fnl再分析资料作为黑河流域高分辨率区域气候模式的初始场和边界场,利用该模式中常用的3种积云对流参数化方案:Grell,Bett-Miller(BM)和不采用积云对流参数化方案(NON)对黑河流域进行2000年1月1日至12月31日的积分试验,重点考察水平分辨率在3 km条件下不同积云对流参数化方案对黑河流域降水模拟的敏感性。结果表明:①卫星遥感反演的黑河流域的降水较观测台站降水偏少,卫星遥感反演日降水与观测台站日降水的相关系数达到0.34,相关系数通过99%置信度检验;②模式采用3种参数化方案都能够较好地模拟出年降水空间分布以及不同区域日平均降水随时间演变,与观测之间的相关系数都通过99%置信度检验;③对于黑河流域来说,在水平分辨率为3 km条件下区域气候模式采用Grell积云对流参数化方案较其他2种方案无论从空间和时间演变来说均更加接近观测。     

空间分辨率与取样方式对DEM流域特征提取的影响

随着数字水文的兴起和分布式水文模型研究的发展, 利用DEM提取水文特征, 进而进行水文模拟的方法越来越广泛地为水文学者所采用. 空间分辨率的改变与DEM重新取样方式对水文模拟都会产生重要影响. 采取不同取样方法获得多种尺度的DEM, 对不同分辨率下的流域特征值进行了统计分析与比较, 引入熵的概念度量不同分辨率的DEM包含的信息量, 以及不同取样方式对信息量的影响. 并计算了以50 m DEM所包含的信息量为基准, 在不同的信息损失下所要求的最低分辨率.     

城市洪涝中雨水口泄流能力的试验研究

近年来中国城市洪涝灾害频发,对人民群众的生命财产安全造成了严重威胁,其中雨水口泄流能力的大小对于计算受淹区的积水程度或路面雨水的排除效率至关重要。为此本研究专门修建了具有上下两层结构的城市洪涝过程综合试验平台,考虑雨篦子、雨水井及侧支管等完整的雨水口结构,开展了76组不同来流水深及流速下的雨水口泄流能力试验。试验结果表明:雨水口的下泄流量在井身充满前后表现出不同的变化规律,即在雨水井充满前,路面雨水以堰流形式下泄;在雨水井充满后,以管嘴出流形式下泄。基于试验数据率定出雨水口堰流及管嘴出流时的流量系数,并进一步采用量纲分析法,建立雨水口的泄流能力与雨篦子尺寸、篦前水流的弗劳德数等因素之间的经验关系,具有较高的相关系数。采用本文公式计算原型尺寸雨水口的泄流能力,并与中国现行雨水口泄流能力的参考值进行对比,发现当水深较大时现行参考值偏大较多。本研究成果能为精细化的城市洪涝管理提供计算依据。     

雨水口堵塞程度对其泄流能力影响的试验研究

雨水口是下泄地表径流的关键设施,一旦堵塞将导致市政排水系统的泄流能力无法充分发挥,这是引发城市洪涝灾害的主要原因之一。为定量分析雨水口堵塞对其泄流能力的影响,本研究分别考虑进水篦及连接管不同堵塞程度的情况,开展了较大来流水深下的概化水槽试验,共计进行了608组试验。试验结果表明:①进水篦及连接管堵塞均会显著影响雨水口的泄流能力,且后者对雨水口泄流能力的影响更大。②利用试验数据率定了各堵塞情况下水流以堰流或管嘴流形式从雨水口下泄时的流量系数;基于量纲分析及回归分析,给出了各堵塞情况下雨水口泄流能力的幂函数表达式,并利用试验数据对参数进行了率定,率定效果优于堰流或管嘴流公式。③通过与未堵塞情况进行比较,基于幂指数均值假定及非线性拟合方法,建立堵塞系数与堵塞程度之间的经验关系,并最终提出了一个可以分别考虑进水篦与连接管堵塞影响的雨水口泄流能力公式;该公式可以考虑雨水口堰流及管嘴流等不同泄流形式,能够反映进水篦、连接管不同堵塞程度的影响,适用于来流水深较大的情况。     

黄河上游干支流交汇区沙坝淤堵形成条件

针对黄河上游干、支流交汇区形成的沙坝淤堵事件,利用野外观测资料,分析了支流高含沙洪水特性及交汇区沙坝淤堵特点,探讨了汇流比(支流流量与干流流量之比)、支流洪水水量、支流洪水沙量等因素对沙坝淤堵形成的影响;根据动量原理建立了交汇区形成沙坝淤堵的判别关系,结合黄河上游干、支流洪水输移特性,得出了基于汇流比与支流洪水水量关系及支流洪水沙量与支流洪水水量关系的沙坝淤堵判别条件。由此,可根据汇流比、支流洪水水量及沙量判断交汇区能否形成沙坝淤堵,可为暴雨洪水期黄河上游交汇区形成沙坝淤堵灾害的预报及防治提供参考。     

固结排水中排水带通水量的影响及选择

井阻作用影响地基的固结速率,排水带的通水量与井阻作用有直接关系,过小通水量的排水带在地基中产生较大的井阻,通水量较大的排水带又使生产成本提高。笔者分析了通水量对地基固结的影响,并提出根据被加固地基的性状来选择通水量的方法。建议用公式 来确定所使用排水带的容许通水量下限值。     

Laboratory study of the clogging process and factors affecting clogging in a tailings dam

Laboratory simulation of clogging in the Lixi tailings dam (Shaanxi Province, China) is urgently required because clogging is an important factor affecting the dam stability. This work firstly presents the results of ferrous iron oxidation experiments using buffer solution. The results indicate that the ferrous iron oxidation follows first order kinetics, and the oxidation process is strongly dependent on pH, a higher pH resulting in a higher oxidation rate. Furthermore, when the pH exceeds 7.0, the oxidation rate constant increases significantly. Secondly, a column experiment was carried out under the conditions of the pH ranging from 6.8 to 7.5 and the natural oxygen supply. Ferrous iron oxidation and precipitation were found to reach equilibrium under these conditions. After 23 days, the column experiment was stopped when the clogging materials blocked the column outlet. The clogging materials were found to be a mixture of ferric hydroxide and its converted products, and these existed in amorphous form with a loose cluster microstructure according to the results of XRD and SEM.     

插拔桩靴对临近桩靴承载力的影响研究

自升式钻井船桩靴的插拔过程将会对临近井口平台的桩靴基础产生不利影响。开展了室内模型试验研究,将试验结果与理论分析结果相结合,得到了桩靴插拔的影响范围及影响范围内土体强度的变化规律,并推导了桩靴插拔影响区内临近桩靴承载力的计算方法,与模型试验结果进行了对比验证。研究表明,桩靴插拔后砂土相对密实度降低,其降低程度随距桩靴距离的增加而逐渐减小,影响范围约为1倍桩靴直径。受桩靴插拔影响,临近桩靴的承载力下降,降低比例随两桩靴相对间距的增大而减小,随桩靴相对插深的增加而增加。当两桩靴相对间距大于2倍插拔桩靴直径时,可认为桩靴插拔对临近桩靴基础承载力无影响。     

多尺度岩石渗透特性的试验研究

岩体赋存于一定地质环境中,经过漫长的地质构造作用,形成由连续性状的岩石材料和非连续性状的各种地质结构面组成的复杂地质体。渗透率是影响这种复杂岩体渗透特性的重要参数之一,渗透率选择的正确与否直接关系到裂隙岩体渗流分析结果的可靠性与工程稳定性。采用室内试验的方法,结合达西定律确定裂隙岩体的渗透率。通过自行研发的5种尺寸压力室测定不同尺寸岩石试样的渗透率,得到由不同裂隙、孔洞组合的岩石试样在稳定流、非稳定流下的渗透率,并由此分析得到多尺度岩石的渗透特性。从多组试验结果中分析可得,随着岩石试样的尺寸增加,岩石的渗流通道增多,从而渗透率增大,但增大到一定程度后会趋于稳定,这一渗透规律对实际工程有指导意义。     

分离式与整体式塑料排水板性能比较试验研究

塑料排水板是软土地基加固排水材料,根据芯板与滤膜的复合方式不同,可分为分离式和整体式两种。分别对分离式和整体式两种塑料排水板的物理性能、力学性能和水力学性能开展了一系列的试验,研究探讨了这两种排水板的性能差异。结果表明：整体式排水板与分离式排水板相比,具有整体抗拉强度高、延性好,在复杂条件下施工,滤膜与芯板不易剥离脱开、刚度大、抗侧向压曲能力强、通水能力强等特点。     

Consolidation analysis for soft soil with non-Darcian flow considering variable discharge capacity of prefabricated vertical drain

Ground improvement is a complex issue, and accurately predicting the consolidation and settlement of soft soil with prefabricated vertical drain (PVD) presents a significant challenge. Recent laboratory and field tests have highlighted the influence of the variable discharge capacity of PVD and the non-Darcian flow behavior of soft soil on consolidation. However, existing theories have not yet considered these two factors simultaneously. To address this gap, a numerical solution for consolidation analysis incorporating non-Darcian flow and variable discharge capacity of PVD was developed and applied in a test area. The results of this study demonstrate the significant impact of both non-Darcian flow and variable discharge capacity on the consolidation rate. A comprehensive comparison between the findings of this numerical solution, the degenerate solution, and monitored data reveals clear differences. Notably, the non-Darcian exponent (s) and discharge capacity parameters (A₃) were found to exert a greater influence on consolidation behavior compared to other factors. These findings provide valuable guidance for the design and implementation of following airport ground improvement strategies.     

混凝土浇筑施工对穿黄隧洞衬砌垫层渗透性影响试验研究

在南水北调穿黄隧洞衬砌混凝土浇筑施工中有可能对衬砌垫层渗透性造成影响的因素主要有压力、混凝土塌落度、浇筑时间、振捣方式等。通过模型模拟试验方法,对衬砌施工工况下上述各因素的影响进行研究。结果表明,法向压力可使垫层土工织物渗透性降低并趋近于某一特定值;混凝土塌落度、浇筑时间对渗透性有一定影响,但不同塌落度、浇筑时间影响差别不明显,而不同振捣方式可使土工织物渗透性降低1～2个数量级。为克服以上因素的影响,推荐三维结构的排水土工网作为穿黄隧洞衬砌垫层材料。