环境变化对黄河中游汾河径流情势的影响研究

20世纪70年代后我国许多河流的径流量呈下降的趋势.在这些趋势变化中,如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文研究的热点和难点.提出了区分人类活动和气候变化影响的分析思路以及定量计算方法.介绍了SIMHYD概念性降水径流模型,并应用黄河中游汾河流域"天然"时期的水文、气象资料率定了模型参数,通过水文模拟还原了人类活动影响期间的天然径流量,进而分析了汾河流域径流情势的变化原因.结果表明:SIMHYD降水径流模型对汾河流域天然月径流过程具有良好的模拟效果;就1970-1999年的平均状况而言,气候因素和人类活动对径流的影响量分别占径流减少总量的35.9%和4.1%,人类活动是汾河流域径流减少的主要因素.     

气候变化与人类活动对太湖西苕溪流域水文水资源影响甄别

采用累积距平曲线与Mann-Kendall法对太湖西苕溪流域降水、潜在蒸散发和径流序列进行趋势分析。结果表明,流域径流与潜在蒸散发在95%的置信水平下为下降趋势,而降水无显著变化趋势。为定量甄别气候变化与人类活动对流域水文过程的影响,探寻流域水文变化的主要驱动因素,采用敏感性系数法与改进前后的双累积曲线法分析了气候变化与人类活动对太湖西苕溪流域1972~2010年水文过程的影响。结果表明,气候变化与人类活动对流域径流变化影响的贡献分别为37%~42%和58%~63%,人类活动影响大于气候变化。     

气候变化和人类活动对滦河流域内蒙段河川径流的影响分析

河川径流不仅受气候因素的直接影响,受人类活动的影响也非常显著。滦河流域内蒙段地处我国干旱半干旱地区,水土流失严重,生态环境恶劣。经分析可知,近50年研究区径流呈明显下降趋势。本文运用SWAT模型研究分析了气候变化和人类活动对河川径流的影响,结果表明流域河川径流受人类活动影响要大于气候变化的影响,其中人类活动的间接影响要大于直接影响。同时验证了SWAT模型在干旱半干旱地区是适用的。     

变化环境下半干旱草原流域径流变化特征及其影响因子定量分析

地表水文过程在气候波动和人类活动的作用下发生了不可忽视的变化,这种变化对于内蒙古半干旱草原流域来说更为显著。采用改进的M-K趋势检验法、双累积曲线法、累积距平法和小波变换法对典型半干旱草原流域——锡林河流域1963～2015年径流序列的变化特征进行了剖析,并以社会经济指标量化流域内人类活动影响及细化降水特征因素,运用统计检验和主成分分析进行了变化环境下流域径流主要影响因素的定量分析。结果表明,锡林河流域径流量在水文年、季尺度呈现显著(p0.05)减少趋势;流域径流的突变年份为1998年,在其前后影响径流变化的主导因素发生变化,1998年以后径流受到人类活动和气候变化的双重影响;水文年和枯水季径流序列均存在6年、25年左右的周期,而丰水季径流不存在显著周期变化;尽管气候因素中的降水、蒸发、相对湿度及所有人类活动因素与径流显著相关而影响径流,但其中人类活动为径流变化的主导因素。     

气候变化下雅鲁藏布江拉孜以上流域径流过程模拟与预测

西部高寒河源区因冰川积雪冻土等特殊的地理环境,其径流过程的模拟与预测一直是水文学研究的难点和热点问题之一,全球气候变暖为这一地区的水文模拟提出了新的挑战。以雅鲁藏布江拉孜以上流域为研究区域,基于可考虑冰川积雪融水的SWAT分布式水文模型对拉孜站径流过程进行模拟,评估SWAT模型在高寒河源区的适用性。基于未来气候变化情景,统计分析了未来研究区降水、气温的变化趋势,预估了气候变化对区域径流过程的影响。结果表明:SWAT模型在拉孜以上流域径流过程模拟中具有较好的适用性,模型在率定期和验证期月尺度NS系数分别达到了0.78和0.84;未来研究区降水、气温均呈现出增加趋势,且随着排放情景的上升,气温、降水增加幅度有变大趋势;未来研究区不同时段径流量也呈现出不同的增加趋势,在2020～2049年的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,相较于基准期径流分别增加了约11.8%、14.0%、16.5%,为下游水资源可持续开发利用带来了更大的挑战。     

基于弹性系数法的径流对气候变化与人类活动响应研究

基于永定河流域内1957~2010年降雨、蒸发和径流数据,采用Mann-Kendall趋势检验法结合距平序列变化情况分析蒸发能力、降雨和径流的变化趋势;运用Mann-Kendall突变检验法、Hurst系数法分析流域径流序列的突变年及对应的突变程度;在此基础上以径流突变年为界划分基准期和变化期,采用弹性系数法定量分析气候变化和人类活动对径流的影响,并简要分析其原因。结果表明:流域蒸发能力呈现上升趋势,降雨和径流呈现递减趋势;径流序列突变点发生在1984年,突变程度属中度变异;永定河流域由气候变化引起的径流变化率为28%,而由于人类活动引起的径流变化率为72%,可见人类活动是影响永定河流域径流变化的主要驱动因素。     

基于通用计算的涪江中段径流模拟研究

为了提高传统径流汇流模拟的时效性,提出了一种基于通用计算的径流汇流模型。模型采用纳维-斯托克斯作为基础方程。首先,文章探讨了利用通用计算进行径流汇流模拟的实现方法并设计了模拟计算流程。然后,以涪江流域中段为研究区域,将流域内25个常规站和区域站的实况降水数据为数据源,分别利用本文径流汇流模型和FloodArea模型对流域进行径流模拟,并将两种模型模拟结果与水文站实测数据进行对比分析。结果发现,基于通用计算的径流汇流模型不仅在模拟效率上相对于FloodArea模型有很大程度的提高,而且模拟结果具有更小的水位变化误差,与水文站实测水文数据具有更好拟合效果。模拟时效性和结果准确性的同时提升表明本文的径流汇流模型对暴雨洪涝预警预报具有重要的意义。     

环境变化对澜沧江出境水文过程变异的影响

变化环境改变河流水文节律,影响流域水资源的开发利用;澜沧江-湄公河是位于东南亚源于中国西南的跨境河流,科学厘清澜沧江径流变化原因是实现澜沧江-湄公河流域跨境水利益共享的重要基础工作。基于1961—2020年允景洪水文站的实测径流量资料,采用数理统计与水文模拟相结合的研究途径,诊断径流序列的变异特征,定量分析气候变化和人类活动对径流及其年内分配的影响。结果表明：(1) 1961—2020年允景洪站实测年径流量呈显著性减少趋势,其中,1—5月径流量呈增加趋势,6—12月径流量呈减少趋势;实测年径流量在2008年发生突变。(2) RCCC-WBM模型能够较好地模拟基准期(1961—2008年)的天然径流量过程,模拟相对误差小于1%;模拟的人类活动影响期间(2009—2020年)天然径流量约为371.8 mm,较基准期偏少6.8%,这是气候变化引起的。(3)水利工程建设运行是澜沧江最主要的人类活动,是水库蓄水运行期(2009—2013年)径流减少的主要原因;气候变化对水库稳定正常运行期(2014—2020年)径流减少贡献更大,约为61.7%。(4)水库运行调度使得2014—2020年汛期(6—...     

气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流变化的影响研究

20个世纪60年代以来,鄱阳湖流域径流呈现出增加趋势,特别是1990年代流域径流增加显著,与该时期多次出现洪水灾害事件密切相关.运用Mann-Kendall检验法对1961—2000年流域径流序列进行突变分析,结果显示1992年附近是流域径流突变发生的拐点.基于径流对降雨和潜在蒸散发的敏感关系,以1961—1991年为基准期,定量分析了1992—2000年流域气候变化和人类活动对天然径流的影响分量.结果表明:相对于1961—1991年,1992—2000年多年平均径流量增加211.7mm,其中气候变化引起的增量为282.2mm,人类活动引起径流减小70.6mm,分别占多年平均径流变化量的133%和-33%.不同子流域间,气候变化和人类活动对径流的影响分量相差较大.气候变化因子中,流域降水量的增加,特别是夏季暴雨频率的增加,是引起1990年代鄱阳湖流域径流显著增大的主要原因,其次是蒸发量的长期下降.人类活动对鄱阳湖流域径流起着减流的作用,主要是由于流域内工农业的快速发展,大量水利工程设施的存在提高了水资源的利用程度;另一方面,1990年代流域水土流失状况的有效缓解,有助于增加流域的贮水能力,减小径流.     

人类活动和气候变化对白龙江径流的影响研究

通过加法模型和乘法模型,并以降水量作为气候变化的主要因素、水电开发作为人类活动的主要因素,定量分析气候变化和人类活动对白龙江径流的影响及贡献大小。结果表明:1960-1970年代以气候变化影响为主导因素,比重占70%;1980-2000年代以人类活动影响为主导因素,比重占约55%;2010年以来气候变化和人类活动对径流影响程度相当,以气候变化影响为主导因素,比重占51%,研究结论可为白龙江引水工程实施、河流健康修复、流域水土流失治理等提供科学参考。     

河型转化机理及其数值模拟——Ⅰ.模型建立

为研究河型转化过程机理,建立了考虑弯道二次流影响与边岸崩塌过程的平面二维河流数学模型,包括水流模型、泥沙模型和边岸崩塌模型。通过在水流动量守恒方程中增加弥散应力项以考虑弯道二次流的影响,并采用室内水槽实验结果对水流模型进行了验证;利用上荆江沙市至石首天然长河段的水沙过程和河道演变资料,对泥沙模型进行了验证;结果表明本模型数值计算量合适,有较好的适应范围。模型中提出了边岸崩塌过程的模拟技术,相对于传统平面二维水沙模型而言,可以更好地模拟天然河道的横向摆动以及洲滩消长过程。     

2D numerical modelling of meandering channel formation

A 2D depth-averaged model for hydrodynamic sediment transport and river morphological adjustment was established. The sediment transport submodel takes into account the influence of non-uniform sediment with bed surface armoring and considers the impact of secondary flow in the direction of bed-load transport and transverse slope of the river bed. The bank erosion submodel incorporates a simple simulation method for updating bank geometry during either degradational or aggradational bed evolution. Comparison of the results obtained by the extended model with experimental and field data, and numerical predictions validate that the proposed model can simulate grain sorting in river bends and duplicate the characteristics of meandering river and its development. The results illustrate that by using its control factors, the improved numerical model can be applied to simulate channel evolution under different scenarios and improve understanding of patterning processes.     

漫溃堤洪水联算全二维水动力模型及应用

为应对河道洪峰流量增大和漫溃堤长历时相伴发生的洪灾现象,借鉴全二维气相色谱理论提出全二维水动力模型概念,建立了模拟河道和灌区洪水演进的漫溃堤洪水联算全二维水动力模型,并采用Roe格式的近似Riemann解对界面通量进行数值求解。模型内通过漫溃堤堰流公式成功实现河道与灌区的耦联,考虑溃口展宽变化,加密处理河道网格,采用热启动与干湿水深理论对模型进行优化,并利用加大糙率法对村庄较为密集的地形进行优化处理,尽可能反应地面真实情况。将该模型应用于黄河宁蒙段河道与左右岸灌区的漫溃堤洪水演进模拟,计算结果合理可靠,流场分布均匀光滑,初步验证了模型的精度及可靠性,研究成果对河道溃决洪水的精细仿真模拟和该地区洪水风险分析决策具有重要意义。     

葛洲坝下游宜昌-杨家脑河段平面二维水沙数学模型

采用有限体积法,基于曲线网格,建立了葛洲坝枢纽下游宜昌-杨家脑河段平面二维水沙数学模型。利用三峡工程蓄水前后2002-2004年河段实测水沙资料对数学模型进行了验证,预测了三峡工程运用2005-2014年本河段河床冲淤变化趋势,分析了河道冲刷后宜昌站枯水位、芦家河浅滩枯水比降等可能的变化趋势,模型成果可为河段治理对策及措施提供科学依据。     

河冰数值模拟中不规则边界处理技术探讨

数值模拟是河冰问题研究的重要手段之一, 但受限于天然河道的复杂地形条件, 研究工作开展中往往面临不规则边界的处理问题.基于河冰数值模拟工作现状, 总结和阐述了贴体网格技术对其的应用.针对二维数值模拟提出了采用滑动边界法和势流理论式相结合的方法来进一步提高边界处网格的正交性; 三维网格生成则宜采用σ竖向坐标变换法; 河冰模拟中水面位置确定通常采用标高函数法; 对于非稳态河冰数值模拟, 动边界处理技术可考虑改进并应用干湿法.     

Assessing hydro-morphological changes in Mediterranean stream using curvilinear grid modeling approach - climate change impacts

The objective of this work was the estimation of time-space hydraulic (water depth, flow velocity) and morphological (sediment transport and bank erosion) characteristics in the downstream part of a Mediterranean stream under current and future climatic conditions. The two-dimensional hydraulic model MIKE 21C was used, which has been developed specifically to simulate 2D flow and morphological changes in rivers. The model is based on an orthogonal curvilinear grid and comprises two parts: (a) the hydrodynamic part and (b) the morphological changes part. The curvilinear grid and the bathymetry file were generated using a very high-resolution DEM (1 m × 1 m). Time series discharge data from a hydrometric station introduced in the hydrodynamic part of the model. Regarding the morphological part of the model, field measurements of suspended sediment concentration and of bank erosion were used. The model was calibrated and verified using field data that were collected during high and low flow discharges. Model simulation was in good agreement with field observations as indicated by a variety of statistical measures. Next, for predicting the riverbank change, future meteorological data and river flow data for the next 10 years (2017–2027) were employed. These data series were created according to a lower and a higher emission climate change scenario. Based on the results, an increase in rainfall intensity may cause significant changes in river banks after 10 years (more than 5 m of soil loss in river meanders). Using the obtained simulation results, extreme hydrological events such as floods transporting large sediment loads and changes in river morphology can be monitored. The proposed methodology was applied to the downstream part of the Koiliaris River Basin in Crete, Greece.     

巨厚非均质潜水含水层抽水试验及参数计算

渗透系数决定了深基坑工程涌水量的估算及止水帷幕的型式,影响工程安全及造价,对富水地区深基坑工程建设具有重大的意义。对于非均质含水层组,现有的解析公式中,很难找到合适的方法计算水文地质参数,特别是垂直方向的渗透系数。通过在现场施作临时止水帷幕,利用帷幕的绕流阻水作用进行抽水试验,模拟基坑开挖过程中的降水问题,再建立水文地质概念模型和地下水流数学模型,并利用三维有限差分数值模拟软件反演出各层渗透系数,最后通过验证性抽水资料对模型进行了验证,为福州一临江巨厚砂卵石地层地铁车站的围护结构设计中地下水控制提供了设计参数。该试验和数值模拟结果可为类似工程参考。     

基于DEM的等流时单元法在大流域分布式水文模型中的应用

等流时单元法是一种具有物理基础同时又非常简便的分布式流域汇流模型。若能应用于大流域,会显著提高大流域分布式水文模型的计算能力,可以扩展其在大流域分布式水文模型中的应用,降低其限制性。采用基于DEM的等流时单元法进行坡面汇流计算,即坡面汇流经河流两侧并入河道,河道汇流使用扩散波方程（USGS的河道汇流程序包SFR1）,将其推广到大流域分布式水文模型的应用之中。该方法与二维坡面汇流的扩散波数值方程相比较,能够节省计算时间。在伊通河中下游较大流域上试用结果表明,农安站计算与实测流量的最大相对拟合误差为13%,模型月流量Nash-Sutcliffe效率系数为0.9。等流时单元法用于大流域分布式水文模型的坡面汇流是可行的。     

组合式流量在线监测系统在变动回水断面的应用

为解决低流速、受变动回水影响等较复杂监测环境下的流量在线监测问题,依据声学多普勒频移及雷达波测速的方法原理,结合新运粮河入滇池口监测断面复杂的水文监测条件实际,采用非接触式雷达波传感器与接触式水平ADCP传感器组合成一套完整的在线流量监测系统,实现河流水表面流速和水下指标流速的同步实时数据采集,再将同步采集的水表面流速和水下指标流速同时输入模型模拟监测断面流场、流速分布,再计算实时流量后,通过GPRS信道传送到中心站服务器,对数据进行分析处理、存储、转录、发布,实现WEB、手机APP远程实时流量、工作状态等查询功能。经近一年的运行,系统正常稳定。     

长江中游洞庭湖防洪系统水流模拟——Ⅰ．建模思路和基本算法

针对长江中游洞庭湖防洪系统规模庞大、水流复杂、资料短缺和预报时限紧迫的实际条件,提出了具有层次和模块结构特点、一维与二维水流模拟、水力学与水文学方法、理论模型与补充信息相结合的建模途径.所建模型的湖泊部分采用无结构网格二维非恒定流高性能有限体积格式,以适应湖区复杂的边界形状和保持水量平衡;河网部分采用一维非恒定流守恒型显格式,避免隐格式矩阵算法的复杂性,同时有利于与二维模型的耦合及与各种复杂连通关系的显式连接.这种一、二维混合非恒定流模型可用于长江干流、洞庭湖河网及湖泊、堤垸区的洪水演进和防洪调度的水流仿真.