辽宁中部平原区“三水”转化水文模型

基于饱和产流理论，针对辽宁中部平原“三水”转化规律，在实验研究资料分析基础上，建立了“三水”转化水文模型，模型将包气带土壤计算层分为上，下两层进行双层和损计算，对土壤张力水，应用指数型张力蓄水容量曲线计算总产水量，对土壤重力水，应用抛物线型重力水容量分布曲线进行地下水库调节，计算出地表径流量和地下径流量。     

城市地区产汇流模型研究

城市化后与天然流域产流条件的主要差别是其透水面积比例不断减小，而 透水和半透水面积比例相应增大。根据这个特点本文在城市透水面积上引用“吉林省小流域和坡面设计洪水研究成果”中的产流模型；在不透水和半透水面上引用了国内在的试验成果进行上损计算。并综合为城市产流模型，它能较客观地反映不同下垫面的产流机制。根据长春市实验流域实测资料用本产流模型和现行汇流计算方法进行拟合，取得较为满意的结果。     

基于对数指数型蓄水容量曲线改进新安江模型

原新安江模型利用一个经验函数即抛物线来考虑下垫面张力水蓄水容量空间分布不均,其数学和物理基础不明确.基于地形指数和土地利用覆被类型与包气带厚度的相关关系可以推求出张力水蓄水容量曲线,与传统概化出的曲线不同,为更好地描述流域张力水蓄水容量空间分布,在此提出用一种新的函数——对数指数函数来代替新安江模型中的抛物线以改进新安...     

萨克模型在宋庄的应用

1980年以来,我们曾将美国萨克拉门托流域模型(以下简称萨克模型)应用于我国汉江唐白河宋庄流域。通过计算分析和对比,加深了对萨克模型的认识,特提出一些不成熟的看法,写成此文,借以抛砖引玉。一、宋庄流域概况汉江支流唐白河宋庄流域位于河南省唐河县境内,集水面积为43.94平方公里,河长约19.3公里,下游坡度为1.74‰,流域内山区、丘陵及平原分别占45.0％、45.3％及9.7％。     

基于SoilGrids的栅格新安江模型参数空间分布估算

为实现中小流域降雨径流过程精细化模拟, 合理估算水文模型参数的空间分布具有重要意义。基于新版全球数字土壤制图系统(SoilGrids)构建栅格新安江模型(GXM)参数化方案, 对陕西省陈河流域2003—2012年16场洪水进行模拟, 与新安江模型计算结果进行对比, 开展基于洪水过程划分的自由水蓄水容量敏感性及空间分布特征量化分析。结果表明: GXM模拟的峰现时间误差水平降低约0.31 h, 洪峰和洪量模拟精度较高, 模型能够对土壤水饱和度等水文要素的动态空间分布进行较合理的模拟; 自由水蓄水容量参数对洪峰和涨洪过程的确定性系数以及涨洪段的洪量相对误差影响较大, 对退水过程影响小; 自由水蓄水容量在陈河流域河谷和山脊附近较大, 坡段中部较小。     

基于分层假设的Green-Ampt模型改进

传统Green-Ampt入渗模型由于假设过于简化而限制了计算精度,针对这一问题,在分层假设的基础上对模型进行了改进:将均质入渗土壤分为饱和层、过渡层和干土层,采用Richards模型分析了不同入渗条件下各层的厚度以及各层内含水率和导水率的变化规律,结果表明,入渗条件一定时,过渡层占湿润层(包括饱和层和过渡层)比例会随湿润层厚度的增加线性减小,积水深度和土壤初始含水率分别会影响这一线性关系的纵轴截距和斜率,而土壤饱和导水率则对其没有明显影响;过渡层内土壤含水率分布为椭圆形曲线,而导水率随深度增加线性减小。在此基础上,通过引入湿润层的等效导水率并相应给出锋面吸力的计算方法,对传统Green-Ampt模型进行了改进。结果显示,改进后模型计算精度显著提高。     

城市水文单元雨洪监测与模拟研究——以清华大学校园为例

城市内涝问题进一步突显了城市水文循环研究的重要性。基于地表建筑、地下管道、雨水工程等资料,基于SWMM建立了清华大学校园雨洪模拟模型,根据2015年5月10日和2012年7月21日两场降雨事件的实测资料,进行了清华大学校园水文过程精细模拟,用道路积水深度率定验证模型。模拟结果表明:(1)集水区下垫面透水性强弱不同时,产流过程仍十分相似,最大洪峰发生时间相同;(2)绿化带削减洪量的作用显著,不透水面积越大的地方越容易发生街道积水;(3)道路水深对降雨强度响应敏感,低强度降雨事件中,道路积水表现出0.5~1h的滞后。     

高压引水隧洞衬砌的透水设计研究

国内大都采用荷载结构法及限裂设计的方法对水工高压隧洞的衬砌进行不透水设计。而实践证明,不透水设计并不适合于高压引水隧洞,它将导致过高的配筋量。目前,国内水工高压隧洞结构透水设计尚无适用的规范可循,因此,有必要寻求一种合理、安全的透水设计方法。针对水工高压隧洞,基于体力理论,提出一种对衬砌结构进行透水设计的有限元计算方法,并将其应用于某水电站工程。该方法可模拟隧洞的施工过程和运营检修工况,考虑渗流场和应力场的直接耦合作用,根据内力值计算衬砌裂缝的开展宽度以及相应的配筋量等。通过对比分析,说明在衬砌透水设计中隧洞满水状态为对其进行配筋的控制工况,且结果更符合工程实际,并能大大节省配筋量。     

三峡工程地下电站主厂房围岩渗透性研究

利用压水试验资料分析了主厂房区岩体在水平方向和垂直方向的渗透性。在水平方向,主厂房区岩体的渗透性以微透水-弱透水为主,部分甚至不透水,个别岩体中等透水,厂房位于比周边岩体渗透性弱的区域上。在垂直方向,主厂房区大部分岩体的渗透性随深度的增加而递减,但也有小部分岩体的渗透性变化不明显,并非随深度的增加而递减。导致这种现象的原因是这部分岩体中高倾角的裂隙和断层比较发育。在同一高程上,断层端点对岩体透水率有较大的影响,断层端部发育聚集的地方,岩体的透水率大。     

内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（Ⅰ）：模型原理

在全球变暖的背景下，我国多数大江大河源区存在冰川退缩、雪线上升以及多年冻土和季节冻土明显退化等现象，并由此造成河源区产流量减少以及生态环境恶化等诸多问题，这在内陆河山区流域体现的较为明显，但目前分布式水文模型中很少涉及冻土水热耦合问题。文章以黑河干流山区流域为例，构建了一个内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（DWHC）。模型基于土壤水热连续性方程将流域产流、入渗和蒸散发过程融合起来，在植被截留、入渗、产流和蒸散发计算方面也有所改进和创新，部分模块具有多个可选择方案。模型设计了与中尺度大气模式MM5的嵌套接口，也可以用地面气象资料驱动。模型在1 km×1 km网格基础上，以日为时间步长，将流域土壤分为18类，土壤剖面分为3～5层不等，流域植被概化为9类。模型只需要土壤初始含水量、初始地温和常规气象资料，以及土壤和植被物理参数，就能够连续演算各层土壤的温度、液态含水量、固态含水量、感热传导、潜热变化、水势梯度、导水率以及水分入渗和毛细上升量等水文循环要素。主要介绍了模型的基本原理和构建思路，有关模型的地面资料驱动结果和与MM5嵌套结果部分，参见后续文章(Ⅱ)、(Ⅲ)。     

双重孔隙介质中P1波在自由边界上的反射

对双重孔隙介质波动中的体波及P1波在半空间自由透水和不透水边界上的反射问题进行了详细的理论求解。通过数值计算,对双重孔隙介质中4种体波的弥散和衰减特性,以及不同边界上反射波振幅反射系数随P1波入射角和频率的变化进行了分析。结果表明：（1）P1、P2、P3和S波均具有弥散和衰减特性,P1波传播最快而衰减最慢,P3波传播最慢而衰减最快;（2）随着入射角的增大,反射P2、P3和S波的振幅反射系数均先增大后减小,反射P1波则先减小后增大,且边界透水条件对反射P2和P3波的振幅反射系数影响显著,对P1和S波的影响较小,但透水和不透水边界下振幅反射系数随入射角的变化趋势一致;（3）反射P2、P3波的振幅反射系数均随频率的增大而增大,且不透水边界下反射P2波的振幅反射系数大于透水边界下的反射系数,而反射P3波则相反;（4）随着频率增大,透水边界下反射P1波的振幅反射系数先增大后减小,不透水边界下先减小后增大再减小,反射S波的振幅反射系数随频率变化情况则与P1波相反。     

设计暴雨雨型对城市内涝影响数值模拟

为分析设计暴雨雨型对城市内涝的影响,应用耦合了水文和水动力过程的数值模型,以陕西省西咸新区为研究区域,对不同重现期及峰值比例设计暴雨条件下的内涝过程进行模拟,并对内涝积水总量、不同积水深度内涝面积等量值进行对比分析。结果表明:设计暴雨重现期短于20年时,峰值比例较小的设计暴雨内涝积水总量较大,而重现期长于20年时,规律相反;除2年一遇设计暴雨外,峰值比例较大的设计暴雨致涝总面积较大,但其中影响严重的Ⅳ级致涝面积较小;设计暴雨峰值比例越小,重现期越长,积水总量峰值时刻相对于暴雨峰值时刻的迟滞时间越长。揭示了暴雨雨型与内涝积水程度的量化规律,对更合理地开展城市雨洪管理工作具有指导意义。     

区域综合蒸散发量计算方法研究

在充分消化吸收前人成果的基础上,通过对研究区不同下垫面条件、作物种植情况及供水条件进行全面调查,将研究区划分为城区、山区、平原区3种类型区,并对每种类型区分别按水体、透水区、不透水区计算其蒸散发量,然后合并求得各类型区总蒸散发量,建立了以城区、山区、平原区蒸散发量计算为子模型的区域综合蒸散发量计算模型。     

深部弱透水层固结变形模型建议

地面沉降模型是地面沉降研究的重要内容,由于弱透水层的变形量占地层全部变形量的比重较大,因此对弱透水层固结模型的研究是地面沉降模型研究中的重要部分。笔者通过对深部弱透水层中粘性土孔隙水类型进行分析,得出深度弱透水层中孔隙水类型并对该类型孔隙水变形特性进行了研究,总结出深部弱透水层固结机理。在机理分析的基础上,提出采用非达西流计算模式对深部弱透水层计算模型进行了修正,并提出了深部弱透水层固结计算模型建议：孔隙水类型主要为扩散层内结合水时,可以采用利用非达西流修正的太沙基固结方程对深部弱透水层变形进行计算,可以参考给出的采用非达西定律修正过的一维固结方程 孔隙水类型主要为吸附结合水时,可以利用弹性本构关系模型对深部弱透水层进行变形计算。     

四水源新安江流域模型及参数地理规律的探讨

一、模型结构新安江流域模型是一个分散性的概念模型,由华东水利学院水文系赵人俊教授等在六十年代首创,并应用在预报中。近年来又吸取了萨克拉门托模型和水箱模型的长处,将两水源的新安江流域模型改进为三水源流域模型(以下简称新(三)模型)详见参考文献[2]。应用新(三)模型模拟地下水丰富地区的日流量过程精度不够理想,月径流合格率     

利用分段压水试验成果对煤层顶部隔水层稳定性进行评价

内蒙古XX煤矿在开采3-1煤层时,因冒裂带发育较大,可能会导通第四系含水层。通过对以往钻探和测井资料分析发现,3-1煤层冒裂带顶部存在一较连续稳定的隔水层段。利用压水试验原理,在矿井的两个水文钻孔中对该隔水层段进行了分段压水试验。试验结果表明:在常规压力下,S5-2和S10-1孔测试段岩体均为微-弱透水岩体,在高压下,S5-2三个测试段,均位于泥岩-砂质泥岩段,总体上测试结果为弱透水岩体,S10-1共进行了5个位置的压水试验,其中三个表现为弱透水层,距细砂岩层较近的第三、第四测段,则表现为弱-中透水岩体。室内岩心测试结果与压水试验所得结论基本一致。该研究为煤矿防治水工作提供了科学依据,对查明矿区开采技术条件具有重要的意义。     

潍坊市北部漏斗区的含水层调蓄库容研究

近年来,由于过量开采地下水,潍坊市北部地区形成了大范围的地下水降落漏斗,而漏斗区产生了连续的储水空间。本研究收集了潍坊市北部水文地质条件资料,分析了研究区地质构造,并划分了水文地质单元。同时,选取研究区有代表性的钻孔,绘制了水文地质剖面图,刻画地下含水层的空间分布状态。然后根据土壤粒级将地下空间划分为透水层、弱透水层和不透水层。其中,透水层再细分为潜水含水层、微承压水含水层和承压水含水层。最后,利用松散岩型地下水调蓄公式计算研究区调蓄库容。本研究还利用GMS空间建模,绘制了地下水库三维实体模型。研究结果表明,潍坊调蓄区段内地下水补给源条件及调蓄条件良好,具有很好的储蓄水能力。研究区的调蓄库容为11.81亿m3,可开采量为9.44亿m3。这些研究结果为潍坊市利用地下空间储存水资源提供了数据支持。     

水库设计的三维可视化研究

为了提高水库设计的自动化水平,实现模型的三维可视化,本文研究了三维地形的建模方法及其在水库设计中的应用。采用了地性特征点和地性线参与三维建模的方法,提高了数字高程模型DEM的地形逼真度。在此基础上通过一种综合了水平线和覆盖消隐算法的合成消隐算法实现了彻底的消隐以及图像的快速生成。通过三维水库模型,不仅可以得到水库的容量、库水的淹没边界和淹没面积,而且还可以生成地形剖面图。如果地形剖面图与地质图、水文图、构造图等进行叠加,可以形成综合剖面图。文章最后采用三维可视化方法模拟了某水库的部分设计工作,结果表明,通过水库的三维地形模型可以简单直观的完成坝址的选择、水库容量以及蓄水的水位线的确定等方面的工作。     

溶蚀丘陵型岩溶流域概念性水文模型及其应用

为弥补传统概念性水文模型在岩溶水文模拟上的缺陷,基于三水源新安江模型,采用多个线性水库表达岩溶地下系统的异质性,同时引入流域虚拟面积系数修正岩溶流域的非闭合性。将改进的概念性水文模型应用于湘中南典型溶蚀丘陵型岩溶流域,并在此基础上探讨岩溶流域非闭合性的动态变化。研究结果表明:①改进模型的日径流模拟精度提高11.21%,水量平衡误差及低水误差分别降低23.29%、27.64%;②岩溶地下汇流系统的多向性导致流域非闭合状态具有双重性;③地下汇流面积与时段降雨量呈正相关,然而受地下饱和程度的制约,地下汇流面积的变化率随时段降雨量的增大而减小;④由于岩溶地貌的蓄水滞水作用,地下流域受外侧补给的过程存在滞后性。模型的改进与拓展研究可为岩溶水文模拟提供新思路。     

二维饱和土体动态孔隙率及相关动力响应特性研究

饱和多孔介质的动力响应研究在众多工程领域具有重要意义。充分考虑孔隙率的变化规律与影响因素,有利于合理揭示饱和多孔介质的相关力学行为。为此,将动态孔隙率模型与用于表征饱和多孔介质动力特性的u-U-p型方程结合,构建相应的非线性力学模型,利用Comsol Multiphysis PDE求取相应的数值解,以此研究不同透水条件下,受谐波载荷激励的二维饱和土体的孔隙率、变形量及孔隙水压力的变化规律。结果表明：孔隙率的变化与土骨架的体应变及孔隙水压力直接相关,土体压缩过程中,孔隙率相应减小,土骨架与孔隙流体的相互作用增强,土体运动时所受阻力增大,其无量纲竖向位移小于孔隙率被视为常数时的情况,在此条件下,由于土体的变形量减小,其孔隙水压力也相对减小。故充分考虑动态孔隙率,有利于更加精确地研究等饱土体和多孔介质的相关力学行为。此外,土体上表面透水条件下,孔隙流体可以从土体表面自由排出,土骨架承受的载荷更大,与不透水条件相比,土体孔隙率、竖向位移、孔隙水压力等变化更为显著。