地表糙度与水力糙率系数的关系

通过室内人工模拟降雨实验，初步探讨了地表糙度与水力糙率系数间的关系，得出了两者表征阻力特征相一致的阈值为0．979，并回归得到小于该值求算地表糙度的计算模型Y=2．4234e^0.3005ln(x），R=0．769，其中Y为地表糙度；X为曼宁糙率系数。     

降雨作用下红土型坡面径流特性与土壤侵蚀的关系研究

针对云南红土型坡面和一定的雨强、坡度,运用人工模拟降雨水槽模型试验、土工试验及相关理论分析相结合的研究方法,揭示降雨作用下云南红土型坡面径流的水动力学特性及红土干密度、坡面侵蚀模数与坡面径流剪切力之间的关系。结果表明:(1)坡面径流平均流速随坡面径流历时呈先逐渐增大后趋于稳定的变化趋势,且坡面径流的平均流速随红土干密度的增大而显著增加。坡面径流平均流速与单宽流量呈幂函数关系(R~2=0.996)。(2)坡面径流平均水深随径流历时也呈先上升而后趋于稳定的变化过程,且干密度越大,平均径流水深也越大,平均径流水深与单宽流量也呈幂函数关系(R~2=0.996)。(3)在试验条件下,坡面径流流态属层流急流流态。(4)在试验条件和干密度一定的条件下,坡面侵蚀模数随径流剪切力的增大而增大,二者之间呈线性关系,当干密度为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4 g/cm~3时,R~2最小为0.816,最大为0.945;坡面红土的临界剪切力分别为0.482,0.510,0.556,0.586,0.656 Pa。坡面径流特性受多种因素的联合作用,坡面侵蚀模数及红土临界剪切力与坡面径流特性和土壤自身特性密切相关。     

坡面含沙水流水动力学特性研究进展

坡面流是坡面侵蚀的主要动力之一,具有独特的水动力学特性。本文对坡面含沙水流的流态、阻力系数、流速的测量与计算、径流能量以及含沙量对以上参数的影响进行了系统深入的论述。表征坡面流流态的参数有雷诺数与弗汝德数,雷诺数研究的分歧点一般存在于对其“层流”的界定上,降雨扰动是造成其流态特殊性的主要原因,一般认为裸土上的清水坡面流弗汝德数大于1,较少的研究含沙水流流态的资料表明,目前对含沙水流雷诺数的观点不一,但多数学者认为含沙水流属于缓流范畴;不同坡面试验所获得的阻力系数值不同,影响阻力系数的因素有雷诺数、水深、弗汝德数、含沙量等,在含沙水流中,阻力系数与雷诺数、水深的关系复杂,与弗汝德数呈负相关,随含沙量的增加而增大;测量坡面流流速的方法很多,各自存在优缺点,精密仪器暂不适合量测含沙水流,用染色剂法测量坡面含沙水流的流速具有一定的可行性,常采用坡度、流量的幂函数计算坡面流流速,一般认为流速与含沙量呈反比;能量是坡面流水动力学特性的综合体现,一般认为随着含沙量的增加,坡面流能量消耗呈增加趋势。在此基础上提出了目前研究中存在的不足之处,为分析坡面侵蚀机理、完善坡面侵蚀模型提供理论依据。     

黑土区土壤侵蚀的REE示踪法研究

应用定位小区段面法实验和稀土元素示踪剂检测,选择吉林省长春市净月开发区和永吉县的两块黑土实验小区进行土壤侵蚀过程研究,探讨了稳定性稀土元素示踪法应用于黑土区土壤侵蚀、沉积、分布和发生过程研究的可能性,并计算出坡面不同部位的侵蚀量与相对侵蚀量,较好地描述降雨对坡面的侵蚀过程。实验表明,坡面的土壤侵蚀率随降雨时间而加大;7°~12°坡面的最大土壤侵蚀量出现在坡面中部和下部(为Nd、Sm和Eu所标记的坡段)。降雨时间和地形坡度大小影响土壤颗粒运动的速度和方向,是土壤侵蚀发生的主要因素。     

坡面地表下的风场的风洞实验与数值模拟

 针对传统近地层风沙流的理论与数值模拟研究以及风洞实验大多是基于理想条件（平坦床面、定常风速）,而实际风沙运动通常发生在复杂环境下（如复杂地形、湍流结构风场等）,沙漠最基本的地貌形态如沙丘、沙波纹等迎风面坡度对颗粒起动和输沙率影响很大。基于此,应用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）对坡面近地表风场进行测量,得到迎风坡及背风坡的风场特性,并且采用SIMPLE算法对坡面风场进行了数值模拟。通过对数值模拟及风洞实验结果进行对比分析后,发现数值模型不仅能够有效地模拟风洞实验中坡面地表的风场特性,而且能够较为直观全面的展现迎风坡面、特别是背风坡面的风场结构特性。     

河道糙率系数变化对全新世古洪水流量计算的影响研究

洪水流量计算中河道糙率是一个重要的灵敏度参数。以汉江上游郧县尚家河台地前沿记录的四期古洪水流量计算为例,研究河道糙率系数在比降-面积法和HEC-RAS模型中对古洪水流量计算结果的影响。结果表明：其他水文参数一定时,河道糙率系数以±15%变幅,比降-面积法重建的古洪水流量变幅在-13.04%～17.65%,HEC-RAS模型计算的流量变幅在-4.32%～4.57%;若河道糙率系数以±25%变幅,比降-面积法和HEC-RAS模型计算的流量变幅分别为-20%～33.33%和-7.79%～9.18%,说明采用HEC-RAS模型重建古洪水流量,可减少河道糙率系数对计算结果的影响,使古洪水流量计算结果更为可靠。此外,假定其他参数不变,主河槽和左、右岸糙率系数依次变幅±25%,主河槽糙率系数变化对流量计算结果影响最大,说明洪水流量计算时应准确选取主河槽的糙率系数。该结果对水利工程建设具有重要的现实意义。     

库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面风沙流结构变异

对库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面气流和输沙率的野外观测和分析结果表明,沙丘表面约90%的风沙输移集中在距沙面0.10 m高度范围内,输沙率随高度递减的形式在沙丘各部位因风速、下垫面状况和坡面形态不同而发生变异。沙丘迎风坡坡脚因出露坚硬、含砾石地表,颗粒跃移高度大,风沙流上层相对输沙率大;迎风坡沙粒沿坡向上运动,颗粒跃移高度减小,风沙流中近地表相对输沙率大;沙丘背风坡沙粒沿坡向下运动,加之来自丘顶变型跃移物质的影响,风沙流上层相对输沙率较大;脊线受迎风坡各个断面地形差异的影响,各观测点间风沙流结构差异显著。风沙流结构在迎风坡和丘顶均遵循指数递减规律(Q=aexp(-z/b)),其中,指数函数拟合中系数a与输沙率具有良好的幂函数关系,随风速增加而增加,但二者关系较弱;b与二者无相关性。背风坡风沙流结构具有明显的分段现象,以0.10 m高度为界,下层符合指数函数,上层符合幂函数。     

闽江下游河道污染物变化过程的动态模拟

根据非恒定流运动的圣维南方程组,以及污染物浓度变化的一维带源项对流扩散方程,建立了闽江下游河道一维动态水动力水质模型,率定了糙率、纵向离散系数和污染物降解系数,验证了模型的合理性.计算结果表明,模型下边界定在梅花断面,为研究包括福州段在内的马尾(白岩潭)以上河段的水环境问题提供了适当的条件;河道来水污染负荷总量、流量和浓度条件对南、北港水质影响显著.     

闽江下游河道污染物变化过程的动态模拟

根据非恒定流运动的圣维南方程组,以及污染物浓度变化的一维带源项对流扩散方程,建立了闽江下游河道一维动态水动力水质模型,率定了糙率、纵向离散系数和污染物降解系数,验证了模型的合理性.计算结果表明,模型下边界定在梅花断面,为研究包括福州段在内的马尾(白岩潭)以上河段的水环境问题提供了适当的条件;河道来水污染负荷总量、流量和浓度条件对南、北港水质影响显著.     

基于遥感和机器学习的内陆水体水深反演技术

文章主要根据机器学习算法（随机森林算法和极端梯度提升算法）和遥感水深反演的原理,利用Sentinel_2多光谱卫星数据和无人船实测水深数据,对内陆水体——梅州水库建立了随机森林（RF）、极端梯度提升（XGBoost）和支持向量机（SVM）水深反演模型,并对反演结果进行对比分析。结果表明：1）RF的训练精度为97%,测试精度为0.80;XGBoost模型的训练精度为97%,测试精度为0.79;SVM的训练精度为90%,测试精度为0.78。说明了在水深预测方面RF模型和XGBoost模型比SVM模型表现更好,对各个区段的水深值较为敏感。2）根据运行时间考察各个模型的效率,其中RF模型从读取数据至输出结果耗时3.92 s;XGBoost模型4.26 s;SVM模型6.66 s。因此,在反演精度和效率上RF模型优于XGBoost模型优于SVM模型,且RF模型的预测结果图细节更加丰富,轮廓更加分明;XGBoost模型次之,但总体效果也较好;SVM模型表现最差。由此可知,机器学习水深反演模型获得的水深结果精度明显提高,解决了传统水深反演模型精度不高的问题。     

基于栅格的分布式降雨径流模拟系统及应用

研制了一套基于栅格的分布式降雨径流模拟系统,利用流域地形、土壤、土地利用等空间数据和水文气象数据,可以进行流域特征提取、空间数据内插、降雨径流模拟及计算结果的三维动态显示和统计。通过在黄土岭流域的应用,说明该系统具有较好的模拟降雨径流过程的能力,而且使用方便。     

坡面侵蚀过程中细沟水流动力学参数估算探讨

细沟侵蚀是坡面侵蚀的主要方式 ,在坡面侵蚀产沙及其输移过程中占有重要的地位和作用。通过放水冲刷试验 ,测定并研究了坡面细沟中径流的水力要素特征及其相互关系。试验中坡度采用 6° ,10°,12°和 15°共 4级 ,径流流量变化控制在 40～ 5 0 0ml/s之间。结果表明 ,黄土陡坡上细沟径流的流速、过水断面宽度 ,以及径流深都能表示成径流量和坡度的函数。在确定坡面细沟流各水力要素间关系指数的基础上 ,探讨了用径流量和坡度因子估算细沟径流水力参数的方法。经用实测资料验证 ,在实验土壤及流量、坡度条件下 ,用文中提出的方法估算的细沟径流深具有一定的精度。     

Estimating extreme flood magnitude in bedrock-influenced channels using representative reach-based channel resistance data

Extreme flood events are considered by many researchers to be very important in controlling the development of semi‐arid bedrock‐influenced river systems. Accurate gauging of such events is often impossible, however, as gauges are drowned and often damaged during the event. A methodology for estimating flood discharge for bedrock‐influenced channels is presented that reconstructs hydrometric characteristics of the peak flow and relates these to the roughness character of the river channel in question. The method is evaluated using peak water‐surface slope data relating to the extreme floods of February 2000 along the Sabie and Letaba rivers, located respectively in the Mpumalanga and Northern Provinces, South Africa. The data, in the form of strandline measurements, were taken at hydraulically relevant points along the long profile of both rivers. The resultant data are utilised together with published high flow channel resistance figures, based on the channel morphology of the Sabie and Letaba rivers, to generate peak flow estimates for a number of locations along both rivers. Comparisons are made between the frictional discharge peak flow estimates, velocity‐area and hydrologic estimates of peak flow. These comparisons indicate that the method can produce discharge estimates with an accuracy of ±10% and ± 35% respectively.     

Changes in bedrock channel morphology driven by displacement rate increase during normal fault interaction and linkage

We attribute changes in the morphology of relay ramp channels (increased slope and decreased width) to variations in displacement rate on ramp‐adjacent normal faults. We map the faults and fluvial channels associated with four sites in different stages of fault interaction and linkage on the Volcanic Tableland, a Late Pleistocene ash‐flow tuff in east‐central California. Because these channels are inactive today, we estimate downstream changes in channel width and depth using HEC‐RAS, a one‐dimensional open channel flow model. Our results show that channel slope must be greater than about 0.05 before there are substantial decreases in width or substantial increases in depth. Displacement rate increases during interaction between en echelon segments results in the increases in channel slope and decreases in channel width. Moreover, our data show that these changes begin to occur during the very early stages of fault interaction, well before the fault geometry would indicate ongoing or imminent linkage.     

坡面动力侵蚀过程的实验研究进展

本文首先总结了坡面流及坡面动力侵蚀过程的实验设备、技术手段及实验内容方面的进展,然后全面探讨了坡面侵蚀实验方面的国内外研究最新进展,最后作者分析了实验研究方面存在的问题,并提出了前景展望。     

西藏朋曲流域不同地貌部位流动沙丘粒度特征

沙丘粒度特征不仅能反映沙丘沙物质的来源与动力,也可以体现地形对风沙流运移的改变。对西藏朋曲流域不同地貌部位流动沙丘表层沉积物的粒度特征进行分析。结果表明：（1）朋曲流域流动沙丘表层沉积物粒度组分以中沙（46.51%）和细沙（40.52%）为主,粗沙（5.87%）与极细沙（5.87%）次之,黏土（0.37%）与粉沙（0.85%）含量最低。流动沙丘表层沉积物平均粒径1.41—2.32 Φ,分选系数0.45—0.79 Φ,偏度0.01—0.24,峰度0.98—1.80。（2）从河漫滩到河流阶地到山坡,流动沙丘粒度逐渐变小,频率分布曲线逐渐变高变窄,粒径越来越集中,沿主导风向自西南向东北概率累积曲线斜率逐渐增大,分选性逐渐变好。（3）河漫滩至河流高级阶地流动沙丘表层沉积物随海拔升高粒径变小,坡麓至坡顶随海拔升高粒径变大,分选却变好,表明山坡上沙丘与阶地上沙丘的沙物质来自于不同河段的河床或河漫滩。     

Channel responses to varying sediment input: A flume experiment modeled after Redwood Creek, California

At the reach scale, a channel adjusts to sediment supply and flow through mutual interactions among channel form, bed particle size, and flow dynamics that govern river bed mobility. Sediment can impair the beneficial uses of a river, but the timescales for studying recovery following high sediment loading in the field setting make flume experiments appealing. We use a flume experiment, coupled with field measurements in a gravel-bed river, to explore sediment transport, storage, and mobility relations under various sediment supply conditions. Our flume experiment modeled adjustments of channel morphology, slope, and armoring in a gravel-bed channel. Under moderate sediment increases, channel bed elevation increased and sediment output increased, but channel planform remained similar to pre-feed conditions. During the following degradational cycle, most of the excess sediment was evacuated from the flume and the bed became armored. Under high sediment feed, channel bed elevation increased, the bed became smoother, mid-channel bars and bedload sheets formed, and water surface slope increased. Concurrently, output increased and became more poorly sorted. During the last degradational cycle, the channel became armored and channel incision ceased before all excess sediment was removed. Selective transport of finer material was evident throughout the aggradational cycles and became more pronounced during degradational cycles as the bed became armored. Our flume results of changes in bed elevation, sediment storage, channel morphology, and bed texture parallel those from field surveys of Redwood Creek, northern California, which has exhibited channel bed degradation for 30 years following a large aggradation event in the 1970s. The flume experiment suggested that channel recovery in terms of reestablishing a specific morphology may not occur, but the channel may return to a state of balancing sediment supply and transport capacity.     

珠江河网横向汊道水面线演变过程及原因探讨 ——以东平水道为例

基于1960-2016年东平水道三水、紫洞、澜石、浮标厂月均潮差、余水位数据及三水、马口站月均流量数据,以1993年三水-马口分流比突变为切入口,探讨余水位坡度及潮波衰减率等径-潮动力改变下,东平水道水面线与余水位曲率的时空演变特征及其影响因素.结果表明:东平水道在1993年三水分流比剧增之后,1)余水位坡度或潮波衰减...