关于流域汇流非线性问题的探讨

一、引言过去,流域水文模型总是作为实际应甩的工具出现的。本文以新安江模型作为研究手段之一,对流域汇流非线性问题进行探讨。作者认为,流域汇流非线性主要由以下三种因素所造成: 第一是来自不同层次的水流的非固定组合,即水源比例问题; 第二是坡地某一种水流的非线性运动; 第三是河网水流的非线性运动。     

二维水流数学模型区产流、汇流问题的探讨

目前,二维水流数学模型已得到普遍应用,但模型区的产流、汇流问题考虑较少。通过南水北调中线工程总干渠左岸串流区二维水流模拟计算,针对水面区和陆面区不同情况对模型区的产流、汇流问题进行了分析研究,在二维水动力学数学模型的基础上建立了串流区水文、水力学模型,提出了处理模型区产流、汇流问题的一套行之有效的方法。     

迟滞瞬时汇流模型

作者从C·O·克拉克把洪水波运动分为“平移”和“变形”的作用出发,导出了本文题为“迟滞瞬时汇流模型”的河槽汇流计算公式,并附有实例验证。目前对汇流计算中“迟滞”的概念和方法存在一些不同的学术观点,本刊发表此文,供读者参考并希望展开有益的讨论。     

珠江三角洲受潮洪混合影响的全潮流量整编方法

一、基本依据受洪水波和潮波干扰的水流运动,属不稳定流,通常以圣·维南方程组求解。应用珠江三角洲网河区的试验资料,分析方程组各水力因素的变化规律,可看出:在潮差变幅范围内,单一河段的河宽随时间的变化及沿程变速水头两项甚小,可忽略不计;占潮汐周期一半历时以上的落潮落潮流阶段,加速水头亦甚小且较为稳定;达到一定流速级以后,谢才系数 c 值趋于常数。说明弱潮区的水流运动的各种水力因素采用潮汐周期的平均值,基本上消除了潮汐影响,反映了与净泄量相应的平均水力因     

基于地块概化和路网精细模拟理念的城市雨洪过程分区自适应模型

为解决城市尺度雨洪模拟过程中常见的地块区域地形及管网资料不足、道路区域行洪与积水严重以及现有雨洪模型计算精度差或计算效率低等问题,提出基于地块概化模拟和路网精细模拟理念的城市雨洪过程分区自适应模型。对于资料不足的地块划分子汇水区单元,采用水文学概化方法计算产汇流过程;对道路区域划分精细网格,采用二维水动力学方法模拟水流运动过程;两者均与管网模型耦合连接,共同驱动管网模型进行汇流计算。以西咸新区沣西新城核心示范区为研究对象,搭建研究区域分区模型,对比分析整体区域均采用精细网格的全分布模型和整体划分子汇水区的半分布模型的模拟结果。结果表明：(1)分区模型综合考虑了地块管网排水与道路径流过程,可模拟出道路低洼区域在地表产汇流和管网溢流综合作用下的致涝过程,整体径流路径符合实际降雨水流运动规律;(2)相较半分布模型,分区模型在道路区域采用精细网格进行计算,可较好模拟道路区域的积水过程;(3)相较全分布模型,分区模型显著减少了计算量,在不同设计降雨下减少了28.2%～73.5%的计算耗时。该耦合模型有效地克服了数据条件和计算能力的限制,可为城市洪涝模拟提供一种新的耦合模拟思路。     

岩溶管道水汇流理论研究

岩溶管道水汇流是一种特殊的非稳定流,根据其单位水头流速(?)和水力比降I的相关曲线分析,建立相应的数学模型,为探索岩溶管道水运动问题,提出了新的理论和研究方法。      

森林坡地二维分布型水文数学模型的研究

根据质量、能量守恒定律和森林坡地产汇流特性,并结合土壤结构、地形、地貌条件和降雨情况,建立了描述森林坡地饱和带水流运动规律的二维分布型水数学模型,采用加辽金有限元数值方法求解模型,模拟了研究坡地的下渗和壤中流过程,在此基础上,对研究坡地产流过程和下渗过程的特点作了较详细的分析。     

水流分配策略随下坡坡度变化的多流向算法

提出了一种新的多流向算法方法(MFD-fg),其基本思想是水流分配策略应在空间上随着与下坡坡度相关的地形参数而变,从而地形对水流分配的影响可以得到合理、有效的建模。比较分析表明,MFD-fg采用以最大下坡坡度的线性函数对水流分配进行加权,是较好的水流分配策略。应用实验表明,与目前具代表性的单流向算法与多流向算法相比,MFD-fg方法的结果可获得更合理的汇流面积。     

中国泥石流起动物理模拟试验研究进展

为进一步提高泥石流起动物理模拟试验的科学性,完善试验体系,采用资料收集与分析方法,总结了近年来中国泥石流起动物理模拟试验开展的现状,从水流冲刷与泥石流起动试验以及人工降雨与泥石流起动试验两个方面论述了中国泥石流起动试验取得的主要进展和理论成果。在国内外泥石流起动物理模拟试验对照基础上,提出中国泥石流起动物理模拟试验研究的建议:提高水流浓度、降雨雨型与土体特征的相似率;加强降雨或水流作用下土体物理力学特征变化与泥石流起动响应研究;推动降雨与汇流共同作用下泥石流起动综合性物理模拟试验的开展。     

包气带水气二相流国外研究综述

与传统的包气带中水流研究相比,水气二相流更准确地描述了包气带中的水与空气的流动情况,这对更好地了解固体废物处置场中污染物的运动规律具有重要的意义.与一相流明显不同的是,二相流考虑了空气的运动及其对水流的作用.根据国外近几十年来不同研究者的研究结果,总结了入渗过程中水的流动、空气对水流的影响及空气本身的压力变化情况,并分析了不同作者研究结果的差别.     

基于栅格DEM的多流向算法述评

基于栅格DEM的流向算法是数字地形分析的重要研究内容之一。在分布式水文模型、土壤侵蚀等领域中,当需要获取与流向直接相关的水文参数(如汇流面积、地形指数等)的详细空间分布时,多流向算法(MFD)明显优于单流向算法(SFD)。根据所采用的水流分配策略,将现有MFD分为四类:(1)固定水流分配权重的MFD;(2)水流分配权重随汇流面积变化的MFD;(3)水流分配权重随局域地形特征变化的MFD;(4)基于局域形态单元的MFD。从模型合理性、算法复杂度和易用性、对DEM误差的敏感性等方面进行的分析表明,水流分配权重随局域地形特征变化的MFD优于其他三类MFD。目前对MFD采用人造DEM数据集的直接定量评价研究还十分不足,文章以一个例子来体现直接定量评价MFD的可行性及有效性,同时也定量反映出水流分配权重随局域地形特征变化的MFD具有更低的计算误差。目前通用的针对流向算法的DEM洼地平区预处理算法多针对SFD而设计,不适合MFD的实际应用,本文对适用于MFD的DEM预处理算法所应具有的特征也进行了讨论。     

90°支流入汇区域时均流速分布特征试验研究

通过多组次水槽试验,应用声速多普勒测速仪研究入汇角为90°时,不同汇流比水流条件下支流入汇区域及其附近的水面比降变化和时均流速分布特征。试验表明,入汇口上游的干支流水面坡降取决于干支流相互顶托影响,而入汇口处及其下游合流掺混区水面坡降随干流流量增大而增大,随汇流比增大而有所减小。不同位置垂线时均流速分布主要受主支汇流比和水流流态的双重影响,随着汇流比的增大,入汇口上游断面时均流速逐渐减小,而入汇口下游断面产生了明显的高、低流速带,形成回流分离区。     

碎屑流的引发过程和运动机制

按照Chen(1987)的观点“碎屑流”为作为综合性术语,用以代表在重力诱发下碎屑物质运动中观察到的各种现象,不过,这一定义可能包括滑坡。为了把碎屑流与滑坡和崩坍区别开来,作者把碎屑流描述成在重力作用下整体上饱和,整体上运动的碎屑运动形式。“整体饱和与整体运动”并不意味着饱和与运动都达到100％的程度,它意味着整个碎屑体都处于饱和与运动中,通常,滑坡是部分饱和和与部分运动的。完全移动的运动但物质并不完全饱和可称为碎屑(土壤)坍方或边坡崩塌,但这些可包括在广义的滑坡中。 Takahashi(1978年)提出碎屑达的引发是由于突出具一定深度的地表水流,天然的毁坏可产生这种地表水流,但这在山洪前期似乎不常见,日本次山爆发中泥石流的监测表明当短期(10～20分钟)降雨强度超过某一临界值时可引起碎屑流。作者研究了这     

田间土壤水全时空调控的试验研究

阐述了田间土壤水全时空调控的概念与措施，分析了土壤水流动系统与田间土壤水调控的关系。通过覆盖、微地貌与种植方式结合等措施可以调控土壤水流动系统的上边界条件，通过改良土壤等措施可以改善土壤水流动系统浅部介质的渗透性与储水性，从而形成优化的田间微水文系统，微气候系统与微流动系统，使土壤水流动系统变动带的水分更多地向根系汇流区汇流，提高水分利用率，以棉花种植方式与微地貌结合的试验为例，论证了棉田土壤水调     

山坡表层关键带结构与水文连通性研究进展

山丘区是洪水的"策源地",山丘区坡地、沟谷及间歇性河道为洪水的形成提供了通道,同时也是水文连通时空变化最为强烈的地带。然而,对流域表层关键带结构特征及其水文连通机制等的认识尚存不足,限制了产汇流理论及模型方法的发展和应用。通过对比国内外山坡水文实验,发现山坡物理结构连通性控制并深刻影响着水流的连通过程,现有水文连通实验侧重孔隙等微观尺度的规律研究,与水文模型理论存在尺度上的巨大偏差。为此,提出水文连通性应侧重揭示水流在山坡地表、地下的宏观表象通道及分布特征,探索径流连通的动力学机制,即山坡水文连通性研究重在剖析其结构特征的水文累积效应,应保持关键带结构特征合理概化与产汇流理论适度复杂之间的平衡。     

ArcGIS环境下基于DEM的水文特征提取——以县南沟流域为例

选取黄土高原典型的丘陵沟壑区——陕北安塞县县南沟流域作为研究对象,以2.5 m高分辨率DEM作为基础数据,应用ArcGIS软件进行流域水文特征提取,获取研究区汇流累积量、水流长度、河网等一系列水文特征信息,在DEM表面上还原水流的流动过程,完成水文分析。     

岩体水力学基础(二)─—岩体水力学的基础理论

单裂隙水流立方定律是岩体水力学中最基本的．也是最重要的定理。本文从不变形平直等宽单裂隙水流运动定理开始，讨论了受应力作用岩体单裂隙、一组平行裂隙、一组正交裂隙以及岩体裂隙系统中水流运动规律，分析了单裂隙中水流渗透压力与裂隙变形之关系。运用水力学原理推导了岩溶单管道流定理，为岩体水力学模型研究奠定了基础。     

30°分水角明渠水流紊动特性试验研究

灌区分水口多为直角,附近普遍存在冲刷、淤积及结构破坏现象。天然河流分、汇流多为锐角,为探索非直角分水口区域明渠水流紊动特性,以30°分水角明渠为研究对象,采用声学多普勒点式流速仪测量各断面上的三维瞬时流速,分析典型断面上的时均流速、环流强度、紊动强度、紊动能和床面剪切应力分布规律。试验结果显示：分水口处水流横向流速沿渠宽方向变化较大,易形成环流,导致局部冲淤现象明显;靠近口门侧水流紊动强度变化剧烈且分布无规律,最大值出现在口门上唇断面;分水口处下层水体紊动能明显大于上层水体,紊动能较大值多集中在口门附近;口门断面下唇附近床面剪切应力较大,易出现冲刷侵蚀,破坏渠道稳定;与直角分水口相比,分水角为30°时,泥沙颗粒不易进入侧渠道,水流对渠底及边壁侵蚀速率较低。研究结果可为灌区渠系设计及运行提供参考。     

坡地径流入渗机制对水文模拟的影响分析

建立了适用于栅格单元系统的基于运动波理论的降尺度新安江模型(KWXAJ)。在栅格单元中采用新安江模型计算产流,运动波模型进行坡面汇流演算。模型中,为考虑上游坡地单元入流的径流入渗(run-on)效应,在进行坡地产流计算时,降雨及上游坡面流及壤中出流被同时作为来水输入新安江模型。在运动波模型中,糙率系数依据土地利用方式及洪水量级确定。选取淮河史灌河流域黄泥庄以上集水区域,作为研究区域。用流域历史上的13次洪水过程来率定和验证此模型。研究表明,run-on机制对流域产汇流预测有重要影响,其显著影响流域内土壤蓄水量时空分布,进而改变产汇流机制。数据分析还显示,不考虑run-on机制将导致模拟洪峰滞后。     

沙坝地形上沿岸流不稳定运动模式变化特性

为研究沙坝地形上沿岸流不稳定运动特征模式变化特性,建立了考虑底摩擦影响的不稳定模型,并用该模型计算了两种沙坝地形(坡度分别为1:40和1:100)上的不稳定特征模式,这些模式内容包括不稳定运动波长、传播速度、不稳定增长率和扰动速度场。将这些结果与忽略底摩擦计算结果进行了比较,分析了底摩擦对不稳定特征模式的影响。上述研究表明沙坝地形上不稳定运动传播速度约为时均沿岸流最大值的0.71~0.79;1:40沙坝地形上产生不稳定运动所用的时间比1:100地形上更短;底部摩擦可以很大程度上抑制沿岸流不稳定运动的产生;一般观测到的(准)韵律形、新月形沙坝都在后剪切区(紧邻时均沿岸流最大值向海方向区域)产生;不稳定运动在沙坝处运动最强,并且坡度越缓,不稳定运动沿岸方向波长越长。