水流模拟智能化问题的探讨

对水流模拟的发展历史进行了总结,指出阻碍水流模拟发展的主要问题,提出克服这些瓶颈问题的方法是将智能科学与水利科学交叉融合,实现水流的智能模拟。据此,介绍了水流智能模型理论,结合遗传算法、模糊逻辑、元胞自动机、混沌分析理论、人工神经网络、专家系统、数据挖掘等智能理论和技术,对水流智能模拟的实现途径作了探讨,并指出建造一个优秀的水流模拟智能系统的关键是联合运用各种智能方法,认为智能化是当前水流模拟发展的新方向,水流智能模型将是水利科学的一种新的研究途径,并将在研究水流问题上具有广阔的应用前景。     

GIS Spatial-Temporal Modeling of Water Systems in Greater Toronto Area, Canada

Modeling landscape with high-resolution digital elevation model (DEM) in a geographic information system can provide essential morphological and structural information for modeling surface processes such as geomorphologic process and water systems. This paper introduces several DEM-based spatial analysis processes applied to characterize spatial distribution and their interactions of ground and surface water systems in the Greater Toronto Area (GTA), Canada. The stream networks and drainage basin systems were derived from the DEM with 30 m resolution and the regularities of the surface stream and drainage patterns were modeled from a statistical/multifractal point of view. Together with the elevation and slope of topography, other attributes defmed from modeling the stream system, and drainage networks were used to associate geological, hydrological and topographical features to water flow in river systems and the spatial locations of artesian aquifers in the study area. Stream flow data derived from daily flow measurements recorded at river gauging stations for multi-year period were decomposed into “drainage-area dependent“ and “drainage-area independent“ flow components by two-step “frequency“ and “spatial“ analysis processes. The latter component was further demonstrated to relate most likely to the ground water discharge. An independent analysis was conducted to model the distribution of aquifers with information derived from the records of water wells. The focus was given on quantification of the likelihood of ground water discharge to river and ponds through flowing wells, springs and seepages. It has been shown that the Oak Ridges Moraine (ORM) is a unique glacial deposit that serves as a recharge layer and that the aquifers in the ORM underlain by Hilton Tills and later deposits exposed near the steep slope zone of the ridges of ORM provide significant discharge to the surface water systems (river flow and ponds) through flowing wells, springs and seepages. Various statistics (cross- and auto-correlation coefficients, fractal R/S exponent) were used in conjunction with GIS to demonstrate the influence of land types, topography and geometry of drainage basins on short- and long-term persistence of river flows as well as responding time to precipitation events. The current study has provided not only insight in understanding the interaction of water systems in the GTA, but also a base for further establishment of an on-line GIS system for predicting spatial-temporal changes of river flow and groundwater level in the GTA.     

神秘的海上绿球

<正>2014年的9月,在悉尼的迪怀海滩上出现了大量神秘的绿色"海藻蛋",其完美的形状以及极具生命力的绿色使当地人相当惊讶,他们称此前从未见过这种神秘生物,捏起来软软的,很有生命力,它们抱团的原因可能是防止自己被鱼吃掉。有人猜想这就是毬藻,世界上唯一一种球形绿藻,刚毛藻科,球藻属,生长在北半球,以作为日本北海道著名淡水湖——阿寒湖的纪念物而闻名,俗称为"海藻球"。细丝状的个体在某些情况下会形成绿色球状集合     

冰盖下矩形河道的综合糙率

综合糙率是采用曼宁公式确定河道水位和流量关系的关键参数。在河道冰封期,冰盖的出现增加了流动的阻力,明流条件下确定的综合糙率不再适用,需要重新估算。基于Einstein阻力划分过流断面的原理,冰盖下矩形河道的过水断面可划分为冰盖区、河床区和边壁区。根据总流的连续性方程,在确定各分区糙率系数、水力半径和断面面积的基础上,提出了冰盖下矩形河道综合糙率的计算公式。采用已有的试验水槽测量数据和天然河道实测资料对公式进行了验证,结果表明:公式计算的综合糙率与实测值吻合较好,与Einstein公式和Sabaneev公式相比,计算精度更高;对于冰封水流,宽浅河道采用分区水深代替水力半径进行简化计算的条件有别于明渠水流,在宽深比大于20时,计算结果才满足精度要求。     

日本囊对虾(Marsupenaeus japonicus)秋繁仔虾形态表型与抗流性能间的相关性

于水温(18.0±1.0)°C、盐度20、pH 8.1±0.2条件下,以水流为胁迫因子(时长1min),以日本囊对虾秋繁同生群仔虾[总长(7.643±0.639)mm]为实验对象,以溢水口(实验初始时刻仔虾放置处)为起点,按等距离间距法将自制的水流测定装置(总长1m)依次划分为A(0—25cm)、B(25—50cm)、C(50—75cm)、D(75—100cm)和E(100cm)等五个区段,在确认实验终了时刻分布于A区段内仔虾数量占实验仔虾总数5%的水流速度为0.823cm/s后,以此为实验流速,借助显微扫描像素测量技术和多元分析方法定量研究了A、B、C、D、E实验群体(依次为实验终止时刻分布于A、B、C、D、E区段内的仔虾)个体间形态比例性状间的差异。结果表明:(1)在所涉15项形态测量指标中,各实验群体间均无显著差异(P0.05)的形态性状共计8项,依次为X_4(眼径)、X_5(头胸甲长)、X_6(头胸甲高)、X_7(第一腹节长)、X_8(第二腹节长)、X_9(第三腹节长)、X_~(10)(第四腹节长)和X_14(腹节高);(2)在所涉17项形态比例指标中,实验群体间均无显著差异(P0.05)的形态比例性状共计7项,依次为C_2(额剑长/总长)、C_9(第五腹节长/总长)、C_(10)(尾节长/总长)、C_(11)(尾扇长/总长)、C_(15)(头胸甲高/头胸甲长)、C_(16)(腹节高/第一腹节长)和C_(17)(尾节高/尾节长);(3)经主成分分析,提取到的5个特征值均大于1的主成分,累计贡献率达80.795%,其中第1主成分39.561%,其载荷绝对值大于0.5的主要影响变量占形态比例性状总数的47.059%;(4)将A实验群体定义为水流胁迫处理选留群,B、C、D、E实验群体统归为水流胁迫处理淘汰群。采用逐步判别法,以判别贡献率较大的C_1(第一触角柄长/总长)、C3(眼径/总长)、C7(第三腹节长/总长)、C13(额剑长/头胸甲长)为自变量,所建的Fisher分类函数方程组可较清晰地区分淘汰群和选留群个体,其中选留群的判别准确率P_1、P_2分别为98%和84.85%,淘汰群的判别准确率P_1、P_2分别为82.25%和97.63%,两者综合判别准确率为90.12%。综上可知,借助形态表型分型可实现日本囊对虾仔虾不同抗流性能群体间的筛选。     

北京市密云区典型泥石流侵蚀过程分析

泥石流运动过程伴随着剧烈的侵蚀,导致其洪峰流量增加、规模增大、破坏性增强。本文通过对2016年8月12日北京市密云区龙潭沟景区曹庄子沟泥石流为例,通过野外调查和地形扫描分析了该场泥石流的动力侵蚀过程。结果表明:激发该场泥石流的降雨重现期达到20年一遇,为典型短历时、高强度降雨;泥石流体中缺乏粘性颗粒,主要以砂粒为主,但容重达到粘性泥石流标准,为典型高容重、低粘度泥石流体。泥石流侵蚀作用一开始并不剧烈,但随着泥石流运动,这种侵蚀作用增强,导致沟道侵蚀深度增加;沟道中弯道处和地形急变段受到泥石流侵蚀作用最为剧烈,尤其是地形急变段对泥石流的侵蚀作用具有加强效应;侵蚀率与流速同步变化,并且与泥石流体所产生的剪切力呈正相关关系。林木能够降低泥石流流速,消耗泥石流动能,进而减小泥石流破坏性。由于天然条件下的泥石流侵蚀过程研究较少,本文中侵蚀率与地形变化的关系以及泥石流体剪切力的正相关关系为泥石流防治规划设计和该类泥石流的预测预报提供了案例和思路。     

胶莱盆地东缘早白垩世莱阳群沉积序列及岩相古地理

胶莱盆地东缘早白垩世早期莱阳群沉积体现了湖盆由开始形成—鼎盛—萎缩消亡的全过程,发育由冲洪积相—湖相—三角洲相—河流相沉积的完整序列,且由东至西,由湖相到河流相逐渐过渡;古水流方向显示莱阳期盆地中心位于朱吴断裂、海阳断裂带之间,以断裂带为界,以西水流方向大致为由NW至SE向,以东水流方向则为由SE至NW向;早白垩世早期莱阳期盆地的形成与演化明显受区域性牟(平)-即(墨)断裂带活动所控制。     

北京胡同:街巷里的似水流年

北胡同,南巷弄“胡同”这词很有意思,特别是在“胡同”前面加上那些颇具文化历史内涵的人、物名称就更能体现老北京那种独有的韵味儿了。像什么“耳朵眼儿胡同”、“针鼻儿胡同”、“罗圈儿胡同”、“闷葫芦罐儿胡同”等等。这个词现在专指狭窄的小街道,在中国南方地区(特     

非稳态地下水流系统响应降雨变化的数值模型研究

区域地下水流系统的发育受地质、气候和地形多种因素的影响。以往的地下水流系统研究主要探讨了地质、地形和稳态气候条件下所形成的局部、中间和区域流动系统的组成特征,对非稳态的地下水流系统认识不足。聚焦于研究地下水流系统对降雨变化的动态响应规律,使用HydroGeoSphere构建了剖面二维地下水地表水耦合数值模型,模拟在降雨的周期性和随机性叠加动态驱动下非稳态渗流场形成的地下水流系统。模拟结果表明,各层级流动系统的空间范围都会随着降水波动而发生变化。局部地下水流系统在雨季并非都处于扩张状态,在旱季也并非都处于收缩状态。各个局部流动系统的同时刻穿透深度之间可能具有无关、正相关或负相关关系,这取决于各个局部流动系统响应降雨变化的滞后性。中间流动系统在非稳态条件下非常活跃,其排泄出口、补给入口和循环路径随时间变化,并强烈影响局部流动系统。通过5种不同含水层参数和降雨情景的模拟对比,发现地下水流系统的滞后性和穿透深度的相关性对含水层各向异性特征较为敏感。下一步,需要更加深入地研究地下水流系统在季节尺度、多年乃至跨世纪时间尺度气候波动过程中的非稳态响应规律。