岩溶洞穴交互带概念的提出及其在水资源管理中的意义

岩溶地区以管道流为主的地下水补给、径流与排泄常常引起地下水与地表水间快速且频繁的交互与转化,并因此引发水环境退化问题。文章引用并拓展地表水文学和水文生态学中交互带的概念,提出南方岩溶地区管道流与其他类型水体交互的场所为岩溶洞穴交互带,并依据交互带的水流类型和交互方式,划分为泉口交互带、天窗交互带、落水洞交互带和管道交互带4种类型;且以泉口交互带和天窗交互带为重点,采用水文和水化学在线监测、现场测试、流量测量,结合水化学、浮游生物和微生物等的分析鉴定,剖析了交互带的水文、水化学特征和水生生物群落结构及其与水环境的关系。研究发现:岩溶洞穴交互带的水文功能有弱化趋势;泉口交互带的污染物降解能力明显,水化学功能尚能发挥作用;水生生物功能在退化,主要是由水文功能弱化导致的。水文功能弱化是岩溶洞穴交互带环境功能退化的重要原因。建议在岩溶地区的水文地质和环境地质工作中重视交互带,探索交互带的探测和监测技术,通过有效管理改善交互带的环境功能。      

有限空间中三维壁面紊动射流流动特性试验研究

为了研究三维壁面紊动射流前方布置的垂直挡板对时均流动特性的影响,采用粒子图像测速技术对不同雷诺数和淹没水深条件下的流速场进行了测量,统计分析了U速度剖面分布、速度半宽值变化和最大速度衰减规律。结果表明:沿射流方向具有3个明显不同的衰减区,依次划分为自由边界下的三维壁面射流区（Ⅰ区）、垂直挡板影响区（Ⅱ区）和近壁区（Ⅲ区）。在重点分析的Ⅱ区内,3个特征物理量的分布规律均与雷诺数无关;在垂直挡板影响下,速度半宽值扩展率明显加快,发展更为充分;在水深H~1.75H范围内,射孔中垂面内速度半宽值扩展率为0.043,同时0.5H的递增对射孔中心水平面内速度半宽值的分布较为敏感,其扩展率由0.205增至0.270;最大速度衰减对水深的改变并不敏感,且在Ⅱ区加速衰减,衰减指数为1.095。通过与半无限空间中三维壁面射流径向型衰减区的流动特征比较,Ⅱ区与之相似,将Ⅱ区视为提前进入径向型衰减区。     

高拱坝施工初-中期导流风险模型及应用

面向工程设计阶段,采用高拱坝施工动态仿真技术获取施工初-中期挡水度汛面貌数据,综合考虑水文、水力随机性因素,构建高拱坝施工初-中期导流风险模型,提出采用Monte Carlo方法耦合挡水度汛面貌数据和主要随机因素进行风险模型求解的方法。基于风险分析原理提出了导流洞设计的风险判别方法,给出导流洞尺寸设计优化的数学模型和具体步骤。通过金沙江上游某高拱坝工程案例分析的结果表明:所提风险模型及求解方法是适用的、有效的,该模型能够得到整个施工初-中期导流风险率,较为客观地反映高拱坝施工中期度汛可能存在的两种挡水情况,克服了初期导流风险模型的局限性;施工中期导流风险率随导流洞尺寸增大而减小,导流洞尺寸设计的可行方案集存在界限,即优化方案。研究成果可为高拱坝施工导流的风险决策和设计优化提供理论支撑。     

坡面流层流区动力学特性

为完善坡面水流的基础理论研究,基于定床水槽试验,以甘油溶液为试验流体,采用超声波测量技术,进行了4种粗糙度、5种坡度和13种单宽流量条件下的组合试验,研究了坡面流层流区的动力学特性及滚波特征。研究结果表明:在雷诺数为8~160的范围内,流态指数在理论值0.33附近波动,且随粗糙度的增大呈现先增大后减小的变化趋势,在粗糙度为0.10 mm附近达到峰值;阻力系数受坡度和粗糙度影响显著,可较好地由坡度、粗糙度和雷诺数的关系式表示;随着雷诺数的增大,滚波波速和波峰均呈幂函数形式递增,滚波周期大小无明显变化;坡度的增大会使层流失稳临界单宽流量减小,粗糙度的增大会使临界弗劳德数的均值减小。     

基于熵权-正态云模型的泥石流灾害易发性评价

近年来,由于极端天气事件频发和工程建设活动加剧,泥石流灾害对人类的威胁愈加严峻。因此,在综合分析泥石流灾害发育特征及形成机理的基础上,进行泥石流灾害易发性评价对防灾减灾工程活动具有指导意义。选取沟谷岸坡坡度、沟床纵坡比降、植被覆盖率、单位面积固体物源储量、汇水面积、雨季降雨量建立评价指标体系,采用熵权法确定评价指标权重,将泥石流灾害易发性分为高易发、中易发、低易发和不易发四级,建立基于正态云模型的泥石流灾害易发性评价方法,并以西秦岭地区5条泥石流沟为例验证了该评价模型的合理性。进一步将该模型用于陕西吴堡井沟泥石流灾害易发性评价,结果表明井沟泥石流具有中易发性,评价结果与实际相符。     

河北宣化赵川地区矿渣碎屑流工程特性及其启动机制

张家口宣化地区存在大量具有潜在危险的松散矿渣堆积体,文章以该地区具有代表性的响水沟松散矿渣堆积体为研究对象,对矿渣的颗粒组成、矿物成分、力学性质等进行详细的室内试验研究,结果表明:矿渣堆积体属砾质砂土,粘粒含量少,且级配不良,松散易流动。同一干密度下,随含水率增加,矿渣抗剪强度先增大后减小,当含水率为15%时,其粘聚力最低,表明响水沟矿渣堆积体失稳启动下滑的界限含水率可能在15%左右。综合以上分析结果,拟合得到粘聚力与含水率关系公式,初步预测矿渣碎屑流启动下滑的临界含水率。这一认识对该区矿渣堆积体的稳定性评价及碎屑流灾害预警有重要意义。      

基于LAHARZ的泥石流堆积范围预测模型的建立及应用

为了探究泥石流的堆积范围,利用LAHARZ软件,对北京市密云县泥石流沟喇嘛栅子南沟进行了数值模拟。结合泥石流沟小流域1：10 000数字高程模型图,模拟了泥石流的堆积范围。首先利用中国部分地区泥石流体积和堆积范围的数据资料,获得了泥石流体体积与其堆积范围的新的统计模型B=11.42V^0.7156;然后通过模拟沟道与实际沟道的对比,确定了最佳沟道阈值为15 000;再结合现场调查统计和降雨历史资料,确定了10年、20年、50年和100年一遇暴雨条件的泥石流体积值,分别为56 500、72 900、94 200和113 100 m³;最后在此基础上对该条泥石流沟的堆积范围进行了预测。结果表明,100年一遇的暴雨条件下泥石流堆积面积为48 729 m²,到达最远距离约为490 m,已影响下游村庄。     

甘肃省河西内陆河流量长期变化特征

利用甘肃省河西地区3条主要内陆河石羊河、黑河、疏勒河40余年的流量资料以及河西走廊地区和祁连山区气象资料对河西地区内陆河流量的长期变化特征进行了分析,并对所获结果进行了讨论,得到一些有意义的结论.     

北极地区楚克奇海域一次强逆温过程的分析

利用中国首次北极科学考察期间所获得的大气边界层资料,分析了楚克奇海域夏季一次强逆温过程.考察期间楚克奇海域上空的大气逆温强度(6.3℃/100 m)远远超过了北极地区夏季的气候平均值(0.5℃/100 m),该大气逆温存在明显的日变化,逆温强度自当地时间00时到18时逐步减弱.考察期间同样存在强大的逆湿结构,逆湿层内最大湿度差为6.4 g m-3.稳定边界层内大气向地面输送感热通量和潜热通量,输送最大值出现在夜间.研究同时段的大气环流资料后表明,考察区域西南的暖湿气流及其变化是造成此次夏季强逆温及其日变化的主要原因.     

非饱和土壤水流方程的极值原理

讨论了非饱和土壤水流问题及其数值计算方案的极值原理,在理论上证明了连续问题及其数值格式均满足极值原理,即在一定的条件下,预报变量的最大值和最小值只能在边界上达到,从而描述了特定的物理性质.这些问题在讨论入渗、蒸发问题的研究中是重要的.