地下水灌溉回水对黄河流域化学风化CO_2消耗估算的影响

本文根据2012年6月和2013年5月采集的河南、宁夏和内蒙等引黄灌区地下水实测数据,并结合文献数据,探讨了引黄灌区地下水离子组成的分布特征。结果表明:因受蒸发作用和人为因素影响较小,深层地下水矿化度和HCO-3的浓度小于浅层水,但HCO-3占阴离子比例大于浅层水。因各灌区蒸发量、降雨量以及岩性的不同,浅层地下水化学组成和风化来源阳离子浓度在各灌区表现出较大的差异。HCO-3占阴离子的比例在河南灌区最高,内蒙灌区中部和宁夏灌区次之,内蒙灌区东西部最低。河南和内蒙灌区风化来源阳离子浓度相差不多,均大于宁夏灌区。灌区浅层地下水灌溉回水高估的黄河流域化学风化消耗CO2的量为23.3×108 mol/a。     

地球系统10~(-1)年变化原因概述

我们曾论述了地球系统100～108年变化的原因[1], 唯对10-1年（月一年）的地球系统变化未指出其变化原因。经过近年的研究, 现在可以明确地指出, 地球内部有两类流体： 地外核和岩石圈裂隙中地下流体（地气）的活动是引发10-1年地球系统变化的原因。外核的上升运动会使其上部岩石圈产生上抬和压缩, 在地表层就出现3.2 m地温升高和降水减少的“干热异常”, 经过“孕震三步曲”最终引发构造地震。外核的下降运动会使其上部岩石圈产生下沉和拉张作用, 地表层表现为3.2 m地温降低, 同时降水增多的“湿冷异常”, 最终可导致发生陷落地震。外核的脉冲运动是引发岩石圈中形成地热（冷）涡的“源”。地气环流也是旋转地球上的一种流体运动, 其特征速度（地下风速）约为0.2 m/s, 据此可推得“自然气候周期”约为8个月。地气环流是使地气系统得以“流”的动力源。地热（冷）涡的“源”、 “流”相结合是使短期气候呈现纷繁复杂变化的原因。     

洞庭湖区与城陵矶水位关联性的临界特征分析

采用典型测站观测资料与水力学原理相结合,分析不同情况下城陵矶水位与洞庭湖区水位关联性强弱转化的机理和临界条件以及三峡水库对其影响等问题。理论解析表明,固定流量下,湖区水位与城陵矶水位相关关系应为单调指数函数,受到区间距离、湖槽形态等多因素影响,据此提出和率定了各湖区水位的经验计算模式。利用经验计算模式对实测数据进行延展,构建了各种可能出现的湖区来流和干流水位组合下的湖区水位特征曲线族,发现湖区水位与城陵矶水位之间的关联强度存在无影响区、影响区和决定区等状态区间,通过对临界条件的定义和计算,实现了各状态区间的定量划分,并提出了各状态区间内洞庭湖区水位的估算方法。通过对三峡水库蓄水后湖床冲淤和水文条件变化的影响分析,论证了以上方法和认识在水库蓄水后的适用性。     

洞庭湖顶托对下荆江泄洪量的影响

从分析监利水文站水位流量关系入手,提出了相应落差的概念,建立了该站水位流量关系的幂级数表达式,计算了特定条件下的流量增量,定量地回答了洞庭湖顶托对下荆江泄洪量影响问题。     

鄱阳湖汇流顶托对长江汉口水位影响的量化分析

为定量评估汇流顶托对水位变化的影响,本文从水文过程仿真及顶托响应评价入手,提出了一种汇流顶托对水位影响的量化分析方法,并以长江汉口江段为例,开展了鄱阳湖汇流顶托对长江汉口江段水位影响的量化评价,结果表明:改进提出的长江汉口江段水文仿真模型,经参数优选后确定性系数可达0.98以上,总量相对误差绝对值在3%以内,较好地再现了水文变化过程;通过响应指数定义及水文过程模拟,研制了汉口多值型水位流量关系响应特征曲线,揭示了鄱阳湖与长江水位变化的关联性机制;经2016和2020年洪水实例分析,汉口江段长历时高洪水位主要受长江来水及鄱阳湖汇流顶托共同驱动,二者合力贡献可达83.3%以上,其中鄱阳湖汇流顶托贡献率在35%左右.其余因素(如区间洪水、沿江排涝等)亦助推高洪水位形成,部分时段贡献可达近34.4%.本文提出的顶托量化分析方法,可定量评估因顶托效应引起的水位变化,为解析河段高洪水位成因机制提供了有效的技术支撑.     

洞庭湖入汇对荆江河段水位的顶托程度与范围

洞庭湖入汇对长江干流水位的顶托作用影响着荆江河段的水文情势变化,分析其变化特征对研究长江中下游防洪安全问题具有重要意义。为揭示汇流顶托作用的程度与影响范围,本文基于1990—2020年荆江河段水位流量关系与洞庭湖汇流比,提出洞庭湖入汇顶托程度的量化方法,构建计算顶托程度的随机森林回归模型,分析顶托程度主要影响因素的重要性。结果表明：(1)洞庭湖入汇顶托程度与汇流比呈显著正相关关系;顶托程度随干流流量增大而增加,2003—2020年枯水、中水和洪水流量级监利站水位受顶托程度平均为0.59、1.33和1.60 m;顶托最大影响范围随干流流量与汇流比增大向上游延伸。(2)随汇流比增大,在2020年干流枯水、中水和洪水流量级下,顶托最大影响范围的延伸区间分别为石首—沙市、石首—陈家湾和陈家湾—枝城;汇流比、荆江段累计冲刷深度、螺山水位及干流流量对顶托程度变化的重要性占比分别为28%、27%、25%和20%。(3)构建的顶托程度计算模型在不同流量级都能够较好地计算荆江河段水位的顶托程度并确定顶托影响范围。     

乌江洪水与长江三峡洪水遭遇研究

由于乌江白马航电枢纽位于长江三峡水库的变动回水区内,在乌江白马航电枢纽的勘测设计中,需研究乌江洪水与长江三峡洪水遭遇的问题.首先,从天气系统、暴雨洪水特性等方面,分析乌江洪水与长江三峡洪水发生遭遇的可能性.其次,从降水方面,统计分析乌江流域和长江三峡以上地区较大降水产生洪水发生遭遇的概率为21.4%.然后,从实测洪水方面,统计乌江武隆水文站与长江宜昌水文站实际发生的洪水遭遇概率为16.4%,当乌江发生较大洪水时,长江三峡洪水均为中小洪水.最后,根据乌江白马航电枢纽设计需要,提出了乌江洪水与长江三峡洪水遭遇时,三峡水库回水对乌江白马航电枢纽坝址水位的影响值.     

回水计算方法及程序设计

文中试图提供一个实用回水计算程序的编制和操作作流程。本程序对天然河道水面线和水库回水水面线均有很好的通用性，计算条件既考虑了沿程水头损失又考虑了局部水头损失，计算迅速准确，计算一条水面线只需几分钟，比手工计算提高工效数十倍。     

弯曲溢洪道挑流消能试验研究

为避免加剧弯曲溢洪道的不良振动,对弯道水流的挑流消能问题进行研究。通过试验研究的方法,提出了一种适用于弯曲溢洪道的新型挑流消能工,结合渠底超高法对弯道水流的干扰,使水流在质量力的作用下分流,有效降低和减小了回水的流量范围,增加了挑流水舌的纵向长度。通过对比两种不同凹岸边墙半径的弯曲束窄差动式斜切挑坎和弯曲连续斜切挑坎的回流、挑流和分流等特性,根据水流运动特性和流线的几何关系,提出了一种判断该新型挑坎发生回水的半理论半经验方法。研究发现高坎的收缩程度和凹岸边墙半径是影响分流和回水的主要因素,通过对高坎水流运动特性的分析,拟合流量、凹岸边墙半径与高坎折冲水流出流方向角γ的经验公式,推导了高坎分流临界角度γc的计算表达式,计算结果与试验测量结果吻合良好,可以为弯道水流挑流消能的工程应用和运行提供参考。     

考虑回水顶托影响的水位预报研究

将有回水顶托影响的河段视为多输入-单输出系统,把水位过程视为时间序列,用时间序列分析最优控制理论,建立了可考虑回水顶托影响的水位过程预报模型。提出了在棱柱形河道情况下,以时段水位涨差作变量时,模型中各参数应满足的物理性约束条件;较好地解决了长江荆江河段中受回水顶托影响的石首站的水位过程预报问题,为水位过程预报提供了一条不同于水文学途径和水力学途径的建模途径。