长江流域陆地水储量与多源水文数据对比分析

王  文, 王  鹏, 崔  巍

（河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210098）

摘要：从趋势性、滞后性及相关性三方面，对2002—2013年间GRACE重力卫星反演的长江上游与中游陆地水储量与模型模拟土壤含水量、实测降水和实测径流数据进行了对比分析，并从干旱强度及发展时间两方面评估了标准化陆地水储量指数SWSI、标准化降水指数SPI、标准化径流指数SRI和标准化土壤含水量指数SSMI对区域性干旱的表征能力。结果表明：长江上游地区陆地水储量与降水、径流和土壤水蓄量均无显著变化，而中游地区陆地水储量则与水库蓄量同样具有显著性增加，反映人类活动对中游地区陆地水储量变化有很大影响；各指标指示的各等级干旱月份数量基本相当，但各指标反映的特旱具体月份有较大差别，基于GRACE数据构建的SWSI指标对特大干旱的指示性不好；对比各指标对上游与中游地区干旱事件发展时间，体现出水文干旱、农业干旱对气象干旱存在一定的迟滞关系。

关键词： GRACE；陆地水储量；水文循环；干旱；长江流域

黄河头道拐水沙变化多元驱动因子贡献率分析

冉大川^1,2，姚文艺^1,2，申震洲^1,2，倪用鑫^1,2，董飞飞^1,2

（1.黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003；2.水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室，河南 郑州 450003）

摘要：根据1950—2010年水沙实测资料，采用统计分析方法，通过构建非线性响应模型，辨识了水沙变化主导驱动因子，定量评估了多因子对黄河上游头道拐水沙变化的贡献率。结果表明：头道拐1950—2010年多年平均径流量减少速率为2.23亿m³/a，多年平均输沙量减少速率为0.027亿t/a，1987—2010年径流泥沙减少趋势更为明显，同期输沙量减幅明显大于径流量减幅；1969—2010年气候因子和下垫面因子对头道拐站年径流模数和年输沙模数变化的贡献率均约为2∶8，下垫面因子明显占主导地位，其中宁蒙灌区年引水量对年径流模数变化的贡献率最大，达到42%，龙羊峡和刘家峡等水库运用对年输沙模数变化的贡献率最大，达到34%。预计今后兰州以上径流变化和兰州至头道拐区间主要支流来沙变化两大自然因素将是头道拐水沙变化的主导因子；灌区引水和支流水土保持综合治理减沙对头道拐水沙变化的贡献率将居主导地位。

关键词：非线性响应模型；驱动因子；贡献率；水沙变化；黄河上游

流动沙丘水分深层入渗量与降雨的关系

李  卫¹，冯  伟^1,2，杨文斌¹，唐进年^1,3，党宏忠¹

（1.中国林业科学研究院荒漠化研究所，北京 100091；2.锡林郭勒职业学院，内蒙古 锡林浩特 026000；3.甘肃省治沙研究所，甘肃 兰州 730070）

摘要：为分析流动沙丘水分深层入渗与降雨的关系，采用YWB-01型水分深层渗漏记录仪，运用土壤水动力学原理，研究了毛乌素沙地流动沙丘降雨入渗水分传递过程及地表以下3750px深度入渗补给特征。结果表明：流动沙丘深层土壤水分来源主要为降雨入渗，2010年入渗补给量为141.4mm，2011年为355.8mm，分别占同期降雨量的55.1%和68.2%。深层入渗主要补给期为5—11月，期间补给量占全年总量的95%。当土壤水分条件保持在田间持水量范围之内时，降雨过程对土壤150 cm深度的补给作用主要受降雨量和降雨强度的影响，入渗量与降雨量呈极显著正相关（P<0.01），降雨通常在30~48h后渗透补给到3750px深层土壤，入渗补给速率在前3~5h呈快速上升趋势，3~8h左右达到最大值，此后缓慢下降，整个入渗补给过程可以持续96 h以上。

关键词：流动沙丘；土壤水分；降雨量；入渗补给量

雨水花园对暴雨径流的削减效果

唐双成¹，罗  纨²，贾忠华²，李  山¹，仵  艳¹，周  萌²

（1.西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地，陕西 西安 710048；2. 扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏 扬州 225009）

摘要：雨水花园能够有效地蓄渗雨水径流、降低城市发展对水环境的不利影响。根据在西安市开展的一项连续4年对雨水花园入流与出流水文过程的监测研究，分析了雨水花园对暴雨径流的削减效果，并根据花园内土壤入渗率及颗粒组分随时间的变化，讨论了雨水花园运行效果的可持续性。结果显示：蓄水深度为375px，汇流比为20:1的试验用雨水花园，在4年监测的28场降雨中，仅有4场暴雨径流汇入雨水花园后发生溢流，且溢流量很小；试验期内，有2年未发生溢流，雨水径流全部入渗；最多的1年发生溢流3次，但年径流削减率仍高达96.8%；导致雨水花园发生溢流的均为短历时高强度暴雨。研究中还发现，雨水花园土壤入渗率在4年运行期内没有显著变化，一直稳定在2.4m/d左右，花园内表层土壤砂粒含量由7.36%增加到20.55%，而粉粒和黏粒的含量则相应降低。可见，研究区雨水花园能够显著减少暴雨径流，且入渗性能稳定，具有良好的应用前景。

关键词：雨水花园；径流削减；入渗率；土壤颗粒；低影响开发

水位流速耦合演算模型研究

包为民¹，周俊伟¹，江  鹏²，丁伯良³，王  浩³

（1.河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；2.Desert Research Institute, Las Vegas Nevada USA, 89119；3. 浙江省水文局，浙江 杭州 310009）

摘要：河道防洪，水位和流速是重要的预报特征量。目前对于缺乏流量观测资料和没有稳定水位流量关系线的河道，几乎还没有实用、有效和具有通用性的水位与流速双变量预报模型。以水流质量和力的平衡方程为基础，根据因次分析方法，提出摩阻的导数表达结构，并差分形成水位流速双变量耦合演算模型。通过钱塘江、赣江和桂江3个流域中4个河段的模拟检验，取得了较好的结果，率定期和检验期的确定性系数都大于0.7。初步证明了双变量耦合演算模型结构的合理性和模拟实际河道水流的有效性。

关键词：水位流速；双变量耦合；通用演算模型；理论推导；应用检验

一种沟灌累积入渗量简化计算方法

聂卫波¹，费良军¹，马孝义²

（1.西安理工大学水资源研究所，陕西 西安 710048；2.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100）

摘要：为简化沟灌二维累积入渗量的数值计算，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，研究分析了土壤初始含水率、入渗水深、沟底宽、边坡系数、土壤质地和容重等因素对沟灌边界效应和拟合系数γ的影响，并建立了系数γ与主要影响因素间的函数关系式，提出了沟灌累积入渗量简化计算方法。结果表明，土壤初始含水率、沟底宽和边坡系数对沟灌边界效应的影响较小，而入渗水深、土壤质地和容重对沟灌边界效应的影响显著；拟合系数γ主要与入渗水深的变化有关，随入渗水深的增大呈现减小趋势，但对初始含水率、沟底宽、边坡系数、土壤质地和容重等因素变化的敏感性较低，可忽略其影响；建立了估算拟合系数γ的计算式，结合已有文献资料对其可靠性进行了验证，结果表明黏壤土和砂壤土不同入渗时间内，其沟灌累积入渗量计算值与实测值和HYDRUS软件模拟值具有高的一致性，说明文中所建公式估算拟合系数γ值可靠。研究结果可为简化沟灌累积入渗量的数值计算提供理论依据和技术支撑。

关键词：二维入渗；累积入渗量；数值模拟；边界效应

黄土丘陵区堆积体边坡对上方来水的侵蚀响应

张乐涛¹，高照良¹，李永红¹，田红卫²

（1. 西北农林科技大学中国科学院水利部水土保持研究所，陕西 杨凌 712100；2. 长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010）

摘要：为探明上方来水类型对工程堆积体高陡边坡下部冲刷侵蚀的定量影响，以神府高速公路沿线典型工程堆积体陡坡坡面（36°）为例，设计4种上方来水类型，通过野外放水冲刷试验分析了不同上方来水类型下堆积体坡面的径流侵蚀输沙过程。结果表明：①上方来水类型对堆积体坡面下部的产流影响较小，却干扰了坡面侵蚀产沙过程，造成土壤流失量增加；②径流深、单宽径流侵蚀力和水流功率均可以较好地预测堆积体边坡下部输沙模数的变化；③单宽径流侵蚀功率可以作为表征坡面尺度次径流事件中径流侵蚀力变化的指标。研究结果可为工程堆积体土壤侵蚀强度评价、侵蚀模型建立及新增水土流失防治提供参考。

关键词：工程堆积体；陡坡；上方来水类型；侵蚀产沙；径流侵蚀力

人工阶梯-深潭破坏案例与稳定性分析

李志威^1,2，王兆印²，张晨笛²，余国安³，张  康⁴，漆力健⁵

（1.长沙理工大学水利工程学院，湖南 长沙 410114；2.清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084；3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；4.水利部珠江河口动力学及伴生过程调控重点实验室，广东 广州 510611；5.四川农业大学水利水电学院，四川 雅安 625014）

摘要：通过2006—2010年4个修建人工阶梯-深潭系统的治理山区河流案例，总结其治理效果和最终破坏原因。以单个阶梯为分析对象，给出其受力表达式，建立单个阶梯-深潭的简化稳定性模型，进而分析来流量和冲刷角变化对其稳定性的影响。单个阶梯的稳定性取决于关键石块粒径、河道坡降、流量和冲刷角。洪水期的洪峰流量和阶梯下游冲刷是阶梯破坏的主要原因，上游来流量增加和冲刷角越大，阶梯越易发生破坏。人工阶梯-深潭系统在洪水期的稳定性是其发挥长期治理效果的关键。

关键词：人工阶梯-深潭系统；山区河流；阶梯稳定性；洪水流量；冲刷

高坝泄洪水面曲面及流速场的原型测量方法

钟  强¹，陈启刚²，曹列凯¹，李丹勋¹，王兴奎¹

（1. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084；2. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044）

摘要：构建了基于双高速摄像机的立体摄影测量与大范围PIV测量系统，实现了对高坝泄洪的水面曲面和流速场的原型观测。摄影测量系统将相机内外参数分开标定，既保证了相机标定精度，又减少了布置标定点的工作量；使用SIFT关键点标识法提取不同照片中水流表面流动纹理的特征点。大范围PIV系统中，使用灰度标准化、背景移除、中值滤波等方法提取水流表面流动纹理作为PIV计算的示踪物，解决了原型观测中释放示踪物的难题。根据重构出的水面曲面形态对大范围PIV所得流场进行尺度换算与水面贴合，得到真实的表面流场。在向家坝消力池运用实例表明，本方法的计算结果合理。

关键词：高坝泄洪；水面流场；水面曲面；特征点；三维重构

层流区Shields曲线分布规律试验

洪安宇^1,2，王正中¹，赵延风¹

（1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100；2. Department of Physics, Clark University, Worcester, Massachusetts 01610，USA）

摘要：为探明层流条件下Shields曲线的分布规律，运用电荷耦合组件（Charge Coupled Device，CCD）成像技术结合激光扫描及计算机图像处理技术，在水和甘油混合液中对无黏性均匀玻璃颗粒的起动拖曳力进行测量，并根据层流绕流理论建立了无黏性均匀颗粒的滚动起动模型，提出层流条件下无黏性均匀颗粒的量纲一起动拖曳力公式。试验观测发现在层流范围内希尔兹数呈规则的带状分布，流体作用引起颗粒床表面粗化并导致床面颗粒突起减小，使颗粒起动拖曳力增大1倍以上。结果表明颗粒床表面结构性状直接影响着颗粒起动拖曳力的大小，在层流区Shields曲线具有带状分布特性。

关键词：Shields曲线；层流；CCD成像技术；无黏性均匀颗粒；颗粒床表面结构

河流离岸排放污染物二维浓度分布特性分析

武周虎

（青岛理工大学环境与市政工程学院，山东 青岛 266033）

摘要：从河流移流扩散二维简化方程的解析解出发，考虑两岸边界反射作用，通过离岸排放条件下的系列计算实验、浓度图谱绘制、数学归纳和分析整理，提出了以相对离岸距离a′（=排放口离近侧河岸的距离a/河宽B）为自变量的宽阔与中宽河段的分类线方程；提出了断面最大浓度轴线的定义、分段方程以及简化分段条件，给出了最大浓度轴线x轴段与弯曲段的分段线方程、弯曲段与靠岸段的临界线方程以及断面最大相对浓度沿程分布的分段简化计算公式，提出了河流中心线和两岸线上相对浓度沿程分布的计算公式，为河流水环境影响预测与评价提供了理论支持。

关键词：河流；离岸排放；边界反射；二维浓度分布；河段分类条件；最大浓度轴线

莱州湾悬沙输运机制研究

陈  斌^1,2， 刘  健^1,2，高  飞^1,2

（1.国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，山东 青岛 266071；2.青岛海洋地质研究所，山东 青岛 266071）

摘要：基于2012年实测的潮流、含沙量及表层沉积物数据及资料等，分析了潮流、余流、潮流底应力及底质类型对含沙量变化的影响，并运用物质通量分析方法，探讨了莱州湾悬浮泥沙的输运机制。研究结果表明：研究海域受半日潮控制呈往复流特征，涨、落潮期间近底含沙量与流速及潮流底应力显著相关，存在明显的再悬浮现象，含沙量呈现潮周期变化特征；底质类型与含沙量大小密切相关，细颗粒物质更容易发生悬浮；平流输运与潮泵效应是莱州湾海域的悬沙输运的主要动力因素。

关键词：潮流；余流；底应力；含沙量；再悬浮

桥墩影响下冰塞水位变化规律的试验

王  军，陈胖胖，杨青辉，施发义，刘  涛

（合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）

摘要：采用聚乙烯颗粒为天然冰模拟材料，对桥墩影响下的冰塞水位变化规律进行了探索性试验研究。试验发现，有桥墩时，冰塞演变可分为冰塞越过桥墩和未越过桥墩两种情况；冰塞动态演变过程中，桥墩附近冰塞底部存在冲刷现象，由此产生的冲刷输冰流量会引发较为复杂的冰塞水位演变过程。研究表明，有桥墩条件下，水力及来冰量条件对平衡冰塞时的水位增值影响规律与无桥墩时基本一致；水流条件和来冰流量相同条件下，当冰塞能越过桥墩达到平衡时，墩径较大时水位增值也较大，在断面阻塞程度相同条件下，双墩水位增值大于单墩。

关键词：桥墩；冰塞水位；水位增值；试验

城市供水系统多水源联合调度模型及应用

于  冰¹，梁国华¹，何  斌¹，董立新²，周惠成¹

（1. 大连理工大学水资源与防洪研究所，辽宁 大连 116024；2. 天津市水利科学研究院，天津 300061）

摘要：从城市供水系统的关键元素出发，通过系统网络拓扑分析，构建了“水源—水厂—分区用户”三层供水系统网络拓扑结构；基于此拓扑结构和兼顾整个供水系统的社会效益和供水成本两个调度目标，建立城市供水系统的多水源联合供水优化调度模型；利用NSGA-II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II）算法进行模型求解，并给出最佳均衡解的选择规则；将该模型应用于南水北调中线一期工程通水后的天津市供水系统。实例研究结果表明，该模型实现了天津市不同来水丰枯组合情景下多种水源的合理分配，能够为决策者提供均衡社会效益与供水成本的详细供水方案，还可以在一定程度上反映出供水系统存在的工程问题，可为保障城市供水安全提供技术支撑。如最不利典型年来水情景下，总可供水量（14.73亿m³）大于天津市总需水量（13.77亿m³），但由于供水工程能力限制，特定供水规则下推荐的社会效益与供水成本折中方案的缺水量为2.44亿m³、总供水成本为32.6亿元。

关键词：多水源联合调度；优化调度模型；网络拓扑结构；城市供水系统；NSGA-II；南水北调中线工程

冰川径流温度及其响应机制研究进展

高坛光¹，张廷军¹，康世昌^2,3，曹  琳¹

（1.兰州大学资源环境学院，甘肃 兰州 730000； 2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室，甘肃 兰州 730000；3.中国科学院青藏高原地球科学卓越中心，北京 100101）

摘要：在冰冻圈地区，受到积雪和冰川融水的影响，径流表现出独特的热状况，形成特有的冷水生态系统。由于大气和河流内部过程之间强烈的耦合和高敏感度，河水温度作为生态系统的重要驱动因素在冰川流域表现得尤为显著。通过对冰川径流温度特征、影响因素和热量机制响应等方面的国内外研究现状进行综述,发现冰川径流温度具有温度低、时空变化显著的特征；冰川径流温度影响因素主要有4个方面：水-气界面的热量传输、水-河道及河岸界面热量传输、径流组成、气候变化及人类活动；冰川径流热量机制的响应在河水物理化学性质方面表现为河流水质参数以及热量水分循环的影响，在河流水生生态系统方面表现为水生生态系统的分布和结构随冰川径流温度的变化而变化，且一旦超过某个阈值后，这种变化不可逆。

关键词：冰川径流；河水温度；热量机制；水生生态系统

科罗拉多河水权分配历程及其启示

周  婷¹，郑  航²

（1. 安徽农业大学水利工程系，安徽 合肥 230036；2. 清华大学水利系水文水资源研究所，北京 100084）

摘要：为把握和吸取科罗拉多河近百年来水权分配的规律及经验，对科罗拉多河在美国境内及美国和墨西哥之间的水权分配历程进行了全面梳理和归纳，重点阐述了各条约及措施的背景、目的、内容及相互联系。从科罗拉多河水权分配历程可以看出，流域水权的保障是工程措施和非工程措施协同发展的结果，同时应考虑自然条件、区域社会经济发展、生态环境和国际环境等综合因素；在水权条约的框架下，灵活的市场机制能够提高水资源利用效率，是应对水资源供需变化的有效方式。科罗拉多河水权分配历程对于中国国际河流水权维护及国内水资源优化配置具有重要的借鉴价值。

关键词：水权分配；水权条约；国际河流；科罗拉多河