基于磁各向异性的管壁应力集中区域检测方法

针对应力集中导致管壁发生屈服失效的问题,提出了利用磁各向异性检测管壁应力集中区域的方法。从能量角度出发,研究了应力导致管壁产生磁各向异性的机理,建立了管壁当量应力与磁各向异性探头输出电压信号的数学模型,通过计算管壁的当量应力判断其是否发生屈服失效,搭建了应力检测实验平台。实验结果表明,应力会导致管壁产生磁各向异性,磁各向异性检测方法能够检测出管壁当量应力的变化趋势和主应力方向所在延长线的角度,进而判断管壁是否产生应力集中区域。

基于圩区产流与调蓄的大型平原河网水文水动力耦合模型研究

构建可靠的水文水动力模型是减轻平原河网洪涝灾害的必要手段。以太湖流域杭嘉湖区为例,采用MIKE11和ArcGIS,通过河网概化、集水区划分、圩区内外独立的产汇流计算和调蓄分析等环节构建了杭嘉湖平原河网水文水动力耦合模型,选用“菲特”和“烟花”台风实测洪水数据验证了模型可行性。结果显示,模拟水位与实测水位绝对值相差0.01~0.09 m,水量结果误差为5.4%,表明模型准确可靠。本模型可为该地区防洪调度、工程规模论证等相关工作提供技术支撑,也可为相似地区水文水动力耦合模型的构建提供理论指导。

城市洪涝模型及CPU-GPU异构并行计算技术研究进展

在全球气候变暖和城市化背景下,城市洪涝问题日益严峻。为尽可能减少城市洪涝灾害造成的损失,提高城市对突发性强降雨事件的应急处理水平,开展城市洪涝数值模拟技术研究具有十分重要的意义。本文从城市洪涝精细化和高效模拟角度出发,综述了城市洪涝模型、CPU-GPU异构并行计算的研究进展,系统总结了产汇流模型、一维河道管网模型、二维地表模型、耦合模型、快速城市洪涝模型的构建方法和CPU-GPU异构并行计算的关键技术。针对当前城市洪涝模型研究中的不足之处,需要开展城市洪涝过程全物理机制模拟研究,深入分析全水动力城市洪涝模型的适用性、模拟精度和计算效率;还需基于异构并行计算技术,实现城市洪涝模型一维河道管网、二维地表淹没的快速模拟,为城市暴雨洪涝精细化与高效模拟奠定基础。

中国城市洪涝问题及成因分析

随着经济社会的发展,中国步入城镇化快速发展的阶段,城镇化率已由2000年的36.22%增加到2014年的54.77%。在全球气候变化与快速城镇化背景下,中国城市洪涝灾害日益严重。阐述了全球气候变化及城镇化对城市降水和极端暴雨的影响机制,并从流域产汇流角度分析了城镇化对洪水过程的影响,系统剖析了中国城市洪涝频发的主要原因。在成因分析的基础上,进一步提出了中国城市洪涝防治的应对策略,主要包括:1以低影响开发理念为指导,加强城市基础设施建设,建设海绵城市;2建立城市洪涝立体监测、预报预警和实时调度系统,强化城市洪涝科学决策能力;3健全和完善城市洪涝应急预案,强化应急管理能力,完善灾害救助和恢复机制。

不同施肥处理对稻田氮素径流和渗漏损失的影响

采用田间试验,研究了不施肥（CK）、常规施肥（CF）、90%常规施肥（90%CF）、80%常规施肥（80%CF）、控释复合肥（CRF）和有机—无机肥配施（MF）6种施肥处理对稻田氮素径流和渗漏损失的影响。结果表明：水稻田面水总氮（TN）和铵态氮（NH＋4—N）浓度在施肥后第2天达到峰值,之后快速下降,第7天后降至峰值的15%以下并趋于稳定,控制稻田氮素流失最关键的时间为施肥后1周。减量施肥可以有效降低田面水和渗漏水的氮素浓度。不同施肥处理（CK除外）TN径流损失量和氮素流失率分别为8.81~15.78kg/hm2和施N量的2.58%~4.96%,其中90%CF、80%CF、CRF和MF处理TN径流流失量分别较CF处理低22.05%,34.16%,44.17%和33.52%;TN渗漏损失量和氮素淋失率分别为18.86~40.39kg/hm2和施N量的3.55%~11.77%,其中90%CF、80%CF、CRF和MF处理的TN渗漏损失量分别较CF处理低24.57%,26.52%,53.29%和26.97%。减氮20%不仅能有效减少稻田氮素径流和渗漏损失,还能有效保障水稻产量,提高氮素利用率。

SWMM模型模拟雨洪原理剖析及应用建议

通过对SWMM模型结构和参数的剖析,证明其对城市雨洪形成过程的描述是符合迄今为止人们对城市产汇流规律的认知的。采用的产流分析方法以水文学为基础,汇流分析方法以水力学为基础,其物理概念清晰。包含的参数大多具有几何意义或物理意义,但有些参数之间存在互补性或相依性,这就要求在率定这些参数时应设法减少"异参同效"的影响。汇水区出口的雨洪过程的复合采用同时刻叠加的方法,表明来自不同部分洪水的相互干扰是被忽略的。

下垫面变化对流域产汇流影响研究进展

近年来随着人类活动影响的加剧,流域的下垫面条件发生了显著变化,改变了流域入渗、蒸散发、径流等水文过程的特征,对流域的水资源、洪旱都造成了显著影响。为科学合理地开发流域水资源,下垫面变化对流域产汇流影响成为水文科学研究的热点问题。近年来国内外关于下垫面变化对水循环影响方面的相关研究历程可以划分为萌芽阶段、起步阶段和发展阶段,现有研究认为,森林砍伐与草地开垦、农业开发与城镇化建设活动可以增加径流量,而水土保持措施可以减少径流量,流域下垫面通过各种景观变化的耦合作用影响河川径流。下垫面变化的水文效应的研究方法主要有流域对比试验法、特征变量时间序列法、水文模型法等,其中,流域生态水文模型是生态水文研究的前沿和热点。此外,多种综合方法越来越多地应用在下垫面变化影响水文效应的研究中,而"原型观测+数值模型"的研究方法可能会成为一个发展趋势。

非硬化路面侵蚀产沙规律野外模拟试验

为了科学治理非硬化路面水土流失,采用野外放水冲刷试验,对非硬化路面侵蚀产沙规律进行了试验研究。结果表明,同一坡度不同放水流量与同一放水流量不同坡度条件下,非硬化路面产沙随时间的变化形式均有3种,分别为平缓型、多峰型和单峰型。对同一路面不同观测断面的产沙量分析发现,产沙量沿坡面的空间变化形式分别为波动式减小、逐渐式减小和先增大后减小。、得出平均含沙量与放水流量呈对数相关,产沙率与放水流量、平均含沙量与坡度、产沙率与坡度均呈直线相关。以期为非硬化路面的水土流失预测和治理提供科学依据。

流域水文模型研究进展

本文介绍了流域水文模型的分类,论述了流域水文模型基础理论——产汇流理论的发展及其自身的研究进展,探讨了流域水文模型的研究趋势和发展困境,并对未来做出了展望,以期能推进流域水文模型的研究。

宁夏引黄灌区耗水量及水均衡模拟

在系统地分析和总结以前有关研究成果的基础上,通过搜集和整理大量的试验观测资料,研究了宁夏不同地区地下水浅水埋深条件下的产汇流规律。由于引黄灌区受到引黄灌溉的人类活动影响十分激烈,大量的引黄水量使灌区形成了类似于江南的自然景观和下垫面条件,其产汇流规律与所处的干旱半干旱地区的一般性规律相差甚远,而与湿润半湿润地区基本相同。利用灌区引黄耗水量与引黄灌区降水量系列资料进行统计和分析的结果表明,灌区引黄耗水量与灌区降水量之间呈显著的负相关关系,说明降水量对灌区引黄灌溉水量的有效利用和无效蒸发产生较大的影响作用。然后根据灌区作物生育过程需水、耗水机理和灌区的水循环规律,建立起基于灌溉动态需水量计算的灌区水均衡模型,对宁夏引扬黄灌区的引水、耗水、排水进行了系统分析和精确计算。最后以1995年为现状年计算了在75%降水频率条件下,灌区的农业总引水量为80 51×108m3,总耗水量为39 41×108m3,其中耗用黄河干流的水量为32 31×108m3,为正确地分析和研究确定引黄灌区的总耗水量和直接耗用的黄河水量提供了依据。

中国中小河流气候和下垫面与产汇流过程关系研究

构建340个中小河流域80个气候和下垫面因子,探讨了水文模型模拟效率对环境因子的敏感性,分析了产汇流因子与环境因子的相互关系。结果如下:①同类型气候和下垫面因子存在显著相关,不同类型环境因子相关系数相对较低;中国中小河流域大致可分为南方地区,北方地区和西北地区;②将环境因子分类进行主成分分析的方差解释率显著增加,气候、植被和土地利用、土壤、地形的流域分类效果较好,地貌和地质、人类活动和流域形态的分类效果不理想;③GR4J模型在中国河流的适用性良好,模型效率显著相关的因子主要集中在气候、植被和土壤,其中影响最大的气候和下垫面因子为干燥度、黏土含量和叶面积指数;④水文模型参数中,产流水库容量影响因素包括气候、地貌、土壤、地形、人类活动和流域形态;地下水交换系数影响因子为地貌和地质、地形、人类活动;汇流水库容量影响因子主要有植被、土壤、地貌和流域形态;单位线汇流时间的影响因素集中在气候、土壤和流域形态。

河流水文学若干研究领域的回顾与展望

就 2 1世纪的产汇流理论、流域定量地貌、河流洪水、河流泥沙、河流热状况与冰情、河流资源利用、河流水质与河流生态环境等河流水文学主要研究领域的发展前景作了初步的展望 :要进一步揭示不同气候和下垫面条件下的产汇流规律 ,研制预测功能强的流域水文模型 ,发展和应用数字流域 ,深入揭示复杂条件下的洪水运动规律 ,提出高精度的分析计算方法 ;水流动力学与泥沙动力学相耦合的产沙计算方法将得到实际应用 ,河流输沙机理将进一步被揭示 ;继续探索河冰形成及河流冰情变化的热力学和水力学机理 ,完善冰凌数学模型 ,进一步揭示河流水流挟带污染物质的运动机理 ,完善水质模型 ,提高计算精度 ;要采用多学科综合的手段 。

平原城市雨洪过程模拟

本文提出一个适合平原城市水文过程模拟的数学模型，由产流、坡面汇流、管网汇流、河网汇流４个子模型组成．对北京市太平湖排水小区雨洪过程模拟验证表明，结果是可靠和合理的．

SCS模型在岚河流域的应用研究

介绍了SCS模型,在保留SCS模型物理意义的前提下,将SCS模型引用到位于汾河水库上游的中型流域岚河流域,通过对该流域实测降雨、洪水资料的分析,提出了适合该流域产流计算的CN值表和用于流域汇流计算的无因次单位线以及相应的汇流参数关系式。

新安江-海河模型在阜平流域的应用

对新安江模型进行了完善,得到了全新的新安江-海河模型,分别运用新安江模型和新安江-海河模型,对1958—2004年阜平流域进行了产汇流模拟。结果表明:不管是新安江模型还是修正后的新安江-海河模型,模拟精度都比较高,尤其是在洪水分年代与分量级模拟时,但是新安江-海河模型中各个参数的取值更能反映实际的产汇流情况,模型结构更加完善。

论城市排水防涝工程水文问题

排水防涝工程是防治和减轻城市洪涝灾害的重要设施,其建设规模主要受到工程寿命期内雨洪变化规律、社会经济发展水平的制约。论述了城市雨洪变化的特点、洪涝灾害的成因和不同类型工程措施的防灾、减灾原理;阐述了致灾率、设计标准等概念;提出了城市排水防涝工程规划、设计中的水文计算任务;讨论了城市设计暴雨所涉及的暴雨强度公式、设计暴雨雨型等问题以及由设计暴雨确定设计洪水的原理和方法。

成都市某区暴雨径流过程模拟分析

为提高城市雨洪管理的效率,最大限度地减少暴雨洪水带来的危害,针对城市防洪排涝的需要,在分析成都市某区降雨径流规律后,建立了该区暴雨径流模拟的数学模型,有助于采取相应措施充分利用雨洪资源。通过对雨洪过程模拟验证表明,模型适合该区域的实际情况,具有一定的合理性和可靠性。

随机产汇流理论

引入随机理论,将流域上一场具有一定时空分布的降雨视作无穷多雨滴之集合。流域上任一位置雨水的下渗、蒸散发,以及向流域出口断面的汇集,用水动力学处理;呈时空分布的无穷多雨滴的集体表现,即流域产流量的形成和流域出口断面流量的形成,则用概率论处理。从而同时考虑了降雨空间分布不均和下垫面条件空间变异对流域产流的影响,也揭示了流域瞬时单位线的物理本质,阐明了倍比性和叠加性是净雨空间分布均匀条件下流域汇流的本质特性。最后提出了一个确定流域汇流速度空间分布的方法。

对流域水文模型的再认识

讨论了流域水文模型的本质,指出模型只是原型的近似,不可能反映原型的一切特征,尤其像流域降雨径流形成这样复杂的现象。诠释了"分解"与"集成"的科学思维在流域水文模型建模中的作用。认为只有产汇流理论和集成基本水文现象为流域水文模型的方法有所突破,才会有流域水文模型的实质性进步。分析了流域水文模型反问题不适定的原因,提出了直接最优化方法用于解决流域水文模型反问题时应注意的事项,以及用"大数据"方法解决流域水文模型反问题的设想和初步思路。认为随着水文观测手段的进一步精准,"大数据"方法在解决流域水文模型反问题和正问题中均有美好的应用前景。

大孔隙分布对坡地产汇流及溶质运移的影响

以室内土槽为平台,采用人工模拟降雨试验,研究了粉砂壤土中两种不同大孔隙分布情况下,土槽中土壤含水量、坡面流速、地面径流、地下径流及溶质运移的变化。结果表明,相对于面大孔隙度为19%,容积大孔隙度为0.095%的未加密型的土槽,面大孔隙度为57%,容积大孔隙度为0.285%的大孔隙加密型土槽中各层土壤含水量增加幅度、平均坡面流速及地面径流量相对偏小,地下流出现时间较早且径流量较大,地面径流中溴离子、铵根离子浓度、硝酸根离子浓度偏小。在地下水出流前期,大孔隙加密型土槽中的铵根离子浓度和浓度变化幅度都偏小,但溴离子、硝酸根离子浓度则偏大。