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水科学进展

水科学进展

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  • 国内刊号/CN：32-1309/P
    国际刊号/ISSN：1001-6791
  • 发行周期：双月刊
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  • 主管单位：水利部交通运输部国家水利科学研究院;国家能源局;中国水利学会
    主办单位：中华人民共和国水利部
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水科学进展 >2023年第5期

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  • 摘要：以黄土高原无定河流域为例研究了水土保持措施对流域泥沙输移比的影响。水土保持措施极大地改变了流域泥沙的侵蚀、输移和堆积过程,因而改变了流域的泥沙收支关系。在天然状况下,无定河流域的泥沙输移比接近1 0。20世纪60年代后流域内大规模地展开水土保持工作以来,泥沙输移比急剧下降为0 2～0 4。泥沙输移比的变化,主要是由于流域内人为沉积汇的形成所致。这种人为沉积汇表现为水库、淤地坝的拦沙作用,导致了泥沙输移比大幅度减小。在目前状况下,人工沉积汇的拦沙作用相当于坡面措施减蚀作用的2 4～6 3倍,表明坡面治理措施的有效性尚有待提高,并亟待在生态环境建设中予以加强。
  • 摘要：当前傍河水源地地下水资源评价的方法主要是水动力学方法和地下水管理模型，包括平面二维流模式、饱和三维流模式、饱和－非饱和流模式以及以这些水流模式为基础的地下水管理模型，其中以完整河流假设的平面二维流模式和非完整河流（实际河流）的三维流模式应用较为广泛。但平面二维流模式计算的开采量偏大，容易引起不良的环境影响，应推行使用饱和三维流甚或饱和－非饱和流模式预测傍河水源地地下水开采量。
  • 摘要：对表面驻波作用下紊动射流运动进行了试验研究。应用多普勒激光测速仪(LDV)进行流速场量测,应用电容式波高仪测量表面波动特性。结果表明,在表面驻波作用下,紊动射流动量主导远区流速的横向变化仍然可以用高斯分布表达,横剖面上流速的等值线图由原来对称于轴心的圆形变形为椭圆形;表面波动增强了紊动射流的扩散能力。
  • 摘要：选取大兴安岭1987年特大森林火灾主要过火区的图强林业局育英和奋斗两林场作为研究区,利用地理信息系统软件,对其火后湿地格局变化以及森林水文功能恢复状况进行了分析。结果显示,与过火前相比湿地面积增加了77.56%,且分布趋于集中;森林的平均水文调节能力已得到初步恢复,但具有较高调节能力的林地所占面积有所减少;森林的水文调节能力、地形因子以及火烧强度对湿地分布格局的变化均有明显影响。在森林水文调节功能下降地区、地势较低的谷地,坡度平缓的坡地以及火烧强度较大的地区,湿地面积增加明显。
  • 摘要：获取高精度高分辨率的降水数据对于流域水文分析、水资源管理及洪涝干旱监测等均具有重要意义。遥感技术虽然能有效再现降水的时空分布,但原始遥感降水资料无法满足水文领域对高精度高分辨率数据的需求,需要开展遥感降水资料的后处理研究。介绍获取降水资料的主要方法,包括雨量站观测、地面天气雷达估测以及气象卫星反演,讨论各方法的主要优势和当前存在的问题,在此基础上综述遥感降水资料的后处理方法研究进展,包括空间降尺度、偏差校正以及产品融合,并归纳后处理降水产品的评价指标,最后指出今后的研究重点:发展和改进降水估计技术;构建更为合理的多源降水数据融合框架;加强降尺度法对比研究,进一步改进和完善降尺度法;开展降水相关的不确定性分析。
  • 摘要：从遥感技术在水文学中的直接和间接应用两个方面 ,详细阐述了遥感技术在洪水过程实时动态监测、水域面积、冰川 /积雪水文、降水、区域蒸发、土壤水分、径流和水文模型、水质等领域的应用和研究进展 ,继而对遥感和地理信息系统在水文学中的联合应用问题进行了讨论。
  • 摘要：应用有限单元法进行地下水模拟及管理,由于把本来连续的时间和空间离散化,因而会造成一定误差,有时这种误差是不容忽视的。通过计算实例,分析了不同的空间、时间离散格式而产生的误差,应用迭加原理及特征值有限单元法,将因空间和时间离散而产生的误差区分开来,并探讨了减小误差的方法。
  • 摘要：科学控制梯级水库蓄泄过程是减少旱灾损失的重要手段。以减少干旱年份流域缺水量和优化缺水时空分布为目标,构建应对干旱的梯级水库群多时空尺度协同优化调度模型。采用交互式与改进粒子群优化方法,外层寻求多年调节水库旱限水位最优控制,内层优化梯级水库群年内蓄泄过程,实现流域水资源年际调控、年内优化、库群协同、空间协调。以2014年的黄河流域重旱为例,通过模型优化提出2012—2014年龙羊峡水库旱限水位及梯级水库群年内蓄泄过程,结果表明:通过龙羊峡水库旱限水位控制实现跨年度补水,控制各年度缺水率在4.9%~5.7%之间,通过水库群出库过程优化控制不同区域各时段缺水均匀分布,将农业缺水率控制在7.0%~11.0%之间,显著减轻了旱灾损失。
  • 摘要：为揭示线性剪切来流对串列双方柱绕流特性的影响,基于多步格式的特征线算子分裂有限元法,在计算域出口处采用对流边界条件,建立线性剪切来流的方柱绕流数值模型。对剪切参数为0~0.4的不同间距比下串列双方柱绕流数值模拟,结果表明:剪切来流可以抑制涡漩脱落,降低斯特劳哈数;上游方柱驻点随剪切参数的增加向高速侧移动,当剪切参数大于0.3时驻点的位置不再发生变化。进一步通过对比剪切参数分别为0和0.1的模拟结果发现:串列双方柱间隙内流场有无涡脱产生与该区域内水平方向时均速度场为负的区域是否连续有关;间距比和剪切参数通过改变方柱周围的速度场对作用于方柱表面的压力产生较大影响,迎流面与背流面的压力差剧增导致方柱平均阻力系数剧增。
  • 摘要：2018年,在广大作者、审稿专家、编委及主办单位的大力支持和帮助下,《水科学进展》的论文水平和内容质量得到明显提升。据中国科学技术信息研究所2018年10月31日发布数据,在统计的2416种中国科技核心期刊中,《水科学进展》核心版影响因子1. 621,在水利类期刊中排名第一;据2018年10月25日发布的《2018中国学术期刊国际国内影响力研究报告》,《水科学进展》连续7年入选“中国国际影响力优秀学术期刊”;2018年1月,《水科学进展》获江苏省新闻出版广电政府奖报刊奖。据统计,2018年共有270位专家参与了《水科学进展》的审稿928次,他们为期刊发展付出了辛勤劳动,在此一并表示衷心感谢!综合审稿专家在过去一年中的审稿数量、质量和时效性等多项指标,评选出《水科学进展》2018年度27位优秀审稿专家(姓名拼音排序)。
  • 摘要：应用TOGA-TAO实测海流资料(ADCP)和SODA同化海流和海温资料,分析探讨了赤道太平洋潜流的季节和年际变化特征,以及与赤道异常暖水东传的内在联系.揭示了El Nino事件中异常暖水东传的物理机制.结果表明,赤道太平洋潜流具有明显的季节变化和年际变化特征.潜流的垂直最大深度可由海表层至300～400m,其多年平均最大流速可达100 cm/s.潜流最大中心的纬向变化位置基本维持在160°W-130°W之间.在年际变化中,赤道潜流变化特征非常明显,尤其是在El Nino事件发生过程中,赤道潜流出现明显的加强现象.其最大流速可达140 cm/s以上.在西太平洋暖池区域次表层暖水东传之前,位于中东太平洋次表层的赤道潜流就已出现加强,其最大流速中心沿温跃层不断加强和东移,'引导'来自西太平洋暖池区域次表层的异常暖水向东传播.因此,可以认为西太平洋暖池区域异常暖水的东传与赤道潜流的强度和东传存在密切关系,也就是说在El Nino事件中,赤道潜流的变化是导致西太平洋暖池区域次表层异常暖水东传的重要机制.
  • 摘要：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。
  • 摘要：针对我国水质评价中存在的问题提出了符合我国国情的水质评价工作标准化、科学化的一些关键工作准则和方法。
  • 摘要：水科学是以自然界的水为对象,研究其静态的分布和动态的变化过程,包括其物理学的、化学的和生物学的变化过程及其从宏观到微观的运动形式和变化规律等。因此,它是以地球上水圈为对象的科学,也包括水圈与气圈、水圈与岩石圈、水圈与生物圈的相互关系和相互作用,以及水在环境中与其他要素间的相互作用与影响、水与人类社会的关系等等。水科学在其自身发展中仍应遵循认识与实践的统一,自然科学属性和应用科学属性的相互配合、协调发展,以求把人与水和自然的关系处理得合理、有效。
  • 摘要：为了推动新兴学科——社会水文学的发展及其在流域水资源管理中的应用,有必要对有关社会水文学的研究工作进行阶段性总结,并对未来的研究方向进行展望。回顾了水文学的发展历程,理解社会水文学产生的背景,阐述社会水文学的概念及其内涵;辨析其与传统水文学、生态水文学和水文经济学等学科在研究内容、方法和理论等方面的异同点;介绍社会水文学的研究进展:本阶段着重于制度、政策和文化等社会因子在水文研究中的表达以及流域示范研究的开展,但大多数研究仍基于传统水文学背景、共进化背景或者水资源管理背景,社会水文学的理论和方法还不够成熟。未来应从以下方面加强社会水文学研究:1深入开展社会水文学社会部分的定量研究、综合历史分析和水文重建方法、充分利用现有不同流域案例促进过程社会水文学、历史社会水文学和比较社会水文学研究;2开展社会水文系统社会驱动力的研究,探寻社会水文学的动力机制;3引入非线性动力学理论刻画人-水耦合系统的复杂反馈机制,提高社会水文学的普适化数学表述;4积极推进"大数据"和知识挖掘技术在社会水文学研究中的应用。
  • 摘要：自制土槽试验装置,室内模拟低温水在河岸带土壤中非饱和入渗的过程。以填装中细砂为研究对象,进行了3种不同水头下的低温水入渗试验,对低温水在土壤中的入渗过程和水分、温度时空动态作了连续监测,分析了水头对入渗参数、水分场与温度场的影响规律。试验结果表明:在相同时间内,入渗水头越高,湿润锋垂直(水平)运移距离越大,垂直湿润锋的运移速度随入渗时间的增加有逐渐减少的趋势,最后逐渐趋于稳定;水头5 cm作用时入渗率波动较大,稳定时间大于水头25 cm和45 cm作用时土壤达到稳定入渗率所需的时间;入渗水头越高,平均温度下降越快,温度场也更快地达到相对稳态,水头25 cm在低温水入渗420 min后基本上达到稳态,水头45cm在240 min后基本达到稳态。
  • 摘要：汊口分流是河流动力学中一个经典的科学问题,感潮河段内的汊口由于受到潮波运动的影响,会产生明显的剩余环流,使其分流过程与非感潮河段汊口存在明显不同。为揭示潮波运动对汊口分流的影响,引入分流不均匀系数概念,以长江口为研究对象,依据2002年地形建立平面二维数学模型。分别开展"无径"、"无潮"和"径潮"3种情况模拟,定量地分解出径流、潮流和径潮相互作用对分流的影响程度,并探讨深水航道整治工程对分流过程的影响。结果表明:潮波运动在枯季和洪季分别以32.95%和35.71%的程度对南北港分流不均匀系数产生抑制作用,使分流趋于均匀。深水航道整治工程使得南港的径潮相互作用增强,潮平均水位壅高,减弱了径流向南港分配增加的趋势。
  • 摘要：提出了工程管理地理信息系统（ＧＩＳ）的设计模式，并应用此方法对浙江海塘ＧＩＳ进行了开发。经实践证明该模式是有效的，具有实用价值。
  • 摘要：土地利用/景观格局已成为影响中国水环境质量的重要因素,但目前仍然欠缺土地利用/景观格局和水环境质量之间复杂关系的深入研究。以湟水流域小峡桥断面上游为例,兼顾水环境承载力与人为活动所产生的压力,建立土地利用/景观格局对水环境质量影响的结构方程模型,计算不同土地利用/景观格局指标对水环境质量的贡献率。研究表明:点源污染是湟水流域水环境质量恶化的主要因素,其贡献率最大(37.3%);而土地利用/景观格局的4个指标(不透水面面积占比、建设用地中绿地面积占比、湿地连通性和湿地聚集度)对水环境质量的贡献率相对较大,分别为9.14%、 7.91%、 7.44%和6.96%。加大点源污染控制力度、增强湿地连通性与聚集度、增大建设用地中绿地面积并减少不透水面面积是改善湟水流域小峡桥断面上游水环境质量的有效措施。
  • 摘要：地下水污染源识别模型可利用有限的观测资料估计污染源位置、污染物泄露强度及其泄露过程,是制定地下水污染修复方案的依据。在阐明地下水污染源识别基本问题基础上,综述了污染源识别研究的两大类数学方法,一类为直接方法,包括反向追踪法和基于正则化的方法;另一类为间接方法,包括基于优化的方法和基于概率统计的方法。同时指出了当前污染源识别数学方法应用中存在的主要问题:地下水污染源识别问题的复杂性、地下水有机污染问题和模型求解效率的低下性。对土壤-地下水的联合管理、基于物联网的地下水污染监测、对非水相流体(Non-aqueous Phase Liquid,NAPL)类污染源识别以及基于图形处理器(GPU)的异构并行计算将是未来研究的重点方向。
  • 摘要：从地理信息系统与水文模型的集成方式 ,水文模型计算域的空间离散等方面讨论了GIS与水文模型的集成问题 ,再从四个方面分析了GIS与水文模型集成存在的问题。由于分布式水文模型对空间数据的需求 ,又从GIS、RS与水文模型的集成现状与发展讨论了集成研究的目标。
  • 摘要：从数值与实验两方面研究了非线性长周期水波———椭圆余弦波在浅水中的传播。根据造波板作椭圆余弦波运动速度,推导出数值模拟波浪水槽时固定入射边界上的二阶入射边界条件,计算结果表明,二阶入射边界条件对波浪的预报结果比一阶入射边界条件对波浪的预报结果更为精确。对二阶入射边界条件计算结果和实验结果的波面升高时间历程进行傅里叶分析表明,各次谐波幅值沿波浪传播方向作周期性变化,只是变化程度较小;但入射边界条件为一阶时则没有这种现象。
  • 摘要：通过模型试验测定了渠道中一种高棵、密集分布的植物，在淹没情况下的断面流度分布曲线及糙率和水深关系曲线；根据文献资料假设了植物区内的流速为均匀分布，并预测了非植物区内的流速分布，经过与实测值比较，符合较好；在这个断面流速分布的基础上，通过理论推导，得到了非淹没和淹没情况下糙率系数的换算关系；并给出了用植物模型在非淹没时的糙率系数～水深关系曲线延伸得到淹没时的糙率～水深关系曲线的实例，模型试验的结果也验证了这一换算关系。
  • 摘要：根据春汛期水生态系统的特点,应用河道内流量增量法,选用二维河流模型River2D,建立栖息地与流量变化的动态关系,进而应用Mann-Kendall方法,开发基于栖息地突变分析的生态需水阈值模型。以第二松花江支流辉发河五道沟断面附近河段为例,选择松花江流域分布较为广泛的鲤鱼作为对象物种,以流速和水深两个因素表征鱼类栖息地,利用1956～2000年45年的春汛期月径流资料,判定鱼类栖息地在1970年开始发生了突变。在突变前加权可用面积95%的置信区间范围为275.5～915.7m2/km,对应的流量范围为58.8～121.1m3/s,并将其作为研究区春汛期间的生态需水阈值。春汛发生在冰封期刚刚结束的时段,适宜的春汛期生态需水能够提高生态系统多样性,对于鱼类等水生生物乃至于整个生态系统都有重要的生态意义。
  • 摘要：2004年7月至2005年6月对三江平原典型湿地系统大气湿沉降中的氮素动态进行了研究，并探讨了其生态效应。结果表明，各形态氮月均浓度之间差别较大，具有明显的季节性，原因主要与人类活动、降水强度及频次、风向、地理位置以及氮氧化物自然排放有关；湿沉降的TN组成以TIN为主（51．38％-98．96％），TIN又以NH^＋ 4-N和NO^- 3-N特别是NH^＋ 4-N为主，降水天气系统的路径在很大程度上影响着降水中各形态氮的组成；降水量与各形态氮浓度均呈较弱的负相关（P〉0．05），而NH^＋ 4-N与NO^- 3-N、TON均呈显著正相关（P〈0．05），它们可能具有同源性。NH^＋ 4-N与NO^- 3-N的良好相关性与其在液相中的反应有关；生长季是全年氮沉降的重要时期。其TN沉降量为非生长季的1．84倍，二者所占比例分别为64．78％和35．22％。除NO^- 2-N外，其它各形态氮的沉降量均以生长季为主体；全年TN沉降量为7．57kg／hm^2，TIN／TON之比为5．47，TIN为沉降主体，占84．56％。NH^＋ 4-N和NO^- 3-N是TIN沉降的主体，其所占全年的比例分别为52．55％和30．03％；氮是该区植物生长的限制因素，生长季的氮沉降对于促进植物生长直接生态意义重大，而非生长季的氮沉降对于大量补充次年植物生长初期所需养分的间接生态意义明显，其生态作用不容忽视；近年来湿地系统氮沉降量的降低可能是导致其退化的重要原因，其生态影响也不容忽视。
  • 摘要：小浪底水库异重流的形成与运行规律是关系黄河调水调沙方案拟定的重要指标。基于现场调研、理论探讨与预测分析结合等手段,明晰了2018年“腾库迎洪”期小浪底水库来水来沙过程,根据水库调度与库区淤积形态等边界条件,观测了异重流的形成与运行,采用基于流速分布的水库异重流潜入点预测公式进行了计算分析。结果表明:2018年7月库区产生的剧烈冲刷,在潜入点处发生大量淤积,水深大幅减小,引起潜入点下移;潜入点位置随入库水沙增大、坝前水位降低及库区淤积的推进向坝前移动,计算与实测结果反映了该变化过程。
  • 摘要：河道潜流带是河水与地下水交互作用的关键过渡区,具有高度的动态性和敏感性,频繁的水力交换易引发其内部的生物地球化学反应,并对河流生态安全产生重要影响。为提高河道潜流交换水动力监测结果的真实性和有效性,介绍渗流、水压、溶质、温度等监测方法及其适用性,归纳河床和河岸的监测点布设参数和不同监测手段的数据采集频率,系统总结河段、河床及河岸的潜流交换理论与计算方法,探讨导致潜流监测结果不确定的因素。针对现有监测方法的不足和未来研究的发展方向,提出今后需加强多方法联合监测和多技术集成的应用,开展河岸侧向潜流监测及不确定性分析等工作,为潜流带水文-生物地球化学过程耦合机制研究提供可靠数据。
  • 摘要：基于河水流速、污染物综合衰减系数等参量信息不确定性的特点,提出了运用未确知数学理论进行河流水质模拟预测的未确知数学模型。该模型不仅能得到以区间形式表示的河流污染物预测浓度,也能获得各浓度可能值区间对应的主观可信度,这为水污染控制系统规划和水环境管理决策提供了更为丰富、科学的浓度信息。实例研究表明,运用未确知数学理论进行河流水质模拟预测,理论上是可行的,预测结果是可靠的。
  • 摘要：为对比澜沧江-湄公河流域各国水电开发对水资源消耗的差异,选择流域范围内37座已建主要电站,基于遥感再分析资料,运用改进的水电站水足迹方法核算并分析2015年流域各国水电站水足迹及其年内变化。结果表明:流域中国段水电站水足迹最小,具有最高的单位耗水量发电效率;老挝及泰国水电站水足迹普遍偏大,发电效率低且耗水量巨大。因此,从发电水资源消耗角度看,流域内地处上游的中国江段较适宜水电开发,下游国家发展水力发电需考虑水资源消耗影响。

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