太湖长兜港固体悬浮物再悬浮的室内模拟

定量研究浅水湖泊动力扰动与沉积物再悬浮的关系,目前仍是湖泊研究中的难点之一。实验利用再悬浮发生装置,对太湖长兜港沉积物风浪扰动进行室内模拟,建立扰动强度与有效波高之间的关系,定量分析风浪对太湖水体中悬浮物的影响及固体悬浮物在水体中的垂向分布,初步得出风浪对太湖沉积物扰动深度一般在毫米级的结论。     

太湖湍流特征及其对表层沉积物起悬机制的影响

太湖是一个典型的浅水大湖泊且富营养化严重,动力扰动引起的水-土界面沉积物起悬与太湖蓝藻水华的暴发有密切联系。基于声学多普勒流速仪、OBS浊度仪、pH-ⅡHandheld手持式气象站等仪器监测得到的原位高频气象、水动力、水质同步数据,分析了湖泊水-土界面悬浮物浓度与风速、切应力及湍流特征的关系。研究结果表明:观测期间,湖心区底泥沉积物再悬浮过程中由波切应力起主导作用,观测的切应力临界值为0.08 N/m~2,临界风速为4 m/s。底泥再悬浮主要是由拟序结构中短时内间歇性猝发引起的,短时大振幅事件对底泥垂向扩散起关键作用。研究结果可为进一步研究与湍流密切相关的太湖内源释放发生机制提供参考。     

水动力作用下太湖底泥的再悬浮通量

对太湖梅梁湾水体开展了两次野外实验，利用沉积物捕获器收集沉积物，研究了太湖悬浮物的沉降特征，计算了悬浮物的沉降通量和再悬浮通量，并建立了其与风速的关系。结果表明：太湖无机颗粒沉降是悬浮物沉降的主要形式。太湖平均风速在8m/s以内时，总悬浮物、有机物颗粒和无机物颗粒的沉降通量和再悬浮通量均呈现随风速增大而增大的特性，风速大小直接影响悬浮物在垂向的分布及垂向的沉降通量分布，并且相关性较好。该结论说明Gansith公式法适合于计算太湖再悬浮通量。     

壳聚糖改性黏土作用下湖泛致黑悬浮物的沉降特性研究

为了探讨湖泛致黑物质在壳聚糖改性黏土作用下的絮凝沉降以及再悬浮的规律,利用柱状水槽再悬浮发生模拟装置,选取壳聚糖改性黏土(1 g/L硅藻土+0.2 g/L壳聚糖)作为絮凝剂,进行了风浪扰动作用下太湖湖泛的絮凝及再悬浮过程的室内模拟试验。结果表明:当模拟流速产生的切应力超过0.042 N/m~2时,低浊度组中的黏土絮体产生了明显的再悬浮现象;当流速产生的切应力超过0.109 N/m~2时,高浊度组发生再悬浮。对比太湖不同风速所产生的切应力,发现4 m/s以下的太湖风情产生的湖流切应力不会使黏土絮体发生再悬浮。研究旨在为太湖湖泛的应急处置提供参考。     

风力影响下湖泊湍流特征及其对湖泊污染沉积物影响研究

湖泊水体内的悬浮物浓度是衡量水质的重要参数,悬浮物浓度则受到湖底沉积物的悬浮沉降过程影响。本次试验测量风速影响下淡水湖泊中的切应力以及湍流动能等参数的变化,并建立风速与悬浮物浓度、切应力、湍流动能的拟合曲线,计算得到底泥起悬时的临界风速值为4.5 m/s,影响沉积物悬浮的切应力主要为波切应力,湍流动能与切应力和悬浮物浓度均呈正相关关系。试验结果可为淡水湖泊水质治理提供参考。     

太湖湖流对波浪的影响机制研究

根据基于动谱平衡方程的SWAN模型和湖流三维模型,分别对太湖波浪和湖流的生消过程进行了动态模拟,并研究了太湖湖流对波浪的影响。结果表明:湖流模型和SWAN波浪模型可以较好地模拟风作用下太湖湖流和波浪的生成和传播过程;太湖流场对波浪场具有一定影响,风速越大,影响越显著,同时也受风向影响;沿岸区波浪受湖流影响更加显著;湖流对波浪的影响基本上呈现湖流波浪同向时,有效波高增大,波速增大,波长增长;反向时有效波高减小,波速减小,波长缩短的特征。     

内外源共同作用对太湖营养盐贡献量研究

本文根据环太湖25条主要入湖河流的监测结果对入湖水量及污染物输入量进行分析,计算了不同季节外源对太湖营养物质的贡献量。分别于春、夏、秋、冬4个季节对太湖梅梁湾水体开展5次野外试验,利用沉积物捕获器收集沉积物,采用Gansith公式法计算沉积物的再悬浮通量,并建立其与风速的关系;对代表不同风浪作用下的太湖悬浮物进行7次静沉降试验,计算悬浮物的静沉降通量,并建立其与风速关系。以3.7m/s为界对底泥悬浮沉降过程进行分解和概化,并利用近10年的风速资料估算太湖年均内源释放量。计算结果表明,全年外源负荷和内源释放对太湖营养盐的贡献总量COD为24.23万t、总氮为3.80万t、总磷为2 045.20t,其中内源所占比例分别为20.47%,20.44%和13.47%外源、内源对太湖的贡献量在不同季节有较大差异,夏季贡献量最大,春季次之。风浪作用下的COD、TN释放量只相当于外源输入量的25.7%,而TP释放量仅相当于外源输入量的15.6%。外源输入量对营养盐的贡献占据相当高的比重,太湖河道入湖污染负荷的增加是太湖水质恶化的根本原因。     

黄河口水下三角洲冬季床面变化初步观测研究

黄河携带大量泥沙入海,底床沉积物在波、潮、流等水动力条件作用下会不断地发生再悬浮与输运,形成黄河三角洲海底面的动态变化过程。利用自主研发的电阻率探杆三脚架,观测了水动力作用下海床面的侵蚀与淤积过程。研究结果显示,研究区涨落潮过程中海水浊度的变化主要受波高的影响,近底床位置海水浊度的变化趋势是涨潮过程中海水浊度上升,落潮过程中海水浊度降低。侵蚀或淤积是海床面泥沙的再悬浮与悬沙沉降共同作用的结果。研究区冬季的海床面变化以侵蚀为主,当沉降作用强于侵蚀淤积作用时,即使海床所受切应力大于沉积物临界切应力,海床仍发生淤积。     

太湖沉积物的分布和动力扰动下最大侵蚀深度的确定

利用 2 0 0 2年对太湖沉积物空间分布的调查数据 ,将太湖划分成 69× 69个网格 ,利用最优插值法对整个太湖的沉积物总量进行了计算 ,得出太湖沉积物的蓄积量大约在 1 8 5 7亿m3左右 ,主要分布在西部沿岸和北部的梅梁湾 ,在湖心和东太湖 ,沉积物覆盖量很小 ,有泥区面积占整个水面积的 47 45 % ,在 60 %的有泥区中 ,沉积物厚度集中在 2 5m以下 ,小于 5 0cm和大于 3 5m的有泥区面积所占比例不大。此外 ,利用Shields方法计算了太湖沉积物上层 1m内不同深度上的临界切应力 ,采用SMB浅水波动模式 ,计算了夏季受东南风和冬季受西北风影响下的波切应力值 ,确定了不同扰动所能引起的最大侵蚀深度。计算结果说明 ,无论上述何种风向情况下 ,能产生悬浮的临界风速大约在 5 0m s左右 ,当风速大于临界风速时 ,悬浮深度随着风速的增加而增大 ,当风速达到 2 0 0m s时所能引起的最大侵蚀深度均在 3 0cm左右。     

太湖波动特征分析

浅水湖泊中，富营养化程度除了依赖于外源输入外，内源释放亦是举足轻重，而底泥中的内源释放主要源于风强迫作用下形成的水面波动和底层湖流产生的剪切作用．并且波浪产生的切应力远大于底层湖流产生的切应力。此外．湖岸边界处的波浪作用够侵蚀岸堤，造成泥沙堆积而由此导致航道淤积．波浪作用引起的对水体中营养盐的水平和垂直输送会造成整个湖体中不同地区的水质差异．这也是太湖蓝藻水华爆发具有季节性和区域性的原因之一。本文基于在太湖北部、中部和南部利用波浪仪所观测的数次波浪数据．分别计算了平均波、有效波和1/10大波的周期、波高和波长及其由波浪产生的切应力，并利用验证后的浅水波浪模式．对太湖中冬、夏季盛行风作用下的易悬浮区域做了计算，发现夏季东南风作用下．西北沿岸带由其水浅和风的吹程较大而易引起的底泥悬浮．而冬季受西北风影响时易悬浮区域位于太湖东南部。     

复杂河网引清流量优化分配模型

根据物质守恒原理,建立复杂河网引清流量优化分配模型,以实现引清调度优化。鉴于模型中河段水质与流量的隐函数关系,利用罚函数法进一步优化模型的非线性约束,使河段水质目标呈隐式表达形式,达到减少决策变量与约束条件的目的。建立不同初始点为搜索起点,利用模式搜索法对优化模型进行求解。求解结果表明,不同初始点对求解结果影响明显。进一步分析河段污染物衰减的影响因素,并以参数形式表征水动力的影响,从而建立河段引清流量的修正模型。将修正模型应用到福州内河的引清流量计算中,计算结果表明,修正计算结果比试算法结果减少7.2 m3/s,大大减少了引清流量,较好实现了引清流量的优化分配。     

基于免疫进化算法的BP网络模型在径流预测中的应用

在BP网络模型基础上,引入免疫进化算法,建立了基于免疫进化算法的BP网络模型。该模型在一定范围内随机生成初始权值群体,用BP网络进行训练,选择群体中具有最大适应度值的权值个体作为最优个体,应用免疫进化算法生成下一代权值群体,再用BP网络对权值群体进行训练,此迭代过程反复进行,直至达到问题求解精度要求为止。将该模型应用于新疆伊犁河雅马渡站的径流预测,并将预测结果与基本BP网络模型和基于遗传算法的模糊优选BP网络模型的预测结果进行比较,结果表明,该模型不仅精度较高,而且稳定性较好。     

基于ν-SVR的雅鲁藏布江羊村站洪水预报模型

为了建立雅鲁藏布江羊村站的洪水预报方案,对ν-支持向量机洪水过程预报模型(ν-SVR)进行了深入研究。针对羊村站以上流域洪水特征和站网分布特点,采用ν-SVR模型方法建立了该站洪水过程预报模型。选取了1998~2004年及2005~2007年汛期洪水和相应降水资料进行了模型率定和检验。结果表明,ν-SVR洪水过程预报模型能很好地控制支持向量个数,在降低模型的复杂程度的同时,能保持良好的预报精度,可用于洪水作业预报。     

STUDY AND APPLICATION OF STEADY FLOW AND UNSTEADY FLOW MATHEMATICAL MODEL FOR CHANNEL NETWORKS

Based on the Preissmann implicit scheme for the one-dimensional Saint-Venant equation, the mathematical model for one-dimensional river networks and canal networks was developed and the key issues on the model were expatiated particularly in this article. This model applies the method of three-steps solution for channel-junction-channel to simulate the river networks, and the Gauss elimination method was used to calculate the sparse matrix. This model was applied to simulate the tree-type irrigation canal networks, complex looped channel networks and the Lower Columbia Slough networks. The results of water level and discharge agree with the data from the Adlul and field data. The model is proved to be robust for simulating unsteady flows in river networks with various degrees of complex structure. The calculated results show that this model is useful for engineering applications in complicated river networks. Future research was recommended to focus on setting up ecological numerical model of water quality in river networks and canal networks.     

NUMERICAL SIMULATION OF GROUNDWATER DYNAMICS FOR SONGHUAJIANG RIVER VALLEY IN CHINA

The study area was designed and constructed,based on the simplification of a conceptual model, to develop a three-dimensional groundwater flow model for simulation of two-layers system. Finite difference groundwater flow model was constructed for the Central Songhuajiang River alluvial plain in Northeast China, with the coverage of 786. 6km^2. The grid networks with a spacing of 474. 4m by 509. 5m were used to cover the model area. The trial-and-error technique was used to calibrate the model. The sensitivity of the simulations to the model parameters was studied and the most sensitive parameters that controlling the residual heads distribution in the Songhuajiang River valley were defined.     

基于遗传规划的地下水盐分动态模拟

地下水盐分动态研究对认识地下水盐化规律以及合理规划、利用和管理地下水资源具有重要的意义。本文以地下水盐分动态时间序列数据为基础,利用自回归综合移动平均(ARIMA)模型确定输入向量,建立了地下水盐分动态遗传规划模型。以黄河三角洲为例,使用该遗传规划模型对地下水盐分动态进行模拟。为检验GP模型的有效性,与ARIMA模型进行对比。结果表明:地下水盐分动态遗传规划模型适于地下水盐分动态模拟研究,而且模拟精度比单纯使用ARIMA模型有显著提高。     

小流域产水产沙计算中地理信息的提取和分布式功能的实现

以栅格DEM为基础,以地理信息系统为平台,自动提取模型计算所需要的参数,基于COMGIS的ESRI ArcObjects平台,应用VBA进行二次开发,实现了水文模型和产沙模型以及模型与GIS的紧密耦合,最终实现了模型分布式功能.     

基于水文水动力学耦合的洪水预报模型研究及应用

为了提高下垫面变化剧烈流域的洪水预报精度,在传统流域水文模型的基础上耦合水动力学模型,建立水文水动力耦合洪水预报模型。首先利用水文模型获得某一断面的流量过程作为水动力学模型的边界条件;之后利用一维水动力学模型进行河道洪水演进计算,推求流域出口断面的流量过程;最后以烟台市外夹河流域为例进行验证。结果表明,所建水文水动力耦合模型模拟的产流合格率较高,流量过程与实测值吻合,在一定程度上弥补了集总式水文模型不能考虑河道内复杂水流运动的不足,因此对具有复杂水文、水力条件的流域的洪水预报具有重要的指导意义。     

高温状态下表面活性剂在多孔介质中的运移规律研究

本文建立了高温状态下表面活性剂在多孔介质中的运移方程。该方程考虑了活性剂的动态吸附，高温热降解，化学反应等因素。利用有限差分法将该方程与能量守恒方程进行了耦合求解。讨论了注入温度，注入速度，段塞尺寸等参数对活性剂运移的影响。结果表明这些参数对活性剂的运移及作用效果具有较大的影响。     

Comparison and analysis of bare soil evaporation models combined with ASTER data in Heihe River Basin

Based on ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) remote sensing data, bare soil evaporation was estimated with the Penman-Monteith model, the Priestley-Taylor model, and the aerodynamics model. Evaporation estimated by each of the three models was compared with actual evaporation, and error sources of the three models were analyzed. The mean absolute relative error was 9% for the Penman-Monteith model, 14% for the Priestley-Taylor model, and 32% for the aerodynamics model; the Penman-Monteith model was the best of these three models for estimating bare soil evaporation. The error source of the Penman-Monteith model is the neglect of the advection estimation. The error source of the Priestley-Taylor model is the simplification of the component of aerodynamics as 0.72 times the net radiation. The error source of the aerodynamics model is the difference of vapor pressure and neglect of the radiometric component. The spatial distribution of bare soil evaporation is evident, and its main factors are soil water content and elevation.