积雪和植被高程分布的相关性——以羊八井流域为例

基于2003—2008年空间分辨率500m的MOD IS雪产品和植被产品数据提取了拉萨河羊八井流域(2665km2)的积雪-高程和植被-高程曲线.研究发现,在积雪植被敏感变化带[4800m,6000m]内,随着高程增加,积雪覆盖率呈非线性的"S"型递增趋势,植被变化则呈现反向的"S"型曲线,并且两者斜率变化的拐点分别位于相邻的高程带内[5600m,5800m]和[5400m,5600m].这一现象进一步验证了中尺度(100m—10km)积雪和植被的密切相关性,表明积雪-高程和植被-高程关系可以互为指示作用.     

基于广义位势理论的岩土塑性应变增量方向非唯一性问题

基于广义位势理论提出的考虑拟弹性的弹塑性模型(拟弹性弹塑性模型)把总的塑性应变分解为满足弹性分解准则的拟弹性部分和符合传统塑性理论假设的纯塑性部分,这样分解后建立的模型更为合理和简便,同时又可以解决岩土塑性应变增量方向非唯一性的问题。研究结果表明:基于广义位势理论的拟弹性弹塑性模型的模拟效果较好,传统的弹塑性模型只能反映塑性应变增量方向的唯一性,而拟弹性弹塑性模型则能够同时反映塑性应变增量方向的唯一性(高应力水平时)和非唯一性(低应力水平时),结果更符合实际,从而为解决塑性应变增量方向非唯一性问题提供了一种有效的方法。     

挟沙水流颗粒垂向扩散机理

用封闭的动理学模型分析了天然沙颗粒的扩散系数及升力和颗粒垂向脉动强度梯度对颗粒扩散的影响. 用Einstein &; Chien (1955)资料进行了对比验证. 中、粗颗粒的扩散系数e yy明显大于水流涡粘性系数, 细颗粒的e_yy与近似相等. 在0.03<y/H <0.4的实验量测范围内, e_yy/随y的减小而增大. 升力和颗粒垂向脉动强度梯度在y/H = 0.2以下显著改变颗粒的重力沉降, 在描述近壁区内的颗粒扩散时应该考虑这种影响.     

高山深谷地区的水文模拟——以拉萨河流域为例

建立了高山深谷地区基于物理机制的流域分布式模型,模型描述了坡面流和壤中流沿坡向的变化,从而可以反映出高山深谷地形上的长坡面和陡坡面水文信息沿坡向或垂向变化.模型初步应用于拉萨河流域,对1999和2000年汛期的产汇流过程进行了并行计算,模拟效果良好,初步验证了模型的合理性和适用性.     

数字流域模型淤地坝模块改进及减水减沙效益评估

淤地坝具有重要的水土保持作用,但其减水减沙效益的科学评估仍存在困难.一方面,淤地坝减水减沙的物理机制仍难以刻画;另一方面,观测资料有限且难以获取.以概化淤地坝卧管及溢洪道等部分的泄流机制及整体水沙调控机制为基础,改进和检验了数字流域模型的淤地坝模块,应用改进后的模型模拟皇甫川流域水沙过程并评估淤地坝减水减沙效益.研究结果表明：不考虑淤地坝的情况下,模型对淤地坝数量较少的近似自然状态期(1979～1986年)适用性较好,而对淤地坝数量较多的受扰状态期(2007～2012年)适用性较差,水沙模拟值明显高于实测值.考虑淤地坝的物理机制后,与原模型相比,除个别年份外,改进后的模型对受扰状态期水沙过程的模拟精度具有明显的提高,其逐日流量NSE(Nash-Sutcliffe效率系数)从-51.085～0.450提高到0.134～0.802,逐日输沙率NSE从-56.740～0.390提高到0.066～0.857.使用改进后的模型计算得受扰状态期淤地坝平均拦水量为0.142×10⁸m³,减水效益为40.9%;平均拦沙量为0.050×10⁸     

大尺度流域河网二叉树编码方法

数字流域模型(DWM)中基于二叉树理论的河网编码方法能够实现任意河段的直接定位和高效的拓扑运算,然而由于该模型针对大尺度流域河网存在编码能力不足的隐患,降低了该模型的通用性和有效性.为此,研究了河网二叉树编码的通用方法,并开发了全自动可视化平台,可以实现任意尺度流域河网的二叉树编码,为进行后续流域水沙运动模拟奠定了基础.将该方法应用于中国西藏境内约3.2万km2的拉萨河流域,实现了59197条河段的快速编码,并按河网自然拓扑形态和流域天然分界将全流域划分为3级14区,验证了该方法改进后的有效性.     

基于数字流域模型的唐家山堰塞湖入流过程应急预报

唐家山堰塞湖是5·12汶川大地震形成的高危型堰塞湖,对下游城市构成了重大威胁.唐家山堰塞湖应急除险决策需要解决在库区水位持续迅速上升、震后安全条件复杂多变的条件下,对湖区入流和水位变化过程及时准确预报的问题.采用数字流域模型对唐家山堰塞湖进行来流预报.通过分析降雨条件和决策需求,结合实时天气预报的结果,采用降雨情景分析和实时预报相结合的方法,实现了入库流量和水位变化的短期预测.预测的日水位误差为0.06 m,占日水位变幅的4.7%,为应急除险决策提供了参考数据.数字流域模型在唐家山堰塞湖的应用,提供了一个应急情形下实现合理来流预报的案例.     

南水北调中线电子渠道平台研究及应用

以南水北调中线工程水力学分析和工程信息管理为背景,将基于GIS的电子渠道与长距离复杂内边界的非恒定流数学模型相耦合,建立了一个集工程参数管理和水力学模拟分析为一体的电子渠道平台.基础数据层、平台层和应用层的三层结构化设计方法和Windows多线程与信号同步技术,保障了GIS平台上的水力学模拟和计算结果的实时动态展示,为大型调水工程的数字化管理和运用研究提供了一个有效方法.     

黄河下游河道场次洪水排沙比及其不确定性

根据冲积河流输沙率关系所确定的排沙比公式的结构,通过对黄河下游河道场次洪水表观排沙比资料的还原,回归建立了黄河下游全河段(三黑小至利津)场次洪水的排沙比公式,得到了排沙比95%预测区间,量化了场次洪水排沙比的不确定性.统计分析表明:(1)黄河下游全河段(三黑小至利津)场次洪水的排沙比公式可用进口来沙系数Sin/Qin作为唯一参量,进口来流量Qin不必作为第二参量;(2)回归模型的充分性在Sin/Qin0.003(即排沙比SDR2)和Sin/Qin0.003(即SDR2)时有明显不同,SDR=2和Sin/Qin=0.003可能是区分黄河下游全河段(三黑小至利津)场次洪水尺度上不同输沙率关系的一个阈值条件.本文为分析黄河下游河道其它河段的排沙比关系提供了可用方法,并为黄河下游河道汛期输沙需水量的不确定性分析提供了基础.     

雅鲁藏布江中下游地区湿季降雨量的空间分布模型

对于水文气象站点稀少的青藏高原山区,获得较为精确的降雨空间分布信息是进行降雨径流模拟的前提。该文利用GIS手段和多元回归方法,建立了雅鲁藏布江中下游地区旱、偏旱、正常、偏涝、涝等5种类型年份的湿季(5—9月)降雨量的空间分布模型。结果显示:多种地理地形因子对湿季降雨空间分布均有重要影响。统计分析表明:(1)雅鲁藏布江中下游流域地形复杂、降雨站点稀少,回归分析中的地理、地形因子共线性问题突出,方差扩大因子法、Pear-son相关系数法和因子分析法的组合应用是识别和解决共线性问题的有效方法;(2)影响湿季降雨的局部地形因子表达存在着最优空间尺度,15—25km半径范围内的平均坡度、平均坡向、开放度值与降雨也有较高相关性,但考虑其他局部地形因子后,开放度对降雨空间分布的影响可以忽略。