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鄱阳湖与长江干流水量交换效应及驱动因素分析

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中国科学：技术科学 2017年第8期47卷 856-870页

作者：邴建平邓鹏鑫吕孙云张翔武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 长江水利委员会水文局武汉430010

针对长江与鄱阳湖复杂的江湖关系,立足于"湖补江"、"湖分洪"等水量交换过程,基于概念解析、方法定义等手段,提出了顶托强度指数、倒灌强度指数及水量交换系数的概念和计算方法,定量表征了长江与鄱阳湖间顶托、倒灌、"湖补江"、"湖分洪"... 详细信息

针对长江与鄱阳湖复杂的江湖关系,立足于"湖补江"、"湖分洪"等水量交换过程,基于概念解析、方法定义等手段,提出了顶托强度指数、倒灌强度指数及水量交换系数的概念和计算方法,定量表征了长江与鄱阳湖间顶托、倒灌、"湖补江"、"湖分洪"等水量交换相互作用及年内变化过程,并利用了TFPW-MK和MK趋势分析法研究了水量交换年际变化趋势,从流域来水差异、三峡水库调度及湖区水位容积变化角度,探讨了驱动江湖水量交换效应变化的机制及量化影响.研究成果表明:综合影响下鄱阳湖汛期7~9月多年平均顶托强度27.5%,时常发生倒灌现象,平均倒灌强度8.3%,水量交换以"湖分洪"状态为主;枯水期12~4月多年平均顶托强度8.8%,水量交换以"湖补江"状态为主.2003年三峡水库运行调度以来,增加了长江中下游干流12~3月流量,湖口顶托强度增加6.0%;汛期削峰作用降低湖口顶托强度4.8%,倒灌强度减弱2.3%.近20年来鄱阳湖湖区容积变化导致多年平均顶托强度降低0.14%.长江与鄱阳湖流域来水差异是直接驱动江湖关系变化的主因.本文加深了对通江湖泊水量交换机理的认识,研究成果可为鄱阳湖湖泊综合治理提供借鉴.

关键词：鄱阳湖长江水量交换倒灌强度顶托强度江湖关系三峡工程

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裂隙-黏土间水量交换率试验研究

哈尔滨工业大学学报 2017年第8期49卷 146-151页

作者：宋磊李锦辉李典庆哈尔滨工业大学深圳研究生院广东深圳518055 武汉大学水利水电学院武汉430000

裂隙为污染物(或降雨)入渗提供了重要的优势通道,裂隙与土体之间的水量交换是裂隙中优势流的重要形式,通过水量交换率进行数学描述.而目前的研究主要针对砂土中的圆柱形裂隙,对于黏土中的平板形裂隙与黏土间水量交换率的研究目前处于空... 详细信息

裂隙为污染物(或降雨)入渗提供了重要的优势通道,裂隙与土体之间的水量交换是裂隙中优势流的重要形式,通过水量交换率进行数学描述.而目前的研究主要针对砂土中的圆柱形裂隙,对于黏土中的平板形裂隙与黏土间水量交换率的研究目前处于空白.本研究针对黏土中裂隙的特点设计一套试验装置,通过含水量传感器和张力计等测量系统,定量研究裂隙-黏土间的水量交换率,并得到裂隙-黏土间的界面渗透系数.研究发现水量交换率在渗透初期最大,随着土中基质吸力的降低而降低,裂隙-黏土间的界面渗透系数比土体的饱和渗透系数大一个数量级.当土体的初始含水量不同时,随着渗透的进行,不同初始含水量土体中的水量交换率趋于一致,约为7×10^(-6)s^(-1).

关键词：黏土优势流裂隙渗透系数水量交换

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堤坝内集中渗漏通道与周围介质水量交换研究

水力发电学报 2023年第7期42卷 12-23页

作者：许增光李海洋柴军瑞曹成陈东来西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048

堤坝内存在集中渗漏通道时,通道与周围多孔介质在压力差的驱使下会进行水量交换,两者间的水量交换可能导致堤坝渗漏量增大,传统的渗流场分析往往忽视了这一点。本文搭建砂槽模型以模拟堤坝中存在集中渗漏通道的情况,根据集中渗漏通道与... 详细信息

堤坝内存在集中渗漏通道时,通道与周围多孔介质在压力差的驱使下会进行水量交换,两者间的水量交换可能导致堤坝渗漏量增大,传统的渗流场分析往往忽视了这一点。本文搭建砂槽模型以模拟堤坝中存在集中渗漏通道的情况,根据集中渗漏通道与多孔介质的出流量,研究渗漏通道与多孔介质间水量交换机理,提出一种计算水量交换系数的新公式。结果表明,渗漏通道与多孔介质间的水量交换量与通道直径(D)、多孔介质渗透系数(Km)、水力梯度(J)成正比。通过正交试验,进一步分析各因素对水量交换量的影响程度,发现影响程度最大的是D,其次是J和Km。研究成果能为堤坝存在集中渗漏通道情况下的渗流场分析提供依据,在渗流场计算中考虑集中渗漏通道与周围多孔介质间的水量交换更加贴合实际情况。

关键词：堤坝渗漏集中渗漏通道水量交换砂槽试验正交试验

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湄公河与洞里萨湖水量交换特征

长江科学院院报 2020年第7期37卷 29-34页

作者：李昌文游中琼徐照明黄瓅瑶长江勘测规划设计研究有限责任公司水利规划研究院武汉430010

洞里萨湖是湄公河最大的连通湖泊,湄公河与洞里萨湖水量交换特征一直是国际社会关注的热点问题,但相关研究成果较少。利用4个河湖控制站的长系列水文资料,分析了湄公河与洞里萨湖水量交换特征,结果表明:湄公河与洞里萨湖的水量交换强度... 详细信息

洞里萨湖是湄公河最大的连通湖泊,湄公河与洞里萨湖水量交换特征一直是国际社会关注的热点问题,但相关研究成果较少。利用4个河湖控制站的长系列水文资料,分析了湄公河与洞里萨湖水量交换特征,结果表明:湄公河与洞里萨湖的水量交换强度大,洞里萨湖对湄公河径流调峰补枯作用明显,每年汛期5—9月份均会发生倒灌,1995—2011年年均倒灌历时122 d,倒灌水量377亿m^3,占湄公河干流同期来水的14.4%,倒灌洪峰流量8402 m^3/s,占干流同期来水的20%,其中7—9月份倒灌水量占全年的88.6%;汛后10月份—次年4月份洞里萨湖向湄公河补水,年均补水历时244 d,补水水量711亿m^3,是湄公河倒灌入湖水量的1.96倍,占湄公河下游同期来水的29.9%,其中10月份—次年1月份补水量占全年的83.1%。年倒灌历时、水量与洪峰流量,年补水历时、水量与峰值的年际变化较小,变幅分别为76 d、283亿m^3、6095 m^3/s和76 d、474亿m^3、4677 m^3/s,变差系数为0.07~0.24。倒灌、补水水量不仅与湄公河和洞里萨湖的来水大小有关,还受到河湖水位差及洞里萨河水位等因素影响。研究成果可为湄公河三角洲和洞里萨湖区治理提供科学依据。

关键词：湄公河洞里萨湖水量交换变化特征河湖关系

梅西湖与鄱阳湖水位变化关系及其水量交换过程分析

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陕西师范大学学报（自然科学版） 2015年第4期43卷 83-88页

作者：冯文娟徐力刚范宏翔李新艳董磊中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院流域地理学重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学北京100049

以鄱阳湖水文站点和梅西湖2011—2012年的水位资料为基础，基于主成分分析方法，选择修水站水位表征鄱阳湖的总体水位；以梅西湖为例来分析典型碟形洼地与鄱阳湖大湖区之间的水位关系，根据丰枯水位的涨落情况分阶段对梅西湖与鄱阳湖的... 详细信息

以鄱阳湖水文站点和梅西湖2011—2012年的水位资料为基础，基于主成分分析方法，选择修水站水位表征鄱阳湖的总体水位；以梅西湖为例来分析典型碟形洼地与鄱阳湖大湖区之间的水位关系，根据丰枯水位的涨落情况分阶段对梅西湖与鄱阳湖的水位关系和水量交换过程进行分析和讨论。结果表明：枯水期，梅西湖水位稳定在13．5～14．5m，且高于鄱阳湖水位3m左右；梅西湖水位低于15．8m时，梅西湖与鄱阳湖水位不具有明显的相关性，水量交换也较弱；而梅西湖水位高于15．8m后，梅西湖与鄱阳湖水位线性相关，水位过程基本一致，同涨同落，水量交换明显。

关键词：鄱阳湖梅西湖水位水量交换湿地

纸坊沟流域水体氢氧同位素特征及其水量交换研究

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水文地质工程地质 2018年第5期45卷 24-33页

作者：马建业孙宝洋马波刘晨光柏兰峰李占斌西北农林科技大学水土保持研究所/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨陵712100 陕西省土地工程建设有限公司/国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室陕西西安710075 中国科学院水利部水土保持研究所/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨陵712100

以安塞县纸坊沟小流域为研究对象,通过对2016年6月—2017年5月降水、地下水和沟头、上游、中游、下游的地表径流氢氧同位素特征分析,研究黄土高原丘陵区小流域地下水补给与排泄的时空特征,为该区域地下水资源的合理利用提供依据。研究... 详细信息

以安塞县纸坊沟小流域为研究对象,通过对2016年6月—2017年5月降水、地下水和沟头、上游、中游、下游的地表径流氢氧同位素特征分析,研究黄土高原丘陵区小流域地下水补给与排泄的时空特征,为该区域地下水资源的合理利用提供依据。研究结果表明:降水氢氧同位素变异系数较高,具有明显的雨量效应、温度效应与季节效应。地表径流和地下水对温度的响应较好。6—11月降水补给地表径流过程中,因蒸发损失约为37%,补给地下水过程的损失为54%。流域不同部位的降水和地表径流对地下水的补给相似,地下水排泄比例从沟头到下游逐渐减小。地下水的补给与排泄也具有明显的季节特征,6月—翌年5月,降水和地表径流对地下水的补给排序分别为:夏季>秋季>冬季和冬季>秋季>夏季,春季无明显的补给现象。地下水对径流的排泄比例冬季最高,夏季最低。降水和径流对地下水的年补给为26.89%和73.11%。地下水中约有88%的水源于夏半年(6—9月)降水的补给,12%的水源于冬半年(10月—翌年5月)。

关键词：黄土丘陵区小流域氢氧同位素水量交换蒸发损失

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蚌湖与鄱阳湖水量交换关系的分析

湖泊科学 1996年第3期8卷 208-214页

作者：姜加虎黄群中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

根据蚌湖和鄱阳湖修水站的水位同步观测资料,结合湖区地形,分析蚌湖与鄱阳湖的水量交换关系,并利用三峡工程对鄱阳湖修水、星子、都昌站水位影响的预测结果,讨论三峡工程对蚌湖水情的影响。结果表明:（1）丰水期蚌湖水位与鄱阳湖水位以... 详细信息

根据蚌湖和鄱阳湖修水站的水位同步观测资料,结合湖区地形,分析蚌湖与鄱阳湖的水量交换关系,并利用三峡工程对鄱阳湖修水、星子、都昌站水位影响的预测结果,讨论三峡工程对蚌湖水情的影响。结果表明:（1）丰水期蚌湖水位与鄱阳湖水位以相同涨落率变化,呈现出高水位的一致性,三峡工程对鄱阳湖修水站丰水期的水位预测结果,可以用来表示丰水期三峡减泄流量对蚌湖水情的影响;（2）枯水期蚌湖与鄱阳湖之间,由天然堤几乎完全隔离而成为一个相对独立的湖泊,进出湖水量很小,水位相对稳定在13.80m左右,枯水期三峡增泄流量、一般年份不会超过蚌湖13.80m的天然堤漫堤水位,因此对蚌湖水情影响较弱,不会对越冬珍稀候鸟构成严重威胁;（3）蚌湖相对于鄱阳湖的水位变化,总体上无明显滞后效应,仅当水位在13.80～14.50m之间时,其水位涨落率小于鄱阳湖水位的涨落率,表现出滞后现象,但历时较短。

关键词：蚌湖鄱阳湖水量交换三峡工程

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塔塔凌河河流―地下水交互带水量交换研究

塔塔凌河河流―地下水交互带水量交换研究

作者：陈宝辉长安大学

学位级别：硕士

河流―地下水交互带是河道内物质、能量交换最活跃的区域,也是流域生态环境变化的敏感区,受控于地形地貌、气象等多种因素,特别是在河流―地下水转化频繁的西北干旱盆地内,河流―地下水交互带内水量交换及其时空变化对流域下游生态环境... 详细信息

河流―地下水交互带是河道内物质、能量交换最活跃的区域,也是流域生态环境变化的敏感区,受控于地形地貌、气象等多种因素,特别是在河流―地下水转化频繁的西北干旱盆地内,河流―地下水交互带内水量交换及其时空变化对流域下游生态环境质量影响显著。本文以位于柴达木盆地的塔塔凌河为研究对象,基于实测的水位与温度数据,分析了河流―地下水交互带内水量交换的时空分布特征,计算了交互带内河流与地下水交换量,探讨了交互带内水量转换的影响因素,对比了基于水动力学和温度示踪的水量交换结果的差异性,分析了两种计算方法的适用条件。主要研究成果如下:(1)塔塔凌河流域河流―地下水交互带内水动力条件受上游来水量影响明显,在非洪水期,交互带内水头差较小,在洪水期来水量增加,地下水对河流的垂向补给作用增大。基于水动力学法的水量计算结果表明,交互带内以地下水补给河水为主,自河边至河中心交换量逐渐增大,各监测点交换量平均值在-0.279m/m/d.082m/m/d之间,越靠近上游,交互带内地下水补给河水的速率对洪水过程响应越明显。(2)塔塔凌河流域,在非洪水期,河床表面以下不同深度温度变幅较大,洪水来临时,河床温度整体下降,河床表面以下不同深度的温度变化明显减小。在垂向上河床温度具有成层作用,根据不同深度处的温度分布可以划分三个带:骤变带(020cm),渐变带(-2050cm),稳定带(-50cm);在水平方向上,河中心温度相对稳定,而两岸温度变化较大。基于温度的水量计算结果表明,各监测点交换量平均值在-0.27m/m/d.149m/m/d之间。(3)洪水过程改变了交互带内水动力场,从而影响水量交换。河床渗透系数的大小是影响交互带内水量转化的主要因素,在河床渗透系数相对较大的监测点上水量交换速率也相对较大。在整个流域尺度上,区域水动力特征对河流―地下水交互带内的水量转化有明显的控制作用,但由于河床地形的起伏导致河床内部压力的分布状况发生变化,在较小尺度的河床剖面上水流在垂向上的流向与流域尺度的河流与地下水转化方向存在一定差异。(4)在水量转化方向研究方面,水动力学方法与温度示踪方法的结果具有一致性,但在定量表述交互带水量交换方面,两种方法表现出明显的时空差异性。在精确测定河床渗透系数的条件下,水动力学方法作为传统的研究方法具有广泛的适用性。在浅部河床(50cm以浅)地形较为平坦的河中心采用温度示踪法,获得的交换水量更加稳定。

关键词：河流―地下水交互带水量交换温度示踪塔塔凌河

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玛纳斯河潜流带水量交换时空变化研究

玛纳斯河潜流带水量交换时空变化研究

作者：刘超杰长安大学

学位级别：硕士

西北内陆地区降雨稀少,蒸发作用强烈,河流—地下水转化频繁,潜流带作为河流与地下水之间相互作用的重要纽带,具有独特的水文调节、环境缓冲和生态保护等重要功能。潜流带内水量交换时空变化研究为玛纳斯河流域河流—地下水系统生态健康... 详细信息

西北内陆地区降雨稀少,蒸发作用强烈,河流—地下水转化频繁,潜流带作为河流与地下水之间相互作用的重要纽带,具有独特的水文调节、环境缓冲和生态保护等重要功能。潜流带内水量交换时空变化研究为玛纳斯河流域河流—地下水系统生态健康的科学管理与可持续发展提供数据支撑,同时其内在的水动力场和温度场由于驱动着河水与地下水混合作用以及能量的迁移转化等,成为深入开展潜流带水文地球化学研究的基础。本文选取玛纳斯河溢出带下游具有高时空分辨率的典型河床剖面作为试验点,通过野外原位试验与室内试验,基于水力梯度法与温度梯度法联合对比分析研究洪水前后玛纳斯河潜流带水量交换时空变化特征,揭示洪水前后潜流带内水热运移规律,探讨了两种方法的异同性及适用性。主要取得以下研究成果:(1)水力梯度法计算得出非洪水期潜流带水交换量范围为0.05～0.95m/m/d,洪水期水交换量范围为0.92～4.75m/m/d。温度梯度法计算得出非洪水期潜流带水交换量范围为0.05～3.46m/m/d,洪水期水交换量范围为0.11～17.31m/m/d。水力梯度法与温度梯度法得出潜流带水量交换方向上具有一致性,两者都表现为河水补给地下水,补给强度都处于长期动态变化。非洪水期水力梯度法计算的水交换量整体明显低于温度梯度法计算的水交换量,洪水期基于水力梯度法计算的水交换量短时间内增幅较快,相比较基于温度梯度法计算的水交换量,水力梯度法对水位变化更加敏感。(2)非洪水期河水位较为稳定,河床浅部水头大于河床深部水头,水流方向整体向下。随着洪水的到来,河水位短时间内上升速度较快,上升幅度大于地下水位,并且地下水位上升幅度有一定的滞后性。洪水期河床温度相比较非洪水期整体下降,温度变幅较小,河床温度整体更为均匀变化,河中心温度低于河两岸,同时河中心温度变幅小于河两岸。整个监测时期内,河床表面及以下30cm为温度强变化层,河床以下30～50cm为温度弱变化层,河床以下50～100cm为温度稳定层。(3)河床剖面左岸(沉积岸)与河床剖面右岸(侵蚀岸)进行比较分析,整个监测深度内侵蚀岸水交换量明显高于沉积岸水交换量,河中心水量变化相对于两岸较为稳定,潜流带水量交换与河水位表现出一定的正相关性。河床表层潜流带交换强度波动较大,随着垂向深度的增加潜流带水交换量相对稳定。潜流带水量交换存在异质性,垂向上并非随着河床深度的增加单调变化。(4)水力梯度法作为传统的水量交换计算方法,在精确测定河床渗透系数与垂向水力梯度条件下计算潜流带水量交换有着普遍的适用性。温度梯度法作为新型准确的水量交换计算方法,尤其在河床温度强变化层与弱变化层,振幅比相位差变化明显,温度梯度法更加适用。基于水力梯度法计算潜流带水量交换,潜流带水交换量往往随着河水位与河床渗透系数的增大而增大。基于温度梯度法计算潜流带水量交换,潜流带水交换量随着水的容积热容、河床沉积物的热弥散度与热导率增大而减小,随着河床沉积物的孔隙度与容积热容增大而增大。水量交换参数的敏感性大小依次为:水的容积热容>河床沉积物颗粒容积热容>河床沉积物孔隙度>河床沉积物颗粒热导率>河床沉积物颗粒热弥散度。

关键词：潜流带水量交换水力梯度法温度梯度法玛纳斯河