利用 Argo 数据计算吕宋海峡以东海域水文特性参数和流场
热带海洋学报 JOURNAL OF TROPICAL OCEANOGRAPHY2012年第31卷第1期: 18?27
利用Argo数据计算吕宋海峡以东海域水文特性参数和流场*
何建玲1,2, 蔡树群1
1. 热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所), 广东广州 510301;
2. 中国科学院研究生院, 北京100049
摘要: 利用2006年Argo浮标资料分析吕宋海峡以东海域水团季节特性和混合层的月平均变化规律; 并分别利用
Argo多年季节平均资料与2006年资料, 以秋季为例, 基于P矢量方法计算该区域流场; 同时考虑风生流的影响,
将所得结果分别与利用Levitus和高度计资料计算的流场进行比较。结果表明, 水团特性季节变化不明显, 春冬季
表层水团与夏秋季比较表现为低温高盐; 次表层、中层和深层季节变化不大; 混合层深度明显表现为冬季最深、
夏季最浅的季节性变化。利用2002—2009年Argo季节平均资料基于P矢量方法能得到地转流场的基本结构, 与Levitus资料的计算结果相比较, 除可以反映黑潮, 还可以反映一些涡旋结构; 利用2006年秋季Argo资料计算流
场与高度计资料计算的地转流场比较, 其流场结构位置吻合得比较好, 但存在流速偏小等不足, 这可能与Argo资
料较少且分布不均以及插值误差等有关, 但其可以获得流场的三维结构, 而利用高度计资料计算只能得到表层流
场结构。
关键词: Argo; 水团分析; 混合层深度; P矢量方法; 吕宋海峡; 流场
中图分类号:P731 文献标识码: A文章编号: 1009-5470(2012)01-0018-10
Study on the hydrological characteristic parameters and flow field east of the Luzon Strait using Argo profiling floats
HE Jian-ling1,2, CAI Shu-qun1
1. State Key Laboratory of Tropical Oceanography (South China Sea Institute of Oceanology, CAS), Guangzhou 510301, China;
2. Graduate University of CAS, Beijing 100049, China
Abstract: The seasonal characteristics of water masses and the monthly variation of mixed layer depth are studied using Argo profiling floats in 2006 east of the Luzon Strait. The temperature-salinity relation indicates the seasonal variation of water masses is not obvious. Compare to those in summer and fall, the surface temperature is lower and the surface salinity is higher in spring and winter; they change little in deeper layers. Seasonal variation of the mixed layer depth is obvious; it is the deep-est in winter with a value over 160 m, whilst it is the shallowest in summer with a value of 20 m. Based on the P-vector me-thod, the current field in fall is calculated using Argo seasonal mean data between 2002 and 2009, Levitus data and Argo data in 2006, respectively. The wind-driven Ekman drift current is also computed. The result obtained by Argo seasonal mean data is significantly better than that by the Levitus data; the Argo data can show the structure of Kuroshio and eddies. The coupled current structure obtained by Argo data in 2006 and Ekman drift current is similar to that by the altimeter data, except that the velocity of the former is less, which may be related to the coarse and unevenly distribution of Argo profiling floats and the subsequent interpolation error. However, a three-dimensional structure of flow field could be obtained by the Argo data, whilst only the surface current field can be obtained by the altimeter data.
Key words: Argo; water mass analysis; mixed layer depth; P-vector method; Luzon Strait; current field
收稿日期: 2010-07-22; 修订日期: 2010-10-28。孙淑杰编辑
基金项目: 国家重点基础研究发展计划项目(2007CB816003); 国家自然科学基金项目(40976009)
作者简介: 何建玲(1985—), 女, 山东省潍坊市人, 硕士研究生, 主要从事环流、遥感研究。E-mail: sdhjl20@https://www.wendangku.net/doc/394138447.html,
通信作者: 蔡树群。E-mail: caisq@https://www.wendangku.net/doc/394138447.html,
何建玲等: 利用Argo数据计算吕宋海峡以东海域水文特性参数和流场 19
国际Argo计划由美国、日本等国提出, 于2000年正式启动。截止2010年1月, 全球共有29个国家和地区参与了Argo浮标的布放, 共投放浮标6623个, 其中目前仍在海上正常工作的浮标2941个, 获取了约50余万条海洋剖面资料, 建立了全球、区域和国家的三级资料管理中心, 实现Argo资料的全球共享[1]。Argo浮标设计的工作流程为: 浮标被投入海后先自动下潜至预先设定的漂流深度(约1000m), 漂流约8—10d后自动潜到2000m深度, 然后自动上升至海面, 并进行温度、盐度的剖面测量, 这大约需要10h, 到达海面后, 将数据通过Argos卫星系统传给用户, 完成一次观测。
该计划可以实现全球海洋(除去北冰洋)2000m 以上次表层现场温盐资料的实时时序观测, 并与卫星遥感数据、特别是卫星高度计数据相结合, 可提供高质量、高精度、大范围的温盐剖面资料, 这对全球上层海洋的变化状态及海洋物理状况定量描述、气候和海洋变异研究与预测、数据同化及模式研究、海表面地形测量和解释及海气相互作用研究等问题起重要作用[2-24], 部分研究成果见表1。
表1 Argo资料在海洋研究中的应用
Tab. 1 Application of Argo profile floats data
作者年份研究区域研究问题 Argo资料用途Ramesh等[3]2005 阿拉伯海西南季风对混合层和温跃层相互作用的影响
Bhaskar等[4]2007 阿拉伯海北部混合层的季节演变
海气相互作用Willis等[5]2008 全球海洋 2003—2007全球海平面升高原因
Chang等[6]2009 全球海洋分析2004—2007全球海平面变化情况
Leuliette[7] 2009 全球海洋分析2004—2007全球海平面变化收支平衡
海表面地形测量Guinehut等[8]2004 北大西洋结合SSL, SST重构大尺度高分辨率的瞬时温度场
杨胜龙等[9]2008 太平洋采用Kriging方法重构月平均温度场
王彦磊等[10]2008 全球海洋绘制世界大洋四季温度跃层特征分布图
王桂华等[11]2006 太平洋重构三维温盐场与流场
海洋物理状况定量描述Roemmich等[12]2009 全球海洋 Argo资料与其他资料观测结果的比较
Chu等[13]2008 北大西洋识别大尺度的北大西洋中层环流, 两种环流模式可以相互转变
Chu等[14]2007 赤道北大西洋根据温度及中层流场探测长罗斯贝波Menna等[15]2009 地中海估计次表层环流
ZhouHui等[16]2010 南海分析越南沿岸流三维结构, 观测结果2007年10月到12月在南海南部表层至1000m层存在一南向沿岸流
ZhouHui等[17]2010 棉兰老岛以东分析中层的中尺度环流时空变化气候与海洋变异研究与预测
Freeland等[18]2004 阿拉斯加湾 Argo资料监测海洋生态系统变化
Schiller等[19]2004 印度洋评估Argo采样策略
周慧等[20]2006 棉兰老岛以东对反气旋涡的观测
周慧等[21]2007 台湾岛以东分析涡旋垂向结构、运动特征及东海黑潮的变化特征
中上层海洋的变化状态Guinehut等[22]2002 北大西洋反演大尺度低频温盐变化
Acreman等[23]2007 一维混合层模型的确定与调整
Forget等[24]2007 北大西洋GCM
资料同化与模式研究
西北太平洋海域作为黑潮源地, 也是东亚季风的盛行区和台风的发源地, 是国内外海洋与大气科学领域调查研究的热点海域, 在这里Argo浮标投放比较多, 有利于对该海域的研究。近年来国内外学者采用Argo资料对该区域进行了众多研究, 如Centurioni等[25]利用Argo资料分析认为季节性海流从菲律宾海通过吕宋海峡进入南海, 而且这仅发生在10月至1月, 在其他季节只是穿过吕宋海峡发生弯曲、沿台湾岛南部沿海退出; 刘增宏等[26-27]采用Argo资料分析热带气旋经过前后海洋上层的响应情况, 即混合层温度、盐度和深度等的变化; 孙朝辉等[28]对水团结构分析及分类; 王桂华等[11]利用Argo资料反演流场, 揭示太平洋暖池、赤道流系以及西边界流系的变化特征; 谢基平[29]对NCEP(the National Centers for Environmental Prediction, 美国国家环境预报中心)中层流再分析数据进行比较, 发现两者存在较大差别; 周慧等[16-17,20-21]对棉兰老岛、台湾岛以东及南海区域的中层中尺度环流、涡旋和
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黑潮及西边界流进行了研究。
Levitus资料是目前国际上比较常用的气候态温盐资料, 而卫星高度计数据以其特有的全天候、全天时、高精度等优点成为广泛使用的数据资料。刘秦玉等[30]利用Levitus资料、TOPEX/Poseidon高度计资料及模式结果计算分析了北太平洋副热带逆流的气候特征。袁耀初等[31]将实测流与高度计资料所得地转流结合, 研究2002年春季吕宋海峡海流的结构与变化。林丽茹等[32]利用多年TOPEX/Poseidon 卫星高度计资料分析太平洋东南海域表层流场的季节及年际变化特征。
本文基于2006年Argo资料分析西北太平洋水团性质以及混合层的季节变化。以秋季为例, 基于P 矢量方法, 考虑风生流的影响, 分别利用2002—2009年多年季节平均Argo资料计算流场, 与利用Levitus资料计算得到的流场结果进行比较; 利用2006年Argo资料计算流场, 并与利用高度计资料所得流场进行比较, 分析其可行性与优越性。
1 数据与方法
本文研究资料来源于中国Argo实时资料中心2002—2009年在台湾岛及吕宋海峡以东海域获取的Argo温盐深剖面资料。
绝对地转速度数据由法国空间局AVISO (Ar-chiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic Data)提供, 其根据卫星高度计绝对动力高度资料计算所得, 空间分辨率为(1/3)°, 时间分辨率为7d。
此外还有分辨率为1°×1°的Levitus月平均资料[33]; 全球海底地形数据ETOPO5; 由亚太数据研究中心(APDRC)提供的QSCAT(QuikSCAT, 海风测量快速散射仪)月平均风场数据(0.25°×0.25°), 图1呈现了研究海域2006年风场的季节分布。
图1 2006年季节风场分布
a. 春季;
b. 夏季;
c. 秋季;
d. 冬季
Fig. 1 Season wind field in 2006: (a) spring, (b) summer, (c) fall, and (d) winter
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1.1 混合层深度计算方法
混合层深度(MLD)的计算有多种定义, 而常见的有两种: 一是S-T 法, 即取低于表层海水温度0.5℃的季节性温跃层所在的深度; 二是垂向梯度法, 根据海洋上层海水密度(或温度)的垂直分布, 取密度(温度)垂直梯度或绝对最大值所在的水层深 度[34-35]。本文选用第二种定义, 并根据国家技术监督局1992年颁布的海洋调查规范中确定的温度梯度判别准则, 在水深大于200m 条件下, 取温度梯度的阈值为0.05℃[36], 将所求的温跃层上界深度作为混合层厚度。
1.2 P 矢量方法
Chu [37-38]提出的P 矢量方法, 其物理基础在于位势密度与位势涡度守恒。该方法基于地转近似、静力近似和质量守恒条件, 考虑科氏参数随纬度的变化, 得到位势密度守恒方程和位势涡度守恒方程, 从而利用位密和位涡定义可反映速度方向的P 矢量。P 矢量方法还应满足两个必要条件: 一是等位涡面和等位密面不重合; 二是速度水平分量随深度的增加而偏转(即存在β螺旋)。
P 矢量方法的优点在于可以过滤掉不满足两个必要条件的数据; 缺点在于有一定局限性, 不适用于海域表底层和侧边界区域, 也不适于浅海区域[39-40]。由于本文研究区域处于吕宋海峡以东水深在3000m 以上海域, P 矢量方法可以适用。P 矢量方法是推测流场的一种有效手段, 在大西洋、太平洋、南海和日本海
[11,37,39-43]都有
广泛应用。该方法的动力学控制方程为
[11]
:
000
0(,,)(,,)(,,)()/V V q q f
u g z f y v g z f x V x y z r x y z x y z q q ρρρρρ
ρρρ?
??=?
???=?
??=??Ζ
?
???=????
???=?????
?
=?
?=?×??×??
ΡΡ (1) 其中u 、v 分别为是速度场的东向和北向分量; ρ为
密度; ρ0
为密度特征值; f 是科氏参数, 随纬度变化;
g 为重力加速度; q 为中间变量; r (x,y,z )是比例参数, 可通过热成风关系得到。
1.3 风生流计算方法
利用高度计数据所得的绝对地转流速包含了风对海表高度的影响。为了对P 矢量方法所得地转流
与高度计所得地转流进行比较, 利用Argo 资料得到的地转流需考虑风生流, 最终流场应是两者的合成。因此利用QSCAT 月平均风场数据来计算Ekman 漂流:
2z 22z 2000u fv A z v fu A z u v w
x y z ?
?=+?
?????
=?+???
????++=??????
(2)
边界条件:
z
z 0a 0:,,(,)(,):0,0
x y x y x y u
z Αz v
ΑC V V V z
z u v ?==???=?=?→∞==ρτρτττρ 则Ekman 漂流
:
z z ),ππe sin()sin(),244az y x u az v az az a Αa ττρ???
=
?????????
=
??+??????
?=?
??
(3) D = (4)
其中ω为地球自转角速度, 为7.29×10?5rad·s ?1; φ为纬度; A Z 为垂直湍流运动黏滞系数[44], 取0.01m 2·s ?1; τx 、τy 为x 、y 方向的风应力, C 0是拖曳系
数[45], 取1.1×10-3, ρa 为空气密度, 为1.29kg·m ?3; w 为垂向速度分量; D 为Ekman 深度; z 为垂向坐标, 向下为正, 即深度。 2 结果与讨论 2.1 水团分析 许建平等[46]和孙朝辉等[28]分别对西北太平洋水团进行分析, 许建平等只是根据T-S 关系分析水团结构, 分为8类; 而孙朝辉等利用更有效的模糊聚类软化法认为冬夏季水团可分为8类, 分别是太平洋热带表层水、北太平洋次表层水、北太平洋中层水、北太平洋副热带模态水、北太平洋深层水和赤道表层水, 以及南太平洋次表层水和南太平洋中层水。而本文所研究区域(121°—127.5°E, 17°—25°N)与之相比较小, 故采用T-S 点聚图方法讨论该区域2006年3月—2007年2月四季水团结构(图2)。
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图2 西北太平洋2006年Argo 观测剖面T-S 点聚图
a. 春季;
b. 夏季;
c. 秋季;
d. 冬季
Fig. 2 T-S diagram of Argo profile data in Northwest Pacific in 2006: (a) spring, (b) summer, (c) fall, and (d) winter
从图2可以看到, 2006年该区域四季T-S 点聚图呈反“S ”型, 表明该区域水体结构可分为表层高温低盐、次表层次高温高盐、中层次低温低盐和深层低温次高盐, 这与许建平[46]所得T-S 图基本一致, 但两者略有不同: 图2中次表层高温高盐拐点温度约为21°, 盐度低于35‰; 而后者拐点温度约为24°, 盐度高于35‰, 可能与所用资料不同有关。另外, 深层低温次高盐水拐点温度约为7℃, 盐度高于34.1‰。表层、次表层和中层水体的温、盐点聚离散情况反映该层水体混合的强度[28]。从图中可以看到, 总体上, 中层与深层水体温盐没有明显的季节变化; 而表层春、冬季节温度和盐度分别约为26℃、34.5‰, 相比于夏、秋季节的29℃、34.1‰表现为低
温高盐, 可能与日照强度及降水量有关。次表层, 春季次表层最高盐度要高于夏季; 另外, 春季表层、次表层、中层点聚离散程度也高, 表明混合强度高于夏季; 秋冬季情况与春夏类似, 但次表层最高盐度相近。
2.2 混合层深度变化
根据Argo 浮标观测剖面的分布, 文中用以23°N 、125°E 为中心, 半径为0.6°范围内, 且分别为2006年3月至2007年2月共12个月份的Argo 浮标观测剖面(图略)资料分析混合层深度的变化。Argo 浮标在200m 层之内, 各层间隔约为5m 或10m 。由12个浮标统计计算所得的混合层深度(MLD)见表2。
表2 各月份混合层深度
Tab. 2 Monthly-mean mixed layer depth in 2006
月 份
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 混合层深度/m
159.2 29.5 29.7 29.7 19.7 39.6 59.6 49.8 89.4 69.7 119.1 159.3
何建玲等: 利用Argo数据计算吕宋海峡以东海域水文特性参数和流场 23
从表2可以看出混合层深度变化存在明显的季节性变化。夏季(6—8月)混合层深度达到最小, 接近20m左右, 根据季节风矢量图(图1), 此时区域受湿热的西南风和东南风影响, 风力较小, 平均风速只约2m·s?1, 这由于海水失热减少、降水增多以及海洋上层吸收太阳辐射达到最大等原因造成。进入秋季(9—11月)后夏季风转变为东北季风, 风力增大, 平均风速约为5.4m·s?1, 海水失热增强, 降水及太阳辐射均减少, 混合层深度开始增大。冬季(12月—次年2月)持续的东北季风控制研究区域, 东北季风风力达到最大, 平均风速超过8m·s?1, 干冷, 上层失热加剧, 引起的混合加强, 混合层深度持续加深从而达到最大(160m)。春季(3—5月)上层获取的太阳辐射开始增加, 风力由东北季风转变为东南风, 风应力强度减小, 平均风速约为4m·s?1, 致使混合层厚度变小, 从表中还可看到春季混合层深度变化十分剧烈[47]。该趋势与孙成学等[48]对南海混合层深度季节变化的研究结果基本一致, 混合层深度存在季节性变化。另外, 表中2月与7月分别为混合层达到最大与最小值的月份, 这与Yuko Ohno等[49]所得西北太平洋混合层厚度分布特征近似, 由于研究区域不同, 数值上存在一些差异。
2.3流场
利用Argo资料来获得海洋流场情况, 可以根据Argo浮标轨迹计算表层与次表层流场[50]。本文采用P矢量方法计算地转流。首先检查2002年至2009年9—11月的Argo资料是否有异常值, 根据ETOPO5地形数据, 判断Argo浮标观测深度是否缺测, 缺测情况利用对应的Levitus资料给予补充; 由于缺测一般发生在深层, 温盐不会发生太大变化而影响计算结果。然后对数据进行插值, 在垂直方向考虑压力与深度的不一致性, 插值计算取若干层(10、20、30、50、70、100、120、160、200、250、275、300、350、400、450、500、550、600、675、750、825、900和1000m); 而在水平方向进行网格插值, 经试验网格大小最宜为0.25°×0.25°, 每层数据采用距离权重方法内插到网格点上, 考虑到海底地形的影响, 参考层选为1500m。
为了使利用Argo资料计算的流场分别与利用Levitus资料、高度计资料所得流场时间尺度相匹配, 进行两种处理: 1)对2002—2009年的Argo资料进行多年季节平均, 与Levitus资料相匹配; 2)直接采用2006年秋季的Argo资料, 与高度计资料相匹配。
由于高度计的计算结果包含了各种因素对海面高度的影响, 因此, 为了使P矢量方法计算的地转流与高度计结果进行比较, 在结果中考虑风因子的影响。根据公式(4)估算得该海域Ekman层的深度在70m以内, 因此风生流影响深度为上述分层的10、20、30、50和70m层, 各层得到的流场计算结果叠加到由Argo资料和Levitus资料计算得到的地转流结果中。另外, 利用高度计资料所得的地转流只是反映表层流场的结构, 因此选取50m层的结果来比较分别由高度计资料、Argo资料和Levitus资料计算得到的地转流结果, 并选取200m层的结果来比较分别由Argo资料和Levitus资料计算得到的地转流结果。
2.3.1 Argo资料与Levitus资料所得秋季流场结果
比较
通过图3a、b可以看到, 利用Argo资料计算的流场与利用Levitus资料计算的流场都可以反映出黑潮结构, 但存在差异: 在吕宋海峡, 两者流速相当; 而在台湾岛以东及吕宋岛东部, 利用Levitus资料所得流场流速明显小于利用Argo资料所得流场, 基本无法反映黑潮。此外, 图3a显示台湾岛以东存在一反气旋, 其中心约在23°N、124°12′E), 半径约为2个纬度, 但强度比较小, 深度约为120m, 在深层它退化为反气旋弯曲(图略); 在吕宋岛东北部也有一反气旋涡, 但其影响范围比较小, 深度也只有150m。而利用Levitus资料计算的流场(图3b、d)则只在台湾东部表现为反气旋弯曲, 且没能反映吕宋岛东北部的涡旋。
2.3.2 Argo资料与高度计资料所得秋季流场结果
比较
从50m层的Argo资料计算流场结果(图4a)中可以看到, 该层清晰地反映了3个涡旋: 在台湾岛东部存在一个较大尺度的反气旋涡, 其中心位于23°N、124°30′E, 影响范围大约为21°—25°N、123°—125°30′E, 强度比较大; 而在该反气旋南部有一对由气旋与反气旋组成的偶极子, 其中心分别为19°30′N、125°E和18°30′N、125°30′E, 其强度与半径都要小一些, 在气旋与反气旋相接位置出现一较强的东向流, 最大流速约为55cm·s?1。随着深度的增加, 涡结构的强度和半径都逐渐在减小。到了200m 层, 对应的流场结构仍比较稳定(图4c), 但较强东向流消失, 而至500m层涡结构则完全消失(图略)。而靠近吕宋海峡及台湾岛各存在一个反气旋弯曲和气旋弯曲。另外, 黑潮西边界流最大流速约为41cm·s?1, 而在吕宋岛附近流速较弱, 这可能是由于
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该海域附近的Argo 资料比较稀疏, 经插值后难以反映黑潮这一西边界流结构。
图3 多年季节平均流场计算结果(秋季)
a. Argo 资料计算结果与Ekman 漂流的叠加结果(50m 层);
b. Levitus 资料计算结果与Ekman 漂流的叠加结果(50m);
c. Argo 资料计算结果(200m 层);
d. Levitus 资料计算结果矢量(200m 层)
Fig. 3 Computed seasonal mean current fields in fall: (a) computed with Argo profiling data and wind (50 m); (b) computed with the Levitus data and wind (50 m), (c) computed with Argo profiling data (200 m), and (d) computed with the Levitus data (200 m)
分析50m 层温度场(图4c), 可以看到吕宋海峡东部21°12′N 、122°E 存在一暖中心; 海区的南部为一向北部延伸的局地暖水舌; 北部区域温度场比较复杂, 但整体上是一暖涡。靠近台湾岛东部存在一冷涡。温度场的结构一直维持到200m 层, 比较稳定。对照图5a, 可以发现, 反气旋涡与气旋涡位置分别对应着暖
涡与冷涡, 符合传统意义上的地转调整关系。
从利用高度计资料计算的流场图(图4b)上可以清晰地看到气旋涡、反气旋涡以及黑潮结构。图中有一强反气旋涡, 中心位于23°N 、124°30′E, 影响半径约为3个经纬度, 深度达400m 水层; 而在吕宋岛东部存在一反气旋涡, 其中心为18°N 、125°30′E,
何建玲等: 利用Argo 数据计算吕宋海峡以东海域水文特性参数和流场 25
强度也比较大; 在两个反气旋涡之间, 有一比较弱的气旋涡, 中心位置在20°N 、124°42′E 。同样的, 靠
近吕宋海峡处存在一反气旋弯曲。由高度计资料计算的地转流最大流速约为 44cm·s ?1。
图4 2006年秋季流场计算结果
a. Argo 资料计算结果与Ekman 漂流的叠加结果(50m 层);
b. 高度计资料计算的地转流;
c. 温度场(50m);
d. Argo 资料计算结果(200m 层)。△代表2006年秋季Argo 浮标位置
Fig. 4 Computed current field in fall 2006: (a) current field computed with Argo and wind data (50 m), (b) geosrophic current from the altimeter data, (c) distribution of temperature (50 m), and (d) current field computed with Argo profiling data (200 m). △ denotes the Argo location in fall 2006
王东晓等[42]将P 矢量方法计算所得南海中南部环流场与TOPEX/Poseidon 高度计所得地转流场比较, 二者比较一致。通过比较图5a 和图5b, 可以看到两流场结构吻合得也相当好, 利用Argo 资料可以
很好地反映流场结构。但两者还是存在差异, 如Argo 资料所得流场流速相比利用高度计资料所得流场偏小; 而后者没有反映出靠近台湾岛东部的气旋弯曲。
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对Argo资料做多年季节平均计算所得流场, 与利用Levitus资料计算的流场相比, 不仅可以反映基本流场结构, 还可以反映一些涡旋结构; 而利用Argo短时间资料所得流场与利用高度计资料所得流场及涡旋结构比较一致。但由于利用Argo资料并通过P矢量方法计算可以得到大洋流场的三维结构, 并且越来越多的剖面资料可以提高计算精度, 而高度计资料只能反映表层的流场情况, 因此Argo资料更具有优势。
3 结论与讨论
本文主要分为两部分: 一是利用2006年Argo 浮标资料分析西北太平洋水团特性的季节变化和混合层的月平均变化规律; 二是分别利用2002—2009年Argo多年季节平均资料和2006年Argo资料, 以秋季为例, 采用P矢量方法计算该区域流场, 并各自与利用Levitus和高度计资料分别计算所得流场进行比较。所得结果如下。
1)吕宋海峡东部海域2006年水团性质季节变化不大, 尤其是中层与深层, 而表层与次表层温盐变化较小, 春季表层相较于夏季表现为低温高盐, 表层、次表层和中层混合强度春季高于夏季, 秋冬季与春夏类似; 而混合层深度存在季节性变化, 夏季深度最小, 冬季达到最大值, 这与该海区盛行季风和太阳辐射等因素有关。
2)与Levitus资料所得流场相比较, 利用多年季节平均Argo资料并基于P矢量方法对流场进行计算, 结果基本能反映流场结构, 如黑潮、涡旋、弯曲结构, 而Levitus资料计算的流场基本无法反映流场结构; 与高度计资料计算的流场相比, 两者基本一致。此外, 利用Argo资料可以计算得到大洋流场的三维结构, 并且越来越多的剖面资料可以提高计算精度, 而高度计资料只能反映表层流场情况。但是, 还存在流速偏小等问题, 这可能与资料较少且分布不均、插值误差等因素有关。
随着全球海洋Argo浮标资料的不断增多, 结合利用其他卫星遥感资料或现场水文资料, 通过多源资料的综合同化利用, 可以更好地揭示大洋温度、盐度场和流场的时空变化特征, 更好地体现Argo资料的应用价值。
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水文地质参数计算公式
8.1 一般规定 8.1.1 水文地质参数的计算，必须在分析勘察区水文地质条件的基础上，合理地选用公式（选用的公式应注明出处）。 8.1.2 本章所列潜水孔的计算公式，当采用观测孔资料时，其使用范围应限制在抽水孔水位下降漏斗坡度小于1/4处。 8.2 渗透系数 8.2.1 单孔稳定流抽水试验，当利用抽水孔的水位下降资料计算渗透系数时，可采用下列公式： 1 当Q～s（或Δh2）关系曲线呈直线时， 1）承压水完整孔： (8.2.1-1) 2）承压水非完整孔： 当M>150r，l/M>0.1时： (8.2.1-2) 或当过滤器位于含水层的顶部或底部时： （8.2.1-3）
3）潜水完整孔： （8.2.1-4） 4）潜水非完整孔： 当>150r，l＞0.1时： （8.2.1-5） 或当过滤器位于含水层的顶部或底部时： （8.2.1-6）式中K——渗透系数（m/d）； Q——出水量（m3/d）； s——水位下降值（m）； M——承压水含水层的厚度（m）； H——自然情况下潜水含水层的厚度（m）； h——潜水含水层在自然情况下和抽水试验时的厚度的平均值（m）； h——潜水含水层在抽水试验时的厚度（m）； l——过滤器的长度（m）； r——抽水孔过滤器的半径（m）；
R——影响半径（m）。 2 当Q～s（或Δh2）关系曲线呈曲线时，可采用插值法得出Q～s 代数多项式，即： s＝a1Q+a2Q2+……a n Qn （8.2.1-7） 式中a1、a2……a n——待定系数。 注：a1宜按均差表求得后，可相应地将公式（8.2.1-1）、（8.2.1-2）、（8.2.1-3）中的 Q/s和公式（8.2.1-4）、（8.2.1-5）、（8.2.1-6）中的以1/a1代换，分别进行计算。 3 当s/Q （或Δh2/Q）～Q关系曲线呈直线时，可采用作图截距法求出a1后，按本条第二款代换，并计算。 8.2.2 单孔稳定流抽水试验，当利用观测孔中的水位下降资料计算渗透系数时，若观测孔中的值s（或Δh2）在s（或Δh2）～lgr关系曲线上能连成直线，可采用下列公式： 1 承压水完整孔： （8.2.2-1） 2 潜水完整孔： (8.2.2-2) 式中s1、s2——在s～lgr关系曲线的直线段上任意两点的纵坐标值（m）； ——在Δh2～lgr关系曲线的直线段上任意两点的纵坐标值（m2）； r1、r2———在s（或Δh2）～lgr关系曲线上纵坐标为s1、s2（或）的两点至抽水孔的距离（m）。
第十四章--异变图形创意设计
第十四章异变图形创意设计 学习目标： 设计基础课程中图形创意 专业设计课程中的图形创意 造型艺术课程中的图形创意
14.1、设计基础课程中的图形创意 1、平面构成： 通过对图形创意的形式的学习，掌握了图形符号、图形构成形式和图形转换的规律，在实施平面构成作业时便可以更好地发挥学生各自的想像空间，并将点、线、面的相对性及其各自的视觉特征和描绘技能运用在平面构成的练习中，使所学的概念性知识在实际的练习中得到体现。 2、色彩构成： 在图形创意中运用色彩构成的规律，特别是色彩的知觉这一特征，例如，色彩的冷暖感、轻重感、前进和后退感等，在创意中发挥色彩的具象性和抽象性。还可以利用图形的各种表现手法，丰富传统的色彩构成练习方式，从而使色彩构成教学多元化。 3、立体构成 在立体的空间里，作为形态的立体物没有像平面空间那样具有固定的外形轮廓，而是随着视线的移动，立体物象的形会产生变化，立体构成可以使图形创意的表现空间得到拓展。另外，作为立体形态的立体物，对于形态的构成、形态的物质材料、形态塑造所使用的加工工具等都提出了更新的要求。 4 、图案：形态、色彩和构成是形成图案的三大要素。图案的形态即基本形是图案的关键部分，基本形的形成是艺术家取其生活的图形灵感，经过艺术加工完成的。利用图形创意的一些形式，如共生图形、换置图形、悖理图形、矛盾空间图形等形式和描绘技巧、图片处理等表现手法，创造出一种有实用功能性的视觉图形形象。 5 、字体设计：以往的设计基础课程作业，由于缺乏应变和思维发展空间，学生完成起来盲目、乏味。图形创意的导入无疑给这些单调的作业带来了更多的想像空间和趣味性，对丰富设计基础课程的内容和视觉传达形式的表现、深化，起到了积极的作用。 14.2、专业设计课程中的图形创意 1 、广告设计：图形以其特殊的魅力成为广告设计中的视觉中心元素，它能够下意识地左右广告的传播效果、引起人们的注意和激发消费者的阅读兴趣。 2、包装设计：图形创意在包装上的应用使其具有亲和力，同时也能加深消费者对该产品的印象。 3 、书籍装帧设计：封面是书籍的脸，是书籍在卖场与读者无声交流的第一程序，用图形的方式来取悦读者是一种非常见效的手段。 4 、商业摄影：商业摄影是一种具有商业动机和商业行为的摄影活动方式，它要求在摄影的技术上和画面创意处理艺术上都追求一种个性的存在。 5 、LOGO设计：LOGO设计要求设计师在设计过程中不但要考虑到企业或品牌的个性化，而且也要同时传达企业经营理念和战略目标，以及有最佳的传播力和最强的视觉识别性。视觉识别是一种非语言性的传播形式，但它在速度、信息容量上都占有重要地位
水文地质复习
一、填空 1、岩石的空隙特征包括空隙的(形状)、(大小)、(多少)、(分布规律)、(连通性)。 2、根据成因可将空隙分为三大类（松散岩石中的空隙)、(坚硬岩石中的裂隙)、(可溶岩石中的溶穴)。 3、岩石中水的存在形式(气态水)、(结合水)、(重力水)、(固态水)、(矿物质中的水)、(毛细水)。 4、达西公式(V＝K〔（h2－h1）÷L〕)。 5、地下水化学成分形成的作用主要有(溶滤作用)、( 浓缩作用)、( 脱硫酸作用)、( 脱碳酸作用)、( 混合作用)、( 阴离子交替吸附作用)、( 人类活动作用)。 6、水文地质调查的要点( )、( )、( )、( )、( )。 7．水文地质学是研究(合理利用地下水或防治其危害的)的科学。它研究(在与岩石圈)、(水圈)、(大气圈)、(生物圈)及人类活动相互作用下地下水(水量)和(水质)的时空变化规律。 8．据地下水埋藏条件，可将地下水分为( 包气带水)、( 潜水)和( 承压水)。 9．渗透系数可以定量说明岩石的(渗透性能)。渗透系数愈大，岩石的透水能力(越强)。 10．流网是由一系列( )与( )组成的网格。
11．地下水系统包括( 地下水含水系统)和( 地下水流动水系统)。 12．( 流线)是渗流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切。(迹线)是渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。 1.岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的、、连通情况和分布规 律，对地下水的分布和运动具有重要影响。 2.岩石空隙可分为松散岩石中的、坚硬岩石中的和可溶岩石中 的。 3.孔隙度的大小主要取决于及情况，另外颗粒形状及胶结充填情况 也影响孔隙度。 4.岩石裂隙按成因分为：、和。 5.地下水按岩层的空隙类型可分为：、和。 6.通常以、、、持水度和透水性来表征与水分的储 容和运移有关的岩石性质。 7.体积含水量与重量含水量之间的关系？ 8.给水度、持水度、孔隙度之间的关系？ 9.简述影响孔隙度大小的主要因素，并说明如何影响？ 10.简述粘土孔隙度较高的原因？ 11.结合水、重力水和毛细水有何特点？ 12.影响给水度的因素有哪些，如何影响？ 13.影响岩石透水性的因素有哪些，如何影响？ 14.简述太沙基有效应力原理和过量抽取地下水引起地面沉降的原因？ 15.岩石空隙分为哪几类，各有什么特点？ 16.简述自然界岩石中空隙发育状况的复杂性？ 1.包气带自上而下可分为、和。 2.岩层按其渗透性可分为与。 3.根据地下水的埋藏条件，可将地下水分为、及。 4.地下水的赋存特征对其水量、水质时空分布有决定意义，其中最重要的是 和。 5.按含水介质（空隙）类型，可将地下水分为、及。 6.承压水获得补给时，测压水位，一方面，由于压强增大含水层中水的密 度；另一方面，由于空隙水压力增大，有效应力，含水层骨架发生少量回弹，空隙度。 7.承压水含水层获得补给时，增加的水量通过水的密度及含水介质空隙的 而容纳。 8.承压含水层排泄时，减少的水量表现为含水层中水的密度及含水介质空 隙。
SWMM参数率定
SWMM模型作为一个城市雨洪管理模型已经被越来越广泛地使用，但是建立一个精度良好的模型并不容易，往往需要花费相当精力来进行参数率定工作。参数率定或者说调参的前提条件是模型已经基本搭建好，降雨与管网这些基础数据具有一定的精度以及在此基础上的各种概化处理相对合理，否则的话调参就没有多少意义。SWMM模型的参数很多且又是一个分布式的，所以调参是一件很复杂的事情，需要有一定经验才能完成好，盲目地调整不仅浪费时间，有时还浪费表情，因为不是每次调整都会出现预期的结果。深入了解SWMM模型各个参数的含义和敏感性对率定工作还是相当有好处的，至少能够明确调整的方向。 一般来讲，对于径流系数或者产流量来讲，不透水率、流域的面积以及特征宽度还有坡度是影响最大的几个参数，其余参数的影响几乎可以忽略不计。对于洪峰流量，一般来说影响最大的几个参数依次是流域面积，特征宽度，不透水率，透水区洼蓄量，不透水区曼宁系数，坡度。当然，不同区域不同情形下，这个参数的排序会略有差别，但也不会有较大的出入。至于每个参数的具体影响，这里就不详述了，如果知道模型计算原理的话是很容易推导出来的。需要说明的是有人也许会说降雨量是对结果影响最大的一个参数，这话也没有错，但这里没有将降雨当作一个参数来分析。 有时会碰到这样一个问题，当我们把结果调得很接近现实或者说实测数据时，却发现有些参数已经被调得很离谱了，早就不满足其物理意义了或者说离实际差好远了，出现这种情况怎么办？我的观点是如果这样一套参数能把大部分场次暴雨洪水都模拟得很好，那么是可以接受的，毕竟我们关注的主要还是结果，不管白猫黑猫，抓到老鼠的就是好猫。但是，如果这样一套参数只是能将某一两场洪水模拟好或者说只有一两场实测数据用来调参，然后调整成了这样，那最好还是不要采用了。当然，这个问题还是要具体情形具体分析了，上述只是我个人的一些看法。 记得几年前，在一个学术会议上，一个外国佬说他们连降雨量都调。当时十分震惊，降雨量毕竟是实测的，连这个都调是不是太疯狂了。现在回过头去想，其实这样做也有一定道理的，
水文地质学知识点整理
地下水的概念P1：地下水是赋存于地表以下岩石（土）空隙中各种形态的水的总称。既有液态的水液，也有气态的水汽，也包括固态的水冰，还有介于它们之间其他形态的水。 地下水的功能属性P2：地下水的资源属性，地下水是生态因子，地下水是环境（灾害）因子，地下水是一种重要的地质营力，地下水是地球深部的信息载体。 水文地质学的研究方法P4：野外调查，野外试验，室内试验，遥感，地球物理勘察，信息技术的应用。 第一章水循环与地下水赋存 1、了解地球内部圈层构P7 地球圈层构造划分表 地球外部圈层：由五个大致成层分布的自然子系统组成，按照性质可以分成3类。即3个无机子系统———大气圈、水圈、岩石圈。1个类有机子系统———土壤圈。1个有机子系统———生物圈。 2、地球水圈可以划分为地质水圈和水文水圈。P9 3、地球上的水循环P10：地球各个圈层中的水相互联系、相互转化的过程统称为大气水的水循环，又叫做自然界的水循环。按其循环途径的长短、循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为地质循环和水文循环两类。 4、岩石（土）介质中水的存在形式P17页
5、赋存介质的水理性质P19-20：指与水的储容和运移有关的赋存介质的性质，主要包括空隙的大小、多少、连通程度及其分布的均匀程度，这些性质的差异，会使其储容、滞留、释放以及透过水的能力不同。表征介质水理性质的指标有容水度，给水度，持水度。 容水度：指介质能够容纳一定水量的性质。 给水性：指饱水介质在重力作用下，能够自由给出一定水量的性质持水性：指重力释水后，介质能够保持一定水量的性能。 二、地下水的基本类型及其特征 1、包气带和饱水带：P21 2、越流P22：把两个含水层透过该弱透水层发生垂直水量交换的现象称为地下水的越流。 按照地下水的埋藏条件，可以把地下水分为潜水、承压水、与上层滞水。其中潜水和承压水在一定条件下是可以相互转化的。P23 3、潜水的概念P26：潜水是地表一下埋藏在饱水带中第一个稳定隔水层智商的具有自由水面的重力水。
07第七章水文地质参数的计算
第七章水文地质参数的计算水文地质参数是表征含水介质水文地质性能的数量指标，是地下水资源评价的重要基础资料，主要包括含水介质的渗透系数和导水系数、承压含水层的储水系数、潜水含水层的重力给水度、弱透水层的越流系数及水动力弥散系数等，还有表征与岩土性质、水文气象等因素的有关参数，如降水入渗系数、潜水蒸发强度、灌溉入渗补给系数等。 水文地质参数常通过野外试验、实验室测试及根据地下水动态观测资料采用有关理论公式计算求取，或采取数值法反演求参等。 第一节给水度 一、影响给水度的主要因素 给水度（μ）是表征潜水含水层给水能力或储水能力的一个指标，给水度和饱水带的岩性有关，随排水时间、潜水埋深、水位变化幅度及水质的变化而变化。不同岩性给水度经验值见表7.l。
二、给水度的确定方法 确定给水度的方法除非稳定流抽水试验法（参考《地下水动力学》等文献）外，还常用下列方法： 1．根据抽水前后包气带上层天然温度的变化来确定p 值 根据包气带中非饱和流的运移和分带规律知，抽水前包气带内土层的天然湿度分布应如图 7.1中的 Oacd 线所示。抽水后，潜水面由 A 下降到 B （下降水头高度为功），故毛细水带将下移，由aa ＇段下移到bb ＇段，此时的土层天然湿度分布线则变为图中的Oacd 。对比抽水前后的两条湿度分布线可知，由于抽水使水位下降，水位变动带将给出一定量的水。根据水均衡原理，抽水前后包气带内湿度之差，应等于潜水位下降Δh 时包气带（主要是毛细水带）所给出之水量（μΔh ）即 h W W Z i i n i i ?=-?∑=μ)(121 故给水度为
h W W Z i i n i i ?-?=∑=) (121μ (7.1) 式中：△Z i ——包气带天然湿度测定分段长度（m ）； △h ——抽水产生的潜水面下移深度（m ）； W 1i ，W 2i ；——抽水前后△Z i 段内的土层天然湿度（％）； n ——取样数。 2．根据潜水水位动态观测资料用有限差分法确定μ值 如果潜水单向流动，隔水层水平，含水层均质，可沿流向布置3个地下水动态观测孔（图7.2），然后根据水位动态观测资料，按下式计算。值： h h t h x t K t 22t 2,2,32t 1,22)2-) (2h h ??++?????= ωμ (7.2) 式中：h 1，t 、h 2，t 、h 3，t ——1、2、3号观测孔t 时刻水位，即含水层水流度（m ）；
水文模型参数多目标率定及最优非劣解优选
第37卷第2期 2017年4月 水文 JOURNAL OF CHINA HYDROLOGY Vol.37 No.2 Apr., 2017水文模型参数多目标率定及最优非劣解优选周建中\卢韦伟\孙娜\叶磊2袁张海荣\陈璐1 (1.华中科技大学水电与数字化工程学院，湖北武汉430074;2.大连理工大学水利工程学院，辽宁大连116024) 摘要:针对概念性水文模型参数众多、相互制约，且多目标参数优化率定最优参数求解困难、易受决策者 主观因素影响的问题，采用多目标优化算法对水文模型参数进行率定，得到模型参数最优非劣解集，在此基 础上，引入最小最大后悔值决策理论，并结合Pareto支配基本理论，提出了一种多目标最优非劣解选取准 则。以柘溪流域为研究对象，采用三目标MOSCDE优化率定新安江模型的参数，并与单目标SCE-UA优化 结果进行对比分析。结果表明，提出的非劣解选取方法可以有效从大规模非劣解集中筛选出最优非劣解，大大缩短参数率定耗时。 关键词：水文模型参数率定；多目标优化;参数最优非劣解优选;最小最大后悔值决策 中图分类号:P333 文献标识码：A文章编号=1000-0852(2017)02-0001-07 1引言 如何提高水文模型预报精度一直是水文领域的重 难点问题之一。水文模型参数优化率定通过最大程度 降低水文模型参数不确定性，从而达到提高水文模型预 报精度的目的。水文模型参数优化率定对提升水文模型 整体预报性能和水文预报精度有着极大的推动作用。 早期水文模型参数优化率定采用遗传算法[1-2]、粒 子群算法[3'SCE-UA[5-6]等单目标算法来分别确定水 文模型的各参数。然而，大量水文模型参数率定的理 论研究和实践应用表明：单目标函数仅反映了水文过 程的某一特性，无法全面刻画水文过程的动力特性和 参数间的相互作用关系，且单目标算法易陷入局部最 优[7]。因此，水文学者将多目标优化理论引入水文模型 参数率定中，并围绕水文模型参数多目标优化率定 开展了大量研究工作。Yapo等[8]提出多目标优化算法 MOCOM-UA，并通过实例分析检验了 MOCOM-UA算 法的正确性和可靠性;Vrugt等[9]在单目标SCE-UA算 法的基础上，提出了多目标优化算法MOSCEM-UA，并成功验证了该算法的有效性;Tang等网将SPEA2、着-NSGAII和MOSCEM-UA等常用的多目标优化算法 应用于水文模型参数优化率定中，并比较其计算性能，研究结果表明SPEA2和着-NSGA-II算法的性能优于MOSCEM-UA算法;张文明等[11]将存档群体和拥挤距 离机制引入粒子群算法，从而建立了基于粒子群算法 的多目标算法，通过与单目标优化结果的对比，检验 了该算法的优越性;郭俊等[12]运用经典多目标优化算 法NSGA-II对水文模型参数多目标优化率定，并提出 目标组合优化结果比较方法，研究结果表明该方法可 有效分析不同目标组合对优化结果的影响。 上述研究工作主要集中于多目标优化算法本身 的设计和改进。然而，水文模型多目标参数优化率定 不仅要解决多目标建模及其模型求解的难题，如何针 对生成的参数非劣解集优选最优参数是水文模型参 数多目标优化普适性应用的技术瓶颈。针对这一问 题，本文在水文模型参数多目标优化应用研究的基础 上，基于Pareto支配以及最小最大后悔值决策理论，提出一种最优非劣解准则，用以确定非劣解集的最优 非劣解，该方法可显著缩短问题求解时间，对多目标 参数优化率定的推广应用具有主要价值。以柘溪流域 新安江模型多目标参数率定为例，旨在快速、准确的 优选最优非劣解，为柘溪流域水文预报提出更为全面 的决策参考依据。 2水文模型参数多目标优化率定 水文模型参数多目标优化率定是选取多个目标 收稿日期：2016-07-09 基金项目：国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目（91547208);国家自然科学基金项目（51579017);水利部公益性行业科研专项经费 项目（201401014-2) 作者简介:周建中（1959-)，男，湖北武汉人，教授，博导，研究方向为水电能源及其复杂系统分析的先进理论与方法。E-mail:jz.zhou@https://www.wendangku.net/doc/394138447.html, 通讯作者:卢韦伟（1991-)，女，湖北仙桃人，硕士研究生，研究方向为水文预报与水文分析计算。E-mail:luweiwei@https://www.wendangku.net/doc/394138447.html,en---------------------------
水文地质计算KR值公式选择
水文地质计算K R值公式 选择 Modified by JEEP on December 26th, 2020.
水文地质计算K 、R 值公式 选 择 一、 承压水完整井K 值计算 1、承压完整井 r R S M Q K lg 366.0?= 裘布依 2、承压完整井有一个观测孔 3、承压完整孔 二、 承压水非完整井K 值计算 1、承压非完整井 S M Q K ?= π2 用于潜水时将M 换 成H 2、承压水非完整井（井壁进水） 式中r —过滤器半径，长度L< 3、承压水非完整井（井壁、井底进水） 4、 承压水非完整孔（GB50027—规 范） 当M>150r, L/M>1时 三、 潜水完整井K 值计算 1、实用于潜水—承压水完整井及非完整井 2、潜水完整井 ()r R S S H Q K lg 2733.0-= 裘 布依 3、潜水完整井 四、 潜水非完整孔K 值计算 1、潜水非完整孔 当1.0,150>>h L r h 时： 式中：H —自然情况下，潜水含水层厚度（m ）； h —潜水含水层在自然情况下和抽水时的厚度 的平均值（m ）； h —潜水含水层在抽水时的厚度（m ）； Q —抽水孔大降深时的流量（m 3/d ）。 2、潜水非完整孔 五、影响半径计算公式 1、 承压水概略计算 K S R 10= 吉哈尔特 KHI Q R 2= 凯尔盖 2、潜水概略计算
K H S R ?=2 对直径大的和 单井算出的R 值偏大 3 μ KHt R = 威伯 六、 利用观测孔水位下降值计算R 值 1、承压水完整井、两个观测孔 2 11 221lg lg lg S S r S r S R --= 裘布依 2、潜水完整井 注： S 1，S 2—观测孔降深（m ） r 1,r 2—观测孔至抽水孔距离 （m ） H —潜水含水层厚度（m ） R —影响半径（m ） t —时间（日） μ—给水度 I —地下水水力坡度 在2221,h h ??—在2h ?—lgr 关系曲线的直线段上任意两点的纵坐标值（m 2）。 七、 给水度、释水系数、渗透系 数、导水系数、传导系数 1、潜水含水层的给水度（μ）：又叫延迟储水系， 即水能从岩层中自由流出的能力，数值等于流出的水体积和岩石体积之比。对裂隙岩石，可用裂隙率或 岩溶率近似代替给水度。计算公 式： 式中：∑c Q —钻孔抽水稳定之前消耗的全部贮存量（静储量）； V —稳定降落漏斗 的体积（m 3）； H —钻孔抽水前含水层的厚度（m ）； 0h —抽水稳定时孔内水 柱高度（m ）； λ—取决于降落漏斗的形状，H h 0和 R r 0值的系 数。 可查河北水文地质手册P552表8-1-24
水文学与水文地质学重点总结
水文学与水文地质学 第一章 1、水文学概念：水文学是研究自然界中各种水体的形成、分布、循环和与环境相互作用的一门科学。 2、水文循环 （1）水的这种既无明确的“开端”，有无明确的“终了”的无休止的循环运动过程称为水文循环。 （2）水分由海洋输送到大陆又回到海洋的循环称为大循环或外循环。 水分在陆地内部或海洋内部的循环称为小循环或内循环。为区分这两种小循环，将前者叫做陆地小循环，后者叫做海洋小循环。 （3）内因——水的三态在常温条件下的相互转化 外因——太阳辐射和地心引力 （4）四个环节：水分蒸发—水汽输送—凝结降水—径流 3、水文循环的时空分布变化特点（简答—扩展） （1）水循环永无止境 （2）水文现象在时间上既有具周期性又具有随机性 （3）水文现象在地区分布上既具有相似性又具有特殊性 4、水量平衡原理概念：水量平衡是指在自然水循环过程中，任意区域在一定时间内，输入水量与输出水量之差等于该区域的蓄水变化量。 第二章 1、河流基本特征（看透书P15—P17、小题） （1）河流长度(L) 自河源沿主河道至河口的长度。 深泓线（中泓线）：河槽中沿流向各最大水深点的连线。 （2）河流的弯曲系数(Φ) 河流的弯曲系数等于河流长度与河源到河口之间的直线距离之比。 （3）河槽特征 1）河流的断面 河流横断面 河谷 河槽：基本河槽洪水河槽 过水断面 河流的纵断面 2）河流平面形态 （4）河流纵比降(J) 河流纵比降指任意河段首尾两端的高程差与其长度之比 河段纵断面近于直线：J=(Z1-Z2)/L 河段纵断面呈折线：J=[(Z0+Z1)L1+(Z1+Z2)L2+…+(Z n-1+Z n)L n-2Z0L]/L2 （5）河流分段 一条河流按照河段不同的特征，沿水流方向可划分为河源、上游、中游、下游和河口5段。 2、流域的概念：流域是指汇集地表径流和地下径流的区域，是相对河流的某一端面而言。
四种水文模型的比较
四种水文模型的比较 四种水文模型的比较 摘要：水文模型是用数学的语言对现实水文过程 进行模拟和预报，在进行水文规律的探讨和解决 水文及生产实际问题中起着重要作用。本文分别 介绍了新安江模型、萨克拉门托（SAC）模型、SWAT模型以及TOPMODEL模型，并对这四种水文模型的蒸发计算、产流机制、汇流计算、适用流域、参数以及模型特点等不同方面进行了比较分析。并结合对着4种模型之间的比较，作出了总结分析和展望。 关键词：新安江模型；SAC模型；SWAT模型; TOPMODEL模型；模型比较 引言 流域水文模型在进行水文规律研究和解决生
产实际问题中起着重要的作用。新安江模型是一个概念性水文模型，1973年由赵人俊教授领导的研究组在编制新安江预报方案时，汇集了当时在产汇流理论方面的成果，并结合大流域洪水预报的特点，设计出的我国第一个完整的流域水文模型，至今仍在我国湿润和半湿润地区的洪水预报中得到广泛应用；萨克拉门托水文模型，简称SAC 模型，是R.C.伯纳什（Burnash）和R.L. 费雷尔（Ferral ）以及RA麦圭儿（Mcguire ） 于20世纪60年代末至70年代初研制的，是一个连续模拟模型，模型研制完成时间相对较晚，其功能较为完善，兼有蓄满产流和超渗产流，广泛应用于美国水文预报中；SWAT模型是美国农业部农业研究中心研制开发的用于模拟预测土地利用及土地管理方式对流域水量、水质过程影响的分布式流域水文模型；TOPMODEL为基于地形的半分布式流域水文模型，于1979年由Beven和Kirkby提出，其主要特征是将数字高程模型（DEM ）的广泛适用性与水文模型及地理信息系统（GIS）相结合，基于DEM数据推求地形指数，并以此来反映下垫面的空间变化对流域水文循环过程的影响，描述水流趋势。
水文地质计算K、R值公式选择
水文地质计算K 、R 值公式选择 一、 承压水完整井K 值计算 1、承压完整井 r R S M Q K lg 366.0?= 裘布依 2、承压完整井有一个观测孔 3、承压完整孔 二、 承压水非完整井K 值计算 1、承压非完整井 S M Q K ?= π2 用于潜水时将M 换成H 2、承压水非完整井（井壁进水） 式中r —过滤器半径，长度L<0.3m 3、承压水非完整井（井壁、井底进水） 4、 承压水非完整孔（GB50027—规范） 当M>150r, L/M>1时 三、 潜水完整井K 值计算 1、实用于潜水—承压水完整井及非完整井 2、潜水完整井 ()r R S S H Q K lg 2733.0-= 裘布依 3、潜水完整井 四、 潜水非完整孔K 值计算 1、潜水非完整孔 当1.0,150>>h L r h 时： 式中：H —自然情况下，潜水含水层厚度（m ）； h —潜水含水层在自然情况下和抽水时的厚度 的平均值（m ）； h —潜水含水层在抽水时的厚度（m ）； Q —抽水孔大降深时的流量（m 3/d ）。 2、潜水非完整孔 五、影响半径计算公式 1、 承压水概略计算
K S R 10= 吉哈尔特 KHI Q R 2= 凯尔盖 2、潜水概略计算 K H S R ?=2 对直径大的和单井算出的R 值偏大 3 μ KHt R = 威伯 六、 利用观测孔水位下降值计算R 值 1、承压水完整井、两个观测孔 2 11 221lg lg lg S S r S r S R --= 裘布依 2、潜水完整井 注： S 1，S 2—观测孔降深（m ） r 1,r 2—观测孔至抽水孔距离（m ） H —潜水含水层厚度（m ） R —影响半径（m ） t —时间（日） μ—给水度 I —地下水水力坡度 在2221,h h ??—在2h ?—lgr 关系曲线的直线段上任意两点的纵坐标值（m 2）。 七、 给水度、释水系数、渗透系数、导水系数、传导系数 1、潜水含水层的给水度（μ）：又叫延迟储水系， 即水能从岩层中自由流出的能力，数值等于流出的水体 积和岩石体积之比。对裂隙岩石，可用裂隙率或岩溶率 近似代替给水度。计算公式： 式中：∑c Q —钻孔抽水稳定之前消耗的全部贮存量（静储量）； V —稳定降落漏斗的体积（m 3）； H —钻孔抽水前含水层的厚度（m ）； 0h —抽水稳定时孔内水柱高度（m ）； λ—取决于降落漏斗的形状，H h 0和R r 0值的系
模型参数率定
模型参数率定：即参数调试、参数估计或参数优化，使模型的模拟输出值与实际观测值误差最小。 水文模型参数分为两类：一类具有明确的物理含义，可以根据实际情况进行确定；另一类是没有或者物理含义不明确的参数，这些参数需要根据以往观测数据进行率定。 集总式模型时代：最小二乘法(Least-Square Method，简称LSM) 率定方法分类： 遗传算法(Genetic Algorithm)、SCE-UA算法(Shuffled Complex Evolution)、贝斯方法(Bayesian Method)、RSA方法(Regionalized Sensitivity Analysis)、GLUE方法(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) 其中，RSA和GLUE方法还是一种比较实用的参数敏感性分析方法。另：扰动分析法 启发式算法（80年代）： 遗传算法(Genetic Algorithm, 简称GA)、模拟退火算法(Simulated Annealing, 简称SA) 、人工神经网络(Artificial Neural Network, 简称ANN) 遗传算法 优点：直接随机寻优、内在并行性和全局寻优能力、概率化寻优（自动获取寻优空间） 问题：高度复杂的非线性问题及多参数优化问题（多目标优化） SCE-UA（综合了遗传算法、Nelder 算法与最速下降算法） SCE-UA算法的提出基于以下4种概念:①确定性和概率论方法结合;②在全局优化及改善方向上, 覆盖参数空间的复合形点的系统演化; ③竞争演化; ④混合复合形(complex shuffling) 特点：①在多个吸引域内获得全局收敛点； ②能够避免陷入局部最小点； ③能有效地表达不同参数的敏感性与参数间的相关性； ④能够处理具有不连续响应表面的目标函数, 即不要求目标函数与导数的清晰表达； ⑤能够处理高维参数问题 应用于SWAT，TOPMODEL 贝叶斯方法 （总体信息，样本信息，先验信息） 特点： 1、获得后验分布后, 即使丢失了总体信息和样本信息, 也不影响对未知参数的统计推断。（第一次估计的后验分布当作第二次估计的先验分布, 再运用贝叶斯方法得到第二次的后验分布连续应用贝叶斯方法, 可以不断增加估计参数的信息, 从而对参数有更深入的认识） 2、将观测数据的不确定性和因估计与预测中的误差而引起的不确定性有效结合起来