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2010/07/16
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在我帮助林老整理他的著述《河流辩证法与冲积平原河流治理》时,曾多次听到他说:在一定的条件下,R(水力半径)与S(坡降)的乘积等于某个常数,即当S变大时,S就变小;反之亦然。这是林老从大量的河流现象中归纳出来的,我称之为R-S反比关系,它做为一条公理可以成为我们进一步分析河流运动的工具。也有一些专家认为,更稳健的表述应是R-S反变关系(或逆变关系)。反变关系还是一种定性的认识;而实际上,林老对R与S的认识已经深入到了定量的层次。本文是我学习林老治水思想的一点体会。一、 明槽均匀流的情况 2000年8月28日,在我第一次拜访林老时,首次听他说起R-S反比关系,后来又听他多次提到这个关系,但都没有给我留下多深的印像。直到2003年5月,他给我讲述了一个具体的例子,现概述如下:在郑州附近,黄河到河口的距离约700km,郑州枯水时节的水面高程是90多米;相比而言,长江大通水文站的枯水位高程不到10米,它到海口的距离有600多km。在距河口距离大体相等的情况下,两者的坡降相差10倍左右,而两者的宽深比(等于B1/2/H,其中B为河宽,H为平均水深)也相差10倍左右(在距河口700km左右处,黄河的宽深比为二十多,长江为二点几[1])。一般说来,在河流宽度达到数百米乃至上千米时,它的R值近似于水深[2],以此估计,长江、黄河相应地段的R值也相差10倍左右[3]。 这种情况不是偶然的,它使我产生了浓厚的兴趣。以下先从曼宁公式开始来对其做一点数理上的推导。 在明槽均匀流的情况下,曼宁公式给出了水力学中最重要的4个要素间的关系:V=(1/n)R2/3S1/2 其中:V为水流流速,n为糙率,R为水力半径(等于过水断面面积除以湿周),S为坡降。 在糙率给定的情况下,有n=no,由于明槽均匀流的V是沿程等速的,故可设其为Vo,则有下式:NoVo=R2/3S1/2, 令R2/3=R*和S1/2=S*,则有NoVo=R*S* 后式是一种严格的反比关系,即R的2/3次方与S的1/2次方成反比,或称R与S间存在一种拟反比关系。 在n=no的情况下,不同的R和S坐标点之轨迹对应着一族等流速拟反比曲线。另外,比较K=XY与K=X2/3Y1/2这两个函数,前者为一标准的反比曲线,并以Y=X为对称轴;而后者则可粗略地看为围绕着前者的顶点(即K=XY与Y=X的交点)向右旋转某一角度而成。如令k0=(n0V0)2,则有下式k0=R4/3S=αRS 其中α是一个待定参数,例如,当R [60m,100m]时,α可取值为4;R [30m,60m],α可取值为3.5;只要R的取值区间相应缩小,就可确定α的值,使得αR与R4/3之间的误差任意小(即在R的某一区间,以直代曲)。于是可得下式:k0/α=RS 由此可见,在一定的条件下,在R与S间存在着稳定的反比关系;或者说,R与S的乘积等于某个常数。因此,在明槽均匀流的情况下,当我们观察某条河流的某个河段时,这时糙率n已经定了,则该河段的R与S间的反比关系近似成立。 另外,通过简单的数值计算和模拟,我们可以比较k=XY与k=X2/3Y1/2这两个函数的变量X及Y之间的替代弹性。当k=1时,在前一个函数中,当X(或R)从2变为4时,Y(或S)则从0.5变为0.25,即水力半径相当于原来的2倍时,坡降变缓为原来的1/2,这时流速保持不变。在后一个函数中(亦令k=1),当X(或R)从2变为4时,Y(或S)则从0.5变为0.158,坡降变缓为原来的31.6%(近似于1/3),这时流速亦保持不变。 也就是说,当用严格的反比函数去估计明槽均匀流的坡降对水力半径变化的响应时,会得到一个更为稳健的判断:即增加水深至同等程度时,坡降可以变得更缓而保持流速不变。二、 非均匀流的情况 在明槽水流不是均匀流的情况下,反比关系是否还成立呢?我们现在对此略作分析。 在水力学的诸多文献中,经常使用的有两类流速计算公式,一类是对数型流速分布公式,另一类是指数型流速分布公式。张红武在文献[4]中,提出了一个对数流速分布的修正公式,克服了原公式当Z/h很小时出现不合理数值的缺陷(其中h为水深,Z为从河底至测速点的距离),该式如下: 张红武将u =V /C代入上式(其中C为谢才系数),将u 表示如下(V为垂线平均流速,Cn为涡团参数):um=V(1+ )张红武在另一文献中[5],给出了表面流速um的另一表达式(其中系数b2与水流的相对粗糙情况有关)如下:um=V+b2我们将上述两式联立,可得到: V(1+ )=V+b2V(1+ -1)=b2V =b2V= b2 u将u*= 代入上述最后一式可得:V= b2C V= b2 R2/3S1/2,显然,这一公式与曼宁公式之间的区别只差了一个系数:8b2/ =2.55b2。依据我们前面对曼宁公式的推导,便有:ko/(2.55b2 )=k1=RS 由此可知,R与S间的反比关系仍然成立,而在此时,我们已去掉了明槽均匀流对这一反比关系的限制。换言之,在能用对数流速分布公式描述河流流速的地方,R与S间的反比关系就具有相应的普适性。也就是说,在我们观察某条河流的某个河段时,这时糙率n已给定,相应的某种流量水平(如造床流量)之流速也相对稳定,于是该河段的R与S间的反比关系近似成立。下面我们根据前式k1=RS,给出△R与△S的关系式(△R>0,△S>0):k1=(R+△R)(S-△S)k1=RS-R△S+S△R-△R△Sk1-RS=0=S△R-△S(R+△R)S△R=△S(R+△R)△ S/S=△R/(R+△R) 根据最后一个式子,我们可以很快对下述情况做出估算,即当水力半径增加△R时,坡降的减缓量△S为多少时,流速至少可以不降低(又及:如需展宽河段,减小水深或R,增大S,则可利用△S/(S+△S)=△R /R)。三、R-S反比关系的某些应用 现在要提出的问题是,R-S反比关系有何用处呢?回答是:它可以使我们在平原河流的治理上不犯方向上的错误。 在林老的相关著述中有很多这样的例子。例如林老在事先未经精密测量的情况下,从葛洲坝河段存在剩余坡降的判断出发,得到在该处建坝抬高20多米水头(加大了R)后不会淤积碍航,从而有力地回答了当时很多这方面的质疑。对此,仅有R-S反变关系还不够,还必须有定量的分析,这就需要R-S反比关系,特别是林老所创立的水库长期使用的理论〔6〕。 又如,在今后长江治理的第四阶段中,其中心是要在中下游平原河段形成单一深水河床,这将主要通过岸边工程束窄河宽至合理程度,以刷深主槽,堵支并汊,即加大R,减缓S。在这种状况下,R与S间的反变幅度要在何种范围内变化,才能保证必要的水流流速和冲沙能力?这时只须引用R-S反比关系就可对此很快给出数值上的估计(利用前式△S/S=△R/(R+△R))。例如当R增加10%时,S将减缓9%,R增加100%时,S将减缓50%;在这些相应的组合下,原有的流速至少是不会降低的。 这一过程大体如下:在束窄河宽的初始阶段,水流流速增加,冲刷能力增强;随着主槽刷深(R增大),河道延长(通过增加河流弯曲度的方式),坡降变缓(S变小),流速有向原值恢复的倾向;此时,河流在被束窄到合理程度时,其冲淤过程进入一个新的平衡阶段。当然,上述束窄河宽的过程要在河岸土壤胶结强度的许可范围内进行。 引文和注释〔1〕:许炯心:《中国不同自然带的河流过程》,科学出版社,1996年1月。〔2〕:R=A/X,其中A为过水断面面积,X为湿周。采用矩形断面,则有下式:R=(B h)/(2 h +B),其中B为河宽,h为水深,利用B/h= (另一种宽深比),则有R= ,当河流宽度达到上千米时,R=h。〔3〕:在郑州河段枯水时节,黄河平均水深约在一至数米的范围内;在大通断面附近长江枯水时节的平均水深应在十数米至数十米范围内。〔4〕:张红武:" 沙水流流速的垂线分布公式",刊于《河流力学研究》,黄河水利版社,1999年12月。〔5〕:张红武:"黄河下游河道水流摩阻特性的研究",出处同〔4〕。〔6〕林一山:"论水库长期使用",刊于《葛洲坝工程的决策(林一山治水文集之二)》(杨世华主编),湖北科学技术出版社,1995年6月。
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2009/07/16
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赵晓力:虚拟世界这个说法现在好像不流行了。刚接触网络的时候可能什么人都有点眩晕感,上到现在还有吗?技术浪漫主义曾经以为我们能够得到一个与现实世界迥然相异的世界,而现在人们越来越清楚地意识到,那同样是我们切身的现实。关于网络的伦理其实与现实伦理是交错的。
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2009/03/07
| 阅读: 1261
刺激农民消费的前提是搞清农民有没有钱,钱从哪里来,这笔钱对农民到底意味着什么?
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2011/10/22
| 阅读: 2020
谷歌交给美国政府的数据是维基泄密志愿者Jacob Appelbaum的Gmail数据,包括IP地址和联系人列表。目前Google尚未对此事作出更多的解释。美国政府在没有搜查令的情况下,同时要求Google和Sonic两家公司交出这个志愿者的相关邮件信息。
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2013/02/06
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菜农过量或不合理使用化肥、农药,导致大棚菜地的土壤污染问题日益突出,由此引发的食品安全事件不断发生。非常讽刺的一点是,政府对于农药化肥除草剂进行补贴,而对于生态农业和有机农业完全放任市场,这就造成了有机食品行业良莠不齐。
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2008/11/01
| 阅读: 1366
前些日子,大作家蒋子龙和网络较上劲儿。先是被纳入“30省作协主席网络PK”,紧接着又退出大赛。为这事儿,蒋子龙曾有些恼火:“文学怎么打擂?”但是现在,他愿意心平气和地谈谈网络文学,谈谈他的新作《农民帝国》。因为这本书是他多年心愿的一次了结。
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2009/08/17
| 阅读: 1643
相传尧已经设立“掌天地四时”的专职天文官,负责观察天象,由四个人分别驻在东西南北四个地方,通过观测太阳和星宿来推定春分、夏至、秋分、冬至四个节气的具体日期,以利农事。《尚书·胤征》记载:夏王仲康时(约公元前2050年前后)发生了一次日食,由于天文官羲、和二氏沉湎酒色,疏于观测,居然没有及时作出预报,以致引起全国震恐。
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2008/10/16
| 阅读: 2181
莱斯格的《自由文化》(Free Culture)选读。这本书2004年3月25日推出后,立即引起了网络上巨大的反响。这本书告诉大众,垄断机构是如何通过操纵法律和技术禁锢了文化,并压制了创新,而自由文化和人们相关的数字权利应当在新千年得到更大程度的保障,就像今天的人权一样。
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2008/10/16
| 阅读: 1919
劳伦斯·莱斯格,斯坦福大学法学院法学教授,斯坦福大学网络与社会研究中心创始人。““代码”是让计算机运行的技术。“代码”是指挥机器运转的指令的集合,要么写在软件里,要么烧在硬件里,首先是用词语写出的。这些机器——电脑——日益决定和控制着我们的生活。它们决定电话如何连接,电视上播放什么,他们决定视频能否能通过宽带连接流式传输到计算机;他们控制计算机向它的制造商汇报什么。这些机器管理我们,而代码管理这些机器。
我们应该对这些代码应该有如何的控制?怎样的理解?应该有什么样的自由来和它对我们的控制相应?什么能力? ”
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2008/08/14
| 阅读: 3625
近年来,关于唯科学主义(Scientism)或科学主义的讨论又一次在我国学术界兴起。唯科学主义在国外是一个贬义词,是对那种把自然科学看做文化中价值最高部分的主张的一种贬称。而有意思的是,我国有一些科学主义者却把这当做一个美称来加以提倡。
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2009/10/04
| 阅读: 1241
图灵是20世纪三四十年代英国著名的数学家、逻辑学家,也是计算机科学的奠基人,被称为“计算机科学之父”、“人工智能之父”。二战期间,他协助军方破解了德国“谜”式密码机编写的情报,在盟军诺曼底登陆等重大军事行动中发挥了重要作用,图灵因此被授予“不列颠帝国勋章”。
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2014/10/27
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尽管希腊科学传统的影响至关重要,但阿拉伯科学绝不仅仅是希腊科学知识的展厅。现存最早的科学资料表明,翻译运动与伊斯兰世界的科学研究是同时进行的,前者并不是后者的先决条件。活跃的穆斯林社会和政治体的实际社会、政治需求,以及理论的和学术的需要,激发和孕育了一场系统性的翻译运动,对后来穆斯林世界科学文化的发展产生了深远的影响。
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2009/03/08
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德裔英国经济学者舒马赫(E. F. Schumacher, 1911-77)早在50及60年代便开始寻求“可持续的发展模式”(patterns of sustainability),提倡“小即是美”(Small is Beautiful)、“适用/中间科技”(appropriate / intermediate technology)、“佛教经济学”,“国有化工业”等与西方主流经济思潮背道而驰的观念。《小的是美好的》出版后于1973~1979年间再版了12次,至今仍是发展经济学的经典之作。1984年,商务印书馆引进该书。2007年,在舒马赫辞世30周年之际,南京译林出版社近日重版了这本书。
除了对经济学的贡献以外,他对科技的理解也很中肯。他认为,中间技术应当具备这样的特性:有利于“创造工作机会”这一首要目标的实现;有效地利用本地资源;能增加劳动的愉悦,而不是把人变成技术的奴隶;经过适当培训,人人可以运用。大众生产的技术正是这样一种“中间技术”,正如“圣雄”甘地所说,大量生产帮助不了世界上的穷人,只有大众生产才能帮助他们。
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2009/04/07
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一个国家的国际科技刊物论文数、居民发明专利申请量、个人电脑用户数、互联网用户数、研究与开发支出等战略性科技资源总量占世界总量的比重可以用来衡量其科技总实力。1980年,中国科技资源总量占世界的比重为0.81%,分别相当于美国和日本的1/32和1/20;到2004年,中国科技资源总量占世界的 7.09%,为美国和日本的1/3.4和1/2.1.中国科技在1980—2004年期间经历了“跨越式”发展,由世界新科技革命的“落伍者”转变成为“ 科技大国”。对外开放和科技全球化、市场、政府导向与经济高速增长的拉动是中国科技快速发展的四大驱动力。到2020年,中国有望由“世界科技大国”跻身于“世界科技强国”之列。
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2006/10/05
| 阅读: 997
安装某些软件时必须小心谨慎,如果忽略了某个预设为同意的选项,就有可能把美其名曰“插件”的流氓软件请进了家门。流氓软件为什么这么泛滥呢?8月21日下午14时,胡钢就流氓软件泛滥,封杀与反封杀之间的较量等话题,用法律的视角进行解读。
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2008/03/03
| 阅读: 2500
讲述中国黑客的形象、组成和行为变化:从反传统反商业、带着理想主义和政治热情的红客占主流到近年,非法牟利的毒客横行。21世纪,中国的木马产业链堂而皇之形成。“这是个比房地产来钱还快的暴利产业!”熊猫烧香病毒的贩卖者王磊落网时,一语道破其中的玄机。据了解,“熊猫烧香”的程序设计者李俊,每天入账收入近1万元,被警方抓获后,承认自己已经获利上千万元。
友情提示:请安装杀毒软件与防火墙,杀木马可用spybot search and destroy 和adaware。经常重装系统。
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2011/06/07
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我要强调一点,现在大家都把三峡发电的功能抬得太高,冲淡了三峡防洪的功能。其实三峡最重要的功能,根本就不是发电,而是防洪。三峡论证时,如果不是防洪的功能,三峡工程根本就上不了。其次是供水,发电只能排在第三位。我永远强调,电调必须服从水调。但现在有些利益集团,不能碰。所以这些年,我一直在呼吁国家在长江流域建议一个水电站总调度,这一切《三峡后续工作规划》出来,提到会优化调水体系,希望能解决这些事情。
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2009/04/26
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信息社会世界峰会World Summit on the Information Society (WSIS) 即将于2009年5月18-22日在日内瓦再次召开。本次日内瓦阶段会议将有35个会议小组,讨论包括在互联网保护儿童等问题。信息社会世界峰会是联合国主办的系列会议,目前大家关注较多的是2005年以互联网国际管理为主题的突尼斯阶段会议。但2005年11月闭幕的突尼斯阶段会议在改革互联网国际管理体系方面并没有取得重大进展,美国仍然保持着对互联网国际管理的主导权。这意味着美国Government在任何时候都有能力把包括中国在内的其它国家或地区驱逐出国际互联网主干网。
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2007/02/19
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美国国家安全局即National Security Agency,简称NSA,其任务为收集、分析、传播外国的Signals Intelligence(SIGINT),指电波类情报。NSA引以为豪的破译成就之一是二战中成功解读了日军密电,因而在中途岛战役中击败了实力更强的日本海军。
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2009/02/15
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美国全国劳工委员会(National Labor Committee)曝光了中国东莞的一家为微软、联想、戴尔、IBM和惠普等生产键盘的“血汗工厂”,报告2月更新,但工厂情况无改善,报告名为《高科技血泪:生产我们正在使用的键盘的年轻工人所受的非人待遇》。