降雨侵蚀过程中红壤坡耕地地表汇流网络特征

为研究降雨侵蚀过程中南方红壤区坡耕地地表汇流网络特征,应用亚毫米级高精度激光扫描和计算机数字图像处理相结合的方法在野外原位研究了南方几个典型母质发育的红壤模拟降雨条件下坡面汇流网络特征变化过程。结果表明:(1)在降雨侵蚀过程中,汇流密度和径流频度整体呈增加趋势,尤其是在第一场降雨过程中最为明显;(2)在第二、三场降雨侵蚀过程中的变化趋势因土壤性质和雨强的不同而出现差异;(3)在坡面侵蚀研究中,分形维数Ds可以较好的区别降雨前后整体汇流网络特征的变化。研究结果对南方红壤区坡耕地降雨侵蚀过程模拟与预测模型的研究、水土流失防治与水土保持规划设计具有一定的参考价值和借鉴意义。     

基于双土槽试验研究的黄土坡面侵蚀产沙过程

 定量分析梁峁坡面各侵蚀带之间侵蚀过程中的相互作用及其影响机理,将为坡面侵蚀预报模型的建立提供重要的理论基础。利用供沙土槽和试验土槽双土槽径流小区,研究不同上方汇流含沙量、不同降雨强度和不同地表面条件下的黏黄土陡坡面(15°)上方汇流汇沙,对坡下方侵蚀产沙过程的影响。研究结果表明:上方汇流汇沙对坡面侵蚀产沙过程有重要影响,上方来沙不但被径流全部搬运,而且上方来水在试验土槽引起了净侵蚀产沙量,坡面侵蚀现象为侵蚀-搬运过程占主导地位。对于疏松土和紧实土处理,上方汇流引起坡下方的净侵蚀产沙量,分别占试验土槽全部产沙量的31.1％-97.3％和45.1％-89.7％。上方汇流引起坡下方净侵蚀产沙量随降雨强度的增加而增加,同时受土壤容重和下垫面细沟侵蚀发展过程的综合影响。土壤容重影响坡面侵蚀的发生和发展,而坡面侵蚀产沙过程与细沟发育过程相对应。     

杂谷脑河流域暴雨型泥石流沟地貌特征分析

沟谷的地貌特征是泥石流灾变过程中的一个重要的缓变因子。它决定泥石流形成的动力条件,制约水源条件中的地表径流汇流过程,影响固体物质补给的方式。因此,可以通过研究流域地貌特征来分析泥石流灾害发育特征。以杂谷脑河中游的暴雨型泥石流沟为研究对象,分析了定量描述沟谷发育阶段的流域地貌信息熵,流域面积以及沟床纵比降与泥石流灾害特征之间的关系。结果发现,泥石流沟流域地貌信息熵值处于为0.12～0.20之间时,沟谷属于中高频的泥石流沟,熵值位于区间之外的沟谷则属于低频泥石流沟;沟谷流域面积大于15km2,沟床纵比降小于300‰时,发育稀性泥石流,反之则发育黏性泥石流。     

四川紫色土地区典型小流域分布式产汇流模型研究

针对日益加剧的四川紫色土地区水土流失情况，为定量分析紫色土地区小流域水土流失程度，选取四川省南部县鹤鸣观小流域为研究区，在蓄满产流模型的基础上，构建了适合紫色土地区小流域分布式产汇流模型。该模型以地块为计算单元，在每个地块上输入参数，然后依据流域产汇流机制计算每个地块的产汇流量，并用递归算法将计算结果推算到流域出口，得到流域径流总量。该模型能评价流域下垫面各因子空间分布不均匀性和人类活动的影响，模拟每个地块次降雨产汇流过程。在鹤鸣观小流域进行了模型的检验与应用，模拟过程与实测结果符合较好。该研究为四川紫色土地区水土保持治理提供了科学依据。     

泥石流沟道流域汇流的地貌分析模型——以神府东胜矿区人为泥石流为例

在神府东胜矿区人为泥石流沟道野外调查的基础上，根据概念性流域地貌汇流模型理论，通过分析流域地貌形态与汇流过程的关系，首次勾绘出了流域地貌等流时线，建立了净雨量过程函数与等流时线函数的卷积汇流模型。用神府-东胜矿区第14号泥石流样沟人工降雨试验推得的净雨量函数及流域等流时线函数对模型进行了检验，结果表明：用流域地貌等流时线法实行两函数卷积计算无径流实测资料的小流域比较合理，并精度较高。     

硬地面产汇流特征模拟实验研究

土路面、场院以及原土夯实地面是干旱半干旱山区群众汇集雨水的一类集流场。因此,研究其产汇流特性可对该类下垫面汇流参数。该文在室内人工降雨的实验基础上,分析了雨强、坡度、密度等因子对硬地面产流时间、产流初损雨量、汇流过程及汇流量的影响及变化过程,结论对实践具有一定的指导意义。     

季节性冻土融化期小流域尺度面源污染物迁移规律

为更好地认识冻土在融化期面源污染物的析出规律,该文以吉林省长春市黑顶子河流域为研究对象,将流域分为4类典型汇流区,监测了冻土融化期不同汇流区以及小流域尺度的水文特性及面源污染物析出入河过程。采用质量平衡法确定了流域尺度的水量及污染物析出量。第I类汇流区水和污染物析出通量主要受稻田排水汇流过程影响;以玉米种植为主的第II和第III类汇流区,水和污染物析出通量变化范围受到土壤利用信息的影响更为显著;农村居民区(第IV类汇流区)单位面积析出通量显著的超过I~III类汇流区。初始条件、汇流区面积、坡度是影响冻土向河道析出过程的重要因素。冻结过程中,水稻和玉米两种下垫面水和污染物质量显著增加,然而表现出显著不同的再分布过程。冻土融化过程中,第I、II和III类汇流区表层融化区主要影响NH4+的析出入河过程,最大融化区内含水量和NO3-浓度发生显著变化。冻土融化期析出流量和NH4+析出通量的标准差与均值比显著的小于NO3-析出通量标准差与均值比。采用质量平衡方法确定的流域水和污染物析出入河过程与通过不同汇流区析出水量和污染物质量叠加所确定的水和污染物析出入河过程一致。平衡分析表明,单位面积冻土中水、NH4+和NO3-析出量占未融化层以上水、NH4+和NO3-析出量的32.9%~74.6%,96.3%~243%,28.6~182%,占土壤最大冻结深度以上水、NH4+和NO3-析出量的10.6%~59.2%,26.4%~110%以及17.6~76.4%。     

上方汇流对黄土坡面侵蚀—搬运过程的影响

研究坡面上方汇流对坡面下方侵蚀-搬运过程的影响将深化对坡面土壤侵蚀过程机制的认识。通过设计由供水装置和试验土槽组成的试验系统,采用不同降雨强度的模拟降雨试验,研究坡度为15。时上方汇流对黄土坡面侵蚀-搬运过程的影响。结果表明：在降雨强度为50、75和100mm／h时,坡面接受上方汇流后,坡面侵蚀产沙量皆大于没有上方汇流时的坡面侵蚀产沙量,即上方汇流在坡面下方引起了净侵蚀产沙量;坡面侵蚀产沙量并不是简单地与汇水流量成正相关,在小汇水流量下,由上方汇流增加的侵蚀产沙量较小,当汇冰流量增加到1．6L／min后,坡面侵蚀产沙量随汇水流量的增加明显增大,且增加幅度随汇水流量的增加而增大,但当汇水流量增加到3．2L／min后,坡面侵蚀产沙量随汇水流量增加的幅度明显减小;接受上方汇流后,坡面侵蚀现象以侵蚀-搬运过程占主导地位。     

磨西河流域冰碛补给一暴雨型泥石流形成机制研究

冰碛补给—暴雨型泥石流是发育在高海拔冰缘山区的一种特殊灾害地貌过程,隐蔽性较强,故对这一灾害的认识尚不够全面和深入。基于此,本研究在总结目前泥石流形成机理研究进展的基础上,以发育有大量冰碛补给—暴雨型泥石流的贡嘎山东坡磨西河流域为例,通过实地调查,对冰碛补给—暴雨型泥石流的形成条件及形成过程机制进行了探讨,提出了这类泥石流形成过程的4阶段模式:清水汇流阶段→单颗粒固体物质起动阶段→掏蚀和侧蚀阶段→泥石流形阶段。最后,对冰碛补给—暴雨型泥石流亟待深入研究的问题进行了分析和总结。     

东北黑土区坡耕地侵蚀沟发育机理初探

沟蚀及其导致的土壤质量退化正在成为影响我国东北黑土区粮食生产和环境质量的重要问题,通过对东北黑土区侵蚀沟的分布和形态特性分析,探明东北黑土区的侵蚀沟近年来迅速发育的原因.从而为东北黑土区的水土流失防治工作提供指导和参考.研究基于野外调查,地形图和卫星照片资料对比分析计算,对一个研究点和4个对比研究点的侵蚀沟进行测量统计,发现造成侵蚀沟日益严重的一个重要原因是由于农民在坡耕地的水平改垄.使得坡面汇流条件改变,从而加速了坡耕地侵蚀沟的发育.将水平垄这种改变坡面汇流条件并加速侵蚀沟发育的现象称作"渠系效应"为了防止"渠系效应"对侵蚀沟发育的影响,在东北黑土区坡耕地应该避免采取单一的水平改垄措施,必须采取综合防治措施才能防治黑土区侵蚀沟的快速发展.     

黄土浑水入渗能力的试验研究

该文针对我国西北黄土地区在引浑灌溉及暴雨产，汇流计算中仍使用清水入渗模型的不合理性，通过室内及野外大田的浑水入渗实验研究，提出了一个新的浑水入渗模型及计算入渗峰面的浸润深度，进一步分析得出了含沙浓度与各模型参数的变化关系，可供生产实际应用参考。     

流域洪水模拟的分布式时变汇流方法及应用

在考虑流域降雨时空变化和流域地形对流域产、汇流影响的基础上,提出了一种流域洪水模拟的新方法——分布式时变汇流方法。该方法在分布式产、汇流模拟过程中,增加了时变因子,克服了传统方法中忽略降雨在时间上变化的影响。此外,该方法还充分利用了GIS和遥感技术,使得模型中的大多数参数均可从DEM、土壤类型图或遥感影像中获取,只需要率定少数敏感参数。尽管模型结构简单,却能反映降雨径流过程的物理机制。因此,它可用于无资料地区的水文预报,便于应用与推广。将该方法用于浙江省皎口水库流域的洪水模拟,结果显示该模型效率高,模拟的流量曲线与实测曲线吻合较好,并且模拟结果不受降雨强度大小的限制。对双峰型或多峰型洪水,该方法不仅能很好地模拟出各峰的形状,而且主次洪峰分明。     

山区流域坡面流的一种近似解

在山区流域面流近似为运动波的条件下，利用Ｇｏｖｉｎｄａｒａｊｕ．ｅｔ．ａｌ．提出的坡面流分离变量形式，导出了坡面流的偏微分基本方程，根据坡面净雨历时与汇流平衡时间的关系，得到不同净雨历时的坡面流漫流过程。     

基于混合产流模式的黄土高原流域水沙过程耦合模拟

为深入理解黄土高原干旱半干旱地区复杂地貌条件下流域水沙运移规律。基于垂向混合产流机理和运动波方程，构建分布式流域水文模型，耦合流域土壤侵蚀和泥沙输移过程模拟模块，并考虑梯田对水沙过程的影响，建立适用于黄土高原的分布式流域水沙过程模型。选取黄土高原延河支流西川河流域多年实测场次洪水过程的径流泥沙资料，对模型进行率定和验证。径流模拟的纳什效率系数在0.56以上，平均值超过0.70,模拟次洪过程的峰形、峰值、峰现时间与实测过程具有较好的一致性；侵蚀产输沙模拟精度较低，其纳什效率系数均值率定期为0.79,但验证期仅为0.45,模拟结果整体趋势与实测值较一致，但输沙量模拟峰值比实测值偏低。模型可以较精确地模拟黄土高原流域洪水产汇流过程，但输沙量模拟值偏低，一方面由于产汇流模块的误差传递；另一方面，对重力侵蚀考虑不足。因此，未来模型将考虑滑坡、崩塌等重力侵蚀过程，提升模拟精度和效率，为流域水沙过程模拟与流域综合治理提供有效工具。     

基于GIS的南方红壤丘陵区小流域汇流网络提取研究

以南方红壤丘陵区宝洞峪小流域作为实验样区,在地理信息系统技术空间分析和水文分析模块的支持下,采用不同分辨率的DEM为基本信息源,探讨了汇流阈值与汇流网络密度间的定量关系.研究结果表明:汇流阈值与汇流网络密度呈定量统计关系.经过对所得数据的回归分析.得出了汇流阈值与汇流网络密度的定量回归模型,其中系数6呈较明显的空间分异特征并随着DEM精度的变化而变化.还提出了一种基于栅格个数的汇流网络密度计算方法,通过在实际研究中的应用,表明该方法可以有效地应用到汇流网络结构研究中.     

流域面源污染负荷差异性及不确定性的尺度特性分析

针对流域面源污染负荷差异性及其不确定性的尺度特性问题,于2013-2015年在釜溪河流域测定了不同尺度汇流区的面源污染负荷和污染物转化动力学参数。分别采用动态时间弯曲距离DTW(dynamic time warping distance)和信息测度度量了不同尺度汇流区面源污染的负荷差异性和不确定性。结果表明:不同的汇流区尺度上,降雨量小于临界值(40 mm)的情况下,氨氮(NH_3)、总氮(TN)、总磷(TP),和高锰酸盐指数(I_(Mn))负荷均随降雨量的增加而非线性增大,降雨量超过临界值后,流域面源污染出现最大负荷。降雨量超过临界值后,由于尺度增加后下垫面对径流过程调蓄能力的增大,相比子流域尺度,流域尺度上NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷的变异系数分别增加了69.1%、47.0%、14.2%和85.8%。枯水期和汛期面源污染负荷主要受到污染源流域分布特性和下垫面径流条件的影响,不同尺度汇流区的NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷在枯水期的差异性均显著小于汛期的差异性,子流域之间、以及子流域与流域之间4种污染负荷的差异性平均增大了3.18倍和2.44倍。相比子流域尺度,在流域尺度上单位面积流量、TN、TP和I_(Mn)负荷基质熵分别减小了4.8%、9.3%、31.9%和10.7%,而NH3增加了15.3%;有效测定复杂度分别增加了4.6%、15.4%、17.4%、49.5%和19.8%。不同尺度汇流区的面源污染负荷过程与流量过程不具有完全同步性。随着汇流区尺度的增大,面源污染负荷不确定性减小;有效测量复杂度随尺度增大表明在更大的尺度上对于面源污染负荷有效预测的参数数量显著增加;涨落复杂度和平均信息增量关系表明随着尺度的增加,面源污染负荷对降雨量的敏感性降低,而对下垫面条件的敏感性增加。不同尺度条件下,面源污染对降雨和下垫面的敏感性变化规律、以及面源污染负荷变异性机理等方面的研究将有助于提升分布式水文及面源污染模型理论。     

基于能量转换的地貌单位线计算方法及应用

该研究基于能量转换原理构建汇流模型,针对中小河流汇流参数确定困难、汇流计算准确度低的问题,分析流域内水质点能量的空间分布,采用将重力势能转化为动能的方式估计地表水流速度,计算空间流速场并提取地貌单位线。采用分辨率30 m×30 m的数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）数据,将湖南省竹溪坡流域划分为57个计算单元,分别采用能量转换法和坡度雨强法提取了地貌单位线。构建了研究区的分布式模型,其中产流计算采用新安江模型,坡面汇流采用地貌单位线模型,河网汇流采用马斯京根法,对竹溪坡流域36场降雨径流过程进行模拟。采用统计方法分析汇流参数,对参数的取值范围进行了评估。结果表明,与坡度雨强法相比,基于能量转换方式的洪水模拟结果中,峰现时间误差不超过1 h的场次比例由30.5%提高到83.3%,确定性系数不低于0.9的场次由9场提升至17场,平均确定性系数达到0.89,显著提高了模拟精度。通过对断面流速进行统计分析,评估竹溪坡流域汇流参数取值范围为[0.008, 0.014],当参数在此区间浮动时,确定性系数不低于0.9的场次比例为44%～50%,与率定得到的结果接近。该方法物理意义明确,参数可以通过率定或者测量方式确定,为无资料地区汇流规律研究提供了一种可靠思路。     

黑河水库汇流区的基本特征与生态保护对策

黑河水库是西安市区重要的水源工程,保护水库汇流区的生态环境是保护水源,水质的关键。从分析黑河水库汇流区的特征入手,提出保护汇流区生态环境与实现可持续发展的主要对策。     

汇流宽度随集水面积变化的分布式水文模型

传统的分布式水文模型在进行汇流计算时,把计算单元沿水流方向的宽度作为汇流宽度,据此得到的水流流速与实际流速有较大差异,造成模型无法输出较为准确的分布式结果,在进行分布式土壤侵蚀模拟或其它与流域产汇流密切相关的研究时,极大地影响相关模拟计算结果。建立了以霍顿下渗公式和简化的圣维南方程为基础的分布式水文模型,在汇流计算中引入汇流宽度曲线,考虑了流域栅格汇流宽度随集水面积的变化。经东湾流域实测资料验证,该模型在分布式结果输出方面具有一定的优势。     

利用DEM提取陕北黄土高原沟谷网络的汇流阈值研究

以陕北黄土高原多地貌类型样区为实验样区,采用5m分辨率的DEM为基本信息源,构建不同汇流阈值与所提取沟壑密度量化关系。实验结果显示,汇流阈值X与沟壑密度Y呈定量统计模型。根据所获得的陕北黄土高原不同地区模型系数值,可有效地构建汇流阈值与沟壑密度之间的定量关系。这对于两者之间的相互求解,特别是科学、合理地确定汇流阈值,提供了理论依据。