流域土地利用变化对径流的影响

美国农业部开发的SCS水文模型可以定量反映土地利用/土地覆被变化对径流的影响,是应用较广的模型之一。在GIS支持下,以1965年西双版纳地形图及1988、2003年两期Landsat TM/ETM卫星影像获取的土地利用数据及实地土壤调查资料确定模型参数(CN值),通过分析CN值的变化来反映土地利用变化对径流的影响。研究结果表明,从1965~2003年,土地利用变化使流域径流系数增大,其中旱地、水田、有林地和草地的变化对流域径流的影响较大;人类活动逐渐向水文土壤条件较差的区域扩张,这种土地利用变化趋势使流域CN值增大,下垫面产流能力增强;人类活动干扰程度大的土地利用类型面积增加,这些土地利用方式对流域径流的影响越来越大。流域水田和水域面积减少,对流域径流的调节能力下降,势必影响到流域的水文循环。     

SCS模型在泥石流多发区降雨—径流模拟中的应用——以云南省蒋家沟流域为例

基于云南省蒋家沟流域的DEM,根据流域地貌,利用地理信息系统软件划分流域子单元,在此基础上利用蒋家沟土地利用类型、土壤类型等地理信息数据和流域水文、气象资料,根据SCS模型CN值标准表,提出适合各子流域产流计算的CN值,绘制出了蒋家沟流域次降雨的CN值分布图,进而应用SCS产流模型和等流时线法对云南省蒋家沟流域的降雨一径流过程进行了模拟.模拟结果表明,与有限的实测资料相比较,模型的模拟精度在90%以上,模拟结果较为满意,说明基于CN值的SCS模型可以应用于蒋家沟流域,同时模拟的径流过程可以弥补实测资料的不足,为蒋家沟流域分布式水文模型的建立提供理论依据和研究方法.     

SCS模型在鲁中南丘陵区典型林分中的优化及应用

SCS模型是世界范围内应用最为广泛的地表径流估算方法,准确率定径流曲线数(CN)是保证该模型高精度模拟结果的基础。以鲁中南丘陵区药乡小流域2016—2018年降雨和径流实测数据为基础,以赤松(Pinus densiflora)和刺槐(Robinia pseudoacacia)径流小区为研究对象,引入雨前土壤含水量(MC)(0～20 cm)、林下植被盖度(UC)和枯落物厚度(LD),结合多元线性回归模型,构建能够反映下垫面整体环境的CN值估算方法,据此优化形成SCS-CN_R模型,探究标准SCS模型和SCS-CN_R模型的在不同林地中的适应性,并探讨CN值对同一土地利用类型不同下垫面情况的响应。结果表明:(1)标准SCS模型在两种林地中的应用效果均较差,各项模型评价参数均较大程度偏离理想值;(2)SCS-CN_R模型在率定期内的CN值分别为62.17(刺槐)、56.32(赤松),在验证期内的CN值分别为61.57(刺槐)和55.14(赤松),相较于标准SCS模型明显减小,且SCS-CN_R模型在两种林地中的应用效果均优于标准SCS模型;(3)总体而言,SCS-CN_R模型在刺槐林地中的应用结果优于赤松林地。研究成果可为鲁中南丘陵区地表径流模拟及SCS模型进一步的改进提供科学依据和理论参考。     

模拟降雨条件下黄土区SCS模型的参数率定

开展径流模拟的相关研究,是进行土壤侵蚀预报和水土流失防治的重要基础。SCS模型是较为常用的一种径流计算模型。模型中的两个参数初损率λ和径流曲线数CN对于模型准确计算地表径流有重要意义。通过对杨青川流域22场不同土地利用类型人工模拟降雨资料,应用穷举法对该地区运用SCS模型时初损率和径流曲线数进行了率定。结果表明:(1)在黄土区,运用标准SCS模型模拟人工降雨条件下的径流深有较大误差,且模拟值均偏小1.1~3mm。(2)初损率λ和径流曲线数CN都是模型的敏感性参数,且λ值敏感性更高。(3)运用穷举法的方式进行了各参数的率定后,得到在草地类型,SCS模型最适宜的初损率为0.13,径流曲线数为65;裸地类型最适宜的初损率为0.03,径流曲线数为83。优化后的模型能更好地模拟径流深,均方根误差、相对误差均显著减小,纳什系数有显著增大,能为该地区关于地表径流的模拟计算提供理论参考,具有重要意义。     

基于SCS模型的新疆博尔塔拉河流域径流模拟

为探索SCS(soil conservation service)模型在干旱区地表径流模拟中的适用性,以新疆博尔塔拉河上游温泉流域为例,利用2013年融雪期18场次降雨量、日径流量及卫星同步观测基础数据,基于度日模型、土壤水分吸收平衡原理及地表温度-植被指数特征空间反演土壤水分等方法,探索适用于流域尺度耦合降雨、积雪融水混合补给径流的SCS模型参数改进算法,采用国产"高分一号"16m分辨率遥感影像和landsat8 OLI 30m多光谱遥影像为模型提供面状数据。分别利用参数算法改进后SCS模型与原SCS模型进行径流模拟,前者模拟值较后者更接近实测值,二者模型验证期Nash效率系数分别为0.66和0.38,相对误差系数分别17%,27%;研究结果表明,利用遥感反演地表参数,结合土壤饱和含水量计算SCS模型参数的方法在面积大且数据缺乏的温泉流域具有可行性和实用性。     

SCS模型及其研究进展

流域水文模型主要用于模拟流域上发生的水文过程,美国水土保持局提出的SCS模型是目前广泛应用的地表径流模型之一。SCS模型具有结构简单、所需参数少、对观测数据的要求不严格等特点,能够客观描述不同土地利用方式、土壤类型、前期土壤含水量及降水条件下的地表径流过程,对于小面积集水区径流预报具有较强的能力。介绍了SCS模型的基本原理,从模型应用、发展与改进等角度对SCS模型的研究进行了回顾与总结。指出了SCS模型在时空尺度、预报精度等方面尚存的问题。最后,对SCS模型的发展趋势进行了展望,以期为我国的地表径流研究提供借鉴。     

嘉陵江流域下游地表径流对土地利用变化的响应

近年来,嘉陵江流域下游发展迅速,流域内的土地利用发生了较大变化,下垫面的变化影响了流域的地表径流。在遥感和地理信息系统的支持下,通过解译1993年、2004年、2014年嘉陵江流域下游的遥感影像,获得了该流域不同时期的土地利用情况,并在此基础上,运用分布式水文模型的SCS模型模拟地表径流,分析了嘉陵江流域下游地表径流对土地利用变化的响应。结果表明:（1）1993—2014年,嘉陵江流域下游土地利用以耕地转出为主,耕地是研究区唯一减少的土地利用类型,而且减少量较大,居民点及工矿用地和草地以转入为主,其他用地的空间转移较为复杂;（2）以汛期6月份的累年平均降水量190 mm作为嘉陵江流域下游的降水量,土地利用类型综合产流能力1993年 > 2004年 > 2014年,径流系数分别为0.699,0.671,0.668,在空间分布上南部地区 > 中部地区 > 北部地区;（3）研究区不同类型土地利用的产流情况与土地利用类型面积相关联,当土地利用—土壤组面积发生变化时,其对应的产流能力也会发生变化,进而影响地表径流。     

小型集水区降雨径流计算模型研究

用SCS降水-径流模型对陕北渭北多个典型小型集水区降雨径流量进行了分析与计算。结果表明:SCS降水-径流模型考虑了径流与土壤特性和土地利用情况的关系,简单易行,所需参数少,是一种较好的小型集水区径流计算方法,可用于小流域、沟道等小型集水区可集雨量的计算。还分析了模型参数与陕北、渭北土壤分区特征的关系,确定了陕北渭北不同分区的模型参数。     

小流域侵蚀产沙分布式数学模型的研究

 为反映因下垫面因子空间分布不均和人类活动对流域侵蚀产沙的影响,建立了基于场次暴雨的小流域侵蚀产沙分布式数学模型。该模型能够模拟出流域在不同水土保持措施(不同土地利用类型)下的径流和侵蚀产沙的时空过程,从而加强了在水土保持措施制定中的应用,并能够检测流域管理措施对径流泥沙过程产生的影响,进而为配置流域内水土保持措施和检测流域管理,提供技术支撑和科学依据。经黑草河小流域实测资料率定和验证,计算值与实测值符合良好。     

空间数据对分布式水文模型SWAT流域水文模拟精度的影响

分布式水文模型的模拟精度受空间参数精度的影响.提升空间参数精度能较为精准描述流域空间特征,也会使空间数据量冗增,甚至影响模型运行效率.以分布式水文模型SWAT为例,分析DEM、子流域划分、土地利用、土壤、降水站点等空间数据精度对模型模拟精度的影响.结果表明:1)对不同对象(流量、泥沙、营养元素等)进行模拟时,大多数空间数据分辨率阈值不同,分辨率超出阈值可能降低模型模拟的精度;2)DEM分辨率降低,泥沙和总磷(TP)模拟结果的相对误差明显增加,而流量和硝态氮(NO3-N)模拟结果变化极小;3)DEM分辨率达到一定精度后,进一步提高并不会使地表径流模拟精度得到改善,低分辨率DEM获得的坡度较小,这会降低模型对流量的模拟,模拟的洪峰径流产生滞后现象;4)子流域划分对流域产流模拟影响较小,而对产沙模拟影响较大.子流域和水文响应单元的划分数量对流域上游产沙量影响较大,而对流域出口处泥沙荷载影响较小;5)土地利用和土壤图精度主要通过影响模型中HRU生成的数量而影响模拟结果;6)地表径流模拟上,能够体现对地表径流贡献较大的局地降水事件的分布式的降水数据要比利用气象站点获得的降水数据模拟结果的精度要高.研究结果可以为今后模型开发、利用、改进提供参考,提高模型模拟的精度.     

基于地理信息的SCS模型及其在黄土高原小流域降雨-径流关系中的应用

基于土地利用、土壤类型等信息数据和流域水文、气象资料，应用美国农业部水土保持局研制的小流域设计洪水模型-SCS模型对王东沟流域径流过程进行了模拟。按照集水区自然分水线划分流域子单元，并提出了适合该流域产流计算的CN值表。结果表明，模型所模拟的径流过程与实测径流过程具有较好的一致性，模拟精度在75%以上，说明模型在参数的确定上较为合理，可以应用于黄土高原典型流域，为建立分布式水文模型对流域进行生态水文综合评价提供了科学方法。     

嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷模拟研究

嘉陵江流域是乏峡水库最大的支流,为研究嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷的年际变化规律及其来源的空间分布情况,以流域土地利用类型为研究单元,通过引入具有物理机制的半分布式水文模型——sLuRP水文模型,并推导溶解态氮的流域输移损失系数,建立了流域非点源溶解态氮污染年负荷模型。借助GIS技术,应用所建模型,对嘉陵江流域各土地利用类型L的年地表径流量和溶解态氮污染负荷进行了模拟。模拟结果表明,以旱地和水田为主的涪江流域的溶解态氮流失情况最为严重,其次是渠江下游流域和西汉水流域,1990---2005年嘉陵江流域各土地利用类型上产生的非点源溶解态氮年均负荷为35726t·a^-1,约占流域出口总氮负荷的32％。     

基于栅格的分布式SCS产流模型研究

利用基于栅格分布的土地利用类型和土壤类型,构建了一个基于栅格的分布式SCS产流模型,该改进模型能够较好地考虑流域下垫面的空间分布及降雨空间分布的不均匀性,并将其应用到实际的流域中.模拟结果表明,改进后的基于栅格的SCS模型比原始的SCS模型的模拟精度明显提高.在共44场降雨中,产流模拟精度达到85%以上的场次由原来的12场提高到26场.并且通过该改进模型可以得出次降雨的空间分布式的产流分布图,可为流域的水管理提供更为准确的产流信息.     

基于AnnAGNPS模型的黄土高原小流域土壤侵蚀定量评价

以位于黄土丘陵沟壑区的砖窑沟流域为试点，利用AnnAGNPS模型进行土壤侵蚀定量评价。采用流域8次径流事件监测数据进行模型检验，径流量和沉积物量的相对误差分别为10%和-10%，AnnAGNPS模型能够比较理想地模拟流域长期的径流量和沉积物量，并可应用于黄土丘陵沟壑区的径流流失和土壤侵蚀定量评价。采用2004年土地利用状况模拟分析了流域土壤侵蚀量及其空间分布，结果表明：该流域平均片蚀和细沟侵蚀强度为3508 t/(km²·a)，属中度侵蚀等级，黄土沟壑地的平均侵蚀强度最大，属极强度侵蚀等级；严重的沟道侵蚀显著增加了运移到流域出口的泥沙。     

Assessing Molybdenum Adsorption onto an Industrial Soil and Iron Minerals

Spatial accuracy of hydrologic modeling inputs influences the output from hydrologic models. A pertinent question is to know the optimal level of soil sampling or how many soil samples are needed for model input, in order to improve model predictions. In this study, measured soil properties were clustered into five different configurations as inputs to the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) simulation of the Castor River watershed (11-km² area) in southern Quebec, Canada. SWAT is a process-based model that predicts the impacts of climate and land use management on water yield, sediment, and nutrient fluxes. SWAT requires geographical information system inputs such as the digital elevation model as well as soil and land use maps. Mean values of soil properties are used in soil polygons (soil series); thus, the spatial variability of these properties is neglected. The primary objective of this study was to quantify the impacts of spatial variability of soil properties on the prediction of runoff, sediment, and total phosphorus using SWAT. The spatial clustering of the measured soil properties was undertaken using the regionalized with dynamically constrained agglomerative clustering and partitioning method. Measured soil data were clustered into 5, 10, 15, 20, and 24 heterogeneous regions. Soil data from the Castor watershed which have been used in previous studies was also set up and termed “Reference”. Overall, there was no significant difference in runoff simulation across the five configurations including the reference. This may be attributable to SWAT's use of the soil conservation service curve number method in flow simulation. Therefore having high spatial resolution inputs for soil data may not necessarily improve predictions when they are used in hydrologic modeling.     

基于DEM和SCS模型的四川盆地丘陵区局地径流研究

人类活动对产流的影响是水文科学研究的热点,如何采取有效的方法利用表面径流成为解决水资源危机的关键问题。以重庆市忠县拔山镇3个村为研究区,基于土地利用、土壤、降雨等信息,应用SCS模型对四川盆地丘陵区局地径流进行计算和分析。研究区径流空间分布与下垫面土地利用类型和土壤类型密切相关,下垫面单一的水域和裸地所形成的径流量大,而有作物的水田和旱地所形成的径流量较小;研究区径流年内分配相对集中,主要产生在4月至10月,占全年的90%以上,但整体上看,径流与降雨呈现一致性趋势;研究区年际径流量分布不均,呈现丰、枯水年交替变化的现象,年径流变差系数Cv值较小。研究结果还表明:SCS模型所需参数较少,并考虑了径流与土壤特性和土地利用情况的关系,是一种简洁且实用的径流计算方法;利用GIS软件,可使局地径流数据图像化,这使径流等水文过程更加简明和直观。因此,利用GIS等软件分析研究各个集水区径流的时空变化等规律,可为研究各个集水区内农业水资源布局等提供方法和参考,实用性和可操作性强。     

SCS模型在红壤土坡地降雨径流量估算中的应用

由于地区间的CN参数差异很大,导致运用SCS模型计算降雨径流时不同使用主体的主观性太强。为了获得适合红壤地区的CN参数,利用江西省德安县燕家沟流域观测小区2001-2003年的降雨径流资料反算CN。然后通过SPSS软件对降雨量与CN参数进行回归模拟,得到不同小区的CN模拟函数。最后利用2004年的降雨径流数据对模拟结果进行检验,得到了可信度较高的结果,同时说明了SCS模型估算红壤土流域径流量的可行性。