清水河上游流域可收集雨水资源量估算与检验

以北京市西部山区典型流域——清水河上游流域为例,采用地理信息系统(GIS)和SCS(Soil Conservation Service)相结合的方法,估算了该流域不同土地利用类型在不同水文年6-8月可收集雨水资源量;并选取2008-2009年6-8月10场降雨的实测径流量数据,与SCS-CN模型计算的径流量进行误差分析,用来检验SCS-CN模型的精确度。结果表明:(1)研究区枯水年(p=75%),平水年(p=50%),丰水年(p=25%)6-8月可收集雨水资源量分别为7.16×10⁷,1.04×10⁸,5.71×10⁷ m³,占全年的平均百分比为82.43%;(2)不同土地利用类型在平水年6-8月可收集雨水资源量占总量百分比分别为:草地和林地占86.13%,耕地和园地占4.87%,工矿仓储用地、住宅等其他土地利用类型占9%;(3)利用SCS-CN模型计算径流值与实测值相比,合格率达到90%。     

梯田对黄土区降雨径流过程的影响及SCS-CN模型应用与改进

梯田改变了流域下垫面,对降雨径流过程势必产生影响,径流曲线模型（Soil Conservation Service Curve Number,SCS-CN）在中国黄土区,特别是梯田分布广泛流域的适用性仍存争议。为此,该研究以位于甘肃天水的罗玉沟流域为研究对象,利用梯田修建前后2个时段（1985-1990年、2000-2010年）的降雨径流实测资料,分析梯田修建对降雨-径流过程的影响,验证SCS-CN模型的适用性,进一步考虑梯田修建的影响针对不同降雨类型分别提出了基于降雨量和平均雨强的模型改进方法。结果表明：1）梯田修建对流域径流过程的影响与降雨强度关系密切。当雨强较小时,梯田显著削减流域洪峰和径流总量,削减幅度均在55%以上;而当降雨量和雨强较大时,梯田削减洪峰和径流总量效果并不显著。总体上,梯田修建后流域平均降雨径流系数显著减小至0.06,减小幅度约54%。2）基于最小二乘法优化与考虑前期土壤含水率修正的SCS-CN模型并不适用于梯田分布广泛流域的径流预报。引入降雨量和平均雨强改进后的模型模拟效果显著提高,此时流域暴雨量级以下和以上降雨事件的初损率分别为0.29和0.02。该研究基于降雨因子改进的模型在梯田分布广泛流域具有一定的适用性,可为流域产流计算及水土保持规划提供参考依据。     

动态参数SCS-RF模型在黄土丘陵区小流域产流模拟中的应用

降雨特征对产流过程有重要影响,而SCS(Soil Conservation Service)模型作为产流模拟的工具并未考虑该影响。SCS模型参数的选取直接影响产流过程的模拟精度,而目前在黄土丘陵沟壑区鲜有在率定该模型参数时考虑降雨特征的相关研究。该研究基于王家沟流域及其子流域汛期共计307场降雨-径流数据,通过RF(RandomForest)算法,将降雨特征作为决策树的分裂属性,以此确定模型参数径流曲线数(Curve Number,CN)和初损率,提出动态参数SCS-RF模型,并与未进行参数改进的SCS模型进行对比。结果表明:SCS-RF模型与SCS模型验证集均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为1.06和6.64,纳什效率系数NSE(Nash-SutcliffeEfficiency)分别为0.84和-8.65,且SCS-RF模型在各流域模拟效果均达到良好级别,SCS-RF模型模拟效果明显优于SCS模型。SCS-RF模型在率定参数时考虑了降雨特征对产流的影响,简化了参数率定过程的同时具有良好的地区适用性。流域不同治理措施使得参数分布取值存在明显差异,流域经过水土流失治理后初损率取值均小于标准值0.2。各流域CN与降雨量呈明显的负相关关系,参数与降雨特征(降雨量、30 min降雨强度)的数据分布均有相对明显的集中区域。     

基于3S技术的可收集雨水资源潜力的计算与分析

目前已有的雨水收集利用工程中，出现了部分蓄水设施无水可蓄和部分蓄水设施经常溢流的情况，主要原因是区域集雨能力不了解，集雨工程建设不科学之故。该文提出了区域可收集雨水资源潜力和局地径流汇集能力两个指数，采用地理信息系统(GIS)、遥感(RS)和全球定位系统(GPS)技术对区域的地形地貌及下垫面状况进行了较为精确的刻画与描述，在此基础上计算了区域内少雨、平水、多雨3种年型下的可收集雨水资源潜力；模拟了区域内的降水径流状况，计算了区域内的局地径流汇集能力，结果可用于指导雨水收集利用工程的设计与建设。     

基于DEM的辽宁乡镇渍涝预报

为满足天气预报中对渍涝灾害预报的要求,利用辽宁省1:25万DEM基本地形数据,以GIS为平台分析研究区域的水流方向和汇流能力栅格;对SCS(Soil Conservation Service)-Curve Number径流预报模型进行本地化调试,应用辽宁省乡镇降水量预报和汇流能力栅格,通过耦合得到实际地形的汇流量;根据汇流量和渍涝等级对应关系发布辽宁省乡镇级别的渍涝风险气象等级预报,并在一次天气过程中进行试报,预报结果和实况基本吻合.     

清涧河流域近50年径流时间变化特征及趋势分析

采用清涧河延川水文站近50年径流序列资料,运用不均匀系数、调节系数、集中度(期)、变差系数和极值比等指标分析径流时变特征,应用Mann-Kendall趋势分析法检验流域径流变化趋势。结果表明:1)清涧河流域径流的年内分配曲线呈现出单峰曲线,径流主要集中于7—9月份,约占全年平均径流量58%;2)1990以来,年内分配不均匀性和集中程度趋于减小;3)2000—2009年流域径流年际变异最大,且在不同时段径流年际变异差异较大;流域年径流量呈现明显下降趋势,20世纪80年代是流域径流丰枯转折点,并在2000年后进入严重枯水期。清涧河流域径流演变呈现出明显的不均匀性、阶段性和趋势性,这种变化与降水和植被恢复导致下垫面特征改变有关。     

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。     

流域离散化对分布式水文模型径流模拟的影响

以嫩江上游诺敏河古城子水文站以上集水区为研究对象,利用分布式水文模型SWAT (Soil and Water Assessment Tool),对研究区进行6种子流域划分,研究不同时间尺度上径流模拟随流域离散化水平的变化,以了解输入数据空间集总程度对分布式水文模拟的影响.结果表明,在年和月尺度上,不同子流域划分对径流模拟精度影响较小,但在日尺度上对径流模拟精度有影响;不同时间尺度上流域离散化水平对出口流量的影响均较小,但地表径流随子流域数量的增加而增大,相对误差达到35.4％;径流模拟结果对降水量较敏感,湿润年份模拟精度更高,而子流域划分对径流模拟结果的影响在干旱年份以及夏季汛期更显著;当流域离散化达到一定水平即最小集水面积阈值为流域总面积的2％时,增加子流域划分对径流模拟结果的影响较小,但减少子流域划分则会导致模拟结果不稳定,且难以满足流域空间格局分析的要求.     

晋西黄土区坡耕地不同下垫面水土流失对侵蚀性降雨的响应

为了揭示晋西黄土区不同类型坡耕地的产流、产沙及入渗规律,以4种下垫面(玉米、马铃薯、弃耕地、裸地)径流小区为研究对象,采用水量平衡的方法,分析了降雨因子对地表径流深、泥沙流失量和入渗率的影响。不同下垫面径流小区的径流深、泥沙流失量从小到大依次表现为玉米地马铃薯地弃耕地裸地,入渗率则反之。与玉米地相比,马铃薯地、弃耕地和裸地的径流深增加了58.95%,146.85%,261.48%;泥沙流失量增加了50.45%,94.98%,240.06%;入渗率下降了5.68%,14.25%,25.36%。玉米地、马铃薯地、裸地径流深与I_(10),I_(30),P×I_(10),P×I_(30)呈较好的幂函数关系,弃耕地径流深与之呈较好的一次函数关系,泥沙流失量也表现出相似趋势。入渗率随雨强增大呈减小趋势。与马铃薯地、弃耕地和裸地相比,玉米地在不同程度上有减流减沙、增加入渗的特性。     

基于SWAT模型的清水河流域年径流侵蚀功率空间分布

为了从能量学的角度解释流域水力侵蚀的空间分布情况,选取可以更好表示流域下垫面条件、降雨及其产生的径流对水力侵蚀综合作用的径流侵蚀功率,以宁夏回族自治区水土流失严重的清水河流域为研究对象,基于SWAT模型模拟研究了清水河流域年径流侵蚀功率的空间分布特征及其空间尺度效应。结果表明:(1)清水河流域多年平均径流侵蚀功率在流域内呈现“支流大,干流小; 东部大,西部小”的空间分布规律;(2)当子流域出口断面控制面积小于4 000 km²时,子流域多年平均径流侵蚀功率与子流域出口断面集水面积间呈显著的幂函数关系; 当子流域出口断面集水面积大于4 000 km²时,子流域多年平均径流侵蚀功率稳定在1.56×10^-5 m⁴/(s·km²)左右;(3)优先选择处于清水河上中游区域且出口断面集水面积小于84.85 km²的小流域进行生态治理,可取得良好的水土流失治理效果。因此径流侵蚀功率具有一定空间分布规律且与流域集水面积间具有显著相关关系,掌握这一规律和相关关系可为流域生态治理提供理论支持。     

基于GIS技术规划城市节水型绿地系统的研究

为实践海绵城市理念,充分利用雨水资源,为哈尔滨市松北区核心区规划具节水功能的绿地系统,该文利用GIS技术,结合彭曼公式,计算研究区可收集雨水资源量和绿地植物需水量,并定位节水绿地位置和规划节水绿地系统。研究区降水量在485～671 mm间,6—8月降雨量占全年降水量的66.4%;研究区年可利用雨水量512.68万m3,雨水资源潜力巨大;5—10月研究区绿地植物需水总量639.71万m~3,同期可收集雨水总量456.17万m~3,满足植物需水量的71.31%。建立研究区DEM模型,将坡度3°～15°间的绿地确定为渗透绿地,坡度3°以下的绿地确定为集水绿地,确定了研究区节水绿地分布图,可建节水绿地面积1 664.19 hm~2,占研究区总面积的37.10%;以节水绿地为主体,结合了水利科学和地理信息科学理论知识,优先规划了能利用城市雨水资源的节水绿地系统,使远期绿地率达43%。     

黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10⁷,1.7×10⁷ m³,年均输沙量分别为12.3×10⁶,9.8×10⁶ t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。     

城市透水面集水效益评价研究——以大连市为例

透水面是城市雨水利用的重要手段.以大连典型市区--西岗区和中山区为研究区域,根据2005年航摄采集的基础数据统计了当年各类透水面的面积,进而根据当年的降雨量、地表径流的截留系数和地下水的下渗补给系数计算得出研究区域透水面的集雨量,然后根据相应的经济、生态效益指标计算了透水面的集水效益.研究结果表明:(1)透水面的总面积为3 663.30 hm2,占研究区域总面积的51.5%;林地、草地和透水路面的面积比为6.5:1.3:1.0.(2)研究区域林地、草地、透水路面对降雨径流的截流量为1.69×107 m3,其中补充到地下水层的雨水量为5.0×106 m3;合计产生经济效益1.4×104元,生态效益5.52×107元.同时,由于大连市透水面的发展控制了城市水土流失,营造了良好的人居环境,促进了该市的和谐发展,因而产生了显著的社会效益.     

黄淮海地区农作物秸秆资源分布及利用结构分析

为推动区域农作物秸秆全量化利用,以黄淮海地区5省市为研究对象,对各类农作物秸秆进行了统计分析,计算了5省市农作物秸秆资源量、秸秆资源密度、人均秸秆资源占有量,明确了秸秆资源分布及利用现状,初步分析了秸秆全量化利用的潜势。结果表明:黄淮海5省市农作物秸秆资源理论数量达到2.4×108 t,可收集量达到2.1×108 t。秸秆综合利用率达76%,其中肥料化、饲料化、基料化、能源化、原料化利用分别占已利用量的49.0%、31.6%、4.4%、8.8%、6.2%。秸秆资源密度和人均秸秆资源占有量均高于全国平均水平。通过分析黄淮海各省(市)秸秆潜在利用途径,预测竞争性秸秆利用需求量为1.5×108 t,分别为肥料化6.7×107 t、饲料化5.7×107 t、基料化1.1×107 t、原料化1.8×107 t,秸秆资源可能源化利用量则为8.80×107 t。在已有利用结构基础上,黄淮海地区秸秆实现全量化利用的总体趋势表现为"两个增加"、"一个减少"、"两个调节",即基料化和原料化利用分别增加2.5×106和6.3×106 t,饲料化利用减少4.8×105 t,肥料化利用调节范围为-2.2×107~7.2×107 t,能源化利用调节范围为0~7.2×107 t。并提出"区域统筹,整体推进",建立长效运行机制的工作思路。     

西南丘陵区小流域蓄水池优化选址(英文)

该文以保证蓄水池合适的汇水面积和实现最大程度自流灌溉为目标,同时考虑了丘陵地区地形高差的"天然优势",提出了丘陵地区蓄水池选址的方法。在研究区地形数据和研究时段降雨数据的基础上,以保证200 m3蓄水池汇流量和流域作物7至10月份灌溉需水量为目标,通过设置合理的集水工程选址约束条件,利用Arc Gis水文分析、叠置分析及空间查询等空间分析工具筛选出65处适合修建200 m3蓄水池的位置。经计算得到蓄水池平均汇水面积为0.31 hm2,在当地降雨条件下能够保证200 m3蓄水池的汇水量。选址优化后蓄水池能够对流域内近50%的农田进行自流灌溉,较好地实现了保证蓄水池灌溉效用和降低灌溉成本的统一。该选址方法可指导丘陵地区土地整理项目规划阶段不同规格蓄水池的选址,也可为其他类型雨水集蓄工程选址提供借鉴。     

宁南山区小流域雨水资源潜力与供需分析

根据宁南山区典型小流域土地利用现状和相关雨水集蓄资料,计算了彭阳王洼小流域雨水资源潜力,结合小流域节水农业发展规划,对雨水资源开发利用潜力及其供需关系进行了初步评价。结果表明:(1)示范区雨水资源最大理论潜力为7682598m3,就地利用、异地利用和叠加利用3种利用方式的比例分别为50.96%,7.16%和41.88%。(2)示范区雨水资源可实现潜力量为7164885m3,占全流域雨水资源理论潜力的93.26%。(3)目前示范区小流域的需水总量为3739352m3,仅占可实现供水量的52.19%,从示范区小流域雨水资源的可实现潜力来看,还有较大的开发利用潜力。(4)示范区小流域雨水资源利用评价结果表明小流域所制定的雨水利用规模对雨水资源的利用还很不充分,应适当地扩大雨水就地利用规模。     

门头沟西侧小流域地表雨水资源量预测

应用传统的径流系数法与SCS-CN模型法预测了北京市门头沟西侧小流域雨水资源利用潜力,并对比了不同方法预测的雨水资源量及其时空分布规律。结果表明,径流系数法预测的丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)和多年平均年份地表雨水资源量分别为:2.84×10⁷m³,1.98×10⁷m³,1.22×10⁷m³和2.14×10⁷m³。模型法预测的丰水年、平水年、枯水年和多年平均地表雨水资源量分别为:3.21×10⁷m³,2.16×10⁷m³,1.31×10⁷m³和2.50×10⁷m³,经验法预测值小于模型法。夏季的7月,地表的雨水资源利用潜力达到相应特征年份的最大值。     

内蒙古鄂托克旗天然草地植被生态需水量研究

开展天然草地植被生态需水量研究,对维持草地系统生态健康和可持续发展意义重大。该研究以干旱风沙草原区鄂托克旗为研究对象,基于联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith公式及美国农业部土壤保持局推荐的有效降水量计算方法,对各草地类型的生态需水量和生态缺水量进行计算,并对不同类型天然草地生态需水和降雨资源之间的平衡关系进行分析。结果表明:全旗全年生态需水量在丰水年为2.94×10~9m~3、平水年为3.07×10~9 m~3、枯水年为3.10×10~9m~3;全旗生态缺水量在丰水年为2.72×10~8m~3、平水年为5.00×10~8m~3、枯水年为1.15×10~9m~3。草地中生态需水量由大到小依次为温性荒漠草原类、温性草原化荒漠类、低地草甸类、温性荒漠类、温性草原类。在整个生长季中,鄂托克旗各草地类型生态需水在3、6、10月为盈余状态,其余月份均为严重亏缺状态。鄂托克旗草地生态系统整体处于水分亏缺状态,尤其是惠农站代表区,在枯水年水分亏缺指数超过50%。低地草甸类草地缺水程度较严重,建议在该类型草地分布范围内发展人工草地,温性草原化荒漠类草地缺水程度较轻,建议在鄂托克旗适当发展。研究结果可为区域草地水资源高效利用和退化草原系统恢复重建提供理论依据。     

晋西黄土高原降雨侵蚀力研究

降雨侵蚀力R值,是判断土壤侵蚀的最好指标,也是建立土壤流失预报模型最基本的因子之一。本文通过对大量实测资料进行分析,确定出适合于晋西黄土高原降雨侵蚀力R的最佳计算指标R=∑EI10,并根据这一计算指标和417站年、3679次侵蚀性降雨资料,应用微机求得了晋西黄土高原4.6万多km~2的多年平均R值为125.81J/(m~2·h)。晋西黄土高原降雨侵蚀力的年际变化幅度很大,最高年可达575.65J/(m~2·h),最低年只有3.85J/(m~2·h),一年中降雨侵蚀力R值以7、8两个月为最高,可占年R值的76.87%。在空间分布上,南部R值较大,北部偏小。