水土保持措施的水文效应模拟研究

将TOPMODEL模型进行改进,在地形指数中引入了植被覆盖的影响,提出了植被地形指数的概念,通过流域网格划分实现了水土保持措施的水文效应模拟。以江西修河流域清江站以上水土流失较为严重的地区为研究区,根据1992—1996年的逐日流量资料,进行了梯田、经果林、人工草地及水保林4种水土保持措施的水文效应模拟。结论认为:基于改进的TOPMODEL模型模拟水土保持措施的水文效应是可行的,模拟结果可信。     

SWAT模型灵敏性分析模块在中尺度流域的应用——以密云县红门川流域为例

SWAT模型是基于水文过程的、具有很强物理机制的流域分布式水文模型。基于AVSWAT2005模型灵敏性分析模块,在典型中尺度流域——北京密云县红门川流域应用与验证。通过灵敏性分析,得到影响该流域产流模拟结果精度的主要参数因子,SCS径流曲线系数(CN2)、土壤可利用水量(SOL_AWC)、基流α系数(ALPHA_BF)的影响是显著的,是最敏感因子。同时调整参数值,采用1991-2006年的实测月流量数据对模型进行了校准和验证,结果表明:模型对月流量模拟的相对误差在模型校准期和验证期均小于15%,决定系数R2大于0.8,Nash-Suttcliffe系数Ens高于0.7,SWAT模型对红门川流域产流的模拟结果良好。因此,SWAT模型中的灵敏性分析模块可以应用在面积较小的中尺度流域,具有一定的推广意义。     

TOPMODEL模型研究进展与热点

TOPMODEL是一种基于物理过程的半分布式水文模型。该模型以计算地形指数的空间格局来反映流域饱和缺水量的空间分布。物理意义明确。介绍了TOPMODEL的原理。以及地形指数的意义和计算方法，讨论了TOPMODEL与GIS集成。以及模型尺度等热点问题。     

SWAT径流模拟及其对流域内地形参数变化的响应研究

SWAT(soil and water assessment tool)模型是一个集成遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和数字高程模型(DEM)技术的基于水文过程的、具有较强物理机制的先进的分布式流域水文模型。为了进一步研究流域尺度内水文过程的时空变化规律,深入了解流域水文时空过程与气象、地—气界面条件及流域地貌特征间的关系,选取汉江上游马道流域,运用AVSWAT2000版模型进行1981—1985年间的年、月径流模拟,以月径流模拟的N—S模型效率系数为主要指标,率定出月模拟效果最佳时的各参数值。在此基础上从马道出水站点沿主河道往上游再选取6个控制点,运用River Tools软件提取出各个控制点控制流域和地形参数,分析参数变化情况,并在此基础上用前面率定好的参数来模拟各个控制点处的出口流量,分析径流对地形参数变化的响应关系,并提出了归一化径流—河道总长比指数。该指数受到河源密度的影响,在流域内的变化趋于常数1。     

SRTM DEM在TOPMODEL模型中的可用性分析

以皎口水库流域为例，用数字化1：5万地形图所得DEM在TOPMODEL模型模拟中的结果作对比，研究了SRTM DEM在TOPMODEL模型中的可用性。研究发现SRTM DEM水平分辨率约90m的数据能够用于数字高程模型难以获取的大中型流域的TOPMODEL模型的水文模拟，并能取得较好的模拟效果。     

TOPMODEL地形指数的计算

地形指数是TOPMODEL(topography index,也称湿润指数,wetness index)中一个重要的输入参数,它把流域饱和缺水量,变动产流面积的概念紧密联系起来。根据定义介绍了它的计算方法,解决了坡度为零的栅格的处理以及河道造成的地形指数值偏大的问题。并以两河口流域(2818km~2)分辨率为60m的数字高程模型栅格网为例生成地形指数,配合相应的气象数据和水文资料,在TOPMODEL中进行了径流日模拟,效率在70%左右。     

森林流域分布式水文模型研究

 构建了森林流域基于物理过程的分布式水文模型。该模型界面明晰,参数较少、容易获取,具有明确的物理意义,而且能模拟降雨、气温、植被、冻土和地形等因素对系统水文过程的影响。通过改变模型中降雨输入和森林植被组成等参数的方法可以探讨森林生态系统水文过程对降雨输入和森林植被变化的响应。     

不同地形复杂度下的水文尺度效应研究

分布式水文模型都建立在基于DEM的地形分析基础上,因而DEM分辨率对径流模拟的影响十分显著。以资水流域的新宁站集水区为研究对象,计算了该区域地形复杂度指数空间分布,分析了降雨和地形空间变化的相互作用对不同DEM分辨率下水文模拟的影响。结果表明,DEM分辨率对流量过程的影响取决于暴雨中心所在地区的地形复杂程度。当暴雨中心所在的区域地形变化剧烈,复杂程度较高时,此时DEM空间分辨率对径流模拟的影响十分明显,不同DEM分辨率下的洪水过程模拟精度差异显著;若暴雨中心所在的区域地形变化一致或比较平坦时,此时径流模拟精度对DEM分辨率的变化不敏感。以上结论对于进一步解决水文过程中的尺度问题提供了理论分析基础。     

岔巴沟流域汛期径流模拟及地表产流特征分析

气候变化是影响流域水文循环过程的重要驱动因素,近年来,气候变化导致极端降雨—径流事件的频繁发生对人类社会经济发展构成了严重的威胁。因此,迫切需要开展流域水文模拟和产流特征分析。土壤和水评估工具(SWAT)是一种具有物理机制的分布式水文模型,已被广泛用于评价变化环境下的水文过程。以黄土高原岔巴沟流域为研究区,通过利用与黄土高原地区产流模式更为接近的Green-Ampt下渗法驱动SWAT模型模拟了岔巴沟流域日尺度的水文过程,并以水文响应单元为分析对象,结合4个降雨—径流事件的地表产流量和地表径流系数分析了降雨强度和前期土壤含水量对不同土地覆被产流特征的影响。结果表明：(1)基于Green-Ampt下渗法驱动的SWAT模型率定期和验证期E_NS为0.76,0.74,R²为0.78,0.75,模型能够较好地模拟日尺度流域水文过程;(2)流域不同土地覆被下地表径流系数随最大雨强的增加呈显著上升趋势,且最大降雨强度大于16 mm/h后地表径流系数显著增加,当土地覆被为耕地时降雨转化为地表径流的比例最大,其次为草地和林地;(3)前期土壤含水量的大小可以揭示大...     

三维激光扫描提取DEM的地形及流域特征研究

以三维激光扫描系统为工具,建立黄土高原丘陵沟壑区绥德县桥沟小流域高精度DEM。在ArcGIS中将高精度DEM和该流域1:1万 DEM分别生成6种栅格大小不同的DEM图像。用2种精度、6种不同水平分辨率的DEM提取研究区的地形及流域特征,进行对比分析。结果表明:与1:1万 DEM相比,高精度DEM提取出的研究区流域面积变小,平均坡度、平均高度、沟壑密度增大,河网密度、河道坡度增大,能够更加详细、准确地描述研究区的地形及流域特征,对流域水文过程分析以及水土保持研究起到积极作用。     

半分布水文模式TOPMODEL之应用

TOPMODEL（Topography MODEL）为一半分布水文模式，是由英国兹里大学的Beven及Kirkby于1979年所发展，可以数学方式表示水文循环过程的模式，其概念简单、参数少、操作方便，近年来模式不断修正改进，更可与数值高程模型与地理资讯系统相配合，因此已受到国内外学者的青睐而广泛使用。TOPMODEL的...     

三峡库区张家冲小流域降雨-径流模拟

以三峡库区的张家冲小流域为例,对降雨—径流过程进行模拟,以期为库区小流域水土流失和非点源污染过程研究提供借鉴,并为控制三峡库区的水土流失和非点源污染,保障库区的水资源安全,缓解日趋严重的环境压力提供科学支撑。首先以研究区的水文、气温观测资料以及数字高程模型为基础,利用半分布式水文模型TOPMODEL模型对日径流进行模拟,选用Nash—Sutcliffe效率系数、均方根误差RMSE以及相关系数r作为目标函数。模拟结果表明,研究区径流的模拟值与实测值变化趋势较为一致;丰水期的模拟精度和拟合效果都优于枯水期,且差异较大;依据《水文情报预报规范》SL250—2000,确定该区丰水期的模拟精度为丙级,枯水期在丙级以下。研究发现,TOPMODEL比较适用研究区丰水期的日径流模拟,不适用于枯水期的日径流模拟。     

基于变分法和GIS的小流域模型三维地貌分形特征量化研究

实现具有三维立体特征的流域地貌分形维数直接准确计算,是目前分形地貌学研究所面临的主要问题之一。依据变分法求解三维表面分形维数的基本原理,以DEM栅格数据为基础,利用ArcGIS9.2中的窗口分析功能,对所建立的小流域模型不同发育阶段的三维地貌闵可夫斯基维数进行研究。结果表明,变分法和GIS的有机结合使三维地貌分形维数的直接计算成为可能,小流域模型不同发育阶段的三维地貌在各自无标度区内呈显著的分形特征,三维地貌闵可夫斯基维数不仅能有效表达小流域模型不同发育阶段地貌的差异性(变化范围达0.452),还可准确表达地貌动态变化特征,将其作为小流域模型三维地貌分形特征定量描述指标是可行的。     

安徽省兆河流域非点源污染模拟及最佳管理措施

[目的] 识别兆河流域非点源污染分布特征及其关键源区,为流域污染控制和清洁小流域建设提供科学参考。[方法] 通过建立流域非点源污染控制模型,模拟研究该流域在现状年和规划年的非点源污染分布特征。采用单元负荷指数法识别流域的关键污染源区,预测不同非点源污染控制措施对流域污染负荷量的削减效果。[结果] 兆河流域规划年的氮磷负荷量比现状年分别增加45.3%和8.0%;县河、失曹河、裴河、盛桥河及环圩河子流域为流域非点源污染关键区;通过设置合理的工程措施和耕种管理措施可有效控制流域非点源污染。[结论] 合适的非点源管控措施有助于削减流域氮磷污染负荷量。耕种管理措施加工程措施为最佳管理措施,可以有效控制流域总氮和总磷的非点源污染。     

内蒙古皇甫川流域植被空间动态变化分析

在皇甫川流域 ,利用不同时相 ( 1987年、1996年 ) TM影像数据进行监督分类 ,获得了皇甫川流域植被空间分布格局及其动态变化情况。皇甫川流域植被以灌木林和天然草地为主 ,分别占全流域的 2 7.4 0 %和 2 3 .88% ,乔木林仅为 4 .2 4 %。通过对皇甫川流域两个时期植被动态的分析 ,灌木林和乔木林面积分别由 1987年的 2 2 .0 0 %和 3 .86%增大到 1996年的 2 7.4 0 %和 4 .2 4 % ,流动沙地面积由 1987年的 4 .4 5 %缩小到 1996年的 1.65 % ,植被状况得以明显改善 ,反映了皇甫川流域水土流失综合治理的效果显著。     

黄土高原典型流域土壤抗冲特性研究

以黄土高原吕二沟流域为研究对象,采用原状土冲刷水槽法对研究区梯田耕地、坡耕地、草地、梯田果园、刺槐林共5种土地利用类型的土壤进行了抗冲试验。结果表明:(1)研究区不同土地利用类型的土壤抗冲性大小依次为:刺槐林>草地>梯田>果园>坡耕地;(2)根系对土壤抗冲性具有显著影响,有根系土壤相对无根系土壤的抗冲性有明显提高,平均提高了44.02%;(3)研究区土壤随坡度的增大抗冲能力减弱,其中22°～25°减少幅度最大;(4)对研究区不同土地利用类型土壤抗冲指数在流域尺度进行了空间异质性模拟,总体表现出越靠近流域上游和侵蚀沟坡上位置的土壤抗冲性越大的特性,其中刺槐林地和草地表现更为明显。     

太行山石灰岩山地水土保持型生态农业试验研究

通过对地面数字高程模型的分析,基于3维地学模型的理论进行水源涵养林耗水量化分析和可视化模拟。根据不同时相的地面林斑、光照、温度、坡向、林分类型变化进行的水源涵养林耗水量的计算。小流域水源涵养林耗水量化分析对于水源涵养林的建设、保护水源、生态环境保护利用具有十分重要的意义。立足于3S技术应用的研究,通过GPS,RS获取空间数据,以GIS为分析平台,建立数字高程模型(DEM),土地利用类型、水源涵养林分类型、土壤类型等矢量图层,进行空间数据与属性数据连接、矢量数据运算等操作,采用综合彭曼公式分析了研究区域的水源涵养林单木耗水量。     

新时期民间资本参与小流域水土流失综合治理的模式与经验

[目的]研究新时期民间资本参与小流域水土流失综合治理情况,为各地政府提供相关决策参考。[方法]在实地调研的基础上,对当前民间资本参与小流域水土流失综合治理情况进行分析研究。[结果]总结分析了民间资本参与小流域水土流失综合治理的特点、模式与经验。[结论]民间资本逐步成为中国水土保持生态建设领域的重要补充,加快了水土流失防治进程,提高了治理效益。要推进这项工作,还需从政策优惠、建设管理、技术服务等方面加强相关工作。     

Lake and watershed neutralization strategies

The Experimental Watershed Liming Study (EWLS) evaluated the application of CaCO₃, to a forested watershed to mitigate the acidification of surface water. During October 1989, 6.9 Mg CaCC₃/ha was applied by helicopter to two subcatchments of about 50% (102.5 ha) of the Woods Lake watershed area. The EWLS team investigated the response to treatment of soils (chemistry and microbial processes), vegetation, wetland, stream and lake waters, and phytoplankton and fish, and applied the Integrated Lake Watershed Acidification (ILWAS) model in predicting a watershed treatment duration of up to 50 years. Observations showed a gradual change in pH, acid neutralizing capacity (ANC) and Ca²⁺ in the water column; direct lake additions of CaCO₃ (three different times) were characterized by abrupt changes following base addition and subsequent rapid reacidification. Moreover, the watershed treatment eliminated the snowmelt acidification of the near-shore region of the lake observed during direct lake treatments. Positive ANC water in the tributary and near-shore area improved conditions for fish reproduction and for a viable fish population. Budgets for 12-month periods before and after the watershed treatment showed that the lake shifted from a source of ANC to a sink due to retention of elevated inputs of Ca²⁺ from the watershed CaCO₃ application.     

黄龙山区不同类型小流域的产流过程及其特征

 在黄龙山区选择自然条件基本相似的森林小流域、森林采伐小流域和荒坡草灌小流域,利用量水堰,于1999—2003年对流域的产流及其过程进行了系统的研究。结果表明:不同类型小流域径流的年际和年内变化不同。森林小流域全年产流,产流量主要与降水量有关;荒坡草灌小流域则仅在暴雨季节产流,产流量主要与雨强有关。除发生特大暴雨年份外,森林小流域的产流量均超过荒坡草灌小流域,5年内平均前者比后者多3倍。不同类型小流域对降水的调节作用不同,5年平均森林小流域比荒坡草灌小流域减少洪水径流94.9%,达5.2mm,增加枯水期径流0.5mm,占年径流量的8.7%,从而使流域径流保持相对均匀和稳定。采伐森林可以改变小流域的径流分布,常年径流被暴雨径流所代替,但其量比荒坡草灌小流域少。不同类型小流域产流过程不同,森林小流域产流过程平缓,洪水起伏程度小;而荒坡草灌小流域产流曲线陡峭,洪峰形成迅速,回落也较快。