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.     

基于改进径流曲线数模型的北京密云坡地径流估算

密云区是北京重要的地表饮用水源地,准确模拟地表径流量,对于分析泥沙和污染物的运移十分重要。近年来,学者们运用径流曲线数(soil conservation service curve number,SCS-CN)模型计算本区地表径流量,但预报精度不理想;未考虑降雨过程和雨强对于产流过程的影响,可能是造成预报误差的重要原因。该文利用密云石匣小流域5个坡面径流小区共201场降雨产流资料,提出次产流径流曲线数计算方法,以改进SCS-CN模型并分析改进后模型模拟效果。结果表明,次产流径流曲线数与多年平均径流曲线数的比值和最大30 min降雨量与次雨量的比值之间呈显著幂函数递增关系,据此提出计算次产流径流曲线数的幂函数方程,以改进SCS-CN模型。当曲线数为0.02时,改进后模型模拟效果最好,效率系数为0.693,明显高于未改进的SCS-CN模型。改进后模型对裸地和耕地的产流模拟效果较好,但对林地的产流模拟效果不理想。今后需在深入分析产流机理的基础上,进一步提出与土壤特性有关的模型参数优化方法。     

大伙房模型在辽宁东部山洪小流域洪水预报中的应用研究

结合大伙房模型对辽宁东部山洪小流域模拟进行适用性分析。分析结果表明:大伙房模型模拟产汇流的精度良好,在研究流域具有较好的适用性;大伙房超渗产流模型对洪峰和峰现时间的模拟效果良好,考虑到实际工作的需求,对于具有长系列实测水文数据的辽宁东部地区山洪小流域,可选择大伙房模型进行洪水预报。     

基于原型观测与DEM的强风化花岗岩小流域水文过程模拟

为了解华南花岗岩小流域特殊的产流机制,以土壤为砂壤土、基岩为强风化花岗岩的中山大学珠海校区滨海小流域作为研究对象,观测了2个分别代表森林、灌丛覆盖的5 m×10 m的径流试验场的产流过程和土壤含水率变化过程。观测结果表明超渗产流、优先流是试验场的重要产流方式,壤中流（尤其是在土壤-基岩界面上产生的壤中流）对试验场的总产流量也有较大贡献。在径流试验场原型观测基础上,建立了一个基于数字高程模型（DEM）的、包括地表径流、壤中流和基岩裂隙出流的三水源小流域水文模型。利用9次降雨径流过程对模型参数进行率定,利用4次降雨径流过程进行验证,模型的率定、验证均取得了良好的拟合效果。根据模型的模拟结果,在径流的起涨阶段地表产流贡献最大,而基岩裂隙出流对退水过程贡献明显。综合试验场原型观测结果与模型模拟结果得出结论：明显的壤中流和基岩裂隙出流是华南花岗岩小流域显著的产流特点。     

闹德海水库洪水预报复合模型探讨

水库洪水预报准确性决定水库汛期的防洪调度。闹德海水库是柳河上游的一座具有防洪、灌溉、工业供水等综合功能的大 (Ⅱ )型水库。其坝址以上流域面积较大 ,下垫面性质差异很大。提出综合利用蓄满产流和超渗产流模型进行水库洪水预报的复合模型。经实际计算检验 ,该复合模型洪量预报精度比原预报模型提高 8 1% ,洪峰流量预报精度提高 13%。表明该复合模型在对流域下垫面性质差别较大的水库洪水预报中具有借鉴作用。     

雨强和坡度对红壤坡耕地地表径流及壤中流的影响

地表径流和壤中流是坡面重要水文过程,雨强和坡度是影响坡面地表径流和壤中流产流主要因素。为研究降雨强度和地表坡度对坡耕地地表径流和壤中流的影响,该文采用人工模拟降雨试验法,在长3.0 m、宽1.5 m、深0.5 m土槽,设计4个不同坡度(5°、10°、15°、20°)和3个不同雨强(30、60、90 mm/h)对红壤坡耕地地表径流及壤中流产流过程进行模拟试验。结果表明:1)壤中流开始产流时间滞后于地表径流,降雨强度从30到90 mm/h,地表径流、壤中流产流开始时间均随雨强增大而减小,壤中流比地表产流开始滞后时间随着雨强增大先增大后趋于稳定;2)地表径流强度随雨强增大而增大,壤中流初始径流强度随雨强增大而增大,不同雨强下壤中流径流峰值相近;3)地表径流和壤中流产流过程曲线有明显差异,地表径流产流过程线先增大后趋于稳定,壤中流产流过程线呈抛物线型即先增大后减小;4)从5°到20°,地表产流开始时间随坡度增大而减小,壤中流产流开始时间随坡度增大先减小后增大;5)从5°到20°,地表径流强度先增大后减小,10°为转折坡度,壤中流产流峰值随坡度增大而减小,并且随着坡度增大达到壤中流峰值时间不断减小。     

流域坡面综合产流数学模型的研究

从流域坡面产流机制出发,依据Horton入渗曲线,建立起一个可适用于不同流域的综合产流模型,模型以降雨强度和土壤蓄水量为控制条件,同时兼顾超渗产流和蓄满产流,适应下垫面条件较为均一的流域或单元区域在不同条件下的产流计算。     

青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源研究

通过对青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源进行研究,以期揭示青海湖流域高寒草甸系统壤中流的产流机制。收集了大气降水、土壤水和壤中流中δ~(18)O和δD及实测降水数据,对比分析了大气降水、土壤水和壤中流的氢氧同位素特征,并使用了二源线性混合模型对壤中流进行了产流来源计算。结果表明:青海湖高寒草甸分布区大气降水线(LMWL)的斜率和截距均高于全球大气降水线(GMWL),降水较多的月份δ~(18)O、d-excess值较低;壤中流的水分来源与地形及其土壤深度密切相关,具体表现为:(1)壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流氢氧同位素值相对聚集,并具有较明显的蒸发富集特征,表明该部分壤中流多源于降雨前储存于土壤中的水分,雨前土壤水对于壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流的平均贡献率为85.88%和83.48%;(2)坡中壤中流水分来源因土壤深度而异,雨前土壤水对壤中流在坡中土壤下层(40—80cm)产流的平均贡献率为57.59%,表明大气降水和雨前土壤水贡献相当;壤中流在坡中土壤上层(0—40cm)产流与当地大气降水的季节变动基本一致,雨前土壤水对该层壤中流产流的平均贡献率为39.90%,表明其主要受到大气降水的驱动,与坡中金露梅灌丛根系和土壤孔隙分布有关。同时,随着雨前含水量、降水量和降水特征的不同,雨前土壤水和大气降水对于壤中流的贡献特征也会发生变化。     

垂向混合产流模型在辽西地区水文模拟中的应用研究

引入垂向混合产流模型,结合辽西地区2000—2010年实测水文数据,分析垂向混合产流模型在辽宁西部地区水文模拟的适用性。研究结果表明:垂向混合产流模型在辽宁西部地区水文模拟精度较好,模拟的次洪径流深和实测的次洪径流深之间的相对误差在8%以内,相关系数达到0.7以上,可用于辽宁西部地区水文模拟。研究成果对于辽宁西部地区水文模拟具有参考价值。     

壤中流和地表径流耦合下的红壤坡地氮素迁移输出过程模拟

以红壤坡地大型渗漏装置(裸地)为研究对象,分析了泥沙量-地表氮素输出量、壤中流量-壤中氮素输出量等观测数据之间的数学关系,构建了氮素随径流泥沙输出的经验模型,并将该模型与经典的土壤水分运移模型(HYDRUS-2D)、坡面土壤侵蚀模型(WEPP)进行耦合,最终形成了一套同时可定量描述地表径流、泥沙、壤中流、氮素输出过程的综合模型。以实测数据对模型参数进行校正并进行了模型检验,校正后的参数对径流量、泥沙量、壤中流量、氮素输出量均具有较好的模拟效果(决定系数在0.41以上),其中壤中流量和壤中氮素输出量模拟效果更好,决定系数分别达0.88和0.84。分析模拟结果表明,在降雨产流期壤中氮素输出量显著高于地表氮素输出量,且在未降雨期间氮素随着壤中流持续输出,进一步印证了壤中流是红壤坡地氮素的主要流失途径。此外,壤中流产流高峰较降雨峰值延后,且一次降雨的壤中流会持续数天,说明土壤起到了一定的缓冲作用。     

降水变化对不同下垫面的水土流失之分异影响

提出了一种基于DEM的沟缘线和坡脚线的提取方法,该方法以沟缘线和坡脚线的形态特征为基础.沟缘线作为梁峁地和沟坡地的分界线位于凸坡上,沟缘线象素以下的坡度应大于某一坡度值;坡脚线作为沟坡地和沟底地的交界线位于凹坡上,坡脚线象素以上的坡度应大于某一坡度值;沟缘线和坡脚线上的象素都具有局部最大的坡度变化.利用这种特性进行沟缘线和坡脚线的提取,易于实现.处理的速度快、效率高,提取结果较准确.     

Slope gradient and shape effects on soil profiles in the northern mountainous forests of Iran

In order to evaluate the variability of the soil profiles at two shapes (concave and convex) and five positions (summit, shoulder, back slope, footslope and toeslope) of a slope, a study of a virgin area was made in a Beech stand of mountain forests, northern Iran. Across the slope positions, the soil profiles demonstrated significant changes due to topography for two shape slopes. The solum depth of the convex slope was higher than the concave one in all five positions, and it decreased from the summit to shoulder and increased from the mid to lower slope positions for both convex and concave slopes. The thin solum at the upper positions and concave slope demonstrated that pedogenetic development is least at upper slope positions and concave slope where leaching and biomass productivity are less than at lower slopes and concave slope. A large decrease in the thickness of O and A horizons from the summit to back slope was noted for both concave and convex slopes, but it increased from back slope toward down slope for both of them. The average thickness of B horizons increased from summit to down slopes in the case of the concave slope, but in the case of convex slope it decreased from summit to shoulder and afterwards it increased to the down slope. The thicknesses of the different horizons varied in part in the different positions and shape slopes because they had different plant species cover and soil features, which were related to topography.     

淤地坝浸润线合理计算方法探讨

根据对淤地坝的结构特征及运用状态的分析,认为确定淤地坝浸润线的合理模型应为透水地基上均质土坝在具有水平上游承压坡的渗流模型和具有垂直承压坡的渗流模型的叠加,其解可按前苏联科学家涅里松－期柯尔尼亚科夫的２种典型公式叠加计算。实例计算表明,该方法既安全可靠,又经济合理。     

基于无人机航摄的坡形对浅沟发育的影响

为探究坡形对浅沟发育的影响,以陕西省靖边县狼儿子沟无人机航摄影像为基础数据,通过目视解译得到浅沟（指瓦背状地形底部）225条,统计了浅沟条数、浅沟长度、沟头到分水岭的距离及浅沟密度等指标。利用浅沟地形分水线上的高程点进行插值得到原始坡面数字高程模型（digital elevation model,DEM）,以此DEM提取地形曲率以表征坡形,进而分析坡形与浅沟指标的关系。结果表明：（1）以浅沟地形分水线上的高程点插值后的DEM对浅沟进行了综合,能较好地表达浅沟发育之前原始坡面的地形特征。（2）从单一坡形来看,横向凹形坡的浅沟密度最大,纵向凹形坡的浅沟沟头到分水岭的平均距离最大;纵向凸形坡的浅沟条数以及浅沟平均长度均最大;从组合坡形来看,双凸形坡和凸凹形坡上的浅沟平均长度与沟头到分水岭的平均距离均大于双凸形坡和凹凸形坡。双凹形坡的浅沟长度与双凸形坡和凸凹形坡的浅沟长度具有显著性差异（p<0.05）;凹凸形坡的浅沟长度与双凸形坡和凸凹形坡的浅沟长度具有显著性差异（p<0.05）。凹凸形坡的浅沟沟头到分水岭的距离与凸凹形坡的浅沟沟头到分水岭的距离具有显著性差异（p<0.1）。（3）不同形态坡面浅沟发育的地形曲率分布特征具有明显差异。     

线源入流入渗法在生物结皮渗透性研究中的应用

土壤水分入渗的观测方法很多,但在测定坡地生物结皮土壤水分入渗时均存在一定的缺陷。线源入流入渗法是可用于无结皮的坡地土壤水分入渗较为简便快捷的观测方法。以裸土为对照,采用线源入流入渗法和模拟降雨法测定了黄土丘陵区多藻少藓、半藻半藓、多藓少藻等不同类型生物结皮土壤水分入渗过程。结果表明:(1)线源入流入渗法可在不干扰生物结皮的情况下,快速、完整地反映土壤水分入渗过程,获取初始入渗速率、平均入渗速率及稳定入渗速率等重要参数;(2)线源入流入渗法所得研究区不同类型生物结皮的初始入渗速率范围为3~12 mm/min,平均入渗速率范围为0.5~4.5 mm/min,稳定入渗速率范围为0.3~1.8 mm/min,随着藓盖度的增加,其初始、平均、稳定入渗速率均呈现出显著差异;(3)线源入流入渗法测定的生物结皮土壤稳定入渗速率(y,mm/min)与人工模拟降雨试验所得入渗速率(x,mm/min)呈显著的线性相关关系(y=1.73x-1.24,R^2=0.376 8,ρ=0.539~*)。研究结果为坡地生物结皮土壤水分入渗速率的测定提供一种简单易操作的测定方法。     

秦沈客运专线路堤边坡土壤侵蚀预报研究

为探讨施工期铁路路堤边坡水土流失规律 ,对秦沈客运铁路专线一段路堤边坡进行了人工降雨试验与天然降雨实测 ,结果表明 ,路堤边坡的主要侵蚀形式是沟蚀 ,沟蚀量较面蚀量大得多 ,主要侵蚀因子是次降雨量及路堤顶面宽度。最后提出了预测秦沈客运专线路堤边坡土壤侵蚀量的经验公式     

Multiple‐scale soil moisture distribution and its implications for ecosystem restoration in an arid river valley,China

The spatial distribution of soil moisture and its multiple‐scale correlations to other environmental factors were examined along the Upper Minjiang River valley, China, a landscape subject to severe land degradation of soil and water erosion but also under investigation for potential ecosystem restoration. Results showed that: (1) Soil moisture was highest in the headwaters, and lowest in the arid valley, while moderate values characterized outside the arid valley. The polynomial model of soil moisture distribution on slopes was concave in the lightly disturbed headwaters, convex in the highly damaged arid valley, while convex on south facing slopes and concave on north facing slopes in highly damaged areas in better environmental condition. (2) Soil moisture was correlated with environmental factors at different scales, where elevation and air humidity were only correlated at the sample plot scale, light intensity and wind speed were found to be significant at both slope and site scales and slope and sample plot scales; while slope angle was correlated at all the three scales. From this we conclude that it is possible to improve soil moisture conditions in the arid valley by lowering slope angle and adding low‐cost irrigation systems. (3) The practical threshold of soil moisture for growing meadows, shrubs, and forests were 11ċ800 per cent, 3ċ925 per cent, and 16ċ078 per cent respectively; the arid valley displayed soil‐moisture conditions unfavourable to forest growth. The planned reforestation project is not ecologically reasonable. Reducing human disturbance and revegetating with natural shrubs and meadows may produce more effective results. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

聚丙烯酰胺应用对黄土复合坡面降雨产流的影响

复合坡是自然界常见的主要坡型。通过室内人工降雨模拟试验,研究了复合坡面降雨产流规律以及聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)应用对其的影响。试验采用2种复合坡型(凹型坡和凸型坡)的12个坡度组合和4个PAM施用量,共48个试验处理。结果显示,PAM应用显著缩短了初始降雨产流时间,初始产流时间平均比对照处理提前63.7%~71.6%。PAM应用明显改变了坡面径流随降雨历时的变化规律。PAM应用后,除了大坡度(≥10°)、小量PAM应用(0.5 g/m2)的凸型坡外,降雨径流系数在整个降雨过程中基本维持稳定。PAM应用增大了降雨径流系数和径流量,且径流系数和径流量随着PAM施用量的增大而增大。凸型坡的径流量平均比凹型坡的大14.7%~31.8%。当PAM施用量为0.5、1.0和2.0 g/m2时,凹型坡和凸型坡的径流量分别比对照处理增加55.7%、100.2%、147.3%和16.6%、69.3%、108.9%。在黄土坡地上大剂量(≥1.0 g/m2)应用PAM可明显增大坡面径流量,实际应用中应制定合理的PAM施用量。     

一种基于图像轮廓线的稻种模糊模式识别方法

该文对二值图像轮廓线的提取,提出了一种简捷的算法。在对稻种轮廓线大量试验分析的基础上,确定了以轮廓线中心到轮廓线距离最大的线段为参考,12个方向上的线段长度和轮廓线长度组成特征向量。对模糊模式识别中的欧几里德距离算法提出了两种改进方法,并根据最大隶属度原则,实现稻种的模糊模式识别。试验结果表明:改进后的算法对浙852、Z94-35、广陆矮4号三类种粒的正确识别率分别达到79.89%,89.63%和93.27%。该方法同样适用于果品、机械工件等对象的模糊模式识别。同时该特征参数的确定方法中已经考虑了对象放置方向和放置面的随意性,并将对象按统一方向和统一面识别,因此该方法还可以进一步发展为对象旋转方位角的测定和对象中任意预定义的几何参数的光学测量     

基于四种分辨率DEM的侵蚀模型地形因子差异分析

通过提取江西省兴国县潋水河流域10 m、25 m、50 m和100 m四种分辨率数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)的坡度、坡长因子,在GIS数字地形分析和数理分析等方法支持下,研究不同分辨率DEM计算坡度坡长组合因子(LS)的精度差异。结果表明:(1)基于4种分辨率DEM提取的坡度结果存在明显差异,随分辨率的降低,坡度整体变缓,DEM精度越低,对地形的概括作用越大,100 m分辨率DEM平均坡度降为10m分辨率DEM平均坡度的45.04%。(2)流域坡长以0~80 m的短坡为主,随着分辨率的降低,地面坡长明显整体延伸。(3)不同分辨率DEM计算的LS因子平均值变化范围为6.10~7.10,坡度和坡长的组合消弱了单一坡度和坡长的影响,随着地形起伏程度增大,在LS因子计算过程中,坡度的主导作用越来越弱,坡长的主导作用越来越强。