淮河上游土地利用变化对流域蒸散发能力影响研究

土地利用变化对蒸散发的影响是水文等相关领域研究的热点问题。选取淮河上游息县流域作为研究对象,基于1995年和2000年土地利用资料分析土地利用变化,应用分布式双源蒸散发模型计算基于网格的蒸散发能力,分析土地利用变化对不同典型年不同时间尺度蒸散发能力的影响。结果表明:从1995年到2000年,30%流域面积的土地利用发生了变化,其中水田转变为旱地占比最大;发生蒸散发能力变化的大部分网格的季尺度蒸散发能力在不同典型年均呈现不同程度的减小,且夏季最为显著;发生蒸散发能力变化的大部分网格的年尺度蒸散发能力在不同典型年也均呈现不同程度的减小,且减小幅度依枯水年、平水年、丰水年递减。研究成果可为变化环境下水循环演变研究提供支撑,对水土地资源的开发利用也具有参考价值。     

基于LU-SWAT模型的土地利用/覆被变化对水文过程的影响研究——以黑河上游为例

【目的】揭示内陆河流域集水区土地利用/覆被变化对水文过程的影响及其成因。【方法】基于能够逐年调用土地利用/覆被数据的LU-SWAT模型,并结合控制变量法研究了黑河流域集水区黑河上游1990—2009年土地利用/覆被变化对地表径流、侧向流、蒸散发量、地下径流以及总产水量的影响。【结果】LU-SWAT模型对于黑河上游月、年出山径流模拟结果较好,其月径流模拟的纳什系数为0.93,相关性系数为0.94;其年径流模拟的纳什系数为0.83,相关性系数为0.86。此外,其对各个水文要素的模拟结果符合西北干旱区内陆河流域集水区的水文特征;1990—2001年黑河上游土地利用变化主要表现在林地的减少,而2002—2009年土地利用的变化除了林地和草地的增加之外,还表现在裸地的大面积减少;1990—2001年黑河上游地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势,而地下径流呈减少趋势,2002—2009年流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少,而地下径流量增加。在黑河上游,干旱条件下各水文要素对于土地利用覆被变化的响应更明显。【结论】1990—2001年林地的减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势而地下径流呈减少趋势的主要原因。2002—2009年裸地的大面积减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少而地下径流量增加的主要原因。     

降雨输入不确定性对SWAT模型径流模拟的影响研究

降雨输入是水文模型不确定性的主要来源之一,开展降雨输入不确定性对分布式水文模拟影响的相关研究具有重要意义。基于SWAT分布式水文模型,将最邻近法、泰森多边形法、距离平方倒数法和克里金法引入子流域的面雨量计算,模拟淮河流域息县水文站1985-2000年的径流系列,并在改变站网密度及空间分布的条件下进一步研究了不同降雨输入模式对径流模拟精度的影响。结果表明:总体而言,四种插值方法的径流模拟精度较高,说明SWAT模型在息县流域具有较好的适用性;在息县流域现有雨量站数目下,距离平方倒数法的整体模拟效果最佳;当雨量站密度变化时,最邻近法的模拟精度更加稳定,说明在雨量资料不充足的地区该方法可能更具有优势。     

土壤蒸散发模型研究

本研究利用新安江流域产流模型研究降雨条件下土壤水分的运动规律。将研究区域的土壤分为上、下和深层分别计算蒸散发,选用2002年7-10月肇州县水利科学研究所土壤水分监测数据及降水和蒸发资料进行模拟,确定了模型的物理参数,其结果三个观测点模拟结果与实际观测值基本吻合,所建立的模型已经能够描述土壤水分的变化规律与降水、蒸散发特点密切相关。     

农灌区地下水开采对径流的影响模拟研究

农灌区地下水开采对流域水文过程具有重要影响。针对农灌区,基于新安江模型,建立了考虑地下水埋深对降水入渗补给量、潜水蒸发量以及河川径流量影响的计算模型。利用淮河临涣集流域实测气象、水文资料,对模型进行了参数率定及模型验证,分析了模型参数对河川径流和地下水埋深影响的敏感性,模拟研究区不同开采对径流的影响程度。     

基于水文水动力模型的浦阳江流域洪水情景模拟

浦阳江流域地形复杂,包括山丘、盆地和平原。中游诸暨盆地是人口主要聚集地,受上游山区洪水和下游钱塘江潮位顶托影响,洪涝灾害形势严峻。为解决上述问题,本文对流域上游山区采用新安江水文模型模拟降雨径流过程,对下游盆地区采用IFMS一、二维水动力模型模拟水流运动,并以水文模型的计算结果作为水动力模型的边界条件进行水文水动力模型耦合。结果表明水文水动力模型适用于浦阳江全流域洪水模拟,能够弥补新安江模型中马斯京根汇流无法考虑潮水顶托影响以及水动力模型难以响应降雨变化的不足。根据地区防洪特点设置致灾因子变化和水利工程建设两类情景进行洪水模拟,得到不同条件下浦阳江流域的洪水淹没水深分布,通过结果分析,总结得出浦阳江流域洪涝问题的解决对策和建议。     

王家厂水库洪水实时预报方法及应用研究

考虑到流域降雨时空变化和流域地形、河道特征对流域产汇流的影响，应用新安江三水源产流模型、流域分散入流非线性汇流模型以及流域洪水实时预报校正模型，对王家厂流域洪水进行模拟，取得了较为满意的计算结果。     

用半分布式汇流结构改善新安江模型参数外推能力研究

在前人成果的基础上,进行了提高新安江模型参数外推能力的研究工作。借鉴半分布式水文模型的汇流计算思路,利用数字高程模型提取流域特征、进而计算出流域的时段单位线,并据此修改新安江模型的汇流计算模块。选择资料条件较好的黑龙江省南岔站作为假定的无径流资料的目标站,利用灰色关联度分析方法确定其上游的带岭站为参证站,利用参证站率定新模型参数、参数移用到目标站后模拟多场次洪,并与目标站的实测径流数据做比较。结果表明,搭配新汇流结构的新安江模型,其参数在空间上具备一定的外推能力,相对于改进前的新安江模型,改进后的模型参数外推后在峰量、过程的拟合精度上有了明显改善。     

基于多种水文模型结构改进新安江模型

【目的】针对水文模型结构的不足提出改进方法。【方法】选择新安江模型、GR4J(mode′le du Ge′nie Rural a′4parame′tres Journalier)模型以及HYMOD模型在淮河流域进行应用对比分析,并基于GR4J模型与HYMOD模型的汇流结构对新安江模型进行改进,提出2种改进模型方法。【结果】(1)3种概念性水文模型在淮河王家坝流域均具有较好的适用性,其中新安江模型效果最好,但该模型在大流量模拟时存在低估现象;(2)M2模型（HYMOD模型汇流结构下的新安江模型）与新安江模型的模拟结果相近,大流量的模拟同样偏小,改进效果不明显;(3)M1模型（GR4J模型汇流结构下的新安江模型）模拟效果最佳,可以有效改善新安江模型对大流量的模拟效果,改进效果显著。【结论】M1模型可以有效改善新安江模型模拟径流时出现流量以及洪峰流量的低估现象,在研究流域内具有一定的应用价值。     

HE-HMS及其在篓子沟流域的应用

HEC-HMS系统集大量降雨径流计算模型于一体，包括净雨计算模型、直接径流过程计算模型、基流计算模型和河道洪水演算模型。将其用于篓子沟流域进行了实例应用，根据自然分水线将流域划分成43个子流域，所用产汇流计算模型为：初损后损法模型、单位线、指数消退模型和Muskingum 河道演算模型。根据对12场降雨径流过程的模拟可以看出，结果是比较理想的。     

面雨量计算不确定性对新安江模型径流模拟的影响研究

降雨是流域水资源最直接的来源,其过程影响流域水资源的产生和汇聚,对流域的径流过程影响显著。基于新安江模型,以涪江流域为研究对象,采用泰森多边形法、反距离权重法进行面雨量计算,模拟2007-2012年的日径流系列,研究了雨量站网密度、降雨空间插值方法对面雨量计算结果及径流模拟精度的影响,在此基础上进一步探讨了面雨量计算相对偏差与径流量模拟相对偏差之间的关系。结果表明:雨量站点越多面雨量计算的不确定性越小,径流模拟精度越高;在涪江流域内插值站点数目较少时,反距离权重法的径流模拟精度更优,站点数目较多时,泰森多边形法的径流模拟精度略优于反距离权重法;径流量模拟相对偏差与面雨量计算相对偏差不存在明显的相关关系,随着面雨量计算相对偏差的增大,径流量模拟相对偏差呈震荡变化。     

基于土壤非饱和状态下对水稻田产流模型的改进及验证

水稻灌溉需水量是一个地区农田水利规划、灌溉系统规划的重要参数,也是合理开发利用水资源、水资源调度和实现地区可持续发展的重要依据。在水量平衡的基础上,对蒸散发项和渗漏项的计算方法做出改进,其中对蒸散发项的改进参考了新安江模型中二层蒸散发模型的计算方法,渗漏项的计算在实验的基础上采用半经验半理论的方法改进。最后,结合当地的...     

考虑土壤膨胀性的流域水文模型应用研究

目前分布式水文模型在进行流域水文过程模拟时,还未考虑土壤膨胀性对降雨入渗的影响,这会造成模型模拟失真,制约着流域分布式水文模型的适用性。对传统降雨入渗产流模型(TGAM)进行修正,引入膨胀性土壤导水系数和膨胀性土壤饱和含水量,提出考虑土壤膨胀性影响的降水入渗产流模型(GJGAM),并将其应用到流域分布式水文模型WEP-L模型中。最后,以南小河沟流域作为研究区域,选择十八亩台断面为控制断面,分别利用改进前、后的WEP-L模型模拟研究区的降水径流过程,对比验证WEP-L模型改进后的适用性。结果表明,利用改进前后的WEP-L模型,率定期内研究断面的月径流模拟值与实测值的相对误差变化不大,但Nash-Sutcliffe效率系数显著提高。验证期内相对误差减小,Nash-Sutcliffe效率系数提高。通过考虑土壤膨胀性对降雨入渗的影响,WEP-L模型对南小河沟流域降雨入渗过程的模拟效果明显改善,具有较好适用性。     

基于Budyko假设的海河流域蒸散发量和径流量估算研究

通过对海河流域内平原及山丘区三级子流域的多年平均降水量、径流深及实际蒸发量和蒸发能力的分析,发现Budyko假设在海河流域山区参数 的平均值远小于平原区,山丘区计算蒸散发量和径流量的误差较小,而平原区误差大。在此基础上,建立了海河流域平原区地下水埋深变化与Budyko公式计算误差之间关系,改进了平原区Budyko计算公式,提高了实际蒸散发和径流量计算精度。     

新安江模型在浑河流域上的应用

新安江(三水源)模型应用于南方湿润和半湿润地区时一般为跨年度的连续计算,但是在北方地区,特别是东北地区,由于受到特定气候条件的限制,一般只做汛期(6～9月)连续计算,而不做全年的连续计算.根据浑河流域的水文特性,以浑河北口前流域为例,应用新安江(三水源)模型模拟日径流过程,做全年的日径流预报,预报结果均达到乙级标准以上.结果表明新安江(三水源)模型可用于北方半湿润地区的全年径流预报,推进了新安江模型在北方地区的应用.     

考虑坡面地形的蒸散发遥感估算及空间分布研究

为了研究非均匀地表的蒸散特征,结合地面气象资料,考虑地形效应增加了坡地辐射计算方法,结合Landsat 8波段特征构建双层蒸散发遥感模型。以北京市西北方位的水源上游区为例,进行了蒸散发的估算、验证与分析。估算结果与地表通量站实测值对比发现,感热通量和潜热通量的平均误差分别为4.12%和8.36%,确定系数为0.82和0.98,相关关系较强;与坡地日蒸散发观测数据对比,平均相对误差为8.12%,均方根误差为0.35mm/d,具有较好的估算精度。结合土地利用探讨了水热通量、蒸散发的空间分布情况,同时分析了蒸散发与坡面地形之间的关系:坡度小于35°时,随坡度上升,日蒸散发有较为明显的增加趋势;当坡度大于35°时,受植被覆盖率影响,各季节代表日的日蒸散发呈现不同的变化趋势。各季节代表日蒸散发与坡向同样存在较为显著的相关关系,趋势线呈反抛物线。     

山西省煤矿区地表水文过程的空间模拟研究

为研究煤炭开采对山西省长河流域地表水文过程的影响,构建了天然植被和种植植被的降雨截留模型,采用改进的Green-Ampt模型构建了土壤入渗模型,利用数字高程模型建立数字水系构建了径流汇流模型。通过定量对比、地统计学方法分析了煤炭开采对植被覆盖度和土壤饱和导水率的影响,并设立3种不同降雨强度进行情景模拟分析。结果表明:2000-2015年矿区平均植被覆盖度从0.382增加到0.460,矿区的平均土壤饱和导水率34.375 cm/d小于非矿区的44.426 cm/d。2.5 mm/h降雨强度下,降雨大部分被植被截留,较少渗入土壤;8 mm/h降雨强度下,植被冠层截留量达到最大,降雨经植被截留和土壤入渗后,研究区地表难以形成径流;16 mm/h降雨强度下,降雨会在短时间内形成积水并进行汇流,汇流量于流域西南出口达到最大值。     

基于SWAT模型的浊漳河干流灌溉制度优化研究

运用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,以浊漳河干流为研究区域,对流域蒸散发ET及径流过程进行了率定和验证,并探讨了流域冬小麦-夏玉米轮作体系下不同典型年农业优化灌溉制度。模拟结果表明,ET及径流的模拟值与实测值决定系数R2和Nash-Suttcliffe系数Ens均达到了0.70以上,模拟精度适合浊漳河干流的模拟研究。应用构建的模型设置冬小麦和夏玉米16种灌溉处理,在保证作物产量及水分生产率WUE的前提下,综合考虑流域下泄径流量,得到了不同典型年较优的灌溉制度,对于该区域冬小麦-夏玉米轮作体系下的农田节水灌溉管理具有一定的参考价值。     

降雨入渗补给量计算的数值模拟方

基于土壤水运动的物理过程，提出了降雨入渗补给地下水的计算模型。该模型以超渗产流和蓄满产流的混合产流模式计算地表产流量，以双层土壤蒸发模式和植物蒸散发机制计算蒸散发量，并在考虑大孔隙对土壤水运动影响的基础上，采用一维土壤水运动分层计算模型模拟土壤水运动。利用零通量面法确定非饱和土壤渗透系数、土壤水分率定模型其它参数。利用江苏徐州汉王水文试验站蒸渗仪实测资料对模型计算的入渗补给量进行了检验，结果表明，模型可以较好地模拟以土壤水运动为核心的水文过程及降雨入渗补给量。     

HEC-HMS及其在篓子沟流域的应用研究

HEC-HMS系统集大量降雨径流计算模型于一体,包括净雨计算模型、直接径流过程计算模型、基流计算模型和河道洪水演算模型.将其用于篓子沟流域进行了实例应用,根据自然分水线将流域划分成43个子流域.所用产汇流计算模型为:初损后损法模型、单位线、指教消退模型和Muskingum河道演算模型.根据对12场降雨径流过程的模拟可以看出,结果是比较理想的.