喀斯特地区地表侵蚀产沙对前期有效降雨的响应

以关岭享乐小流域为研究区,利用分形分布理论计算流域前期有效降雨量,分析喀斯特地区地表侵蚀产沙的发生与前期有效降雨的关系。结果表明:喀斯特地区地表侵蚀产沙事件的累积频度和降雨量、产沙事件的累积降雨阈值和降雨时段之间均遵循分形分布的幂指数关系。利用分形分布理论结合喀斯特流域降雨、产沙情况可建立流域前期有效降雨模型,该模型计算出的流域产沙发生时的前期有效降雨量较传统模型更加符合实际。将日降雨量与有效前期降雨量结合可以确定喀斯特流域发生侵蚀性降雨产沙的降雨阈值,对喀斯特流域侵蚀产沙发生的预测具有重要意义。     

不同空间尺度次暴雨径流侵蚀功率与降雨侵蚀力的对比研究

【目的】提出径流侵蚀功率的概念,对比分析降雨侵蚀力和径流侵蚀功率在表征次暴雨水力侵蚀动力上的优劣。【方法】基于次暴雨洪水过程中径流深和洪峰流量模数2个重要的水文特征参数,提出了径流侵蚀功率的概念,并利用岔巴沟流域团山沟径流场和纸坊沟流域2个不同空间尺度实测降雨径流泥沙资料,对径流侵蚀功率和降雨侵蚀力表征次暴雨水力侵蚀动力的优劣进行了比较。【结果】径流侵蚀功率可以更好地表征坡面和流域尺度的次暴雨水力侵蚀动力,更能体现天然降雨和下垫面特性对次暴雨侵蚀产沙的综合影响。【结论】与通用的降雨侵蚀力相比,径流侵蚀功率更适宜用作坡面、流域尺度次暴雨侵蚀产沙模型的侵蚀动力因子。     

黄土高原典型流域次降雨径流侵蚀产沙规律研究

【目的】研究黄土高原地区小流域次降雨径流侵蚀产沙规律,建立适宜于该地区的侵蚀产沙预报模型。【方法】根据岔巴沟流域32年实测的水沙资料,采用径流侵蚀功率、地貌分形信息维数的计算模型及多元非线性回归方法,分析了黄土高原地区岔巴沟流域的次降雨径流侵蚀产沙规律。【结果】岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙模数Ms与径流侵蚀功率E、地貌形态分形信息维数Di有很好的相关性,模型具有较高的精度和一定的适用性。【结论】基于流域径流侵蚀功率与地貌形态分形信息维数的岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙预报模型,能够近似反映不同尺度流域次降雨径流侵蚀产沙特性及水沙传递的关系,为建立具有广泛适用性和较高预报精度的黄土高原流域次降雨径流侵蚀产沙预报模型提供了理论依据。     

间隔覆盖条件下坡面产流产沙状况的BP神经网络模拟

本文以塿土和黄绵土作为实验材料,尝试使用BP神经网络方法(Back-Propagation neural network)模拟人工降雨条件下,间隔覆盖坡面的产流产沙状况。通过设置不同坡度、降雨强度、面积比,获得各种因素不同水平组合下的实测数据;以实际降雨强度、坡度、面积比、径流起始时间和初始含水率5个因子为输入变量、坡面产流量和产沙量为输出变量,利用BP神经网络模型与多元线性回归模型对数据进行模拟分析,并检验其模拟效果。研究结果表明:训练样本集平均相对误差为18.23%,预测样本集平均相对误差为5.21%;与多元线性回归模型相比,BP神经网络模型拟合精度较高,拟合效果更理想,表现出更强的预测能力。另外,比较不同土质坡面产流量与产沙量模拟效果,塿土优于黄绵土。从本研究的结果看,BP神经网络模型应用于坡面产流产沙模拟预测,省时省力,方便快捷,具有一定的应用潜力,但其实际的模拟预测能力尚需进一步探索。     

柳河流域侵蚀产沙特性及成因分析

论述了柳河流域侵蚀产沙的过程,并对该流域的侵蚀产沙方式、侵蚀产沙的时空分布特征以及加剧侵蚀产沙的原因进行了分析。最后提出对该流域进行以生物措施为主、生物措施与工程措施相结合的治理方法。     

遥感蒸散发在无测站资料地区洪水模拟中的应用

利用遥感蒸散发资料和半分布式水文模型,解决传统集总式水文模型在大尺度流域无实测蒸散发资料和下垫面不均匀条件洪水模拟精度不高问题。以三江平原七星河流域为研究区域,利用集合卡尔曼滤波(EnKF)根据参证站(宝清站)实测蒸发数据对七星河流域遥感蒸散发数据作同化处理,将同化后遥感蒸散发数据输入半分布式水文模型中作洪水模拟。结果表明,遥感蒸散发数据可为无地面蒸发测站地区提供有效蒸散发数据,半分布式水文模型分析七星河流域下垫面不均匀特征,可满足洪水预报要求。     

不同分布式水文模型在钱塘江密赛流域的对比运用研究

为定量分析不同分布式水文模型在密赛流域的模拟精度,分别选用分布式水文模型SWAT模型和VIC模型,以钱塘江密赛流域为研究区域,基于密赛水文站1980—1989年水文数据,对比分析2种模型在密赛流域的径流模拟精度,研究结果表明:2种分布式水文模型都可用来模拟研究区的径流,径流模拟相对误差均小于10%,确定性系数达到0.7以上,但SWAT模型模拟精度优于VIC模型,SWAT模型模拟的径流相对误差均小于5%,确定性系数达到0.8以上,研究成果为密赛流域的分布式水文模拟提供参考。     

强烈侵蚀产沙区小流域土壤侵蚀强度的支持向量机预报模型研究

土壤侵蚀产沙是一个极其复杂的物理过程,其物理机理十分复杂,往往难以用数学方式来描述.该文针对区域土壤侵蚀机理不甚清晰、基础资料收集困难等问题,探索性地在小流域土壤侵蚀预报中引入支持向量机理论与方法,并以皇甫川强烈侵蚀区小流域为例构建小流域土壤侵蚀模数预报的支持向量机预报模型.研究表明,该方法的模拟和预测精度都明显高于最小二乘法;支持向量机预报模型依据多年的反映区域侵蚀产沙演进规律的侵蚀产沙监测资料,建立小流域土壤侵蚀模数的支持向量机预报模型,是对流域侵蚀产沙复杂运行机制的综合体现.      

人类活动和气候变化对北洛河径流变化的影响

【目的】研究气候变化和人类活动对北洛河径流变化的贡献,分析径流变化的主要驱动因子,为北洛河流域水资源的合理利用提供决策依据。【方法】以北洛河流域1956-2011年共56年的降水量以及实测、还原径流深序列为研究对象,采用Mann-Kendall法、径流系数法、降水-径流双累积曲线法进行变异点诊断,量化分析气候变化、下垫面变化和其他人类活动对径流变异的贡献率。【结果】北洛河流域1956-2011年降水量变化不明显,但还原径流深呈现出不显著增加趋势,变异点出现在1964和2001年。以变异点为分界点,将第一阶段(1956-1963年)作为下垫面Ⅰ,第二阶段(1964-2000年)作为下垫面Ⅱ建立降水-径流关系式,模拟在下垫面Ⅰ和下垫面Ⅱ情景下第三阶段(2001-2011年)的径流序列,模拟结果显示,建立的降水-径流关系式能够很好地反映不同下垫面径流的变化情况。下垫面Ⅱ与下垫面Ⅰ情况下模拟径流的变化量为-7.00mm,表明径流下垫面Ⅱ情况下的产流比下垫面Ⅰ大。定量分析下垫面变化、其他人类活动和气候变化对径流变异的贡献,发现气候变化的贡献率为40%;人类活动为主要影响因素,总贡献率为60%,其中下垫面变化的影响占19%,其他人类活动的影响占41%。【结论】人类活动是北洛河流域径流变异的关键驱动因子,下垫面变化的影响也不可忽视。     

SWAT模型灵敏度分析模块在黄土高原典型流域的应用

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.SWAT2003以SWAT2000为基础,增加了灵敏度分析、自动校准和不确定分析3个全新模块.该文主要介绍SWAT2003模型灵敏度分析模块的原理,并在罗玉沟流域应用与验证.通过灵敏度分析,辨析出影响该流域产流产沙模拟结果精度的主要参数因子:径流曲线数(CN2)和土壤可利用水量(SOL-AWC)对罗玉沟流域模拟产流产沙值的影响最为显著,且对产沙值的影响大于对径流值的影响;而基流α系数(ALPHA-BF)、土壤蒸发补偿系数(ESCO)、坡度因子(SLOPE)和坡长因子(SLSUBBSN)对模拟产沙值的影响也十分显著,但对径流值的影响并不明显.依据上述结论调整参数值,采用连续15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%,相关系数R2和Nash-Suttcliffe系数Ens均高于0.8,SWAT2003模型对罗玉沟流域产流的模拟结果良好.因此,灵敏度分析模块的应用极大地提高了模型在黄土丘陵沟壑区的可用性,具有一定的推广意义.     

小流域坡面产流汇流模拟研究

根据山区流域雨水坡面产流、汇流及侵蚀特点,采用单元子流域的概化方法,把小流域概化为若干子流域,考虑流域降雨及下垫面条件的空间变化,建立了流域坡面产流、汇流模型,并得到了不同降雨历时的坡面流运动波模型的近似解。通过对坡面产流方式的分析,得到了坡面水力侵蚀区以“蓄满产流”为主,而重力侵蚀区以“超渗产流”为主的重要结论,对扩展山区小流域雨水集流利用具有重要意义。     

吉林省西部超渗产流区设计洪水的探讨

长期以来,由于吉林省西部地处松嫩平原,地域广阔平坦,沟河稀少,流域分水岭不明显,形成完整闭合流域较少;降水稀少,产流机制复杂,汇流条件差,形成洪水过程场次不多;下垫面以耕地、草场、泡塘为主,不利于径流汇集,等等。基于以上因素,吉林省西部能够监测到的闭合流域降水径流资料十分有限,给该区域设计洪水带来一定困难,如何创建一套符合该区域雨洪特点设计洪水方法是大家一直在研究和探讨的课题。本文利用吉林省西部闭合小流域降水径流实测系列资料,通过研究场次洪水的雨洪历时规律和洪水过程特点,提出了采用矩形法进行洪水设计这一方法。该方法有效地解决了吉林省西部超渗产流区小流域设计洪水难这一问题,同时为研究该区域降水径流关系、产水量计算等提供借鉴和参考作用。     

基于InVEST模型的黑水河流域土壤侵蚀评估及威胁分析

[目的]本文研究了黑水河流域土壤侵蚀量时空分布特征,揭示不同土地利用类型遭受土壤侵蚀的潜在因素.[方法]运用INVEST模型对黑水河流域土壤侵蚀状况进行模拟,在此基础上对流域土壤侵蚀因素进行权重分析.[结果]①黑水河流域轻度侵蚀占47.7％,中度侵蚀占22.3％,强烈侵蚀占15.5％,极强烈侵蚀占9.7％.②采石挖沙、...     

姚江流域现代特大洪水沉积物粒度及磁性参数特征

2013年10月受"菲特"台风的影响,浙江余姚境内的姚江流域发生了特大洪水。通过系统采集不同河段高、低河漫滩及泛滥平原的沉积物样品,开展粒度分析和磁性测量,探讨了该地区特大洪水事件在沉积物粒度及磁性参数方面的表征特征。研究表明,沉积物粒度组成以粉沙为主(平均58.72%),黏土次之(23.27%),沙最少(18.01%),主体成分为黏土-沙质粉沙;从低河漫滩、高河漫滩到泛滥平原,沉积物粒度具有变细趋势,但差别不大;频率曲线表现为较宽的单峰,略显正偏;概率累积曲线较为平缓且均为两段式。入城段与城区干流段沉积物中磁性参数χ、SIRM呈现高度的相关性,表明磁性矿物主要由亚铁磁性矿物组成,较高的χ_(ARM)表明沉积物中含有较多的稳定单畴亚铁磁性矿物。区域横向对比结果表明,余姚洪水沉积物在粒度结构上可与同时期形成的嘉兴地区的洪水沉积物作比较,也与良渚古城附近、杭州平原广泛发育的"黄粉土"相近,而与杭州湾高潮滩沉积物明显不同。     

水文过程模拟与土壤水分动态变化试验——以徐州市南部郊区为例

通过流域水文循环实验模拟,观测小区域降水量、径流量等水文要素,同时获得不同土壤质地水分特征参数及土壤物理参数,概化小区域产汇流过程,建立小尺度水文循环模型,进行小区域降水径流模拟,并探究土壤水分的资源属性。以不同条件下的土壤水动态分布情况为主题,以小区域为对象,通过流域降水——地表水——土壤水——地下水转换的水循环机理研究,建立小区域的水循环模型,研究不同下垫面条件下土壤水分动态变化机理,为缺水地区的水资源总量评价和高效利用提供理论基础和科学依据。     

黔北浒洋水侵蚀性次降雨对地表径流产沙的影响

为研究黔北小流域侵蚀性降雨与产沙的关系, 以遵义浒洋水水土保持监测站2009—2012年降雨实测资料为基础, 在4个径流小区各28场降雨的降雨量、降雨强度、最大30 min雨强、降雨侵蚀模数等数据统计的基础上, 采用次降雨侵蚀力、覆盖度的回归模型及多元非线性回归方法, 分析浒洋水小流域的次降雨径流侵蚀产沙规律。结果表明:流域内5-7月份总径流量、总产沙量分别占全年总量的64.05%和62.62%。当次降雨侵蚀力 < 20, 降雨侵蚀模数与降雨侵蚀力呈幂函数正相关关系, 降雨侵蚀模数与覆盖度呈二次函数负相关关系; 当降雨侵蚀力>20, 降雨侵蚀模数与降雨侵蚀力呈一次函数正相关关系, 降雨侵蚀模数与覆盖度呈幂函数负相关关系。通过二元非线性回归, 建立并验证次降雨侵蚀力、覆盖度与降雨侵蚀模数之间的适用公式。     

天山北坡河流的数学地貌特征及河流产沙分析初探

本文应用数学地貌方法对天山北坡五条河流建立了流域地貌数学模型。通过区域地质地貌及河流水文资料的分析,确立了它们之间的内在联系,并对人们关心的河流产沙问题进行分析。本方法对于干旱内陆区地形变化大,岩性复杂的天山地区是适用的。河流的产沙与河流流域地貌数学特征及发育阶段相对应,又与地层岩性、降水量、植被等有关。穿过有大面积中生界和第三系地层出露地区的河流,其含沙量高,侵蚀模数大。另外在新构造运动强烈地区的流域地貌数学特征值:河流比降,地形高程曲线积分值大,河流侵蚀搬运力强。     

基于分形理论的坡面土壤侵蚀过程的情景模拟

针对现有的坡面侵蚀预报模型在提取地形地貌特征因子中的局限性,选取坡面在次降雨条件下随时间变化的过程,可视化的模拟了坡面的原始地貌.以计算机图形学的分形布朗运动为理论,采用随机中点位移法构造坡面地形,并在此基础上以黄土丘陵沟壑区坡面水分入渗和产流产沙的模型和试验结论为依据,提出了模拟坡面侵蚀过程的三层映射法:将土壤、降雨、植被的属性映射到坡面地形的三维空间,形成土壤层、水流层、植被层,通过图形处理的空闲回调渲染水沙运移路径随降雨过程及不同植被覆盖下的变化场景.结果表明,该方法能以分形维数真实的刻画坡面的地貌形态,以图形学和可视化技术验证侵蚀模型的正确性,在降雨-径流-产沙的研究中能够将科学计算与情景模拟有机的结合.     

WEPP模型在北京山区的适用性评价

土壤侵蚀是目前全球面临的环境问题之一。如何防治及准确预测水土流失已成为研究土壤侵蚀面临的巨大挑战。基于降雨事件及水文过程,WEPP模型的产生为土壤流失预测及评估提供了重要支撑。基于2001—2006年北京延庆径流小区的次降雨及25场次野外径流小区监测数据,对WEPP模型的参数进行了率定与验证,评价了该模型在北京土石山区的适用性,对北京土石山区土壤侵蚀及其预报具有重要意义。在北京山区褐土表土(0~10 cm)条件下,通过计算实测值和模拟值的最小累积误差法率定模型土壤参数,同时采用Nash-Sutcliffe效率系数(E)和决定系数(R2)对模型有效性进行验证。结果表明,当模型有效水力传导系数、临界剪切力和细沟土壤可蚀性分别为1.400 mm/h、1.000 Pa和0.010 s/m时,模型模拟效果最佳,且径流量的模拟效果(E=0.730)优于侵蚀量的模拟效果(E=0.670)。相关系数和通径系数显示,关于降雨参数对径流量和侵蚀量的影响,最大30 min雨强(I30)与其呈极显著相关,对其直接影响最大;其次是降雨量;而降雨历时与径流量和侵蚀量没有关系,对其直接影响最小。      

分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用

分布式水文模型建立在物理机理的基础上,能够较好地反映流域下垫面条件的影响,能模拟计算降雨产汇流的过程,分析时空分布特性,是目前水文科学研究中的一个重要发展方向。流域水文模拟从模拟的侧重点上可以划分为降雨径流模拟、地下水模拟、流域水循环综合模拟。从流域水资源管理的角度出发,分别介绍上述模型的总体结构、特点及适用领域等。