黄土高原小流域坝系规划评价方法——以王家沟流域坝系规划评价为例

黄土高原是我国水土流失最为严重的地区之一,同时也是黄河泥沙的主要来源。近几十年来,我国在坝地防洪保收技术、工程设计方面都取得了很大的成绩,对淤地坝建设工程起到了良好的指导作用。随着经济发展水平的不断提高,对坝系规划的合理评价也提出了更高的要求。该文对晋西乃至整个黄土高原小流域坝系提出了合理的规划与评价方法,为今后推动坝系的健康发展提供了重要的决策依据。      

基于突变分级模型的淤地坝坝系规划方案优选

淤地坝坝系规划方案优选需要考虑水沙控制能力、拦泥能力、淤地能力与投资效益等多方面的因素,是一个典型的复杂系统多准则决策问题,复杂系统多准则决策通常具有模糊性与不确定性.利用突变理论处理模糊与不确定问题的优势,提出了淤地坝坝系规划方案评价指标体系,建立了基于突变分级评价法的淤地坝坝系规划方案优选模型,给出了应用该模型的具体步骤.将该模型应用于偃师市浏涧河流域坝系方案优选中,对底层指标量纲一化处理并进行归一运算,利用归一公式的聚集机理对各指标的重要性进行量化,比较各方案的总突变隶属函数值,从而确定淤地坝坝系规划方案优选结果.结果表明:方案Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ总突变隶属函数值分别为0.959 2,0.918 1,0.948 4,方案Ⅰ最优,其评价结果与传统的人工对比分析方法评价结果一致,从而验证了突变分级评价模型用于淤地坝坝系规划方案优选的合理性和可行性.     

淤地坝在流域水土保持措施中的贡献研究

淤地坝既能拦截泥沙、保持水土、又能淤地造田、增产粮食,在黄土高原地区已经有上百年的历史。研究淤地坝在流域水土保持措施中的贡献,已成为泥沙研究和水土保持研究的一项重要课题。本次研究以黄土高原典型流域马家沟为例,分析淤地坝在水土保持措施中的的贡献,研究结果表明：1990~2007年年均减沙量最大的是淤地坝,其次是梯田,依次为林地和草地。坝地的减沙量贡献率在1990~2000年为41.51%,在2001~2007年平均达到了46.58%。     

推理公式法在无资料地区小流域河流划界中的应用——以敖家河小流域为例

无资料地区小流域河道管理范围划界工作是河湖划界的重要组成部分,但由于缺乏实测的水文资料,河道控制断面的设计洪水位无法由水位流量关系推求。探讨了推理公式法在无资料地区小流域河道管理范围划界中的应用,认为该方法可准确计算出各个断面设计洪峰流量,并结合实测断面资料,由洪峰流量计算设计洪水位。最后将此方法应用到敖家河小流域河道管理范围划界,计算所得的设计洪峰流量与洪水位成果合理,成功划定其河道管理范围。     

三峡库区腹地忠县小流域近52a泥沙输移比估算研究

为准确定量估算三峡库区腹地小流域近52 a泥沙输移比,为库区小流域水土保持效益评价提供科学依据,综合采用RUSLE模型、塘库淤积泥沙137Cs和210Pb定年技术分别对黄冲子和工农沟小流域1963—2014年不同时段的泥沙输移比进行了估算。结果表明:黄冲子和工农沟小流域近52 a平均土壤侵蚀量分别为119.72、86.86 t,变异系数分别为0.76、0.86;黄冲子和工农沟小流域塘库淤积泥沙的210PbexCRS模式(Constant rate of supply,CRS)的定年结果与137Cs时标基本一致,不同时段产沙量的变异系数分别为0.28、0.19;黄冲子和工农沟小流域1963—2014年的泥沙输移比均值都为0.25,不同时段泥沙输移比的变异系数分别为0.33、0.82,属于中等程度变异。本研究结果明确了泥沙输移比的估算不能割裂"时段性"这一学术认识,并为泥沙输移比的实际应用提供了借鉴。     

基于坝系水资源高效利用的宁南山区降雨径流响应研究

汇集于坝系中的降雨径流是宁南山区地表水资源的重要来源。随着区域水土保持工程措施的实施,宁南山区降雨径流发生了较大的变化。以好水川流域为例,在构建数字流域模型的基础上,运用CASC2D分布式水文模型模拟了流域降雨径流对典型水土保持措施的响应关系,为区域坝系水资源高效利用和水土资源规划管理提供依据。     

黄土丘陵沟壑区小流域治理对侵蚀产沙特征的影响

以黄土丘陵沟壑区第Ⅲ副区内治理小流域桥子东沟和未治理小流域桥子西沟为对象,分析降雨、径流、泥沙资料,研究水土保持综合治理对流域侵蚀产沙、水沙关系、次降雨泥沙输移过程的影响。结果表明：水土保持综合治理的桥子东沟的年降雨侵蚀产沙显著低于未治理的桥子西沟。水土保持综合治理降低了径流平均含沙量、输沙率,桥子东沟的径流平均含沙量、输沙率比桥子西沟分别减少40%、80%。水土保持综合治理改变了次降雨径流含沙量和输沙率动态过程。治理初期,桥子东沟的径流含沙量过程都明显高于桥子西沟,桥子东、西沟输沙率在不同时间段有高有低;治理后期,桥子东沟的径流含沙量、输沙率都显著低于桥子西沟。水土保持综合治理影响小流域次降雨水沙关系。     

城市化圩区排涝模数及其与主要影响因子间的关系研究

随着社会经济的快速发展,我国南方圩区城市化进程加快,圩区内下垫面条件和排涝特点发生改变,原有农业圩区排涝模数计算方法不再适用。以江苏南部青阳园区为例,详述了城市化圩区排涝模数计算的平均排除方法,同时利用多元回归分析法定量得出了排涝模数与调蓄库容、综合径流系数3者之间的多元回归方程,回归方程通过了显著性检验。研究成果可以为圩区水系规划与水资源开发利用提供决策依据,也可为沿江城市化圩区排涝水文计算分析提供参考。     

布置植物"柔性坝"河道冲淤计算及数值模拟

为了解决我国的河流泥沙灾害,尤其是新疆的防沙、治沙和水土流失问题,通过室内物理模型试验的初期成果,经过理论分析,在物理模型试验的基础上建立相应的数学模型,对沙棘植物"柔性坝"过流水动力学特性的几个方面进行了深入分析,并尝试推导了一些相应的公式.对植物坝前上游段推移质泥沙的输移特性进行了研究,在试验的基础上,运用一维水沙数学模型,进行了植物坝前壅水区内河床冲淤计算的数值模拟.结果表明,计算值与实测值吻合较好,具有一定的实用价值.利用沙棘植物"柔性坝"来治理泥沙、减少泥沙危害,是一种全新的泥沙治理理念.它将生物措施和流体力学原理相结合,并且充分利用了两者的优势.     

砒砂岩区水土流失治理措施调研

通过对砒砂岩区治理水土流失的生物措施及工程措施进行调研,本文对最适合砒砂岩区生长的油松、沙棘、柠条的特点进行了详细的调查分析,给出砒砂岩区植被建设的几点建议.提出了砒砂岩区综合治理的总体思路,并总结了不同类型砒砂岩区的措施空间配置模式.生物措施方面以沙棘作为砒砂岩区生物措施治理的突破口,在立地条件较好的地方栽种油松、柠条,在造林方式上宜采用混交造林;在工程措施方面要结合沙棘植物"柔性坝"技术,以大、中型拦泥库为骨架,以淤地坝为主体,建设支流坝系.实现淤粗排细,改善进入下游河道的水沙条件及泥沙组成.     

流域平均山坡长度的提取及其在SWAT模型中的应用

流域山坡长度是指流域内山坡的山顶和山脚之间沿最陡坡向的水平距离，流域平均山坡长度是整个流域内山坡长度的平均值，它们是描述流域地形地貌特征的基本地理参数，广泛应用在分布式水文模型和水土流失模型中。人工确定流域的山坡长度非常费时并会因不同用户的主观思维而不同，然而它的取值对于分布式水文模型能否准确地模拟流域的水文过程十分重要。探讨了两种从DEM模型中提取此参数的方法，并以宜昌黄柏河流域为例，就其在分布式水文模型SWAT中的应用及其敏感性进行了研究。     

基于数字高程模型的淤地坝地区河网提取方法

淤地坝作为黄土高原水土流失严重地区重要而独特的治沟工程，具有滞洪、拦淤、蓄水等作用，但在该地区利用数字高程模型(DEM)进行流域水系分析时，提取的河网会受淤地坝的干扰出现河网偏移、错位问题。本文提出一种通过对淤地坝进行检测并修正DEM的自动化方法来实现河网的有效提取。该方法先利用区域生长和形态学算法提取河道中心线，以缩小淤地坝检测范围，再基于改进的直线段检测(LSD)算法以及角度滤波确定淤地坝候选轮廓直线，然后构建十字模型定位淤地坝，最后对淤地坝所在栅格高程进行修正以提取河网。该方法在黄土高原两个典型样区中检测淤地坝的F1值分别为86.67%和86.95%,相比于仅使用填充、裂开的两种河网提取方法，本文方法能有效解决河网偏移问题。结果表明，本文方法提取的河网结果更符合真实地形，可为黄土高原淤地坝地区的流域数字地形分析技术提供有益补充与支持。     

岷江干旱河谷区不同土地利用方式下土壤抗冲性试验

采用野外实地放水冲刷的试验方法,对岷江上游干旱河谷区龙坝沟流域不同土地利用方式(灌木林地、荒草地、耕地和裸地)下土壤抗冲性进行测试研究,分析了土壤侵蚀产沙相关因素。结果表明:不同土地利用方式下土壤抗冲系数均随冲刷时间延长呈波状上升变化趋势;土壤的抗冲性从大到小依次为:荒草地、小麦耕地、灌木林地、玉米耕地、裸地;土壤抗冲系数与粉粒体积分数呈显著负相关(相关系数为-0.992,P<0.01),与砂粒体积分数呈显著正相关(相关系数为0.925,P<0.01)。     

华亭县土石山区水土流失控制技术与效益研究

华亭县土石山区属黄河流域多沙粗沙区,该区生态环境脆弱,水土流失严重,在该区开展小流域水土流失控制技术与效益研究,对促进黄土高原小流域生态建设有重要意义。该文采用统计分析的方法,通过对七条典型小流域的泥沙来源、土壤侵蚀量和治理措施分布的时空顺序的分析研究,得出在治理模式不同,在治理程度相近的情况下,其水保效益差异显著。建立良好的生态环境是经济社会发展的基础,水土保持是土石山区生态环境建设和新农村建设的基础。     

Spatial distribution of soil hydro-physical properties and morphometric analysis of a rainfed watershed as a tool for sustainable land use planning

In this study, high resolution (5.8 m) multi-spectral satellite data (IRS-P6, LISS IV) along with extensive ground information were used for sustainable land use planning of a rainfed watershed in eastern India (Bahasuni watershed, Dhenkanal, Orissa). Pedo-transfer functions were developed to predict soil water constants using easily measured parameters such as cation exchange capacity, organic carbon, oven-dry bulk density, soil texture, calcium carbonate etc. Different morphometric parameters like drainage density, stream frequency, form factor, circulatory ratio, elongation ratio, bifurcation ratio, relief ratio, relative relief, etc., were analyzed in relation to the development of water resources in the watershed. A circulatory ratio of 0.56 indicated that the shape of the basin was fairly elongated and suggested that the area was not prone to flood. The elongated shape, together with a moderate bifurcation ratio (3.01), indicates moderate flow, moderate runoff and moderate sediment yield. A low drainage density (2.7 km/km²) furthermore implies the presence of permeable strata with high groundwater prospects and supports the assumption of moderate runoff and sediment yield. After studying potentials and prospects of soil hydro-physical properties and morphometric parameters, a suggested land use alternative was implemented in representative, rainfed rice areas of the watershed and was found to be more productive and more profitable.     

Effects of snowmelt on phosphorus and sediment losses from agricultural watersheds in Eastern Canada

Snowmelt is the most important hydrological event in cold climates. However, snowmelt effects on suspended sediment (SS) and phosphorus (P) loss are poorly documented in Canada. Using two agricultural watersheds in Eastern Canada, this study aimed to quantify SS and P loss during the snowmelt period and to investigate how snowmelt contributes SS and P loss. Water samples were collected from the outlets of the Bras d’Henri watershed (BHW, 2007-2009) and Black Brook watershed (BBW, 2008-2009) and measured for SS and P concentrations. Hydrological parameters (precipitation, snow water equivalent, and runoff discharge), soil frozen status and soil temperature were also measured. Results revealed inter-annual variation of snowmelt conditions and SS and P losses in each watershed. The 2008 snowmelt in BHW and BBW mainly occurred on unfrozen soils, while the 2007 and 2009 snowmelts in BHW and 2009 snowmelt in BBW mainly on frozen soils. In BHW, 2008 snowmelt caused much higher median concentrations of SS, total P (TP), dissolved P (DP) and particulate P (PP) in stream water than 2007 and 2009; ratios of PP fractions in TP were variable with events but the median values were similar, suggesting both DP and PP important contrubutors to TP loss. In BBW, the median concentration of dissolved reactive phosphorus (DRP) in stream water was greater in 2008 snowmelt than in 2009 snowmelt; PP dominated TP loss. This study also suggests that soil state (i.e. frozen status) and rainfall were the most important factors influencing SS and P losses during snowmelt. Furthermore, snowmelt P export represented more than 20% of the total annual P export in BHW, and more than 12% of the annual DRP export in BBW. Thus, we strongly recommend adopting Best Management Practices (BMPs) that specifically target sediment and P loss during snowmelt.