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。     

沙丘前沿区降雨径流关系特性分析

沙丘前沿区因其特定的下垫面和水文气象条件,降雨径流关系表现出一定的特殊性。通过对历史水文资料和水文试验数据研究,初步分析了沙丘前沿区产流汇流特性,并利用新安江模型进行次降雨径流模拟,验证了特性分析结论。沙丘前沿区在产流上表现为局部地表径流、全面稳定地下径流的特殊的蓄满产流形式;地下水是汇流过程的主水源,地下含水层调节作用明显,洪水过程拖长,地表径流形成洪峰,地表产流面积比重小且不固定,汇流时间短,峰现时间相对提前但峰值小。     

不同下垫面红壤坡面产流的特征与过程模拟

针对不同下垫面红壤坡面的产流特征及定量模拟问题,以江西省德安县水土保持科技园内的野外径流小区2016-2017年历次降雨径流观测试验为基础,对比分析了三种下垫面（裸地、百喜草植草覆盖、干草敷盖）条件下红壤坡面的产流特征;基于运动波理论和Green-Ampt入渗模型构建了红壤坡面产流数值模型,采用Preissmann差分法数值离散,通过试验数据进行率定验证;利用模型模拟不同下垫面状况、雨强下的坡面产流入渗过程。结果表明：(1)与裸地相比,干草敷盖、植草覆盖在不同降雨下均有显著的减流作用,平均减流率各为82.5%、87.9%;(2)利用实测数据验证本文模型,不同下垫面小区产流量模拟值与实测值的相对误差均在±10%以内,说明模型能反映不同降雨条件下不同下垫面红壤坡面的产流规律;(3)数值试验结果表明地表覆盖可增大入渗,延迟坡面产流,延迟效果随雨强增大而减弱;土壤初渗速率与雨强成正比,稳渗速率受雨强影响较小;雨强愈大,产流愈快进入相对稳定阶段,且稳定阶段的单宽流量愈大。研究可为红壤坡地水土流失定量评估和治理提供理论依据。     

绿色屋顶降雨径流过程模拟方法研究与应用

绿色屋顶是城市绿色基础设施的重要组成部分.绿色屋顶雨水截留能力是能够延缓产流时间、削减径流总量的关键,基质层土壤渗透特性则对降雨径流过程的削减具有重要的影响.针对绿色屋顶非降雨期间雨水截留能力变化规律以及降雨产(径)流特点,分别根据土壤水蒸发理论及饱和下渗理论,推导建立了用于描述绿色屋顶非降雨期间雨水截留能力变化过程的...     

城市沥青道路路面产流规律分析研究

在降雨时进行的现场实测中,采用虹吸式自记雨量计记录次降雨的降雨开始时间及停止时间、次降雨各时段的降雨量并由此计算出累计降雨量,由试验者目测产流开始时间及停止时间,用体积法实测降雨过程中各时段产流量并结合降雨量观测数据推算出产流过程损失量,结合上述数据进行分析计算城市沥青道路路面降雨量与产流量的关系、产流时间与产流前平均雨强的关系,初步得出了沥青道路路面的产流规律.针对在降雨过程中降雨损失强度变化的这一特点采用了极值法来计算径流系数ψ,对影响道路产流的因素进行了初步分析总结.     

不同土地利用/覆被类型情景下清漳河流域的水文响应

清漳河流域属于水资源短缺的山区流域,为提供流域内合理土地利用优化方案和水资源调控理论依据。故以清漳河流域为研究区域构建基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型,评价流域土地利用/覆被变化的水文响应。SWAT模型在清漳河流域具有良好的适用性,模型可以较好的模拟流域内的地表径流过程;在不同土地利用/覆被类型配置情境下,探讨地表径流及其CN值变化,分析出单一土地利用类型的产流能力,结果耕地草地林地;受近年城镇化的发展和退耕还林还草的政策影响,相对1980年土地利用/覆被情景,退耕还林情景的综合产流能力减小,城镇化情景的综合产流能力增加。     

旱涝急转条件下红壤坡地径流养分流失特征研究

为了研究旱涝急转条件下红壤坡地地表径流、壤中流及其养分流失规律,通过径流小区试验,分析对比在旱涝急转条件下,裸露(CK)、百喜草全园敷盖(T1)和百喜草全园覆盖(T2)措施下红壤坡地地表径流和壤中流产流及总氮、总磷流失特征。结果表明,旱涝急转条件下,地表径流产流过程随着雨强的变化而变化,壤中流产流开始后径流过程与地表径流相似;地表径流和30cm壤中流养分流失呈现先增大后减小最终趋于稳定的趋势,60cm壤中流和105cm壤中流养分质量浓度相对稳定;T2处理对于减少径流养分流失的效果最好,地表径流和壤中流径流量分别为CK的32.89%和45.05%,径流中养分质量浓度也明显降低。     

平原河网区产流实用模型研究

平原河网地区河道干支流概念模糊,水文关系复杂,水流流向随机,目前仍没有成熟的产流计算方法和模型。针对浙江省东部沿海平原河网地区的水文特征,按照不同的下垫面分别采用不同的产流计算方法,以蓄满产流理论和作物灌溉制度为基础,建立适用于该地区的平原河网产流模型。该模型不仅可以估算平原河网地区水资源量,满足水资源评价的需要,更重要的是嵌入了灌区灌溉过程模拟子模型,能同时反映平原逐日产流过程和灌区逐日灌溉用水过程,从而为精确模拟流域或区域水资源的配置过程并与实时调度实现无缝连接奠定基础。     

免耕覆盖条件下田间土壤水分入渗的二维数值模拟研究

根据土壤水动力学基本原理,建立了秸秆覆盖条件下夏玉米SPAC系统中二维土壤水分入渗模型,应用该模型采用ADI法对辽宁地区秸秆覆盖条件下玉米田间土壤水分入渗过程进行模拟计算。模拟结果再现田间土壤水分入渗过程,同时显示产流与未产流情况试验数据与模拟值均有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内,所构建模型可用于覆盖条件下土壤水分运动规律的研究。     

沿海滩涂地区不同措施坡面产流特性研究

我国沿海地区海涂资源丰富,但由于沿海降雨较多且海涂坡面土质松散,坡面极易产生降雨径流侵蚀,这导致海涂沟渠等工程坡面水土流失严重、淋洗困难。通过室内模拟降雨试验,研究在不同雨强下不同措施坡面的产流特性。结果表明：(1)不同措施坡面的初始产流时间均与降雨强度显著负相关,在50 mm/h雨强下,延缓坡面产流的效果依次为淋洗坑>淋洗沟>耐盐草被覆盖,在100、150 mm/h雨强下,延缓坡面产流的效果依次为淋洗沟>淋洗坑>耐盐草被覆盖。(2)不同措施坡面的产流过程具有同步性,在未发生坍塌时产流强度随细沟的发育而增加,待细沟发育成熟后产流趋于稳定,当坡面发生坍塌时产流强度短时间内激增后回落。试验对比发现,耐盐草被覆盖可以明显改善海涂坡面的稳定性。     

基于SWAT模型的开都河上游未来土地利用变化对径流的影响

【目的】揭示土地利用变化下的流域径流变化。【方法】以开都河上游区域为研究对象,利用分布式水文模型SWAT,采用元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov)预测法、当地土地利用规划要求和极端土地利用情景法共设置了4种2025年土地利用情景,包括自然发展情景、规划发展情景、极端草地情景、极端林地情景。【结果】①构建的SWAT模型在率定期(R2=0.74,NSE=0.73)与验证期(R2=0.58,NSE=0.57)的模拟结果可以接受。②采用CA-Markov模型模拟的2010年土地利用类型图Kappa系数为0.83,可用于预测2025年土地利用类型。1980—2010年土地利用类型变化主要表现为草地转换为水体和未利用地,其转换面积分别为106.09 km2和0.5 km2。③相较于基准年2010年,各土地利用情景下的年均径流量均减少,自然发展情景减少最快,极端草地情景减少最慢;从丰水期与枯水期来看,2种时期下各情景月均径流变化完全相反;从其季节分配来看,各土地利用类型在夏季对径流变化影响最大,冬季影响较小。【结论】该地区草地是影响径流最主要的调控因子,原有草地的减少会引起夏季径流较大幅度减少,对于未利用地,可考虑开发为草地。     

漳河灌区新埠河流域水文特性变化趋势研究

为了了解流域的水文特性变化与土地利用的变化的关系,对湖北省漳河灌区新埠河流域1966-2010年的水文特性变化趋势进行研究。根据该流域实测雨洪资料,采用SCS模型方法分析流域不同时期的径流量和洪峰流量变化规律。结果表明,从1966年至2010年间,相同频率（枯水年80%）径流量由209.2mm减少为174.5mmm,相同前期土壤湿润情况下,洪峰流量（频率5%）由第一阶段1175.4 m3/s减少为第三阶段1073.1 m3/s,但第四阶段较第三阶段增加了46.9 m3/s。这说明土地利用的变化对流域水文特性具有一定的影响。     

Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds

Runoff, soil loss, sediment concentration, and particle size distribution of sediment eroded by runoff events were measured between 1976 and 2000 from 5 small agricultural watersheds on Vertisols at ICRISAT Center, Patancheru, India. The effects of storm size and land management system on total soil loss and size distribution of sediment during runoff are discussed. At the beginning of runoff events, the clay content of the eroded material was greater than that of the top soil but as the process of runoff continued, the clay content of the sediment tended to decrease. Generally smaller storms produced eroded material with higher clay content than did the bigger storms. Large differences in particle size distribution between the land management treatments were observed for small and medium runoff events, however, these differences were small during big runoff events. The particle size distributions of sediments eroded by big storms were comparable to the size distribution of cultivated top soil of the watersheds. The peak sediment concentration for most of the storms, generally preceded or occurred simultaneously with peak runoff rates. At about the peak runoff rate of most runoff events, the texture of the eroded soil was similar to the cultivated top soil of the watershed. Land management systems not only had significant effect on runoff and soil loss but also on the particle size distribution of eroded materials.     

径流计算方法及西南岩溶地区径流计算研究

由于地形、地貌、地质、土壤、植被和气候条件的不同,岩溶地区和非岩溶地区在降雨-径流计算方面存在一定的差异。在岩溶地区,径流不仅受降雨量、降雨强度和下渗能力的影响,还受下垫面及岩溶发育的影响。介绍了流域产流机理、非岩溶区径流的计算方法,重点分析了西南岩溶地区水文特性和岩溶地区径流的计算方法。     

聚丙烯酰胺(PAM)对不同土壤坡地水分养分迁移过程的影响

采用室内人工降雨模拟试验,分析了小降雨强度下聚丙烯酰胺(PAM)对塿土和砂黄土坡面土壤水分养分迁移过程的影响。试验结果表明,与对照相比较,PAM处理降低坡地入渗速率,增大了地表径流量,砂黄土表现更显著,其径流系数提高了约113%;PAM对土壤硝态氮流失过程影响甚微,但对径流磷和钾的流失特征影响显著;施加PAM分别增加塿土坡地径流磷和径流钾流失量近55%和100%,分别提高了砂黄土坡地径流磷和径流钾流失量1.4倍和4.8倍。因此,水蚀环境不严重的黄土坡地,采用地表施加PAM方式来降低土壤养分流失的途径是不适宜的。     

Water balance and water use efficiency of different land uses in western Himalayan valley region

Various land uses, including sole plantations of leucaena and eucalyptus, maize–wheat, chrysopogon grass or turmeric and their tree crop mixtures were compared for period of nine years in two sequences for runoff, water use and water use efficiency on nine large erosion plots on 4% slope. Availability of water during summers and climatic evaporative (EP) demand during winters appear to be the governing factors for seasonal water use. About 70% of annual water consumption occurs during the four months (July to October) of rainy season. During this season water use was about 3–4 times to EP for trees and grass and 2.5 times for maize. The water use equals EP regardless the land use during winter season, while it reduced to about one-third to half of EP in the summer season. Annual water use is found to be closely linked with runoff reduction efficiency of the land use. Sole plantations of leucaena and eucalyptus showed negligible runoff losses and their water use approximated annual rainfall. Agroforestry land uses also reduced runoff and increased water use and water use efficiency. Seasonal crops exploited 1.5 m depth of profile more exhaustively than trees, whereas trees used soil water down to 3.0 m depth. Therefore, in tree crop mixtures more efficient soil water use was observed as compared to monocropping systems. Results of this study indicate that water conserved under sole tree plantations and due to tree intervention in agroforestry land uses through runoff reduction, is utilised to meet increased evapotranspiration demand, and hence ground water recharge in appreciable quantities is unlikely.     

黄土高原中部典型流域植被恢复对径流的影响

针对黄土高原植被恢复后水文要素变化和水文要素之间关系不明确的问题,以黄土高原中部半湿润型气候的延河流域为研究对象,利用通用陆面模型CLM5.0,模拟1980—2018年土地覆盖变化对流域关键水文要素和水文要素之间关系的影响。结果表明：延河流域耕地面积从1980年的3277km2减少到2018年的2400km2,减少了26.76%,而林地和草地面积分别增加了244km2和528km2。土地覆盖变化导致延河流域年径流量和年径流系数明显减小,减幅分别为12.34%和11.46%。土地覆盖变化导致延河流域多年平均月径流量和多年平均月径流系数明显减小,其对丰水季径流量影响较小,对枯水季径流量影响较大,并使年内径流分配趋于集中化。本研究可为黄土高原水资源开发利用及科学管理提供参考。     

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。     

气候与土地覆被变化下的水文响应模拟——以太行山八一水库流域为例

太行山区是华北平原的重要水源地,但近年来山区来水的逐渐减少已成为该地区水资源缺乏的重要原因之一。利用分布式水文模型SWAT,根据野外实际调查及室内实验获得了模型所需的水文地质参数,通过模型校准和验证,建立了太行山八一水库流域的水文模型,Nash-Sutteclife模型效率系数等评价结果显示,SWAT模型在该流域具有很好的适用性。结合该区历史气候与土地覆被变化趋势,分别假定了25种气候情景和4种土地覆被情景,模拟结果表明,气温降低和降水增加的情景下,流域的径流量明显增加,并且随着土地覆被的好转,径流量逐渐减少,蒸发量增加。从水文角度探查了太行山区径流变化的原因。     

基于SWAT模型的金华江上游土地利用变化对径流影响的研究

流域内土地利用变化对水文循环有着重要影响.本文通过在金华江上游建立SWAT模型,模拟了不同土地利用情景下流域径流的变化特点,结果表明:SWAT模型模拟精度高,其中验证期Ens=0.85,R2=0.85,Re=0.07,可以模拟及分析流域水文对土地利用变化的响应;在该流域内,林地有减少径流量的作用而草地和耕地相反;保护耕地使流域内农业产量增加但也使径流量增加,且增加量集中在雨季.