用人工模拟降雨研究保护性耕作下的地表径流与水分入渗

采用人工模拟降雨试验研究了保护性耕作控制农田地表径流的效果,重点探讨了表土耕作、秸秆覆盖及土壤压实３种因素对地表径流和水分入渗的影响。试验表明,保护性耕作具有明显的处缓径流,增加水分入渗的效果。在土壤干燥,模拟降雨强度为７２ｍｍ／ｈ的条件下,传统翻耕比保护性耕作早１２－１６ｍｉｎ产生径流,入渗率降低６０．９％,总径流量高１１倍。３种试验因素中,秸秆覆盖对径流和入渗的影响最大,压实次之。在本试验中,     

模拟降雨条件下农田径流中氮的流失过程

在室内降雨模拟试验条件下，研究暴雨径流中农田氮素养分流失及施肥处理的影响。结果表明，农田暴雨径流氮养分的流失量与累积径流量成正相关；施用NH4HCO3显著地增大了农田径流中溶解态氮浓度及流失量（P＝0．01），而对颗粒态氮浓度及流失量没有显著影响（P＝0．1）在大暴雨和裸露地试验条件下，颗粒态氮是农田暴雨径流氮养分流失的主要形态；在44min降雨径流中，以颗粒态流失的氮达476．3－488．7mg/m^2；侵蚀泥沙有富集氮养分的特点，其富集系数与侵蚀泥沙累积量存在对数线性关系；LOG（ER）＝0．770－0．300LOG（SED）；减少地表径流和土壤侵蚀，降低表土中速效氮养分含量是减少农田地表径流氮流失的关键。     

降雨-径流条件下土壤溶质迁移过程模拟

通过雨滴的打击加速土壤表面溶质迁移至地表径流过程。通过设计3种水文条件即控制排水状态（-5 cm）、土壤水分饱和状态和土壤渗流状态（5 cm）,采用人工模拟3种降雨强度（30、60和90 mm/h）,及同时外加模拟相对于降雨量的0、2、4和10倍径流量,研究土壤溶质迁移到地表径流过程中扩散过程的规律。试验结果表明降雨强度、或地表径流总量、或地表水位线的增加,均加速土壤溶质的扩散过程。渗流作用下,对流-扩散作用存在着一种交互作用,能加速分子扩散过程。土壤溶质迁移过程同降雨强度、地表径流量和地下水位高低有着重要关系。     

三峡库区张家冲小流域降雨-径流模拟

以三峡库区的张家冲小流域为例,对降雨—径流过程进行模拟,以期为库区小流域水土流失和非点源污染过程研究提供借鉴,并为控制三峡库区的水土流失和非点源污染,保障库区的水资源安全,缓解日趋严重的环境压力提供科学支撑。首先以研究区的水文、气温观测资料以及数字高程模型为基础,利用半分布式水文模型TOPMODEL模型对日径流进行模拟,选用Nash—Sutcliffe效率系数、均方根误差RMSE以及相关系数r作为目标函数。模拟结果表明,研究区径流的模拟值与实测值变化趋势较为一致;丰水期的模拟精度和拟合效果都优于枯水期,且差异较大;依据《水文情报预报规范》SL250—2000,确定该区丰水期的模拟精度为丙级,枯水期在丙级以下。研究发现,TOPMODEL比较适用研究区丰水期的日径流模拟,不适用于枯水期的日径流模拟。     

面向地表过程模拟的降雨径流模型开发与应用

降雨径流是流域地表过程的主要驱动力,是众多地表模型的基础。该文在充分考虑流域气象及下垫面等要素空间异质性的基础上,提出了一个面向地表过程模拟的、基于DEM的分布式次降雨径流模型。模型将流域离散为栅格计算单元,并按水流特性将栅格划分为坡面单元和河网单元;模型考虑了降雨、植被截流和入渗等产流过程,利用运动波分级汇流的方式进行汇流演算。模型在江西躁口水流域进行了检验和应用。结果表明：该模型模拟的流量过程精度较高;模拟的径流深度及径流搬运力的空间分布符合水文规律。模型结构简洁、参数较少,具有较好的实用价值;为土壤侵蚀及非点源污染等以流路为基础的复杂地表过程研究奠定了基础。     

基于SWMM不同气候区城市绿色屋顶径流调控效益研究

对比研究不同气候区城市绿色屋顶径流调控效益,可为不同气候区城市绿色屋顶水文设计和评估提供科学参考。基于北京市试验绿色屋顶2019年降雨-径流过程监测数据率定并检验SWMM,采用该模型模拟分析不同气候区城市(北京、上海、广州)绿色屋顶径流调控效益变化特征。结果表明：(1)种植佛甲草(Sedum lineare)的轻质基绿色屋顶具有较强的径流调控功能,监测期平均径流和峰值流量削减率分别为73.22%,77.63%。(2) SWMM可较精确地模拟绿色屋顶径流量和峰值流量,率定期平均Nse和R²分别为0.64,0.73,检验期平均Nse和R²分别为0.66,0.64。(3)在不同设计暴雨重现期下,三个城市的绿色屋顶径流削减率不同,但均随重现期的增大呈指数衰减趋势。(4)三个城市绿色屋顶径流削减率和峰值流量削减率均随基质层厚度的增加而上升,但达到某一厚度后径流调控效益不再增加,其中北京和上海的临界基质厚度为500 mm,广州为800 mm。综上,气候条件和基质厚度是影响绿色屋顶径流调控效益的主要因素,故在不同气候区城市布设绿色屋顶需综合考虑各因素,以达...     

降雨及坡面径流模拟试验相似准则

目前降雨径流模拟采用佛汝德准则,模拟结果与实际相差较大。该文采用理论分析方法,通过对降雨径流过程中各作用力大小的比较,确定降雨径流试验相似准则。根据薄层均匀流流速分布,确定了流域侵蚀产沙悬移相似条件。确定出降雨过程中雨滴直径小于1.0mm,主导准则为雷诺相似准则,雨滴直径大于1.0mm,不存在相似准则。考虑正常雨滴直径变幅为0.1～3.5mm,降雨相似可由坡面径流相似主导准则韦伯相似准则确定,几何比尺宜大于10。根据试验资料,验证了相似准则的合理性和精度。该研究可为降雨及坡面径流模拟试验设计提供参考。     

通过模拟降雨测定径流中溶解磷的浓度

在两种土上采取几种耕作措施进行玉米~大豆轮作,通过模拟降雨来测定径流中的溶解磷浓度;免耕措施的径流中可溶性磷的平均浓度明显大于其它耕作措施。这一结果与其它文献报告的结论相同,即:径流中溶解磷浓度会由于采取水保耕作措施而减少。     

林区的模拟降雨试验研究

论述的内容分两部分,一是野外人工模拟降雨的试验方法,对侧喷式降雨装置的安装参数,主要的降雨特性以及试验小区的布设与设备进行了介绍。二是对林地与开垦裸露地的降雨试验结果分析,认为,林地具有截流、拦蓄的功效,可以改善降雨径流入渗条件。在不同处理的情况下,林地与新开垦地、撂荒地相比,其效益,可减少径流90%以上,可减少泥沙99%以上。     

黄土区野外模拟降雨条件下坡面径流—产沙试验研究

降雨及径流所引起的水力侵蚀产沙问题,是当今世界上最大的环境问题之一。通过野外模拟降雨试验,研究不同雨强下不同下垫面降雨侵蚀产流、产沙、入渗等的相关规律。研究结果表明:雨强90mm/h时,原生地径流量最大,达到28.4L/min,林草地径流量最小,在4.1～7.6L/min之间波动,雨强120mm/h时规律保持一致,原生地达到36.05L/min,林草地为6.85～10.88L/min;产沙量规律为荒地最大,林草地最小,荒地在两种雨强下产沙量分别为45.77～252.94g和52.76～162.48g,林草地分别为2.82～6.99g和7.33～40.24g;入渗规律为林草地最大,原生地最小,其中小雨强时林草地入渗率为1.18mm/min左右,原生地为0.09mm/min左右,大雨强时林草地为1.42mm/min左右,原生地为0.12mm/min左右。这些规律之间均有很好的相关性,产沙量与径流量大时其入渗率就小。说明地表有植被覆盖时可以增大入渗率,减小径流,产沙量。雨强不同时其规律保持一致。该研究对于深入理解流域产流产沙过程具有十分重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持,也可为今后水土保持与生态建设提供重要科学依据。     

超纤渗灌对绿色屋顶土壤水分和蒸散发的影响

为研究超纤渗灌对绿色屋顶土壤水分及蒸散发的影响,以金鱼草、七里香、罗汉松、太阳花、多肉及佛甲草为试验材料,观测有无超纤渗灌处理下的绿色屋顶土壤含水率,并通过三温模型及蒸渗仪法测算不同植物的蒸腾速率及蒸散量,评估超纤渗灌对绿色屋顶蒸散发的影响。结果表明：超纤渗灌处理下的七里香、金鱼草及裸土种植盆内的平均土壤含水率分别比无超纤渗灌处理提高27%,18%及47%,超纤渗灌能增加土壤含水率,减少水分胁迫情况的发生。在夏季（雨季）,超纤渗灌处理的植物蒸腾速率总体显著（P<0.01）大于无超纤渗灌处理,且气温越高,植物冠层温度与气温温差越大。在冬季（旱季）,超纤渗灌能使屋顶基底温度平均高出0.25 ℃,减小温度变化振幅;超纤渗灌处理能使佛甲草夜间蒸散量增加0.14 mm,但白天有超纤渗灌的蒸散量比无超纤渗灌低了0.57 mm,总体减少了9.3%。超纤渗灌能提高绿色屋顶土壤含水率,在夏季增加植物蒸散量,在增加冬季夜间屋顶蒸散量的同时,也有利于绿色屋顶白天吸附空气水分,促进这一部分非降水资源的利用。     

三峡库区坡地林草植被阻止降雨径流侵蚀

为了研究林草调控措施对坡面降雨径流侵蚀的影响及其对坡面侵蚀动力的调控效果,该文在重庆开县选择栾树+黄花槐、传统农作、植物篱、封山育林、自然恢复、经济林以及裸地对照7种林草治理措施并修建标准径流小区,通过观测产流产沙状况,分析比较其水土流失特征。结果表明:林草调控措施深刻影响降雨侵蚀动力,并对坡耕地径流侵蚀量产生较大的影响。林草调控措施中,均以裸地对照样地产流、产沙量最大,而以栾树+黄花槐和植物篱措施的产流、产沙最小,水土保持效果最为明显。以洪峰流量模数和径流深表示的坡面径流侵蚀功率与侵蚀产沙量呈正相关关系,说明径流侵蚀功率能够较好的模拟侵蚀动力;以径流侵蚀功率/侵蚀量表示不同林草调控措施对侵蚀结果的影响,可以成为评价植被侵蚀动力调控效应的指标。在未来三峡库区植被恢复与生态环境建设过程中,通过各种林草调控措施的逐步实施,重视和发展植被的恢复与重建,对于当地生态环境的改善和水土流失的治理具有重要的意义。     

基于暴雨径流过程监测的渭河非点源污染特征及负荷定量研究

2006年6-12月,对渭河临潼水文站断面5次暴雨洪水过程和3次基流的原状水和上清液进行了监测.结果表明,洪水期间,SS,浑水COD,浑水TP,NO2-N,NO3-N,浑水总氮(TN)等指标监测值都远大于基流监测值.浑水中COD,总磷(TP),TN监测值高与表层土壤中天然腐殖质有关.上清液中TN和TP分别以水溶性氯和固态磷为主,浑水中COD,TP,TN与SS有很好的相关性.采用平均浓度法计算了各指标的非点源污染平均浓度,运用水质水量相关法建立了各指标非点源污染负荷与地表径流量的相关方程.将以上两种方法所得非点源污染平均浓度和相关方程分别用于1991-1999年临潼断面非点源污染负荷预测的结果表明,基于该监测数据的两种方法计算所得结果具有较好的可靠性.     

基于生物质灰的屋顶绿化基质加强层工艺优化

屋顶绿化可有效减少城市径流,减缓热岛效应和温室效应.为了解决屋顶绿化散体基质施工难度大、成本高等问题,该研究以生物质灰为主要原材料,辅以小麦秸秆和污泥,压缩为屋顶绿化基质底部加强层,并分别从粘结剂优选、配合比优化和压缩工艺参数优化3个方面对基质加强层的抗破坏强度进行了研究.结果表明:1)添加比例为4％的黄原胶对生物质灰...     

绿化屋面的水文水质特征分析

通过人工搭建绿化屋面装置,重点研究了绿化屋面的径流削减率、产流过程和出水水质3个方面。结果表明,绿化屋面的径流削减率符合一定的阶段性计算公式;绿化屋面产流过程中的径流总量、前期削减量和后期削减量三者与基质层高度呈现不同的线性相关性;绿化屋面能够有效降低雨水中的总氮浓度和COD浓度,但氨氮浓度和总磷浓度有所升高;最后,综合水文和水质两方面,建议绿化屋面基质层高度范围是10—20cm。     

关于退耕还林还草监测评价体系的构想

实施退耕还林还草意义重大,对退耕还林还草项目进行全面、系统的监测评价,是确保退耕还林还草目标得以实现的重要措施。分析了退耕还林还草项目监测评价的目的和内容,构建了退耕还林还草监测评价过程的行为—反应滚动模型,对退耕监测评价执行系统、指标体系及技术体系的构建等提出了建议。     

基于SWAT模型的平原河网区水文过程分布式模拟

目前普遍使用的基于SWAT(soil and water assessment tool)模型的分布式建模方法仅适用于山地、丘陵等高差较大的地区,对于具有复杂水文结构特点的平原河网区尚无有效的解决方案。该文选择太湖流域湖西区作为研究区,基于SWAT模型探索出一套完整的针对平原河网区的分布式建模方案。该方案采用概化、打断的方式将交叉、环状河网处理成单一的枝状河网,采用按河道分流比例跨子流域调水的方式来还原原始河道的传输过程,采用添加"虚拟水库"的方式来模拟人工圩区内外的水量交换。通过对太湖湖西区2008-2010年的月均径流量进行模拟验证,根据模拟值和观测值计算的荣登桥、胡家圩及宜兴3个水文站的相关系数r和纳什(Nash-Sutcliffe)系数Ens分别为0.94、0.95、0.93和0.84、0.80、0.67,说明了这种建模方法在平原河网区具有较好的适用性。     

基于SCS模型的新疆博尔塔拉河流域径流模拟

为探索SCS(soil conservation service)模型在干旱区地表径流模拟中的适用性,以新疆博尔塔拉河上游温泉流域为例,利用2013年融雪期18场次降雨量、日径流量及卫星同步观测基础数据,基于度日模型、土壤水分吸收平衡原理及地表温度-植被指数特征空间反演土壤水分等方法,探索适用于流域尺度耦合降雨、积雪融水混合补给径流的SCS模型参数改进算法,采用国产"高分一号"16m分辨率遥感影像和landsat8 OLI 30m多光谱遥影像为模型提供面状数据。分别利用参数算法改进后SCS模型与原SCS模型进行径流模拟,前者模拟值较后者更接近实测值,二者模型验证期Nash效率系数分别为0.66和0.38,相对误差系数分别17%,27%;研究结果表明,利用遥感反演地表参数,结合土壤饱和含水量计算SCS模型参数的方法在面积大且数据缺乏的温泉流域具有可行性和实用性。     

黄土丘陵沟壑区小流域水沙侵蚀过程的情景模拟分析

在黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀水沙耦合数学模型基础上,以黄河中游典型流域岔巴沟流域为研究对象,根据工程水文学设计暴雨的方法生成各种假设暴雨过程,在固定下垫面不变的条件下,进行模拟计算并分析流域100年一遇、50年一遇和10年一遇设计暴雨的产流产沙效应。在几种不同的假设植被覆盖度下,分别模拟计算同一场典型暴雨在不同植被覆盖条件下的水沙侵蚀过程。模拟结果表明：1）根据岔巴沟流域100年一遇（P=0．01）、50年一遇（P=0．02）和10年一遇（P=0．1）设计暴雨3种情景下的水沙计算特征可知,100年一遇降雨（P=0．01）对应的洪峰流量和沙峰分别为805m^3／s和77．5万kg／s,50年一遇降雨（P=0．02）对应的洪峰流量和沙峰分别为595m^3／s和50．2万kg／s,10年一遇降雨（P=0．1）对应的洪峰流量和沙峰分别为108m^3／s和12．1万kg／s,根据以上计算结果可大致推断1970-2000年的绝大多数侵蚀观测场次的水沙重现期在10年一遇和50年一遇之间;2）该流域植被覆盖度的减水减沙效应显著,增加25％植被覆盖将减少水量73％和沙量84％,而减少25％的植被覆盖将增加29．9％的径流和18．6％的泥沙。不同降雨和植被覆盖条件下的水沙侵蚀过程情景模拟分析结果可为黄土高原丘陵沟壑区流域水土保持工程规划与设计提供依据。