基于混合产流模式的黄土高原流域水沙过程耦合模拟

为深入理解黄土高原干旱半干旱地区复杂地貌条件下流域水沙运移规律。基于垂向混合产流机理和运动波方程，构建分布式流域水文模型，耦合流域土壤侵蚀和泥沙输移过程模拟模块，并考虑梯田对水沙过程的影响，建立适用于黄土高原的分布式流域水沙过程模型。选取黄土高原延河支流西川河流域多年实测场次洪水过程的径流泥沙资料，对模型进行率定和验证。径流模拟的纳什效率系数在0.56以上，平均值超过0.70,模拟次洪过程的峰形、峰值、峰现时间与实测过程具有较好的一致性；侵蚀产输沙模拟精度较低，其纳什效率系数均值率定期为0.79,但验证期仅为0.45,模拟结果整体趋势与实测值较一致，但输沙量模拟峰值比实测值偏低。模型可以较精确地模拟黄土高原流域洪水产汇流过程，但输沙量模拟值偏低，一方面由于产汇流模块的误差传递；另一方面，对重力侵蚀考虑不足。因此，未来模型将考虑滑坡、崩塌等重力侵蚀过程，提升模拟精度和效率，为流域水沙过程模拟与流域综合治理提供有效工具。     

坡地应用渗透径流模型模拟水文过程响应的研究

在坡地上,当蓄满产流作为产流的主要成因时,人们通常用荷顿氏渗透径流水文模型(HIRO2模型)进行模拟。在美国北亚拉巴马沙山地区一处牧场坡地上,采用此模型来评价该产流区是否适用于模拟空间与时间的变化趋势。为了研究产流及连续区的动态,采用不同降水强度和持续时间模拟3次,均做校准与验证。采用均方根误差(RM)、确定系数和纳西效率系数(EN系数)来评价荷顿氏渗透径流模型模拟的水位曲线性能。3次校准模型的确定系数与EN系数值均高于0.70,验证结果表明荷顿氏渗透径流模型模拟径流与试验观测的数据一致,在产流的空间与时间变化的模型中,径流区也与实测的变化相同。结果表明,在该牧场及类似地区,在非点源污染控制下,可以运用荷顿氏渗透径流模型评估产流。     

SCS模型在泥石流多发区降雨—径流模拟中的应用——以云南省蒋家沟流域为例

基于云南省蒋家沟流域的DEM,根据流域地貌,利用地理信息系统软件划分流域子单元,在此基础上利用蒋家沟土地利用类型、土壤类型等地理信息数据和流域水文、气象资料,根据SCS模型CN值标准表,提出适合各子流域产流计算的CN值,绘制出了蒋家沟流域次降雨的CN值分布图,进而应用SCS产流模型和等流时线法对云南省蒋家沟流域的降雨一径流过程进行了模拟.模拟结果表明,与有限的实测资料相比较,模型的模拟精度在90%以上,模拟结果较为满意,说明基于CN值的SCS模型可以应用于蒋家沟流域,同时模拟的径流过程可以弥补实测资料的不足,为蒋家沟流域分布式水文模型的建立提供理论依据和研究方法.     

径流曲线法在黄土区小流域地表径流预测中的初步应用

径流曲线法是目前国际上预测无径流观测资料地区降水地表产流的主要模型,由于气候、水文及下垫面的差异,在黄土高原地区的应用受到限制。利用黄土高原地区3个小流域的303场降雨径流资料,针对黄土高原降雨地表径流特点优化模型中的初损率λ,并提出降雨强度修正函数,将降雨强度因子引入径流曲线法。优化后的模型效率E达到0．812,实测径流深与预测径流深的线性回归决定系数R2达到0．822。改进后的SCS．CN模型可用于黄土区小流域降雨地表产流预报,对黄土高原无资料地区侵蚀产流预报、指导水土保持工程配置和设计具有重要的理论和工程实践意义。     

多源遥感降水数据在辽宁西部水文模拟中的应用研究

选用雷达遥感降水数据和卫星遥感降水作为水文模型的降水输入,以辽宁西部区域为研究区域,分析多源遥感降水数据在水文模拟中的适用性和精度。研究结果表明:经过修正后的雷达遥感降水数据和实测降水数据之间的误差值要小于卫星遥感降水数据;雷达遥感数据在水文模型中的模拟精度要好于卫星遥感降水数据,更适用于辽宁西部区域水文模拟。研究成果对于区域多源遥感数据在水文模拟中的应用提供相关参考。     

大伙房模型在辽宁东部山洪小流域洪水预报中的应用研究

结合大伙房模型对辽宁东部山洪小流域模拟进行适用性分析。分析结果表明:大伙房模型模拟产汇流的精度良好,在研究流域具有较好的适用性;大伙房超渗产流模型对洪峰和峰现时间的模拟效果良好,考虑到实际工作的需求,对于具有长系列实测水文数据的辽宁东部地区山洪小流域,可选择大伙房模型进行洪水预报。     

SCS模型在干热河谷区坡面产流模拟中的应用

 为探索干热河谷泥石流多发地区的降雨产流机制,选择地处云南省东北部干热河谷区的蒋家沟流域,利用径流小区野外双环下渗试验的结果,确定径流小区中各土壤水文类型,根据蒋家沟实际情况,用前期影响雨量代替前5d降雨总量来确定各径流场中土壤的前期湿润程度,然后利用实际观测的5次降雨—径流资料,运用SCS模型对5个不同土地利用类型的径流小区进行降雨产流模拟,通过校正初损Ia和CN参数,得到模拟结果。结果表明,与实测资料相对比,各次降雨中模拟的径流量与实测值的误差平均值分别为4.32%,5.30%,9.59%,7.99%,5.26%,可信度较高,说明SCS模型可以应用于干热河谷区坡面降雨产流的估算,研究成果可为该地区降雨—径流模型提供参考。     

大凌河流域水土流失模拟研究

以大凌河流域为例,将改进的通用土壤侵蚀方程与垂向混合产流模型相结合构建水沙耦合模型,并以土地利用、土壤类型、数字高程等流域地理信息数据为基础,运用朝阳水文站2006—2015年水文资料率定和验证了模型参数;为进一步探究流域土壤侵蚀受土地利用变化的影响,利用土壤侵蚀空间模拟结果设定3种土地利用情景模式.研究表明:对于流域...     

基于地理信息的SCS模型及其在黄土高原小流域降雨-径流关系中的应用

基于土地利用、土壤类型等信息数据和流域水文、气象资料,应用美国农业部水土保持局研制的小流域设计洪水模型-SCS模型对王东沟流域径流过程进行了模拟。按照集水区自然分水线划分流域子单元,并提出了适合该流域产流计算的CN值表。结果表明,模型所模拟的径流过程与实测径流过程具有较好的一致性,模拟精度在75%以上,说明模型在参数的确定上较为合理,可以应用于黄土高原典型流域,为建立分布式水文模型对流域进行生态水文综合评价提供了科学方法。     

基于DEM的沟缘线和坡脚线提取方法研究

半干旱半湿润地区径流预报皆有超持与超渗的产流特征,是水文预报中的难点问题,而其中壤中流的计算又是关键,直接关系到模拟的精度.在分析"双超"模型、新安江等产流模型基础上,注意到壤中流可能产生于非饱和土壤及流域空间产流差异的实际,借鉴各模型处理壤中流的优点,用系统模型的思想,对半干旱半湿润地区的壤中流计算模式进行了改进.从实际模拟效果看,改进后的壤中流计算模拟精度大为提高.改进后的计算方法不仅适用于"双超"模型,同时也适用于其它类似模型.     

黄土区不同下垫面农田降雨入渗及产流关系的数值模拟

在野外试验的基础上，建立了二维农田降雨入渗及产流关系的数学模型，并用中国科学院长武县王东沟农业生态站不同下垫面径流小区实测土壤含水率及产流资料对该模型进行验证。结果显示：该模型对降雨过程中土壤入渗、产流以及雨后蒸发条件下土壤水分的模拟都有很高的精度，可以用于黄土区降雨入渗及产流关系的模拟。     

汾河上游流域分布式水文模型的构建

根据汾河上游流域的水文特性,采用以坡度、坡向为主要因素,按照集水区自然分水线划分子流域的流域离散方法,将SCS产、汇流模型与马斯京根法结合用于计算该地区的径流过程,建立了适于该地区,基于流域尺度的次降雨-径流分布式水文模型.选用该地区的典型流域--岚河流域与分布式模型耦合,进行模拟.经实测资料与模拟结果的分析比较,结果表明,该模型具有一定的精度,径流量合格率及汇流合格率分别达到70%和80%,且计算流量过程与实测流量过程吻合较好,所建模型基本适用于该地区的降雨一径流计算.     

降水时间变异度对大凌河流域洪水模拟的影响定量研究

结合垂向混合产流模型,以大凌河流域叶柏寿水文站为例,结合该水文站实测洪水数据,定量分析不同降雨输入时段和降雨空间分辨率对大凌河流域洪水模拟的定量影响。结果表明:采用静态参数情况下,随着降雨输入时段增加,其洪水模拟精度逐步降低,模拟误差逐步增大,但采用动态参数后,降雨输入时段变化对洪水模拟影响程度减弱;降雨空间分辨率增加并未对区域面降水量产生影响,因此其对洪水模拟影响程度减弱。     

基于SWAT模型的阿克苏河流域径流模拟

阿克苏河流域地处中国西北干旱区域,受高寒气候影响,其冰川和积雪融化补给对流域径流量变化、区域水资源合理优化及生态环境的保护影响重大。结合阿克苏河流域融雪径流的产流、汇流的独特之处,应用SWAT分布式水文模型对其月均径流进行了模拟研究。收集阿克苏河流域7个气象站点1980—2013年的逐日观测数据和阿拉尔水文站2000—2013年月均实测径流数据,基于DEM数据、土地利用数据、土壤数据,建立适合阿克苏河流域的融雪径流模型并进行月均径流的模拟。结果表明:SWAT模型在阿克苏河流域具有良好的适用性,校准期和验证期相对误差R_E均在8%以内,决定性系数R²和Nash-Sutcliffe效率系数NS均高于0.82,达到了模型的评价标准,为高海拔干旱区建立分布式水文模型提供了参考。     

基于垂向混合产流模型的北京山区山洪预警模型构建

[目的]构建基于垂向混合产流模型的北京山区山洪预警模型,为临界雨量的计算提供理论基础。[方法]结合北京市的气候条件,选用垂向混合产流模型进行产流模拟,用单位线法和线性水库法进行坡面汇流模拟,用马斯京根法进行河道汇流模拟。安全流量则用淹没出流量代表。北京山区山洪预警模型中的参数可通过外业实验测定和历史数据率定获得。[结果]通过对降雨和流量历史资料的验证,确定性系数、洪峰流量、峰现时间、时效等级均符合洪水预报的要求和规定,是否发生山洪的预测结果也与实际情况一致,证明了该模型的准确性。[结论]该模型可以应用于北京山区的山洪预警,降低由山洪导致的人员伤亡与财产损失的可能性。同时,该模型还可为北京山区山洪灾害临界雨量的推求奠定基础。     

黄土区均匀坡面水文模型研究

应用Green—Ampt修正方程及运动波方程,构建了天然降雨条件下的黄土区均匀坡面水文预报模型,并利用野外天然降雨径流实测资料进行了验证。结果表明,总径流量预报相对误差在20%以下,预报径流过程与实测径流过程吻合很好,坡面水文模型可以较好地模拟黄土地区天然降雨条件下的均匀坡面水文过程。同时也指出,应深入研究复杂坡面上的水文预报模型,进一步完善黄土区坡面水文模型。     

基于SWAT东北黑土区乌裕尔河流域径流模型模拟

黑土区是我国的粮食主产区之一,在该区研究径流特征,对东北水资源调控、侵蚀产沙治理和粮食安全,都有非常重要的意义。以乌裕尔河流域为研究对象,利用SWAT模型对乌裕尔河流域水文过程进行模拟,通过SWATCUP程序的SUFI-2算法进行模型参数敏感性和不确定性分析,结合手动参数调整,得到了较为理想的模拟结果。结果表明:年径流及月径流在校准期和验证期的相关系数R2均达到0.8,Nash Suttcliff效率系数大于0.75,相对误差小于15%。SWAT模型可较准确地模拟流域径流过程,该模型在东北地区的水文模拟具有一定的适用性。研究发现,模型对某些降雨突增月份径流模拟较差,并且对春汛和夏汛双峰型径流模拟效果也不尽人意,春季径流量模拟普遍偏低,夏季径流量普遍偏高。因此,尽管东北地区产流结构较为复杂,一些地方如模型土壤属性数据库建设、融雪过程还需要深入研究。就目前研究来看,SWAT模型对于该地区的径流模拟总体效果可以接受,这可为该地及类似地区径流乃至侵蚀产沙模拟,为水资源的开发利用与流域的综合管理提供科学依据。     

不同土地利用变化情景下的洪汝河流域水文响应

[目的]研究洪汝河流域土地利用变化对水文过程的影响,为当地水资源的合理规划和利用提供依据和参考。[方法]本研究以土壤水体评价模型(soil and water assessment tool,SWAT)为基础,通过设计多种土地利用情景模式模拟洪汝河流域水文情景,首先利用数字高程模型(digital elevation model,DEM),土地利用数据、土壤数据以及日气象数据建立模型;其次选用2006—2008年的水文观测数据进行模型率定,并进行敏感性和不确定性分析;最后,设置4种土地利用情景模式进行水文模拟。[结果]退耕还林情景下径流减少4.23%;而在耕地增加,城镇用地增加和以城镇用地、林地草地增加为主的复杂土地利用变化这3种情景下,径流分别增加3.01%,4.91%和1.50%。[结论]退耕还林增加了可涵养水源的森林,使得径流减少,而增加耕地开垦或城市建设用地则会增加地表径流。     

SWAT模型在黄土丘陵区参数敏感度分析及率正研究

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。应用SWAT模型,结合1986—2000年罗玉沟流域实测水文资料对径流进行模拟,并进行了模型参数敏感度分析和率正。通过敏感度分析,辨析出影响该流域产流模拟结果精度的主要参数因子,如径流曲线数CN2等。依据上述结论调整参数值,对模型进行了率正和验证,得出率正期的相对误差为14.0%,R²为96.1%,Nash—Suttcliffe系数为0.89;验证期的相对误差为8.8%,R²为91.5%,Nash—Suttcliffe系数为0.82。结果表明实测流量和模拟流量的线性回归系数和模型的效率系数满足模型模拟的要求,SWAT模型适用于该研究区域。     

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。