基于SWAT模型的衢江流域土地利用变化径流模拟研究

以衢江流域作为研究对象,收集流域植被、气候、土壤、水文和地图资料,基于ArcGIS 10.3平台建立了衢江流域SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型。结果表明:率定期和验证期模拟月径流与实测值的相关系数(R2)大于0.83,纳什系数(Ens)大于0.69,模型可以较好地模拟衢江流域径流过程。2000—2015年衢江流域土地利用类型均以林地和农地为主,二者约占流域总面积的98%,其他土地利用类型面积合计不足2%;研究时段内,建设用地面积大幅增加,其他土地利用类型变幅较小。2000年、2005年、2010年、2015年四期土地利用情景下月径流过程变化趋势基本一致,2015年径流量比2000年增加0.27%,水量平衡各分量在四期土地利用情景下差值为1.1～3.8mm。不同情景模拟分析发现,流域内草地面积较小,草地转化为林地对地表径流和水量平衡的影响较小,而农地全部转化为林地,地表径流比当前土地利用模式减少15.0%,同时深层水分渗漏增加5.7%。因此,2000—2015年土地利用方式的微小变化不会显著影响衢江流域径流和水量平衡,研究区林地面积持续增加,将进一步减少地表径流,增加深层水分渗漏,补给地下水。     

基于GRNN的坡面径流输沙能力模型的试验研究

坡面径流输沙能力是建立土壤侵蚀过程模型的重要水力学参数,研究定量计算坡面径流输沙能力的实用模型具有重要的理论和实践意义.通过室内模拟径流冲刷试验,计算不同坡度和流量条件下的裸地坡面径流输沙能力,利用平均影响值(MIV)方法对影响坡面径流输沙能力的因子进行分析,建立以干密度、能坡、进口流量、出口流量、水力半径、流速为输入,以坡面径流输沙能力为输出的广义回归神经网络(GRNN)模型,并应用Adaboost算法对模型进行优化.验证结果表明,所建模型能够用于对坡面径流输沙能力的模拟预测.与BP神经网络模型进行对比分析的结果表明:在试验训练样本条件下,广义回归神经网络(GRNN)模型的模拟预测结果优于BP神经网络模型;Adaboost算法能够有效减小广义回归神经网络(GRNN)模型的模拟预测误差.     

云南金沙江流域不同植被类型水源涵养能力分析

通过对金沙江流域不同植被类型的林分截流、渗透性能、持水能力及径流进行测定分析,结果表明:(1)林分的层次不同,持水能力也有较大差异,其中乔木层针叶林>针阔混交林>阔叶林;灌木层是灌木林>阔叶林>针阔混交林>针叶林;草本层针阔混交林>灌木林>阔叶林>针叶林;枯枝落叶层阔叶林>针阔混交林>灌木林>针叶林.(2)渗透系数以阔叶林和针阔混交林较强,针叶林和灌木林较差.(3)地表径流的径流深、径流系数及泥沙量均以余甘子灌木林最高,不同植被类型的地表径流总体上是针叶林>灌木林>针阔混交林>阔叶林,阔叶林地表径流和泥沙量均很小,基本上没有侵蚀.     

河岸带植被对非点源氮、磷以及悬浮颗粒物的截留效应

选取草地河岸带和人工林地河岸带,开展了人工模拟农田施肥和径流污染物截留效果的现场试验。分别采集地表径流和渗透水水样,测定分析了总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH4—N)以及固体颗粒物的浓度。结果表明,草地河岸带对地表径流TP的截留效果显著优于林地河岸带,草地和林地河岸带对氮元素的截留效果趋于一致;河岸带对地表径流和渗透水中TN,TP和NH4—N的截留率是相似的;草地河岸带对固体颗粒物的截留效果优于林地河岸带;河岸带越宽,其截污功能越强;人为干扰造成了人工林地河岸带截污能力的减弱。并提出了河岸带管理的相关建议。     

坡面径流类型对侵蚀产沙及水沙传递关系的影响

降雨-径流格局对土壤侵蚀过程具有重要影响,以团山沟七号全坡面径流场1961-1969年间65次径流事件的径流泥沙数据为基础,选取历时、径流深和径流变率为径流过程的特征指标,采用K均值聚类和判别分析相结合的方法,将坡面径流划分为5种类型。其中,A型径流具有超长历时、低变率、小径流的特点,是较为特殊的类型,B、C型径流具有中长历时、中高变率、大径流的特点,D型径流具有短历时、低变率、小径流的特点,是最为普遍的类型。E型径流具有中历时、中变率、中径流的特点。不同径流类型下的输沙模数、平均含沙量及最大含沙量由大到小依次为:CBEDA,B、E、C型径流应是坡面径流调控的重点。不同径流类型输沙模数的差异主要来源于径流量(深)的变化,相同径流量(深)条件下,不同径流类型输沙模数的差异主要来源于由径流历时和径流变率所引起的水沙传递关系的改变;与A型径流相比,其作用使D、E、B、C型径流的输沙模数相对增大7.9、6.3、4.8和4.5倍,增大倍数随径流量(深)的增加呈逐渐减小趋势。通过构建包含主要径流特征指标的动力参数ξ,对不同径流类型及径流阶段的径流-泥沙传递关系进行数学描述,其最优回归关系均符合S=alnξ+b的一般形式,能合理解释不同径流类型及不同径流阶段含沙量变化的主要驱动因素。研究结果可为坡面径流类型划分、水沙传递关系构建、全面评估坡面径流调控系统的水土保持意义、进一步丰富坡面径流调控理论的内涵提供一定的参考。     

森林衰退对洪水径流的影响

<正>1 概述为了估计一定时期由于森林衰退引起的洪水径流量的增加,在位于阿尔卑斯山北部边缘的小流域内进行了研究.对此采用了简化的降雨径流模型,这个模型是以降雨和径流(单位径流过程线)的转换关系为基础.径流的增加可以通过人工降雨对流域当时和未来状况下洪水模拟的结果进行比较来证实.     

基于EEMD-SVM模型的北洛河上游径流预测

[目的]提高北洛河上游径流预报精度,为流域管理及水资源合理配置提供依据。[方法]以1971—2014年北洛河上游吴旗水文站实测径流资料为基础,采用EEMD-SVM耦合模型对吴旗站月径流序列进行了模拟预测,并与EEMD-ARIMA和EEMD-NAR两种耦合模型的预测结果进行对比。[结果]EEMD-SVM模型的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)最低,决定系数(R²)和纳什系数(NSE)最高。其中,相比于EEMD-ARIMA和EEMD-NAR模型,EEMD-SVM模型的决定系数(R²)分别提高了186.63%,49.49%。[结论]EEMD-SVM模型具有更高的预测精度和更强的非线性拟合能力,可以成功地应用于北洛河上游的月径流预报。同时,研究表明EEMD-NAR模型的预测性能高于EEMD-ARIMA性能。     

模拟降雨条件下黄土区SCS模型的参数率定

开展径流模拟的相关研究,是进行土壤侵蚀预报和水土流失防治的重要基础。SCS模型是较为常用的一种径流计算模型。模型中的两个参数初损率λ和径流曲线数CN对于模型准确计算地表径流有重要意义。通过对杨青川流域22场不同土地利用类型人工模拟降雨资料,应用穷举法对该地区运用SCS模型时初损率和径流曲线数进行了率定。结果表明:(1)在黄土区,运用标准SCS模型模拟人工降雨条件下的径流深有较大误差,且模拟值均偏小1.1~3mm。(2)初损率λ和径流曲线数CN都是模型的敏感性参数,且λ值敏感性更高。(3)运用穷举法的方式进行了各参数的率定后,得到在草地类型,SCS模型最适宜的初损率为0.13,径流曲线数为65;裸地类型最适宜的初损率为0.03,径流曲线数为83。优化后的模型能更好地模拟径流深,均方根误差、相对误差均显著减小,纳什系数有显著增大,能为该地区关于地表径流的模拟计算提供理论参考,具有重要意义。     

陕南后沟小流域泥沙与总氮随径流输移特征

以2011-2012年汛期野外降雨资料为基础,分析陕南后沟小流域泥沙和总氮(TN)随径流流失特征。研究结果表明,坡耕地、退耕地、菜地泥沙流失通量与径流量拟合方程采用S形曲线方程表达较为合适;果园采用线性函数反映两者之间的关系。坡耕地和菜地径流量与TN浓度采用倒数曲线表达,而果园和退耕地采用线性函数表达;汛期不同土地利用类型土壤流失通量顺序为:菜地(4 011.7kg/hm2)坡耕地(1 720.0kg/hm2)退耕地(1 606.3kg/hm2)果园(776.3kg/hm2);径流中TN流失通量顺序为:菜地(15.29kg/hm2)退耕地(7.20kg/hm2)坡耕地(4.92kg/hm2)果园(1.37kg/hm2)。2011-2012年汛期后沟小流域出口径流动能与泥沙量流失量采用线性函数和幂函数描述两者之间关系,而TN流失量与径流动能采用对数函数和幂函数表示。汛期末期阶段泥沙和TN流失风险最大。     

APEX模型在淮河中上游坡面尺度的适宜性研究

为评价农业政策与环境拓展APEX模型在淮河中上游坡面尺度的适宜性,将其应用于淮河中上游的3个径流小区,在采用傅里叶幅度灵敏度检验扩展法进行灵敏度分析的基础上,利用蒙特卡罗模拟结合多目标函数技术自动校正模型,并使用1982-1986年日径流和产沙数据实测值与模拟值评价模型适宜性.结果表明:湿度条件2下的径流曲线数初始值(CN2)、损耗系数(CNIC)、水土保持措施因子(PEC)以及最大径流率-降雨能量调整因子(APM)对产沙模拟影响较大,CN2和CNIC对地表径流模拟影响较大;在模型校正阶段,径流和产沙日平均模拟值的百分误差绝对值(APE)小于20％,纳希-苏特克利夫有效系数(EF)和R2分别大于0.45和0.55;在模型验证阶段,径流和产沙日平均模拟值的APE小于25％,EF和R2分别大于0.4和0.5.这说明APEX模型适用于淮河中上游坡面尺度,可用于评价该地区不同土地管理措施下的水土流失.     

崂山水库流域不同土地利用类型地表径流的氮磷流失特征

在崂山水库流域非点源污染发生区.于2009年7-8月5次天然降水条件下,选择林地、果园、耕地、村庄4种典型的土地利用类型进行降雨、径流水质同步监测,分析不同土地利用类型地衰径流中氮磷的流失情况.结果表明,村庄径流中铵态氮、溶解总磷的质量浓度高于其他地块的,最高值分别达4.51,1.337mg/L,耕地径流中硝态氦浓度最高,可达15.52 mg/L.基于SCS模型估算不同土地利用类型的氮磷年径流负荷和年径流流失量,总体来看,硝态氮的输出负荷明显高于铵态氮和溶解总磷的,耕地中硝态氮径流负荷最大,可达40.61 kg/(hm2·a),耕地中化肥的大量施用是硝态氮流失负荷高的主要原因.     

基于修正SCS-CN模型集雨垄径流预测

为了探寻半干旱区垄沟集雨种植控制水土流失和增产的机理,利用前2年(2012—2013年)日降雨量、实测径流和修正SCS—CN模型,率定集雨垄的径流模型参数CN、λ和α,然后利用后3年(2014—2016年)日降雨量和实测径流资料检验该模型有效性,预测不同覆盖材料(土壤结皮、生物可降解地膜和塑料地膜)和不同垄宽(30,4...     

黄土丘陵区第三副区人工牧草SCS-CN值率定研究

径流曲线数法(SCS-CN模型)是估算地表径流的常用方法,可以快速评估不同地表覆盖对降水径流关系的影响。为探讨径流曲线数法在黄土高原地区人工牧草措施下的适用性,提高植被恢复对黄土高原水资源影响的理解,为黄土高原人工牧草地表径流估算提供理论参考,选取黄河水利委员会天水水土保持科学试验站罗玉沟试验场7个径流小区中73场降雨径流事件资料,采用步长法对黄土高原人工牧草标准SCS-CN模型的径流曲线数(CN)和初损率(λ)进行优化率定。结果表明：(1)人工牧草最优λ值为0.15,而对照农田为0.18;(2)不同种类牧草CN值差异不显著,约为79,对照农田CN值为81,表明美国土壤保持局推荐的CN值对黄土高原人工牧草径流计算具有适用性,但λ值需根据实际情况进行优化率定;(3)根据前期土壤湿度情况修正S值,模拟效果较为理想,修正后的SCS-CN模型适用于黄土高原半干旱人工牧草地区。     

柴河流域种植方式与沟渠类型对农田径流氮、磷含量的影响

为了解高原湖泊流域内农田种植方式及沟渠类型对雨季径流中固体悬浮物及氮磷浓度变化的影响,在柴河流域不同农田种植方式(蔬菜地、玉米地、大棚种植区)的区域内选择典型自然沟渠及土质沟渠进行自然降雨过程中径流氮、磷含量分析。结果表明:(1)该区域农田径流水体总氮(TN)、总磷(TP)平均值为27.16,17.18mg/L,相对地表V类水质限值而言超标严重,溶解态氮(DN)与颗粒态磷是氮、磷的主要存在形态,符合面源污染特征;(2)降雨是影响径流污染物含量最重要的因素之一。除此之外,种植方式对总氮、溶解态氮及溶解态磷(DP)具有显著影响(P0.05),而沟渠类型对污染物含量的影响不显著(P0.05);(3)在同一降雨量(18.05 mm)条件下,蔬菜地及大棚区的农田径流氮含量(TN:32.26 mg/L和29.02mg/L,DN:21.33mg/L和17.46mg/L)显著高于玉米地(TN:18.33mg/L,DN:6.23mg/L),大棚区径流的磷素含量(TP:17.46mg/L,DP:2.16mg/L)则显著高于蔬菜地(TP:6.89mg/L,DP:1.38mg/L)及玉米地(TP:7.92mg/L,DP:0.64mg/L);自然沟渠相对于土质沟渠可以显著降低径流中的总磷、DN及DP含量(P0.05)。研究结果表明在同一降雨量条件下,土地种植方式仍是影响柴河流域面源污染的主要因素,沟渠虽然可以有效降低面源污染含量,但其影响却小于土地种植方式。因此建议在流域面源污染控制及水土保持过程中,首先需要对流域原有种植结构进行优化,然后在此基础上实现对现有沟渠生态化水平的改造与提升,以增加对面源污染物的控制效能。     

太行山低山丘陵区不同地表类型降雨入渗产流规律研究

通过人工降雨来研究太行山低山丘陵区典型地表类型下的降雨入渗产流规律.结果表明:(1)不同地表类型,地表产流特征不同.主要表现在:降低坡度主要推迟产流开始时间,而植被能够推迟整个径流过程;增加植被覆盖度和降低坡度能够明显降低产流量,延缓产流时间、降低径流速率;不同地表类型的地表径流速度与径流稳定前降雨历时具有明显的对数函数关系.在以0.64 mm/min左右的降水强度持续80 min后,斜坡径流小区不同地表类型径流系数大小顺序为:斜坡裸地>没有枯枝落叶的斜坡灌木>斜坡草地>有枯枝落叶的斜坡灌木.与裸地相比,后面3种地表类型的地表径流量分别减少了33.7%(8.3 mm),49.2%(12.1 mm)和75.2%(18.5 mm).(2)不同植被、枯枝落叶在降低地表产流量的同时也增加了深层土壤中的人渗量.斜坡裸地下渗到20 cm以下的水量仅为降雨的6.0%,明显小于有植被条件下的23.3%～32.5%.灌木下的枯枝落叶能够增加土壤入渗量20%左右,土层20 cm以下入渗量增加8%.     

紫色丘陵区不同土地利用类型径流泥沙及氮磷流失特征

采用径流小区定位观测法研究紫色丘陵区不同土地利用类型在自然降雨条件下的径流泥沙特征及面源污染物流失特征。结果表明,(1)2014年6-7月共观测到6次产生地表径流降雨事件,其降雨量在14.3~34.3mm之间,不同次降雨条件下产流量均以荒草地最大,其数值在25~35L之间;而产沙量均以顺坡耕作最大,其产沙模数在0.130~2.056g/m2,其次为横坡耕作。(2)各种土地利用类型径流总氮浓度均以6月25日和6月30日较高且以横坡耕作最大,而总磷浓度在观测期间均以顺坡耕作最大,其浓度在2.51~5.90 mg/L之间;顺坡耕作平均总氮流失量比横坡耕作和横坡植物篱耕作分别高9.31%和94.49%,而平均总磷流失量分别为二者的2倍和3倍左右。(3)总氮次产污模数随降雨量增加而增大且前期降雨会导致次产污模数迅速增加;降雨量为27.8mm(6月30日)时各种土地利用类型总氮次产污模数达到最大值;总磷次产污模数与总氮相比较小,数值在0.03~0.51kg/km2之间,与降雨量关系不明显。     

秸秆覆盖红壤径流养分流失效益及径流剪切力影响研究

采用模拟降雨试验的方法,研究秸秆覆盖条件下红壤侵蚀效益及动力影响因素。模拟降雨强度2.0mm/min,坡度20°,径流小区(长1.5m,宽0.5m,深0.3m)条件下,供试土壤为赤红壤。结果表明:(1)秸秆覆盖减流效益达到69.3%,减沙效益达到99.2%;明显提高土壤的入渗速率,渗透效益达到了32%,秸秆覆盖有较好的水土保持效益。(2)秸秆覆盖有效减少径流总氮、径流溶解态氮、径流颗粒态氮、径流总磷、径流溶解态磷、径流颗粒态磷的流失,减少径流中氮流失效益均达到74%以上,减少径流中磷流失效益均达到78%以上,径流中元素流失均以溶解态氮磷元素大于颗粒态氮磷元素,秸秆覆盖减少径流中磷养分流失的效益大于氮养分的流失效益。(3)建立单位面积单位时间径流剪切力和产沙率、径流总氮、径流溶解态氮、径流颗粒态氮和径流总磷、径流溶解态磷、径流颗粒态磷流失速率的模型,初步推断径流剪切力是土壤侵蚀的主要动力因素。(4)秸秆覆盖和未覆盖的临界启动径流剪切力分别为2.8N/m2和1.5N/m2。     

陕北黄土高原不同植被类型下降雨对坡面径流侵蚀产沙的影响

通过对陕北黄土高原吴起县退耕地5个不同植被类型径流小区降雨对径流产沙影响的分析,研究退耕还林后不同植被类型的水土保持效应。结果表明:(1)降雨量与雨强对径流量的影响显著;小区建立初期5个径流小区的产流状况从大到小为油松>草地>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘+油松(Ⅰ)>沙棘;随着植被生长,产流从大到小为草地>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘>油松>沙棘+油松(Ⅰ)。随着林分郁闭度的增大,降雨与径流量的相关性在减少。(2)径流量与雨强对产沙量的影响显著;小区建立初期5个径流小区的产沙量从大到小顺序为油松>沙棘+油松(Ⅱ)>草地>沙棘>沙棘+油松(Ⅰ);随着植被生长,产沙量从大到小为草地>油松>沙棘>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘+油松(Ⅰ)。随着植被生长,产沙量基本趋于稳定。(3)坡度对径流产沙的影响显著。同一场降雨,植被类型相同,坡度大的径流量大、产沙量也大;坡度相近的小区,小区建立初期径流产沙量从大到小为油松>沙棘+油松(Ⅱ)>草地>沙棘>沙棘+油松(Ⅰ);随着植被生长,径流产沙从大到小为草地>油松>沙棘>沙棘+油松(Ⅱ)>沙棘+油松(Ⅰ)。因此,退耕还林后,林草植被恢复有效减少了水土流失,在造林初期,沙棘纯林的水土保持效果最为显著,随着植被生长,(沙棘+油松)混合林地的水土保持效应效果最佳。     

湘中低山丘陵区坡面产流输沙对降雨、土壤类型及水保措施的综合响应特征

针对湘中低山丘陵区地形地貌条件多样、水土流失影响机制复杂的问题,选取湖南省中部井头(黄壤)、秋波(紫色土)以及莲荷(红壤)3个径流场不同水土保持措施径流小区,综合探究湘中丘陵区不同土壤类型、水土保持措施以及侵蚀性雨型等因子对坡面产流输沙规律的影响特征。结果表明:在年降水量相近的条件下,年径流深和年侵蚀量均为红壤紫色土黄壤;各水保措施小区的减流效益较差,但其减沙效益较好,以黄壤草地措施、紫色土水保林以及红壤经果林和草地措施减沙效益较为明显,年侵蚀减沙率分别达87.89%,55.88%,37.99%和41.07%;大雨强、短历时、低雨量、高频率的降雨占各小区侵蚀降雨场次的比例均在50%以上,该类降雨也是黄壤和红壤各小区坡面产流输沙以及紫色土各小区产流的主导雨型。中雨强、长历时、高雨量、低频率降雨是引起各小区单次降雨径流泥沙流失量最大的雨型。研究结果对完善水土流失的相关理论和规律具有重要的意义,对区域水土保持工作的开展提供了重要的指导作用和理论价值。     

黄土坡面径流冲刷侵蚀试验研究

通过径流冲刷试验 ,运用能量守恒原理 ,分析了坡面土壤侵蚀率 (Dr)与径流能耗 (ΔE )之间的关系 ,建立了给定土壤条件下坡面土壤侵蚀率估算模型。结果表明 :坡面土壤侵蚀的发生具有一定的临界能量条件 ,以径流能耗作为土壤侵蚀形成的临界参数具有明确的物理意义 ,当径流能耗大于 7.387J时坡面开始有侵蚀发生