基于WMS模型的大石河上游降雨产流模拟

水文模型是模拟流域水文过程和认识水文规律的重要工具,对流域产汇流计算、洪水分析与预报以及水资源优化配置等具有重要的意义。近年来,基于DEM的分布式水文模型在对流域地形分析及水系构建等方面形成了比较成熟的算法。利用ArcGIS、Global Mapper软件对数据资料进行预处理,然后采用WMS水文模型的TOPAZ算法生成研究区河网水系、确定研究区流域边界并进行子流域的划分,最终生成研究区数字流域。采用WMS嵌入的HEC-1模型进行流域降雨产流模拟。结果显示:流域逐日地表径流随降雨的变化而变化,并表现一定的滞后效应;模拟的径流量最大峰值(9.37m3/s)与水文站实测峰值(8.98m3/s)误差为7.80%;模拟日期内(一个月)逐日平均径流量(3.56m3/s)与实测值(3.77m3/s)误差为5.60%。说明该模型具有较高的模拟精度,可以用于大石河流域的降雨径流模拟,从而可为该流域防洪、减灾及水资源管理提供重要依据。     

清江宜都段不同水文及土地利用情景下非点源污染研究

运用美国农业部开发的分布式水文模型SWAT,分析研究了清江宜都段在不同水文年、现状和2020年规划两种土地利用情景下的径流量和污染负荷。结果表明:1研究区域产水量由上游向下游递减,污染负荷产量的分布同产水量分布类似;2径流、总氮、总磷和降雨量有着直接的关系,随着降雨量的减少而减少;3在以退耕还林和城镇扩张为主要特点的2020年规划土地利用情景下,各乡镇所在子流域的产水量、有机氮、有机磷平均分别减少了2.5%、9.1%和20.3%;4对降雨和土地利用变化引起的流域水文变化进行对比,发现不论在年尺度还是月尺度下,降雨量变化对径流量、总磷、总氮的贡献率要比土地利用的变化大得多。     

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.     

基于SWAT模型的气候变化对泾河径流量的影响

在收集、处理大量空间及属性数据资料的基础上,构建泾河流域SWAT模型,运用流域出口站张家山水文站点11年的月实测径流量数据对模型进行率定和验证,并以Nash-Sutcliffe系数(Ns)和决定系数(R2)2个指标综合评价模拟效果,率定期及验证期的2个指标值均大于0.7,表明模型对泾河径流量的模拟具有较好的适用性。通过历史降水量数据频率分析计算,选取3个典型水文年作为基准年,并根据前人对Had CM3模式在A2、B2情景下的输出数据作统计降尺度处理得到流域未来3个时段(2020s、2050s和2080s)降水量、气温的变化结果,设定2种未来气候变化情景,并分别输入已验证的SWAT模型,预测未来典型水文年月径流量的变化趋势。结果表明:相比基准年,2种情景下未来3个时段典型水文年年径流量均减小,丰水年在2种情景下的减幅分别为26%~42%和25%~35%,平水年的减幅为23%~37%和21%~25%,枯水年的减幅为23%~38%和20%~31%;2种情景下未来3个时段典型水文年内的月径流量分配趋势与基准年大致相同,且月径流量的变化特征与降水量的变化基本一致,径流量在月峰值处的变化幅度较大,在其他月份变幅较小;A2情景下,3个时段的丰水年月径流量在8月份减幅分别为41%、43%和61%,平水年月径流量在7月份减幅依次为15%、23%和38%,枯水年的月径流量在6月份减幅依次为20%、36%和46%;B2情景下,3个时段的丰水年月径流量在8月份减幅分别为34%、37%和56%,平水年月径流量在7月份减幅依次为15%、23%和38%,而在2月份的径流量分别从17.71 m3/s增加到24.93、38.79、63.63 m3/s,枯水年的月径流量在6月份减幅依次为24%、31%和28%;2种情景下,丰水年的径流量年内分配不均匀系数从1.06分别减小到0.71和0.74,年内分配不均匀程度降低,而平水年及枯水年的径流量年内分配不均匀系数变化较小;对比2种情景,无论是典型年的年径流量还是各月径流量,其在各时段的变化趋势基本一致,且变幅相差不大。     

汾河上游土地利用变化对径流的影响分析研究

以汾河上游(兰村以上)为研究区,探究土地利用变化对汾河流域径流的影响。利用1956-2011年的水文气象资料,结合研究区3期遥感影像(1978、1998和2010年),分析了汾河上游多年径流变化趋势以及下垫面变化特征。结果表明,汾河上游径流量呈现下降趋势,1956-2011年兰村站的年平均径流量减少量为0.019亿m3,多年平均径流量没有发生突变。汾河上游土地利用类型变化明显,林草地面积呈增加趋势,农用地与水域面积呈减少趋势。以上研究结果表明,合理规划土地利用,对流域安全具有重要意义。     

基于改进SWAT模型的土地利用变化对流域设计洪水的影响研究

城市化进程会改变城市下垫面条件,影响地区产汇流过程,增加城市面临洪涝灾害的风险。为分析深圳市石岩流域土地利用变化对流域设计洪水的影响,对石岩流域1988、2002、2010和2016年的遥感影像图进行解译,分析该流域的土地利用变化状况;建立石岩流域改进后小时步长的SWAT模型,模拟该流域不同时期的土地利用下的设计洪水过程,并分析其变化趋势。结果表明:该流域28年间林地草地占比减少29%,耕地占比减少11%,城镇用地占比增加37%;随着林地耕地的减少和城镇面积的增加,不同频率设计洪水的洪量及洪峰均有所增加,且峰现时间也有所提前,2002-2010年期间增长幅度最大,其洪峰平均增长205.6 m3/s,洪量平均增加634.2万m3。该流域设计洪水受流域的城市化影响较剧烈,需要复核下游地区的防洪能力,以有效应对可能发生的洪水过程。     

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。     

土地利用/覆盖变化对横排头以上流域径流的影响研究

在实际调查基础上,本文以1980年、1990年和2000年土地利用资料和流域内1980~2009年水文资料为基本支撑,利用遥感和地理信息系统技术,分析淠河流域横排头以上地区土地利用变化对径流变化的影响。结果显示,在研究区域内,草地面积持续稳定增加,耕地、水域、城镇用地和未使用地面积持续减少,林地面积先由大量增加到基本维持稳定。20世纪80年代以来,土地利用变化在不同阶段都使得年平均径流量增加。在年内分配上,汛期内总径流和地面径流减少,枯水期内总径流增加,地面径流略有减少;基流在所有月份均增加,而在汛期内增加更为明显。     

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。     

近70年首都水源涵养区水热条件及地表径流演变特征研究——以清水河和白河流域为例

永定河流域的清水河和潮白河流域的白河，是张家口建成首都地区水源涵养功能区的关键流域。利用清水河流域（1951-2020年）和白河流域（1970-2020年）的多年水文资料，运用有序聚类分析、小波分析等数理统计方法分别对清水河流域和白河流域的径流量、气候要素（降水和气温）进行趋势分析和突变分析，并基于Pearson相关分析和贡献率分析的方法讨论了降水量、气温和蒸散量对径流量变化的影响。结果表明：(1)清水河流域和白河流域的降水量呈现不显著上升趋势，1960-2020年间平均上升速率分别为0.964 mm/10a和3.316 mm/10a，分别在1965年和2016年发生突变；(2)清水河流域和白河流域的气温均呈现显著上升的趋势，清水河流域平均气温上升速率是0.246℃/10a，白河流域平均气温上升速率为0.207℃/10a，气温都在1988年发生突变；(3)近70年清水河流域和白河流域的径流量呈显著减少趋势，都达到了99%的显著性检验水平，并在1979年和1974年发生突变；(4)径流量的主导因素是降水量，降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对充沛的5-8月份。     

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。     

汉江流域水文序列变点分析

利用1961~2000年汉江流域15个测站的月径流量、月降水量和月平均气温资料,分析了水文序列的正态分布性和非正态序列的正态化,采用里和海哈林法等分析了流域径流、降水和气温的变异性。结果表明,在汛期时,汉江流域降水和径流的变点年份基本一致;枯水期时,变点年份不一致。主要原因是丹江口水库的调节作用,对汉江中下游径流量的影响枯水期远远大于汛期。而气温与径流的变点年份相差较大,表明汉江径流量变异的主要因素不是气温,主要受降水和水库调节的影响。     

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。     

基于全球陆面数据同化系统蒸散量的GSAC模型率定

在识别缺资料流域水文模型参数时,目前常采用的区域化方法存在相似流域间降雨径流关系差别较大、模型参数与流域属性间的相关性不明显、在大范围缺资料地区难于选取参考流域等问题。本文从全球陆面数据同化系统(GLDAS)获取流域蒸散量数据,提出利用GLDAS蒸散量率定GSAC模型的方法。首先,通过合并网格建立GSAC模型模拟的蒸散量与GLDAS蒸散量在时间和空间方面的对应关系;其次,基于纳什效率系数的定义构建了一个模型率定指标,以评价GSAC模型模拟的蒸散量对GLDAS蒸散量的拟合效果;最后,依据GLDAS蒸散量与GSAC模型模拟蒸散量之间的拟合关系率定GSAC模型。呼兰河流域应用结果表明,GLDAS提供的蒸散量能够较好反映流域实际蒸散量的变化情况,为率定GSAC模型提供了一种有效的输入数据;在率定期与验证期,利用GLDAS蒸散量率定的GSAC模型对流量模拟的纳什效率系数分别为0.81和0.77,与利用流量数据率定的GSAC模型模拟结果相近。     

紫荆关流域分布式HEC-HMS水文模型构建及洪水模拟

国内外学者利用HEC-HMS水文模型模拟流域降雨径流过程,发现该模型有良好的适用性。【目的】提高紫荆关流域洪水模拟精度。【方法】采用紫荆关流域水文气象及下垫面资料,将流域划分为11个子流域,通过选择产流和汇流计算方法,构建了该流域分布式HEC-HMS水文模型,并从历史实测暴雨洪水事件中选择14场洪水对构建的HEC-HMS水文模型进行了参数率定和模型验证。【结果】率定的各子流域产流参数基本相同,由于各子流域面积不同导致汇流参数也不同。模拟的洪峰流量和洪量相对误差均在20%以内,纳什效率系数为0.51～0.95,模拟与实测的洪水过程线吻合较好,模型模拟精度较高。【结论】构建的水文模型能反映紫荆关流域实际的产汇流过程,可用于该流域洪水过程模拟和洪水预报。     

人类活动和气候变化对岚河流域河川径流的影响

径流变化归因识别是流域治理开发和水资源管理的重要基础工作。[目的]识别岚河流域河川径流的主要影响因素。[方法]采用水文模拟的途径定量评估了气候要素变化和人类活动对山西省岚河流域河川径流的影响。[结果]RCCC-WBM模型对岚河天然径流过程具有较好的模拟效果,NSE超过80%,总量模拟误差RE小于2%;由于气候和人类活动等环境要素变化的影响,1968年之后,上静游站实测径流量较前期减少了50%以上;1969 2015年,人类活动的影响量占径流总减少量的76.1%,是岚河径流减少的主要原因;由于近期降水增加,气候要素变化对径流减少的影响有减弱趋势。[结论]人类活动是岚河径流的主要影响因素。     

黄河源区降水径流变化特征及响应分析

利用1961-2014年黄河源区周边气象站站点降水数据和唐乃亥以上流域水文观测数据,采用Mann-Kendall法、Spearman秩次检验、有序聚类法及累积距平法对源区降水量径流量变化特征分析,再结合相关性分析、格兰杰因果检验和双累积曲线法对降水径流的响应关系进行讨论。结果表明:黄河源区的年际降水量表现为非显著减少趋势,年径流量表现为显著减少趋势,降水与径流最小年份均为2002年,且在0.05检验水平下,降水在研究时段内无明显突变点,径流在1987年发生突变;相关分析与格兰杰因果检验表明降水径流其响应关系较弱,在整个研究时段降水都不是引起径流变化的格兰杰原因,最后通过双累积曲线法确定出黄河源近54年来降水因素对径流减少的贡献率为6.1%,非降水因素对径流减小的贡献为93.9%。黄河源区降水对径流影响较小,可能由于人类活动、工业生产及其他气候因子影响等非降水因素对黄河源区径流产生了巨大的影响。