晋西黄土区流域尺度对径流的影响

以山西省吉县蔡家川流域及其嵌套的冯家圪垛流域为研究对象,通过次洪水过程线分析在尺度不同的条件下,产流模式及洪水过程线的变化,结果表明,尺度的不同造成产流模式及洪水过程的差异。     

岔巴沟流域汛期径流模拟及地表产流特征分析

气候变化是影响流域水文循环过程的重要驱动因素,近年来,气候变化导致极端降雨—径流事件的频繁发生对人类社会经济发展构成了严重的威胁。因此,迫切需要开展流域水文模拟和产流特征分析。土壤和水评估工具(SWAT)是一种具有物理机制的分布式水文模型,已被广泛用于评价变化环境下的水文过程。以黄土高原岔巴沟流域为研究区,通过利用与黄土高原地区产流模式更为接近的Green-Ampt下渗法驱动SWAT模型模拟了岔巴沟流域日尺度的水文过程,并以水文响应单元为分析对象,结合4个降雨—径流事件的地表产流量和地表径流系数分析了降雨强度和前期土壤含水量对不同土地覆被产流特征的影响。结果表明：(1)基于Green-Ampt下渗法驱动的SWAT模型率定期和验证期E_NS为0.76,0.74,R²为0.78,0.75,模型能够较好地模拟日尺度流域水文过程;(2)流域不同土地覆被下地表径流系数随最大雨强的增加呈显著上升趋势,且最大降雨强度大于16 mm/h后地表径流系数显著增加,当土地覆被为耕地时降雨转化为地表径流的比例最大,其次为草地和林地;(3)前期土壤含水量的大小可以揭示大...     

SCS-CN模型在巢湖流域地表产流估算中的应用

降雨径流是引起土壤侵蚀的主要动力,因此预测不同降雨及下垫面条件下的径流量是土壤侵蚀预报和水土流失治理的关键。应用美国原水土保持局开发的流域水文模型SCS-CN模型对巢湖流域降雨—径流过程进行模拟。在ArcGIS 9.2软件支持下,估算2002—2006年巢湖流域地表年径流量并分析了不同土地覆被类型的产流状况。结果表明,巢湖流域地表降雨径流年际变化较大,径流量变化范围为591.323～1 557.136mm。不同土地覆被类型产流能力依次为:城镇用地>水田>未利用地>旱地>农村居民点>草地>林地>灌木林。     

动态参数SCS-RF模型在黄土丘陵区小流域产流模拟中的应用

降雨特征对产流过程有重要影响,而SCS(Soil Conservation Service)模型作为产流模拟的工具并未考虑该影响。SCS模型参数的选取直接影响产流过程的模拟精度,而目前在黄土丘陵沟壑区鲜有在率定该模型参数时考虑降雨特征的相关研究。该研究基于王家沟流域及其子流域汛期共计307场降雨-径流数据,通过RF(RandomForest)算法,将降雨特征作为决策树的分裂属性,以此确定模型参数径流曲线数(Curve Number,CN)和初损率,提出动态参数SCS-RF模型,并与未进行参数改进的SCS模型进行对比。结果表明:SCS-RF模型与SCS模型验证集均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为1.06和6.64,纳什效率系数NSE(Nash-SutcliffeEfficiency)分别为0.84和-8.65,且SCS-RF模型在各流域模拟效果均达到良好级别,SCS-RF模型模拟效果明显优于SCS模型。SCS-RF模型在率定参数时考虑了降雨特征对产流的影响,简化了参数率定过程的同时具有良好的地区适用性。流域不同治理措施使得参数分布取值存在明显差异,流域经过水土流失治理后初损率取值均小于标准值0.2。各流域CN与降雨量呈明显的负相关关系,参数与降雨特征(降雨量、30 min降雨强度)的数据分布均有相对明显的集中区域。     

滇中地区小流域水土流失治理前后产流模式变化研究

通过生物措施、工程措施和耕作措施对滇中地区典型小流域——王家箐进行综合治理,对治理前后气象、水文资料进行观测分析。得出如下结论(1)采取水保措施不改变流域地下水的退却过程。(2)该流域产流模式是超渗—蓄满兼容的转换产流模式,治理前以超渗为主,治理后以蓄满为主,且有逐步向蓄满产流转变的趋势。(3)采取水保治理综合措施后,径流中地下径流含量增加,流域地下蓄水量也相应增加。     

坡面产流机制研究刍议

随着水文学的发展,坡面产流问题越来越受到水文学领域的重视。对坡面产流机制(这里的坡面产流包括地表径流产流和壤中流产流两个部分)的研究现状详细进行了回顾与分析,并提出了目前产流机制所面临的问题,以期推动降雨产流计算方法和流域水文模型机构的发展。     

基于动态产流机制的分布式土壤侵蚀模型研究

区域尺度的土壤侵蚀模型研究的流域面积较大,研究区往往涉及到多种气候类型。现有的区域尺度的土壤侵蚀模型多采用单一的产流类型,并不能真实准确地反映区域尺度的产流过程。因此,以DEM栅格单元为基本模拟单元,以日为时间模拟单元,构建了基于动态产流机制的区域尺度分布式土壤侵蚀模型。该模型采用动态产流方案,即根据降雨特征和下垫面特征之间的动态对比关系动态选取产流方式,并详细描述了降水、渗透、植被截留、填洼、降雪融水、蒸散发等过程,从而更加准确地描述了区域尺度的产流过程。采用RUSLE模型计算泥沙剥蚀量,并采用月均植被覆盖度计算C因子,使得长时间序列模拟中,C因子是动态变化的,从而使得模型能够更加真实地反映土壤侵蚀的状况。最后,以临沂流域为研究区,对模型进行了验证和应用。模拟结果表明,该模型在临沂流域适用。研究结果说明临沂流域的泥沙主要来源于上游和中游,海拔高度是土壤侵蚀的重要影响因子,临沂流域的土壤侵蚀主要分布在200～500m的海拔高度带上。     

黄土丘陵区小流域尺度生态建设的水文响应研究

对黄土丘陵区小流域尺度生态建设的水文响应研究结果表明,土壤水分在坡面上由坡顶向坡脚逐渐富集,泉水流量随土壤水分增加而稳定增加,产流降雨过后泉水流量有较大增加,这种响应约滞后3～10d。高标准生态建设治理后其小流域降雨土壤水径流转化并无较大变化,流域产流水平正常,表明水资源对流域治理后生态环境具有持续支持能力     

黄龙山区不同类型小流域的产流过程及其特征

 在黄龙山区选择自然条件基本相似的森林小流域、森林采伐小流域和荒坡草灌小流域,利用量水堰,于1999—2003年对流域的产流及其过程进行了系统的研究。结果表明:不同类型小流域径流的年际和年内变化不同。森林小流域全年产流,产流量主要与降水量有关;荒坡草灌小流域则仅在暴雨季节产流,产流量主要与雨强有关。除发生特大暴雨年份外,森林小流域的产流量均超过荒坡草灌小流域,5年内平均前者比后者多3倍。不同类型小流域对降水的调节作用不同,5年平均森林小流域比荒坡草灌小流域减少洪水径流94.9%,达5.2mm,增加枯水期径流0.5mm,占年径流量的8.7%,从而使流域径流保持相对均匀和稳定。采伐森林可以改变小流域的径流分布,常年径流被暴雨径流所代替,但其量比荒坡草灌小流域少。不同类型小流域产流过程不同,森林小流域产流过程平缓,洪水起伏程度小;而荒坡草灌小流域产流曲线陡峭,洪峰形成迅速,回落也较快。     

澳大利亚半干旱流域水量平衡模型

60年代以来,在澳洲,从降水估算径流量一直采用计算机对流域内的水量平衡进行模拟。过去两年中,计算机模拟有两大变化:一是从超渗产流到全流域规模内蓄满产流;二是考虑了局域产流,即流域中不同部位、不同降雨和同一降雨不同时段的产流情况。本文给出了上述模型中两种技术转变的应用及从两个流域中得到的研究结果。     

泾河流域径流-泥沙的尺度效应研究

[目的]分析泾河流域径流和泥沙的尺度效应,并通过突变检测确定突变时间点,对比突变前后水沙尺度效应的变化,为气候变化和人类活动对水沙尺度效应研究提供支持。[方法]收集整理了泾河流域1958—2013年的水沙资料,基于流域水沙异源的特性,将流域分成南北两个分支,分别探讨2条分支水沙的尺度效应,并通过Mann-Kendall突变检验方法计算出突变时间点,对比突变前后尺度效应的异同。[结果](1)南北两分支的径流—泥沙之间的尺度效应具有反向关系。北支(洪德—张家山)的产流模数随面积增加表现为线性增加,南支(三关口—张家山)的产流模数随面积增加表现出对数函数关系,随集水面积增大产流模数先快速减小后缓慢减小。北支的产沙模数随面积增加表现为线性减少,南支的产沙模数随面积增加表现出幂函数关系,即随面积增大产沙模数先快速增加后缓慢增加;(2)突变后水沙都比突变前出现了不同程度的减少,突变前后水沙的尺度效应大部分具有相同的拟合函数关系式,仅南支的产沙模数由突变前的最优二项式函数拟合转变为突变后的线性函数。[结论]气候变化和人类活动的共同作用不同程度的改变了泾河流域径流—泥沙的尺度效应。     

土壤侵蚀正态模型试验中产流畸变系数

根据入渗、产流原理,分析了小流域土壤侵蚀正态模型试验中的产流与流域实际产注过程的差异,首次提出了模型产流畸变的概念。并根据实地人工降雨试验所计算的入渗、产流过程线,理论推导出不同比例尺正态模型畸变系数,同时随着模型相似比例尺的减小,产流畸变系数增大。产流畸变系数的提出,提高了土壤侵蚀正态模型试验的实际应用价值,也告诫人们用模型试验资料时,必须进行模型与原型的转换,否则会造成水保措施工程设计的浪费。     

岔巴沟流域次暴雨产流无量纲模型

为了建立小流域次暴雨产流预报模型,在岔巴沟流域选取大小不同的4个小流域10 a水文资料,分析降雨、地貌等因素对流域产流的影响,选取主要因素最大30 min雨量、最大30 min雨强、流域沟道比降、流域面积和流域狭长度。用无量纲参数和逐步回归分析的方法估计模型参数,得到了岔巴沟流域次暴雨产流无量纲模型,用模型预报结果与实测结果对比,模型预报精度为70%。结果表明,所建立的模型具有参数少、结构简单、量纲和谐、物理意义明确的特点,可为流域产流模型进一步研究提供参考。     

乌兰木伦河流域产流产沙模型研究

根据黄河中游多沙粗潲区的地貌特征及降雨特征，以窟野河上游乌兰木伦河流域为研究对象，提出了考虑降雨时空分布不均的流域产流模型，建立了次暴雨径流产沙概念模型，经实测资料检验精度良好，该模型可用于较精确的估算多沙粗沙区次降雨条件下的流域产品量及其在时程上的变化，对黄河中游水土保持的治理规划，神府煤田的开发等具有应用价值。     

典型黑土区坡耕地次产流径流曲线数计算方法

径流曲线数模型原理清晰简单、对参数和输入变量要求低,在地表径流预测中已得到广泛应用.为了提高该模型预报典型黑土区地表径流的精度,利用黑龙江省嫩江市鹤北小流域7个坡面径流小区共138场降雨-产流资料,通过量化次降雨过程中雨量在时间上集中分布程度,分析其对地表产流影响,提出次产流径流曲线数CNt的计算方法.CNt/CN与降...     

佳芦河流域林草覆被变化对产流机制的影响

以黄土高原佳芦河流域为研究区,收集整理了1966—2006年的水文气象资料,选取了60场洪水数据,在分析其洪水过程线、产流特征值、产流机制等因素的基础上,结合近30年来佳芦河流域林草覆被的变化情况,综合分析了佳芦河流域林草覆被对流域产流机制变化的响应机理,期望揭示黄河流域水沙减少的原因。结果表明,近30年来,佳芦河流域径流量骤减,相比60年代,2000年以后佳芦河流域年平均径流量减少近75.0%,林草覆盖率从8.0%增加到35.0%,流域蓄水容量随植被盖度的增大呈上升趋势。3个阶段1966—1975年、1976—1996年及1997—2006年流域超渗产流为主的洪水场次所占比例分别为72.8%,65.0%和60.0%,呈下降趋势;1997—2006年内混合及蓄满产流为主的洪水场次与1966—1975年相比分别增加8.4%和4.3%。研究结果有助于深入认识黄河流域主要水土流失区的产水规律,揭示黄河水量变化的机制,为该区开展生态建设提供科学依据。     

流域坡面综合产流数学模型的研究

从流域坡面产流机制出发,依据Horton入渗曲线,建立起一个可适用于不同流域的综合产流模型,模型以降雨强度和土壤蓄水量为控制条件,同时兼顾超渗产流和蓄满产流,适应下垫面条件较为均一的流域或单元区域在不同条件下的产流计算。     

基于小流域产流特征的磷流失关键源区识别

以密云区石匣小流域为研究区,根据不同降雨类型,采用超渗产流机制的径流曲线模型(SCS-CN)和蓄满产流机制的变源曲线模型(CN-VSA)进行产流特征分析,并利用磷指数模型识别不同产流机制下石匣小流域的磷流失关键源区。结果表明:1)中雨量、高雨强的降雨类型导致的超渗产流机制,使流域的东部、南部土壤较为湿润的区域以及流域的东北部和西部的易产流的耕地区域产流量较高,产流量介于15~30 mm,产流面积约占整个流域面积的14.2%;北部林地区域产流量较低,产流量低于15 mm,产流面积约占整个流域面积的85.8%;2)低雨量、低雨强的降雨类型导致的蓄满产流机制,使流域几乎所有区域不出现产流,产流量低于15 mm的区域面积占比达99.9%;高雨量、中雨强降雨类型导致的蓄满产流机制,使水库及流域水系周围产流量最高,产流量高于30 mm,其区域面积占14.6%、产流量介于15~30 mm之间的区域面积占17.7%、产流量低于15 mm的区域面积占67.7%;3)该研究区土壤侵蚀程度较弱,部分地区产流量较高,存在较高产流风险;4)超渗产流机制下,石匣小流域南部有磷流失风险,约占1.4%的面积;蓄满产流机制下,石匣小流域南部及北部有磷流失风险,约占2.3%的面积,蓄满产流机制下的磷流失风险较大。总体来说,石匣小流域磷流失风险较低,研究区域的南部靠近密云水库附近的区域为磷流失关键源区,需重点治理。     

生物结皮坡面不同降雨历时的产流特征

黄土高原退耕还林(草)工程实施后,生物结皮广泛发育,显著影响坡面产流。已有大量研究探索了生物结皮对径流的影响,但相关结论存在较大分歧。该研究以黄土高原典型生物结皮坡面为研究对象,通过人工模拟降雨试验,研究了生物结皮坡面产流过程。结果表明:生物结皮坡面较翻耕后的裸土坡面显著降低了初始产流时间,裸土坡面初始产流时间是生物结皮坡面的1.59～3.04倍。生物结皮盖度与初始产流时间之间呈显著的负相关关系;降雨15min时与60 min时生物结皮对坡面径流的影响发生逆转,90 mm/h的雨强下,当降雨历时为15 min时,生物结皮坡面较裸土坡面增加75.42%的径流;当降雨历时为60min时,生物结皮坡面径流量较裸土坡面降低52.42%;生物结皮影响了土壤水分入渗速率,导致生物结皮坡面与裸土坡面随降雨历时变化的产流特征出现差异,裸土坡面降雨60 min时的入渗率较15 min时降低了34.30%,高盖度生物结皮坡面降低了6.38%;生物结皮对坡面入渗产流的影响与降雨历时有极大的关系,降雨历时不同,很可能得到截然相反的结论,考虑生物结皮因素的野外降雨试验,降雨历时应不少于45min。研究结果为解释生物结皮影响坡面入渗产流方面存在的分歧提供了科学依据,进一步明确了干旱半干旱地区生物结皮的水文效应。     

改进型TOPMODEL在不同尺度和气候条件流域上的适用性研究

在阐述TOPMODEL基本原理的基础上,针对现行TOPMODEI．地形指数计算方法、产流机制、汇流方式3个方面进行了改进,并将改进后的模型在小尺度湿润的子午河流域和中尺度半干旱的马莲河流域进行了模拟测试。在模拟过程中,定量分析了模型模拟的各个水文过程变量,探讨和揭示了该模型在不同尺度和不同气候条件流域上的适用能力。研究结果表明,改进后的TOPMODEL能够准确地表达实际流域关键地形参数的空间分布特征,客观地描述流域水文过程的内在机理。该模型在小尺度湿润流域测试效果较好,在中尺度半干旱流域虽然精度相对较低,但仍然能够模拟和解译大部分的水文机制。