土壤水分下渗机制及其在半干旱区产流模拟中的应用

尽管目前提出了许多流域水文模型,但多数模型更适用于湿润地区,将这些模型移植到半干旱半湿润地区,往往模拟结果并不理想。为了研究半干旱半湿润地区流域的产流机制,本文通过描述土壤水分的垂直运动过程,建立了湿润峰和饱和带上界面的移动方程,给出了土壤水的动态下渗过程,并据此将径流分为地表径流和壤中流,建立了流域产流模型。还以滦河水系的柳河流域作为研究对象,尝试性地进行了降雨径流的模拟。结果表明:模型的确定性系数达到77.2%以上,用于该流域的产流计算是可行的。     

气候变化对黄河河源区水资源系统的影响

利用水文、气象台站观测资料,分析了黄河河源区近几十年来温度、降水的变化。结果显示,该区域的温度对全球变暖有着明显的对应关系,近几十年来流域各个地方的温度有着不同程度的上升。降水量总体上呈减少态势,但因地理位置的不同而差异较大。其中,位于流域产流高值区的东南部近10余年降水大幅减少,受其影响,黄河源区产水量呈持续递减的态势。基于上述分析,利用大气环流模型(GCMS)与统计模式对未来流域气温、降水和径流的可能变化进行了预测,计算结果均表明,未来30年里黄河河源区的温度将进一步上升,并且降水量也有显著增加。受其影响,黄河河源区径流量将比1990S有显著增加。     

黄土丘陵沟壑区不同空间尺度地貌单元产流时间尺度特征

以黄土丘陵沟壑区桥沟流域为原型观测流域,利用流域内的水文站网、不同地貌单元大型径流场等观测设施,分析了不同空间尺度地貌单元在年、次降雨时间尺度下的产流特征。结果表明:在年时间尺度上,不同空间尺度地貌单元多年平均径流量表现为:梁峁坡沟谷坡坡沟系统一支沟二支沟全流域,而多年平均径流模数,随着空间尺度的增加,径流模型呈现"增加-峰值-减少"的趋势;在次降雨时间尺度上,当空间尺度由坡面尺度增加到流域尺度时,径流系数急剧减小,坡面尺度的径流系数是流域尺度的3.4倍,但在同一空间尺度范围内,径流系数在不同的地貌单元呈现波动变化。     

聚丙烯酸钠对黄土坡面产流产沙的影响研究

通过野外模拟降雨试验,研究了施用SP对黄土坡面产流、产沙的影响,并对实验数据进行数学模拟,建立了SP施用量与产流、产沙强度间的关系模型.结果表明:SP施用量与产流时间、平均产流强度呈二次函数相关关系,与产沙强度呈线性负相关关系.SP用量在0～2.42 g/m\+2之间时,能够延缓坡面产流,用量为1.21 g/m\+2时延缓产流效果最明显;用量介于0～3.31 g/m2之间时,能够增加土壤入渗,减少坡面产流量,用量1.65 g/m2的增渗减流效果最佳;施用SP后,能够减少坡面输沙强度,且用量越大,减沙效果越明显.SP可影响坡面产流过程,用量1.8 g/m2时,能够减小产流初期径流强度增幅,用量为3.6 g/m2时,其产流过程线与对照极接近,而施用量增加到5.4 g/m2时,产流强度明显增大.SP对坡面产沙过程的影响表现为:随施用量增大,产沙强度峰值呈逐步减小的变化趋势.     

乾县枣子沟流域暴雨侵蚀研究

本文主要以枣子沟流域两场暴雨为例，利用实测资料，分析了暴雨与土壤侵蚀的关系及特点，塬面与沟谷的产流，产沙状况，在此基础上，对进一步做好枣子沟流域水土保持综合治理工作提出了几项对策。     

SubTOPMODEL模块构建及其在清水河的应用

在TOPMODEL模型原理及其特点的基础上,结合塔里木河流域的雪冰水文特点,构建subTOPMODEL子模块,并与TOPMODEL模型松散耦合,以完善TOPMODEL模型.并把模型应用于垂直地带性明显,雪冰融水为重要补给的清水河流域,对原模型、改进模型、实测值的两两比较表明,模拟结果走型匹配较好,但由于在高强度降雨情况下,超渗地面径流对洪峰贡献很大,而TOPMODEL模型基于变源产流面积理论,没有充分考虑超渗地面径流,计算主洪峰流量明显小于实测流量;改进模型的模拟效率系数为0.738,效率系数结果提高度不是令人满意,仅提高了0.051,但其春冬季节细微表现证实改进模型的有效性.     

基于SWMM模型的西安市清河流域暴雨洪峰流量模拟

为探讨暴雨洪水管理模型（storm water management model,SWMM）在暴雨条件下对山区流域洪峰流量模拟的适用性,以西安市清河流域为例,在SWMM模型中分别构建了传统的集总模式和以DEM、流域水系为子流域划分依据的半分布模式。通过2016年几次典型降雨洪峰流量验证两种模式的可靠性,结果表明：集总模式与实测拟合程度较好,相对误差为6%,确定性系数为0.871。为了进一步检验集总模式的适用性,从径流过程角度去模拟,结果也令人满意,两场降雨的相对误差均为11%,两场降雨的确定性系数和纳什系数均高于0.8,表明有较好的模拟效果。由此说明,基于SWMM模型构建的集总水文模式适合于清河流域的径流模拟。最后,模拟了不同重现期下流域的径流过程。流量峰值出现在降雨开始后约1.5 h,10年一遇以下重现期径流变化相对稳定。该模型对当地水利部门评估极端降雨事件等方面具有一定的应用价值。     

小流域水量水质综合模型模拟研究

水箱模型也称Tank模型,是应用较为广泛的流域水文模型,模型将复杂的降水径流过程简单概化为流域的蓄水与出流关系进行模拟。针对皂河小流域的降水、径流和水循环等水文特性,建立了4层串联水箱模型,模拟流域的降水径流过程,计算流域径流量,并结合河流水质模型,综合模拟河流流量及主要水质指标变化。结果表明:各项指标的模拟值与实测值吻合较好,说明水箱模型用于小流域的径流模拟结果较为准确,可与水质模型耦合使用,综合模拟小流域的水文水质变化。     

气候变化对干旱缺水区中尺度流域水文过程的影响

基于1997-2003年的气象水文资料,选择了黄土高原泾河流域上游,对半分布式生态水文模型SWIM进行了率定和验证,并以流域历史气象条件为基准,固定其它气候因素不变,针对单一气候因素变化(降水或温度)进行了情景模拟,分析、评价了降水和温度对流域径流量、蒸散量和土壤蓄水量各水文过程的影响。结果表明:流域降水量增加(减少),年径流、蒸散及蒸散分量、土壤蓄水量均增加(减少),且降水转化为各水量平衡分量的比例大小依次为径流量(蓝水)>蒸散量(绿水)>土壤蓄水量;流域温度升高,蒸散及其分量随之增加,但径流和土壤蓄水量则随之相应减少。研究结果对于变化环境下的干旱区流域水资源管理具有一定的意义。     

1961-2012年滦河流域干旱演变分析

采用滦河流域16个气象站1961-2012年的逐月气象要素观测数据,计算了滦河流域的年标准化降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI),并利用线性趋势法、非参数Man-Kendall法和Morlet小波方法分析了流域近50年来干旱的演变趋势和周期变化规律.结果表明:SPEI指数可以很好的描述滦河流域的干湿变化趋势;1961-2012年滦河流域气温上升降水减少,呈暖干化态势;50年来滦河流域的干旱事件随时间变化呈频率增加、强度增强的趋势;干湿变化的主周期是14年.年平均气温及年降水和SPEI指数均呈显著相关,年降水对SPEI的影响更为显著,但气温变化的影响同样不可忽视.     

嫩江径流年内变化特征分析

在气候变化和人类活动的影响下,嫩江径流年内分配特征也发生了一些变化,直接影响人类开发利用和生态环境建设,根据嫩江石灰窑、同盟、江桥、大赉四个水文站1956~2006年月径流资料,分析了嫩江年内分配不均匀系数、完全调节系数、集中度、集中期及变化幅度特征。结果表明:1970~1979年(石灰窑除外)无论是年内分配完全调节系数还是年内分配集中度都比较小,径流分配比较均匀。1980年后,年内分配不均匀性增加,集中度也增大。就空间而言,由上游向下游,年内分配不均匀系数逐渐减小、集中度也逐渐减小,集中期后延,嫩江流域月径流量变化幅度不大,总体来看,下游的大赉站变化幅度明显大于中、上游。且中、上游1970~1979年变化幅度较大。     

Understanding the impact of mountain landscapes on water balance in the upper Heihe River watershed in northwestern China

Estimating the impact of mountain landscape on hydrology or water balance is essential for the sustainable development strategies of water resources.Specifically,understanding how the change of each landscape influences hydrological components will greatly improve the predictability of hydrological responses to mountain landscape changes and thus can help the government make sounder decisions.In the paper,we used the VIC(Variable Infiltration Capacity)model to conduct hydrological modeling in the upper Heihe River watershed,along with a frozen-soil module and a glacier melting module to improve the simulation.The improved model performed satisfactorily.We concluded that there are differences in the runoff generation of mountain landscape both in space and time.About 50% of the total runoff at the catchment outlet were generated in mid-mountain zone(2,900-4,000 m asl),and water was mainly consumed in low mountain region(1,700-2,900 m asl)because of the higher requirements of trees and grasses.The runoff coefficient was 0.37 in the upper Heihe River watershed.Barren landscape produced the largest runoff yields(52.46% of the total runoff)in the upper Heihe River watershed,followed by grassland(34.15%),shrub(9.02%),glacier(3.57%),and forest(0.49%).In order to simulate the impact of landscape change on hydrological components,three landscape change scenarios were designed in the study.Scenario 1,2 and 3 were to convert all shady slope landscapes at 2,000-3,300 m,2,000-3,700 m,and 2,000-4,000 m asl respectively to forest lands,with forest coverage rate increased to 12.4%,28.5% and 42.0%,respectively.The runoff at the catchment outlet correspondingly declined by 3.5%,13.1% and 24.2% under the three scenarios.The forest landscape is very important in water conservation as it reduced the flood peak and increased the base flow.The mountains as "water towers" play important roles in water resources generation and the impact of mountain landscapes on hydrology is significant.     

新疆叶尔羌河源流区气候暖湿化与径流的响应研究

应用卡群水文站和塔什库尔干气象站1961-2006年的观测资料,分析了叶尔羌河流域源区气温和降水的变化特征以及径流对气候变化的响应。结果表明:近46 a来叶尔羌河源区气温总体呈上升趋势,而降水量呈增加的趋势;对气温与降水序列进行统计检验,得出该地区气温增加的趋势显著,降水增加的趋势不显著,气温的增加趋势大于降水。气温是叶尔羌河源区径流量变化的主要影响因素,夏季平均气温与年径流量的相关系数最大,为0.81。与新疆地区其他河流不同的是,7-8月降水量与年径流量呈负相关的关系,相关系数为-0.57;在降水量不变的情况下,径流量随气温升高而增加;在气温不变的情况下,径流量随降水量的增加而减少。     

气候变化对黄河源区水资源的影响及未来趋势预估

利用黄河源区有关水文、气象台站观测资料,分析了黄河源区年平均流量变化与气候条件的响应关系,发现气温、降水及蒸发的波动变化对流量有很大影响,依此关系建立了流量预估模型;并根据气候模式输出数据经降尺度处理生成的未来气候情景,对未来源区流量进行了预估。结果表明:近49a间,源区气温呈波动上升态势;蒸发量显著增大,年均降水量没有出现明显的趋势性变化,但具有明显的年际和年代际振荡。源区流量的变化与降水量、气温及蒸发的变化之间存在显著的线性关系,近49a年来,由于气温的持续上升导致径流蒸散发损耗超过降水量的补给作用,源区流量总体呈减少趋势,但近几年随着降水量的增加而有所回升。未来两个时期(2020s、2050s)源区年平均流量为593.61m3/s和525.11m3/s,较气候标准期(1961年-1990年)分别减少14.9%和24.7%,据此,未来气候变化对黄河源区水资源的影响可能弊大于利,但仍具有较大不确定性。     

植被对小流域汇流及侵蚀产沙影响研究

本文从物理概念出发对小流域产汇流及侵蚀产沙过程进行研究,并结合实例分析了流域内森林植被对产汇流和侵蚀产沙的影响。森林植被的调节径流、防治侵蚀的功能体现在各个层面,林冠及下部枯落层可削减雨滴动能;树干及下部枯落层可削减地表径流流速;林地可改善土壤的渗透性,减少地表径流流量;根系可固持土壤,增加抗蚀力。     

新疆塔城地区中小河流径流成因分析及预测

以塔城地区乌拉斯台河为例,根据其年径流量(1966-1995年)序列的长期变化特征,提出了时间序列分解预测模型,即将年径流系列分解为趋势项、周期项、随机项,通过对其各项进行识别、提取,再将各项线性叠加,从而建立年径流量预测模型.从模型的识别过程可得,乌拉斯台河年径流具有不显著的递增趋势和明显的周期变化,同时具有一定的随机性.从模型的检验来看,所建模型具有较好的适应性和预报精度,并且拟合效果较好,说明这种预测方法有一定的实用性.     

黑河中游张掖地区近48a气候变化及径流的响应

将现代气候统计诊断与预测技术和地理信息系统(GIS)的地学统计方法中的Kriging插值结合,分析了位于黑河中游张掖地区6个气象站的近48a的气温和降水的时空变化,并且空间显示了各季节的气温和降水变化。结果表明:张掖地区6站的年均气温在3.97-8.04℃之间,变暖最快的是山丹站气温倾向率为0.47℃/10a,变暖最缓慢的是高台站气温倾向率为0.19℃/10a。年均气温最低出现在1956年,为2.5℃,最高值出现在1998年,为9.06℃;降水地域分布不均衡,地区降水差值可达200mm以上。夏季张掖地区的降水变化范围为67.11-193.30mm,冬季降水是4.69-10.48mm,表明降水季节分配不均,且冬、夏降水变化幅度大;张掖地区气温在1991年开始发生突变,气温增加趋势明显。西支流地区和整个张掖地区气温突变时间一致,东支流气温突变是在1993年和整个张掖地区相比推迟了2年。整个张掖地区包括西支流和东支流在降水的时间的变化上没有发生突变。张掖地区年水变化周期现象明显,第一主周期为15年第二主周期为7年,但年均气温变化周期现象不明显;平原地区气温不是影响径流最根本的决定因素,但对河流径流的影响是正向的。降水和径流虽然在时间上拟合,径流总体的变化趋势在减少,但径流的降幅比降水要大。     

黄土区小流域水沙对降雨及土地利用变化响应研究

降雨和土地利用/覆被变化是流域径流、泥沙的两个主要影响因子。本研究采用SWAT模型,用固定其中一个影响因子而改变另一个影响因子的方法,对研究区降雨变化与土地利用/覆被变化对径流泥沙影响进行估算,目的在于从年月不同时间尺度上确定黄土高原小流域水沙对降雨和土地利用变化的响应状况。结果表明,在年尺度上降雨变化对径流影响的贡献率为84.20%,土地利用变化对径流影响的贡献率为28.63%;在月尺度上,降雨对径流贡献率也大于土地利用对径流的贡献率,尤其在雨季降雨对径流的影响程度和土地利用对径流影响程度的比值最大可以达到4.5。因此,不论在年尺度还是月尺度上,降雨对径流的贡献率都远远大于土地利用对径流的贡献率。此外,研究结果也表明流域年降水量和流域森林植被盖度均与流域径流模数或输沙模数呈指数关系。