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。     

黄土丘陵区小流域土壤水分入渗特征研究

 为给森林对流域减流减沙效益的预测和评价提供科学依据,采用“环刀法”,在流域的横断面上设点,对黄土丘陵区森林小流域和荒坡草灌小流域土壤水分入渗特征进行了研究。结果表明:森林小流域林地土壤入渗速率显著高于荒坡草灌小流域。在2种小流域类型中,阴坡的土壤入渗速率一般高于阳坡,其中森林小流域阴、阳坡的差异较小,仅在坡上部表现明显,稳定入渗速率分别为7.8mm/min和7.0mm/min;荒坡草灌小流域阴坡的土壤入渗速率高于阳坡,这与阴坡植被发育较好有关。在坡位上,表现出从坡上部到坡下部,土壤入渗速率随坡位下移呈逐渐降低的趋势,即其空间特征为坡上部>坡中部>坡下部。据分析,这是上部产生的径流挟沙而下,在下部沉积,堵塞土壤孔隙,并在表层形成一个致密层的结果。根据黄土丘陵区的土壤特性,其土壤入渗过程以方正三方程拟合精度最高,如将其与A.Kostiakov方程结合使用 ,则可更好地说明土壤的初始入渗速率和稳定入渗速率。     

嘉陵江上游不同植被类型小流域典型降雨产流特征分析

降水-径流关系研究是了解流域生态系统水文过程的一个重要途径,分析了典型降雨对嘉陵江上游不同小流域的影响。结果表明:在典型降雨条件下,不同小流域的产流量除受降雨和流域面积的影响外,流域下垫面特征特别是植被因子影响产流的主要原因,植被恢复能有效提高侵蚀性降雨等级,降低大到暴雨的地表径流量;植被因素对较小面积的小流域具有较强的拦截降水的作用,但随着小流域面积的增大和土地利用类型的复杂化,这种作用会逐渐减弱;森林覆盖率高的流域能有效阻缓地表径流,洪峰出现的时间,延长产流历时,表现出明显的产流滞后效应和延长效应。     

黄土区森林植被对流域径流和输沙的影响

 为进一步探讨森林植被对流域尺度径流和输沙的影响,给黄土区植被建设提供理论依据,通过对黄土区山西省吉县蔡家川嵌套流域的聚类分析,选取地形地貌特征相似的森林流域和无林流域,对其雨季径流和输沙进行分析。结果表明:森林植被可以大幅度地延缓产流时间、减少小流域的暴雨洪峰流量;随着森林植被覆盖率的增加,流域雨季径流量、径流深和径流系数减少,无林流域比森林流域的雨季径流深和径流系数高520倍,少林流域比多林流域的雨季径流深和径流系数高2.7～2.9倍;少林流域暴雨径流输沙量是多林流域的36倍,且前者暴雨径流输沙过程线的变化比后者剧烈得多。由于森林植被对流域径流影响的复杂性和尺度依赖性,森林在区域（或大流域）尺度的水文功能评价仍有待进一步深入研究。     

大兴安岭地区森林小流域河川径流特征

选取大兴安岭北部3个典型森林小流域设置观测断面,安装Onset HOBO U20-001-04水位记录器实时记录水位变化,利用LS45-2型旋杯式流速仪定期测定流速,研究河川径流特征。研究表明:3个流域径流深大小排序为小北沟(162.60mm)老沟林场(58.97mm)圣诞村(34.23mm),径流深与流域内落叶松所占比例密切相关,同时也与流域面积大小相一致。3个流域径流对小雨和中雨的响应不明显,对大雨和暴雨的响应显著。降大雨和暴雨时,圣诞村河和小北沟流量的起涨时间、骤涨时长和增长幅度都十分相近,但小北沟的洪峰径流模数却是圣诞村的10.70倍和13.08倍,说明流域面积是流域产流能力和调节径流能力的重要影响因素。相比之下,老沟河流量骤涨时间最短,暴雨时仅4.5h,流量增长幅度却最大,大雨时洪峰流量与起涨流量之差高达1.97倍,这是由于该流域存在采金迹地,削弱了流域对降雨的拦蓄能力,使得强降雨来临时,洪水的形成过程加快,流量也大幅增加。当降雨量相近时,降雨强度主要影响流量的起涨时间和骤涨时长,而径流量的增长幅度则与降雨历时和土壤、枯枝落叶层的饱和程度密切相关。     

晋西黄土区森林植被对流域径流的影响

以晋西黄土区吉县蔡家川流域为研究对象,通过利用MATLAB软件的系统聚类分析方法,对蔡家川嵌套流域中主沟道及6个小流域进行流域地形地貌属性相似性分析和分类的基础上,分析研究了在地形地貌特征相似流域类型中不同土地利用及森林覆盖率对流域径流过程的影响。分析结果表明,在流域地形地貌特征相似的条件下,森林植被具有减小流域雨季径流总量的作用,流域径流量及径流过程不仅受该流域的森林覆盖率影响,而且整地措施良好的人工林地调节径流、减少雨季洪水径流总量的效果更加明显。     

太行山区人工油松林对坡面入渗产流的影响

通过径流小区试验对太行山区人工油松林与灌草地的坡面产流入渗特征进行比较分析研究.结果表明:2种植被覆盖下的坡面产流量较小,入渗量较大.随着降雨量增加,坡面产流量和入渗量均呈增大的趋势.小降雨量时,松林小区的坡面产流量和入渗量均比荒坡小区的小;大降雨量时,松林小区的坡面产流量比荒坡小区的大,入渗量仍比荒坡小区的小.在一次降雨过程中,松林小区的出流历时长于荒坡小区的.大强度降雨时,松林小区出流的峰值流量和出流量均大予荒坡小区的;小强度降雨时则相反.土壤含水率较高是可能造成松林小区降水入渗量小,壤中流量大,出流历时长和洪峰流量暴涨暴跌的主因.     

黄土高原天然山杨林地产流产沙研究

研究了天然山杨林地的产流产沙,结果表明:与采伐林木辟为农地比较,天然山杨林和采伐林木保护草灌层林地径流高度各降低62.5% 和51.1%;产流总时间各滞后90和10min;混水量各降低92.8% 和92.9%,含沙量降低99.1% 和99.2%;侵蚀模数降低99.9% 和99.9%;前者径流曲线陡峭、起伏程度大,后者平缓、起伏程度小。     

小流域侵蚀产沙分布式数学模型的研究

 为反映因下垫面因子空间分布不均和人类活动对流域侵蚀产沙的影响,建立了基于场次暴雨的小流域侵蚀产沙分布式数学模型。该模型能够模拟出流域在不同水土保持措施(不同土地利用类型)下的径流和侵蚀产沙的时空过程,从而加强了在水土保持措施制定中的应用,并能够检测流域管理措施对径流泥沙过程产生的影响,进而为配置流域内水土保持措施和检测流域管理,提供技术支撑和科学依据。经黑草河小流域实测资料率定和验证,计算值与实测值符合良好。     

清水河流域场次洪水输沙特性及关键影响因素

[目的]揭示水沙对关键环境因子的响应规律，以期为促进黄河流域水土保持综合治理提供理论基础。[方法]利用清水河流域场次洪量和输沙量数据，基于径流侵蚀功率理论和随机森林等方法系统分析了清水河流域场次洪水输沙特性及其关键影响因素。[结果]流域产洪输沙量呈现显著的空间分异特性，影响不同子流域洪水输沙过程的主要参量有所区别。随机森林结果表明在小量级洪水频发的区域主要影响因素为径流深、洪水历时与洪峰流量，而在中量级洪水频发的区域则分别为径流深、洪峰流量与平均流量。在侵蚀产沙的解释变量中引入表征径流过程的复合指标更能综合体现天然降水和流域下垫面属性对次洪过程侵蚀产沙的影响，其拟合精度相较于传统的径流-输沙关系更高。[结论]相比于传统的径流深、平均流量或者洪峰流量等单一径流参量指标，径流侵蚀功率更适宜描述次洪尺度水沙关系。     

1960-2010年延河水沙特征及其对退耕工程的潜在响应

河流水沙特征与流域降水量和下垫面变化密切相关.为揭示流域降雨以及退耕还林对延河流域水沙特征的影响,本文以延河甘谷驿站控制区1960-2010年流域降水量、河流径流量和输沙量实测数据为基础,统计分析了延河水沙变化特征及其对流域降水量的响应,并对比分析了退耕前、后(以2002年为界)延河水沙变化.结果表明:在1960-2010年间,延河甘谷驿站控制区年及汛期(6-9月)降水量、径流量和输沙量呈波动递减趋势,汛期降水量、径流量和输沙量值约占年值的64.8％、71.7％和98.1％;年及汛期输沙量与径流量呈极显著正相关关系,径流量变化可分别解释年及汛期87.6％和92.2％的输沙量变化,降水量变化可分别解释年及汛期22.7％和23.6％的输沙量变化;退耕后流域年及汛期平均输沙量、径流量和径流系数显著低于退耕前,剔除退耕前后降水量差异影响,退耕工程对年及汛期累计输沙量变化分别贡献87.5％和86.9％,对年及汛期累计径流量变化分别贡献77.4％和75.4％.研究阐明退耕可显著降低年及汛期平均径流量、径流系数和输沙量.     

降水和土地利用变化对罗玉沟流域水沙关系的影响

为探讨降水和土地利用变化对流域水沙关系的影响,以黄土高原丘陵沟壑区罗玉沟流域为研究区域,利用流域25年(1986—2010年)的年降水量、年径流量和年输沙量以及土地利用变化资料,分析罗玉沟流域水沙演变规律和水沙关系变化。结果表明:在1986—2010年罗玉沟流域年降水量和汛期降水量基本保持平稳,无明显的增减趋势,而流域年径流量和年输沙量整体呈波动递减的变化趋势,降水与径流相关分析得出,汛期产流产沙对流域年径流量和年输沙量影响最显著。对不同时期流域水沙变化分析,土地利用方式改变,主要是梯田、林草等水土保持措施,对于流域减水减沙作用有限,梯田和林草面积的增加并未明显改变流域水沙关系,淤地坝等工程措施对黄土高原丘陵沟壑区流域减水减沙具有重要作用。研究结果可为黄土丘陵沟壑区水土流失治理及水土保持措施布设提供理论依据。     

淮河上游山区迎河小流域年降雨与径流特征分析

根据1981~2004年连续24a的降雨、径流实测资料,采用数理统计方法分析了淮河流域上游迎河小流域的年降雨、径流变化特征及降雨与径流的关系.结果表明:迎河小流域降雨、径流的年际变异程度均较大,离差系数分别为0.28和0.45,显示出区域旱涝灾害出现机率大;降雨年内分配集中,汛期降雨量占年雨量82.1%;典型年份雨次的分析表明,流域次降雨雨型以均匀型为主;年降雨量同年径流量存在很好的线性正相关关系,可以用年降雨量对径流量进行预报;径流率与汛期雨量存在良好的线性正相关关系.     

北京山区典型小流域景观格局变化对径流的影响

根据北京市密云县红门川小流域1990—2006年的水文资料,在统计分析降水、径流、蒸发年际变化特征的基础上,利用1990年、1995年、2000年和2005年4期遥感影像,采用ArcMAP及Fragstats等景观分析软件,从斑块和景观两个尺度上,分析红门川流域的景观空间格局变化及其与径流的关系。结果表明:（1）红门川小流域的降水、径流多集中在汛期（6—9月）,且年降水量、径流量逐年减少,气候变化是径流减少的主要原因;（2）红门川流域土地利用类型以林地为主,林地约占流域总面积的75%,其中以针叶林最多,阔叶林、混交林次之,灌木林最少,另外水域面积逐年减少,从另一个方面反映了径流量逐年减少;（3）红门川流域景观斑块个数增加,整体景观格局破碎化程度减小,斑块分布趋于均匀,其中斑块平均面积（AREA）、斑块周长（PERIM）、景观形状指数（LSI）、景观聚集度（CONTAG）均呈波动减小的趋势,斑块形状指数（SHAPE）、斑块分维度（FRAC）、Shannon-Wienner多样性指数（SHDI）则是逐年减小;（4）平均斑块周长、景观聚集度与径流变化相关性较强,平均斑块面积、平均分维度与径流变化相关性一般,平均斑块形状指数、景观形状指数、Shannon-Wienner多样性指数与径流变化基本不相关。     

甘肃天水市对比小流域暴雨洪水侵蚀产沙特性

 为分析黄土丘三区水土保持综合治理对小流域典型暴雨产汇流特性的影响,依据桥子东、西沟对比小流域暴雨洪水泥沙观测资料,结合实地调查对比分析雨、洪、沙特性。结果表明:在降雨差异很小的情况下,其水沙特性差异明显,桥子东沟较西沟洪峰削减率达66.9%,单位面积减洪量1万3336m3/km2,减沙量8534t/km2,2流域的流量和含沙量过程变化趋势基本一致,但西沟变率均大于东沟,且西沟流域侵蚀模数是东沟的3.5倍。桥子东沟流域各项水土保持措施发挥了显著的蓄洪拦沙作用,减洪效益59.9%,减沙效益79.5%;桥子西沟的林草措施减洪效益为6.9%,减沙效益8.4%。     

台风“利奇马”暴雨引发的流域产流产沙特征——以山东省临朐县为例

为了明确极端暴雨下不同尺度流域的产流产沙特征,为应对极端暴雨事件提供技术支撑。基于2019年9号台风“利奇马”导致的暴雨洪水事件,采用暴雨中心的辛庄控制站和弥河干流黄山水文站的水文数据,分析了本次暴雨中两个不同尺度流域的径流、泥沙总量及过程特征。结果表明:2019年8月10—17日,辛庄观测站次洪水径流总量为123万m³,实测洪峰为40.96 m³/s,洪水泥沙总量为4600 t,产沙模数为1285 t/km²。黄山水文站实测洪峰流量为2210 m³/s,是自1988年建站以来的最大流量,重现期为33.3年一遇。黄山水文站输沙量为36.23万t,输沙模数为966 t/km²。本次暴雨洪水的输沙量是多年平均输沙量(19.50万t)的1.65倍,与2018年夏季汛期洪水泥沙过程的水沙关系曲线相关性较好。综上,基于水沙关系的黄山水文站流域场次洪水输沙量预测方法是准确的,说明在极端暴雨事件中采用历史洪水泥沙关系预测输沙量是可行的。     

典型黑土区不同尺度观测场地融雪径流

通过对典型黑土区坡面、微型小流域和小流域3个尺度观测场地连续4 a的融雪监测,比较分析了融雪径流发生特征及其所占的比例。结果表明,该区融雪发生和持续时间取决于日最高气温和冬季总降雪量。降雪径流系数远大于降雨径流系数,部分年融雪径流量多于降雨径流量,坡面尺度的径流系数高于小流域尺度的径流系数。小流域的融雪径流最能代表汇入河流中的雪水量。降雪径流系数年际波动大,范围为3%~83.6%,融雪径流量占全年降水径流量的59.3%,在径流观测中不容忽视。     

Effects of Precipitation,Air Temperature,and Land Use on Organic Carbon Discharges from Rhode River Watersheds

We studied discharges of organic carbon from eight contiguous small watersheds on the Atlantic Coastal Plain in Maryland for up to 24 yr. Six of these watersheds were second or third orderwith mixed-land-use, while two were first order (one completely forested and one highly dominated by cropland). These watershedshave perched aquifers, so all groundwater discharges as well assurface runoff were measured at V-notch weirs and flumes, whichincluded volume-integrating flow-proportional samplers. Interannual variations in annual and seasonal precipitation during this study spanned approximately the range of 160 yr weather records in the region. Annual total organic carbon (TOC)area yields from the overall Rhode River watershed varied 8-fold, correlations with precipitation were highly significant,and a power function regression explained 54% of the variance in annual TOC fluxes. TOC fluxes were higher from upland forestthan mixed land use, and highest from the cropland-dominated watershed. The fluxes from first order watersheds were more variable with precipitation. In the spring, TOC fluxes were highest and most correlated with precipitation, compared to other seasons. Precipitation volume also explained much of thevariance in annual and spring TOC concentrations from upland forest and cropland, with concentrations three to five times higher in very wet years than in very dry years. Variation in winter and summer air temperature was correlated with TOC concentrations from forested watersheds, and linear regressionsexplained 19 to 42% of the variance in TOC. A regression modelwas used to construct graphical and tabular summaries. Particulate organic carbon and dissolved organic carbon (DOC)concentrations and the ratio of DOC to TOC were highly correlated with water discharge for a second order, mixed land use watershed, and power function regressions explained 21 to 43% of the variance. For the first order, single-land-use watersheds the ratio of DOC to TOC was also highly correlatedwith discharge.     

黄土高原森林/非森林流域径流稳定性及其演变趋势对比

采用集中期、集中度等方法及M-K,Pettitt等非参检验法对比分析了黄土高原北洛河子午岭森林流域与相邻丘陵沟壑区非森林流域近50 a来的径流稳定性差异及演变趋势,为黄土高原地区生态治理的水文效应分析提供参考和借鉴.结果表明,黄土高原子午岭林区和非林区流域径流量年际尺度分布表现出一致的强变异性,年内分布均为双峰型特征,但林区峰型平缓,非林区陡峭.林区流域年内分布较非林区流域均匀,前者径流集中期较后者滞后1个月.近50 a来林区流域径流量无明显变化趋势,而非林区流域年、夏、秋及汛期径流量表现出显著性减少趋势,且有显著的跃变时间.无论径流过程或径流量年变化如何,林区稳定性要明显优于非林区流域.非林区流域的生态环境仍需要长时期的建设和维护.