T-M水量平衡模型在流域产流计算中的应用

[目的]旨在通过研究流域各月度产水量,对水资源管理和农业灌溉用水调度进行指导。[方法]以锦阳川流域为研究对象,运用遥感(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)提取和处理空间土地利用、土壤及数字高程模型数据,结合降雨、气温及不同植物的根深数据,采用Thornthwaite and Mather(T—M)模型计算了水分亏缺与剩余,土壤水分补给与利用的周期及月度产流量。[结果]研究区2011年平水年全年总径流量为281.0mm,在1,3—4,6和10月,存在水分亏缺及土壤水分利用,面积加权的水分亏缺值为5.8mm;2月,11—12月降水对土壤水分进行补给;5和7—9月,存在水分剩余,面积加权的剩余值为286.2mm。丰水年(25%)、平水年(50%)和枯水年(75%)多年平均产水量分别为8.3×107,4.8×107及2.2×107 m3。[结论]研究区在丰水年(25%)的2,7—11月,平水年(50%)的2—3,7—9月和枯水年(75%)的12—2,7—9月存在水分剩余。     

辽宁省区域降水丰枯状况分析与预测

依据辽宁省近30 a的降水监测数据资料,在详细分析了马尔可夫基本原理和计算方法的基础上,预测分析了其2016—2017年的降水丰枯状况,并取得了理想的效果。结果显示:研究区域2016年降水属于平水年,而2017年降水为偏丰水年,该预测分析结果与区域降水实际状况整体保持一致;马尔可夫预测模型可通过将点值扩大至区间,从而提高降水预测的准确性与可靠性。本研究可为辽宁省防洪减灾与水资源管理提供一定参考依据。     

昆明市区地表径流影响因子分析

为探索SCS模型在昆明坝区地表径流模拟中的适用性和影响因子,利用1986年、1995年、2000年、2007年、2014年昆明市区土地利用类型数据和5个气象站点的逐日降雨数据,通过修正后的SCS模型分析了昆明市区地表径流的影响因子。结果表明:(1)模拟的地表径流深度随着降雨量的增加呈极显著线性增加,且表现出丰水年偏丰水年平水年偏枯水年的趋势,地表径流量最大值出现在降雨最多月份(6月或7月),月平均雨水产流次数达到20次,最小值则出现降雨较少月份(1月或12月)。(2)降雨强度在不同等级之间变化时,地表径流深度变化幅度差异较大,且随着降雨强度增大,地表径流系数呈现快速增长的趋势。单次降雨和单位毫米径流深度均表现前期土壤湿度越高,雨水产流能力则越强的趋势。(3)地表径流量随着渗透比例的减小整体呈现上升趋势,且丰水年土地利用变化对年地表径流的影响明显大于平水年和偏枯水年。     

重庆地区近57年降水量变化特征及其影响分析

利用重庆地区1951～2007年的降水资料,分析近57年降水量的变化特征,对降水量的时空特征、年际变化、年内变化和频次特征进行分析。结果表明,这57年来重庆地区降水阶段性变化特征明显,年降水变率集中在10％左右,属于正常变化,年内降水量变化较大,降水量主要集中在夏季汛期,这几十年以平水年和偏丰水年为主。同时,分析了降水量变化对该地区的径流量和水土流失的影响。     

不同降水年型下播期对晋南旱地小麦产量和水分利用率的影响

根据近54年来山西省临汾市逐日降水量,将7个试验年份分为丰水年型、平水年型和枯水年型,研究了不同年型不同播期对旱地小麦关键生育期持续时间、降水、积温、日照时数、小麦产量及籽粒水分利用效率的影响,并进行相关、多元回归和通径分析,为旱地小麦稳产高产提供理论依据和技术支撑。结果表明,播期对小麦生育期持续时间的影响主要表现在苗期、分蘖期和起身拔节期,而对抽穗期和成熟期影响最多仅相差1 d。旱地小麦全生育期持续时间与积温显著正相关。降水年型显著影响旱地小麦产量及其构成因素,相同降水年型下降水分布不同小麦产量也有较大差异,丰水年型旱地小麦产量较平水年型和枯水年型分别提高100.0%和135.9%。籽粒水分利用率为丰水年型枯水年型平水年型,丰水年型和枯水年型下,籽粒水分利用率随播期推迟而升高,平水年型下,籽粒水分利用率随播期推迟先升高后降低。在拔节—抽穗期,小麦产量与积温显著负相关,与日照时数极显著负相关,与降水量极显著正相关;在抽穗—成熟期,产量与积温、日照时数均呈极显著正相关。年降水量及其分布是影响旱地小麦稳产高产的关键,丰水年型适播期在10月4日左右,产量构成因素协调,可获得高产,同时生育期耗水量最少,水分利用率较高;平水年型和枯水年型适播期应在9月28日左右,产量最高,水分利用率也较高。随播期推迟,应适当加大播量。     

近红外光谱法快速测定土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量

运用偏最小二乘法(PLS)和人工神经网络(ANN)方法分别建立了0.9 mm筛分风干黑土土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量预测的近红外光谱(NIRS)分析模型。使用偏最小二乘算法建立的碱解氮、速效磷和速效钾校正模型的决定系数R²分别为0.9520、0.8714和0.7300，平均相对误差分别为3.42%、13.40%和7.40%。人工神经网络方法建立的碱解氮、速效磷和速效钾校正模型的决定系数分别为0.9563、0.9493和0.9522，相对误差分别为2.67%、6.48%和2.27%，测试集仿真的相对误差分别为5.44%、16.65%和7.87%。结果表明，人工神经网络方法所建立的校正模型均优于偏最小二乘法所建模型；用近红外光谱分析法预测土壤碱解氮含量是可行的，而速效磷、速效钾模型的测试集样品仿真的相对误差较大，其预测可行性还需做进一步研究。     

纸坊沟小流域水文特征与降水量关系初步分析

应用纸坊沟小流域1959-1997年降水、输沙及径流观测资料,分析了流域降水和输沙年际、月际变化特征以及年降水量与年径流量、年均土壤侵蚀模数之间的关系,时段治理程度与时段年均输沙量之间的关系。结果表明,降水量年内分配不均且凸显单一峰值,降水在年际上呈平水年-干旱年-平水年（较丰水年）周期性变化;多年平均输沙量月分布过程线峰型单一瘦削,土壤侵蚀及输沙量年际变幅大,稳定性极差;径流年变化幅度很大,地表径流的年际变化11年为一个周期,连续出现枯水年和丰水年的周期均为6年左右;年降水量与年径流量、年降水量与年土壤侵蚀模数、时段年均输沙量与时段治理程度呈线性相关关系,其相关程度均呈极显著（在0.01水平上）。     

基于SWAT模型的内蒙古锡林河流域降水-径流特征及不同水文年径流模拟研究

以我国北方寒旱区草原中典型流域——锡林河流域为研究对象,结合我国北方寒旱区草原型河流流域的气候特点、下垫面条件及水文过程的特殊性,通过分析锡林河流域近30 a的降水—径流变化特征,利用锡林河水文站的年径流频率曲线,采用一定保证率条件下的年径流量作为划分流域丰平枯水年的标准,对锡林河流域历史水文年进行划分。基于此基础,以ARCSWAT2012为操作平台,应用地理统计分析方法,对模型建立过程中所需的各数据库进行基础数据整备与参数化,分析影响模型径流模拟精度的主要参数,进行模型的参数率定与结果精度评价,分别对锡林河流域各丰、平、枯水年进行径流模拟,并对其结果进行了检验。结果表明:SWAT模型对细化流域降水—径流分配的径流模拟具有不同的精度,即平水年 > 偏丰水年 > 丰水年 > 偏枯水年 > 枯水年,体现出SWAT模型在中国北方寒旱区丰水年和平水年具有较好的可操作性。     

基于等维新息灰色马尔可夫模型的河流水质预测

河流水质预测是对河流水环境污染进行分析、控制和治理的基础。基于太湖流域上海市青浦区急水港点位2004-2011年的水质指标COD,NH₃^-N数据,分别建立等维新息灰色预测模型;由于NH₃^-N指标的平均相对误差没有达标,因此利用马尔可夫模型对NH3-N指标的预测结果进行修正,之后应用两种模型分别预测未来几年两项水质指标数值。结果表明,等维新息灰色马尔可夫模型有效地减小了预测结果的平均相对误差,提高了预测精度;未来几年,两项水质指标均呈整体下降趋势,并在一定程度上趋于平缓。但由于太湖流域污染的长期性,其水环境形势依然严峻,应继续采取合理有效的治理措施,如从源头上进行减污,生态清淤,加快转变流域经济发展方式及完善流域管理等,使流域水质得到整体改善。     

基于加权马尔可夫模型的土地利用预测——以徐州市为例

以正在进行功能转型的徐州市区为研究对象,通过遥感影像解译将该区域内土地分为水体、林地、建设用地、农田、未利用地5种用地类型,并计算了2001年、2005年和2008年的转移矩阵概率,利用加权马尔可夫方法预测徐州市未来9年内的土地利用变化。研究结果表明:徐州市在2009—2017年内,建设用地将增加7.363km2,水体和林地略有上升,耕地面积持续减少9.61km2;采用加权马尔可夫链进行修正,能提高预测结果的准确性。     

金沙江流域降雨侵蚀力时空分布特征

[目的]分析金沙江流域降雨侵蚀力的时空分布的变化特征,为优化流域土壤流失定量评估及水土保持规划编制工作提供支持。[方法]利用气象台站降水资料验证了TRMM降水数据估算降雨侵蚀力在金沙江流域内的适用性,并结合气象站、TRMM和DEM数据,在Arc/Info软件提供的地图代数运算功能支持下,利用日雨量模型估算降雨侵蚀力开展分析和研究。[结果]1998—2015年TRMM 3B42降水数据和气象站降水数据估算金沙江流域多年平均的总体精度达到了82%,说明二者估算降雨侵蚀力的结果在合理误差范围内,金沙江流域降雨侵蚀力大体呈由东南向西北递减的趋势,地区差异大。总体上,高程越小的地区,降雨侵蚀力越大。流域年际变化同样存在空间分异,整体上呈现降低的趋势。[结论]将TRMM 3B42降水数据应用于气象站点稀疏的金沙江流域的多年平均降雨侵蚀力估算是可行的。但是各个站点估算结果的一致性高低程度不同,且某些年份的适用性程度受极端气候的影响。     

曲线数值法(SCS模型)在北京温榆河流域降雨－径流关系中的应用研究

为研究北京城市化进程中降雨-径流关系变化,在温榆河流域应用SCS模型,对该流域部分实测次降雨-径流过程及不同频率年降雨-径流进行模拟,得出SCS模型在温榆河流域预测径流是可行的,无论哪种前期土壤湿润条件,不同频率降雨的年径流量随着时间的推移有增大的趋势,相同前期土壤湿润情况下年径流量绝对增量顺序为,丰水年＞平水年＞枯水年,而相对增量是枯水年＞平水年＞丰水年.相同前期土壤湿润程度及相同频率降雨条件下,城市化水平越高,径流量越大.     

基于时间序列分解方法的太湖未来特征水位预测

基于太湖沿湖5个水文台站1956—2006年的逐日平均水位数据,提取得到了逐年特征(平均、最高和最低)水位,运用时间序列分解方法模拟和预测了太湖未来15a的特征水位,并探讨了太湖未来洪灾情势。将水位序列分解为趋势成分、周期成分和随机成分,得到时间序列分解模型,并进行了水位序列模拟和预测。分析结果表明,该模型的模拟精度比较理想,可以实现未来较长期的特征水位预测。预测得到未来15a后的最高水位可能达到4.05m,显著超过太湖警戒水位,因此需引起相关部门的重视。     

青海湖流域植被的净初级生产力估算

[目的]定量估算青海湖流域2001—2011年草地净初级生产力(net primary productivity,NPP),查明其时空演化特征,为流域草地可持续利用与生态建设及相关的政策制订提供科学依据。[方法]选取陆地生态系统碳循环模型(CASA模型),逐像元模拟2001—2011年青海湖流域草地生态系统NPP的时空变化。[结果](1)2001—2011年青海湖流域草地年均NPP为1.12×1013g/a,单位面积平均值为168.03g/(m2·a);(2)NPP在空间分布上呈现东南高,西北低的格局,这与流域水热因子在空间上的分布一致。近11a流域草地年均NPP总体呈上升趋势,年增加率约为1.74g/(m2·a),湖区北部、东部为主要增加区域;(3)青海湖流域草地NPP具有明显的季节变化特征,7月草地NPP达到最高,1月NPP最低。其中5—9月生长季草地的NPP占到了全年的90.40%。[结论]所选模型模拟精度较高,能够较好地反映流域NPP的空间分布规律和时间变化特征。可以认为改进后的CASA模型在气候资料稀缺的该地区进行模拟是可行的。     

神府—东胜矿区未来降水变化及其对侵蚀产沙的影响预测

神府－东胜矿区开发对人黄泥沙的影响是普遍关心的问题之一,该文利用矿区６０年代以来的降水资料进行谐波分析,预测未来１５ａ降水量的变化和年内变化。结果表明,未来降水量比多年平均值增加６％左右,且年际波支性增大,年内分布更加集中,洪水量和输沙量有增大的趋势。     

热带测雨卫星数据在黑河流域的精度及应用

[目的]验证热带测雨卫星数据TRMM(tropical rainfall measuring mission)3B43降水产品在黑河流域内的精度及可用性,了解全流域降水的空间分布,为西北干旱区流域开展水文和生态研究提供数据支持。[方法]基于黑河流域1998—2013年TRMM 3B43V7数据和11个气象站点数据,使用相关系数、均方根误差、平均误差、平均绝对误差等主要指标评估其在流域内精度,揭示各指标空间分布特征。[结果](1)TRMM数据与实测数据有极强的统计相关性和趋势一致性,但存在不同程度高估现象,月平均高估2.84mm,季、年尺度高估值分别达到8.55和34.1mm;(2)相关系数、均方根误差,从上游到下游依次降低,平均误差在3尺度上上游值均远低于中下游,平均绝对误差在年尺度上游最低,下游次之,中游最高,而在季节尺度上中游相差不大,下游最小,月尺度从上游到下游平均绝对误差值逐渐递减。[结论]TRMM数据显示黑河流域多年平均降雨量呈西南部向中、北部递减的分布格局,且降水量具有上游中游下游的梯度分布,降水年内分配不均,主要集中在5—9月。     

典型喀斯特峰丛洼地降雨特性及浅层地下水埋深变化特征

以桂西北典型喀斯特峰丛洼地连续6年(2006-2011年)的降雨资料和浅层地下水埋深的实测数据为基础,分析研究区降雨特性和浅层地下水的变化特征。结果表明:研究区虽然降雨丰富,但年际变化大且季节分布不均。除2008年为丰水年(1 979.8mm)、2011年为欠水年(1 127.3mm)外,其余年份均为平水年(1 302.7～1 510.1mm);降雨主要集中在4-9月(雨季),其占全年降雨量的比例表现为平水年(82.4%～85.1%)>丰水年(74.7%)>欠水年(65.9%);有效降雨次数、累计有效降雨量和最大日降雨量有随年降雨量增加而增加的趋势;60min雨强大于16mm/h的降雨和最大日降雨量的最大值分别为67.4mm/h和152.9mm,主要集中在5-8月;年内50%以上为无雨天气,其中,平均出现26次连续3d以上,5次连续10d以上的无雨天气,不同水文年差异不大,且多发生在旱季,年降雨量并未因无雨天数的增加而降低。雨季地下水埋深约为2m,旱季大于3m,呈中等变异,且雨季大于旱季;地下水埋深年内随降雨呈单峰型分布,但峰值维持时间短,前期降雨对地下水位的涨落有重要影响。     

广东省旱涝灾害时空变化特征研究

[目的]研究广东省旱涝灾害时空变化特征,并对广东省1960—2012年旱涝等级进行划分。[方法]应用小波分析、马可尔夫链、Mann—Kendall突变检验、经验正交函数以及克里金空间插值法等方法。[结果](1)在时间上,广东省年降水量呈上升趋势,存在28,13和6a的时间尺度上的震荡周期;(2)广东省旱涝灾害发生频率及未来几年旱涝状态与气温变化有良好的响应关系。(3)在空间上,粤东地区和粤西地区以涝灾为主,而广宁—广州—台山地区一带以旱灾为主。[结论]广东省旱涝灾害与气温变化存在一定的响应关系,气温突变后旱涝灾害增多。     

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.