基于物理过程的分布式流域水沙预报模型

将分布式水文模型与土壤侵蚀产沙模型相互嵌套,构建了一个分布式流域水沙预报模型。模型基于DEM,将流域离散为“坡面+ 沟道”系统,采用“+ 1 ”分级方法将沟道组织为河网,实现了流域水沙预报的并行计算。坡面单元划分为植被层、地表层、非饱和带和地下水层,模拟了降雨、截留、蒸散发、入渗、地表径流、壤中流和地下水、各种形式的侵蚀产沙及泥沙输移;沟道进行汇流演算以及泥沙输移。模型在李子溪流域对长系列降雨的模拟结果表明,模型的水文模块模拟精度良好,侵蚀产沙模块模拟效果基本令人满意。     

岷江镇江关流域分布式水文及泥沙侵蚀模型研究

基于空间地理信息系统的流域分布式水文泥沙模型为研究流域产流产沙及在河道中的汇流、输移过程提供了,科学有效的手段.针对岷江上游镇江关流域土壤易受降雨侵蚀的问题,采用水沙耦合的流域分布式水文综合模型,对该流域1990年后典型年的径流及泥沙侵蚀输移过程进了数值模拟,并结合镇江关水文站的实测资料对模型进行了验证,计算成果令人满意.分析表明,近年来岷江上游地区的年径流和输沙量均呈现出下降的趋势,且后者下降速率更快,说明泥沙侵蚀输移与径流相比对流域环境变化的反应更为敏感,今后水土保持工作应注重坡面治理.     

分布式非点源有毒污染物模型构建研究

在分布式水文模型ESSI基础上,以日为时间尺度,以DEM栅格单元为基本模拟单元,构建了区域尺度的长时期连续模拟的分布式非点源有毒污染物模型ESSI-2。该模型具有产流、汇流、产沙、汇沙、有毒污染物分解、输移及汇聚等完整的模拟功能。模型中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;同时采用RUSLE模型计算泥沙剥蚀量,并根据产沙量与径流泥沙输移能力的对比计算泥沙输出量。该模型充分描述了农药的降解、吸附、下渗、输移、汇聚等过程,可以对农药的输移过程和时空分布进行模拟分析。最后,以临沂流域为研究区,对模型进行了案例分析。计算结果表明,该模型适用于临沂流域,能够分析其土壤侵蚀及农药输移过程。     

分布式非点源有毒污染模型构建研究

在分布式水文模型ESSI基础上，以日为时间尺度，以DEM栅格单元为基本模拟单元，构建了区域尺度的长时期连续模拟的分布式非点源污染模型ESSI-2。模型具有完整的产流、汇流、产沙、汇沙、有毒污染物分解、输移及汇聚等完整的模拟过程。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。采用RUSLE模型计算泥沙剥蚀量，并根据产沙量与径流泥沙输移能力的对比计算泥沙输出量。模型充分描述了农药的降解、吸附、下渗、输移、汇聚等过程，因此可以对农药的输移过程进行模拟和时空分布分析。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，ESSI-2模型在临沂流域是适用的，能够应用于土壤侵蚀及农药输移过程研究。     

径流泥沙的成因分割估算模式

从降雨对径流的形成，坡面的侵蚀和泥沙的输移过程出发，将径流分割为地表径流及地下径流；     

强降雨情况下坡面泥沙输移量突增特性研究

为了研究震后松散泥沙颗粒堆积体在强降雨情况下的坡面泥沙输移特征,找到泥沙输移突增的临界条件,选取宽级配松散土石为样本模拟震后松散泥沙堆积坡面,采用人工降雨的方式,通过不同坡度和雨强的组合实验,对各坡度坡面在强降雨情况下的泥沙输移情况进行了模拟,同时结合数值软件FLOW-3D对试验进行模拟研究。主要成果及结论如下:由松散泥沙颗粒堆积而成的坡面在强降雨作用下存在泥沙输移量突增现象;泥沙输移量突增的临界坡度介于15°与20°之间,临界降雨强度约2.0～2.4 mm/min。泥沙输移突增的临界降雨强度随临界坡度的增大而减小;30°坡面工况(大于临界坡度),试验最小降雨强度1.2 mm/min都可以促使坡面产生泥沙输移量突增的现象。     

黄土坡面径流侵蚀泥沙的空间动态及其尺度关系

为认识近自然非治理状态下坡面系统径流侵蚀输沙的空间变化及其尺度关系,以黄土高原丘陵沟壑区团山沟集水区为例,筛选28次全坡面径流侵蚀产沙事件,选取或构建8类径流参量,建立了基于事件的尺度间的水沙关系,对径流泥沙动态进行量化描述。研究结果表明,输沙模数、平均及最大含沙量均在全坡面尺度达到最大值,变异系数则达到最小值。坡面土壤侵蚀防治应重点控制侵蚀能量的增长,改善侵蚀泥沙的输移条件,实现坡面系统的低输出平衡。     

泥沙连通性研究方法进展

土壤侵蚀是全球性的环境问题,河流输沙量常被用于评估流域的土壤侵蚀程度,而流域出口监测的输沙量是把整个流域内部当作"黑箱"处理,这可能会忽视流域内的侵蚀热点区或由于泥沙淤积而造成的潜在风险区.泥沙连通性这一概念可用于理解土壤侵蚀与泥沙输移过程及其时空分布.针对国内泥沙连通性研究刚刚起步的现状,梳理了泥沙连通性的研究方法,...     

小流域治理措施对泥沙输移比的影响

以黄土丘陵沟壑区第一副区韭园沟小流域为对象,探讨了1953年以来水土保持治理措施对流域泥沙输移比的影响。结果表明:该流域土壤侵蚀、泥沙输移和沉积与治理措施有着极为密切的相关性。在天然下垫面条件下,韭园沟小流域的泥沙输移比接近1.00。经过50多年来规模性水土流失治理,泥沙输移比下降到0.27。该流域的泥沙侵蚀量减少、沉积和输移比的改变,在水土保持措施达到一定程度时才逐步显现出来,小流域泥沙输移比变化的影响因素中,流域内人为沉积汇(淤积)的作用明显大于坡面水土保持措施的效果。因此,现行生态环境建设中,在注重坡面治理措施合理配置的基础上,更要加强小流域沟道泥沙拦截工程的建设。     

泥沙输移比尺度依存及分形特征

泥沙输移比是连接流域地面侵蚀与河道输沙的纽带,是反映流域侵蚀产沙及输移能力的指标,对正确评价水土保持减沙效益与生态建设宏观决策有重要意义。本文基于对国内外泥沙输移比研究的系统梳理,探讨了流域泥沙输移比的尺度依存及分形特征。分析认为：泥沙输移比在其内涵中深刻体现了对尺度的标定;国内外不同区域内流域泥沙输移比具有尺度依存性,并有严格的尺度域;泥沙输移比可以由分形维数来定量描述,即由1km2左右的典型流域单元的泥沙输移比值和流域的分形维数来建立尺度上推或下推的测算模型。本研究结果明确了泥沙输移比研究不能割裂“尺度性”这一学术认知,并为泥沙输移比尺度效应及转换研究提供了新的思路。     

城市流域径流峰值对降雨时空异质性的响应

基于高时空分辨率的降雨产品,采用RainyDay暴雨生成器生成具有不同时空分布情景和降雨历时的设计降雨,通过分布式水文模型GSSHA模拟分析径流峰值对降雨时空异质性的响应规律,结合协方差分析方法和所构建的降雨时空异质性指标体系,定量研究不同降雨时空异质性指标对径流峰值的影响。结果表明:耦合短时序(2008—2016年)栅格降雨数据和RainyDay暴雨发生器,可以生成与实际降雨时空分布相似的流域设计降雨;降雨时空异质性对径流峰值具有显著的影响,其影响比降雨历时和降水量对径流峰值的影响大;雨峰系数、降雨集中度、1 h最大降水量对径流峰值的影响较大,其中雨峰系数的影响随着降雨历时或降雨重现期增大而减小,而降雨集中度则相反。     

李子溪流域水土流失及泥沙输移规律初步研究

为了探讨长江上游流域水土流失及泥沙输移规律，选取嘉陵江中游的支流李子溪为典型流域进行分析研究，在实地调查，野外测验及应用１９６０年－１９９１年实测降雨、径流、输沙资料的基础上，利用单因子相关分析和多因子回归分析，分别建立了输水利沙量、最大输沙率计算方程。在此基础上，参照径流瞬时单位线原理，以线性时不变系统为基础，建立输沙瞬时单位线模型。通过输沙单位线与时段净侵蚀量的卷积得到流域出口断面的输沙率过程     

坡面径流阻力计算模式对比研究

坡面流是污染物迁移、土壤侵蚀、泥沙输移的主要动力因素,阻力系数是影响坡面流模拟的重要参数。为比较三种阻力计算模式(阻力系数为常数、以淹没度为变量的Lawrence模型和阻力分割模型)在裸坡、砾石覆盖坡面、植被覆盖坡面三种常见坡面上的适用程度,本文建立了坡面降雨径流模型,对不同类型坡面的产流进行了模拟。坡面径流模型采用扩散波模型,坡面降雨入渗模型采用考虑坡度影响的Green-Ampt模型,当存在植被时,考虑冠层降雨截留损失。结果表明:在裸坡上,三种阻力计算模式均适用;而在有砾石覆盖和植被覆盖的坡面上,考虑阻力系数时空变化的阻力分割模型模拟精度最高。阻力系数对坡面径流流量的影响在坡面汇流的涨水与退水阶段较大,而在稳定阶段很小。对有植被覆盖坡面,降雨强度存在阈值,大于阈值时,不同阻力模式对坡面流模拟结果影响甚微;反之,需选择合适的阻力计算模式,且坡长越长,坡度越缓,降雨强度阈值越大。     

降雨动能对溶质径流过程影响的实验研究

降雨动能对溶质径流过程有明显影响。本文在室内时空分布均一条件下，通过调整降雨器高度的方式改变降雨动能，由降雨径流实验具体说明了降雨动能对表层土壤水分运动、坡面漫流过程以及对泥沙和土壤溶质向地表径流迁移的影响。并初步探讨了降雨动能影响的模拟途径。     

坡耕地小区坡面不同坡段侵蚀泥沙贡献率的7Be示踪研究

侵蚀泥沙来源的研究对深化侵蚀规律的认识,优化水土保持措施的配置等有重要的意义。本文利用7Be示踪技术结合传统的土壤侵蚀研究方法,通过建立不同坡度的径流小区,分别探讨了坡耕地小区坡面不同坡段片蚀、细沟侵蚀对侵蚀泥沙的贡献率及小区泥沙输移比。研究发现,片蚀主要发生在小区坡面距坡顶0～2m区域,占总片蚀量的60%以上,细沟侵蚀主要发生在小区坡面距坡顶2～5m区域,占总细沟侵蚀总量的75%以上,总体而言,侵蚀泥沙主要来源于小区坡面距坡顶1～4m区域,上部和下部泥沙贡献相对较小。对于降雨强度高的15°小区,片蚀泥沙几乎来自与全坡面,坡面不同坡段对总侵蚀泥沙的贡献率从坡顶向坡脚呈增加趋势。利用7Be示踪计算出各小区泥沙输移比在0.643～0.979之内,除5°小区外,其它小区泥沙输移比都大于0.9。     

影响黄土丘陵区次降水泥沙输移比的水文要素

以桥沟小流域为研究对象,利用该流域不同地貌部位的野外径流场及沟道水文站网观测资料,计算了不同场次降水的泥沙输移比,较为系统地研究了影响桥沟流域次降水泥沙输移比的水文要素。结果表明:土壤前期含水量、流域的降水过程特征、洪峰流量、径流量、水流含沙量是影响次降水泥沙输移比的主要水文要素;提出了表示降水、径流、泥沙对泥沙输移比影响的表征参数,即降水峰现系数、径流侵蚀力和泥沙相对容重。     

无测站流域综合泥沙过程线的研究

一、引言一次暴雨期间的泥沙过程线及径流过程线为估算输沙量、设计有效的排沙建筑物、研究附着在泥沙上的污染物的输移等提供了有用的资料.如果采用平均输沙率而不是输沙过程线,就不能恰当地估计一次暴雨期间泥沙及污染物的动态过程。应用系统分析方法可得出泥沙过程线的预报值(Overton,1976:Randkivi,1979).泄入水道的泥沙的空间变化以及详细的输移过程可以集总成为单一系统.可将产沙因子(如降雨和径流)当作系统的输入,而输沙量则为系统的输出。流域的地貌特征和水     

降雨动能对溶质径流过程影响的实验研究

降雨动能对溶质径流过程有明显影响。本文在人时空分布均一条件下，通过调整降雨器高度的方式改变降雨动勇，由降雨么流实验具体说明了降雨动能对表层土壤水分运动、坡面漫流过程以及对泥沙和土壤溶质禹地表径流迁移的影响，并初步探讨了降雨动能影响的模拟途径。     

水流挟沙力计算公式比较分析

泥沙输移是流域土壤侵蚀、搬运和沉积过程中一个很重要子过程,而水流挟沙力表征在一定条件下水流挟带泥沙能力的综合指标,也是径流分离土壤、输移泥沙控制参数之一.本文对目前被广泛采用的坡面和沟道水流挟沙力计算公式的建立件和理论基础进行了简要阐述,比较分析了各公式的应用可能性和局限性.     

流域产输沙模型中考虑泥沙来源的动态粒径计算方法

为准确反映泥沙粒径分布特征在不同时间尺度上的变化过程,提高流域产输沙模型的模拟精度,以黄河干流玛曲水文站以上区域为研究对象,根据不同季节的泥沙来源不同这一特点,采用坡面、谷沟、河道各来源的泥沙量作为权重,基于WEP-SED分布式流域产输沙模型对流域产输沙过程中的综合泥沙中值粒径进行加权平均计算,并对采用泥沙固定粒径计算方法和不同来源的泥沙动态粒径计算方法的模型模拟的玛曲水文站输沙率进行比较。结果表明：与采用泥沙固定粒径计算方法相比,采用泥沙动态粒径计算方法可有效提高模型模拟精度,其NSE值从0.601提升至0.706;采用泥沙动态粒径计算方法模拟的泥沙中值粒径呈现汛期小、非汛期大的动态变化规律,其年内分布规律与实测资料一致。