基于HEC-HMS模型的西南山区中小河流模拟产沙研究

西南山区中小河流分布广泛,洪水大多汇流时间短,洪峰大,因此携带泥沙破坏力强。以川西南典型山区河流——寿溪河为例,基于HEC-HMS模型中的MUSLE算法构建流域产沙模型。即,首先采用该模型通过产、汇流及河道洪水演算过程对场次降雨进行洪水预报,再依据洪水预报结果基于MUSLE公式进行流域产沙模拟。该公式通过计算流域的产沙过程和泥沙输移过程,预测单场降雨下面蚀和细沟侵蚀的情况。主要涉及到的计算因子包括降雨强度、下垫面情况、地形状况及土壤状况,因此,研究从以上4个方面对流域产沙进行了相关性分析。结果表明：降雨强度与流域产沙量有正相关关系,泥沙区间变化率在趋于初始降雨强度时达到峰值;在计算范围内,当覆被因子减小为原来的20%时,泥沙的区间变化率达到50%,增大为原来的180%时,区间变化率仅为13%;覆被因子和地形因子变化率相同的情况下,流域产沙的变化情况完全相同,在平缓短坡上,下垫面的植被覆盖越密集,流域产沙越少;对流域土壤状况来说,土壤中细颗粒占比越大,流域产沙量越多。     

海河流域产汇流参数变化分析

受人类活动的影响,海河流域下垫面条件发生了较大变化,造成产汇流参数发生了巨大变化,流域产汇流规律发生一定程度的改变,而产汇流参数变化直接影响着洪水计算结果。通过产汇流参数变化对洪水计算的影响分析,找出其对洪水计算的影响规律,对海河流域洪水分析计算有一定参考价值。     

秦皇岛汤河流域产汇流参数特性

基于同一流域的产汇流参数,随着降雨强度及时空分布呈一定规律变化的特点,现结合汤河秦皇岛水文站实测资料,阐述了浅山区流域产汇流参数在不同条件下的计算方法,分析计算了流域前期影响雨量Pa、最大损失量Im、稳定下渗率fc、汇流参数m值,并利用计算的参数对历史洪水进行了检验,计算精度较高,对本流域及类似流域产汇流规律研究、洪水预报、工程设计均有一定参考价值。     

努敏河流域水文特性分析

介绍了努敏河流域的地理概况,并从降水、蒸发、径流、洪水、枯水、水质、冰情、泥沙、水资源等方面论述了该流域的水文特征,分析了水文要素的变化趋势。     

通肯河流域水文特性

介绍了通肯河流域的地理概况,并从降水、蒸发、径流、洪水、枯水、水质、冰情、泥沙、水资源等方面论述了该流域的水文特征,分析了水文要素的变化趋势。     

西柳沟丘陵区土壤组成及对流域产沙的影响

为进一步了解和认识不同地貌单元组成土壤对流域产沙的影响,选择西柳沟为典型流域,针对地表物质分布开展现场调研取样,分析西柳沟丘陵区坡面土壤组成以及不同土壤产沙对流域输沙的影响。运用泥沙动力学理论,利用河道断面资料和泥沙参数,结合流域的洪水输沙特性,求出相应条件下西柳沟流域出口段河流悬沙上限粒径值为0.12 mm。在一般洪水条件下,西柳沟丘陵地区粗骨土、栗钙土进入黄河的比例分别为18%、20%。     

河流水冰沙耦合模型研究Ⅱ：验证与应用

北方河流冬季河冰运动会带来凌汛灾害威胁,研究流凌运动对水流、泥沙和河道的影响具有重要工程意义。本文在平面二维河冰动力学模型基础上,建立二维水冰沙耦合数值模型。基于三角形的非结构网格,采用具有迎风特性的Petrov-Galerkin型有限元法计算非恒定水流过程、非恒定非均匀沙输运和河床冲淤变化,利用无网格的SPH法计算河冰运动,基于河冰对岸滩的刮擦切应力计算岸坡侵蚀,再利用双泥沙休止角法分析不同含水层岸坡的稳定坡面。该模型创新性地耦合水沙理论和河冰理论,能模拟北方河流全季节及河冰全过程的水位流量波动、河冰运动、泥沙输移、河床冲淤及岸滩崩塌过程。通过实验条件下溃坝引起的岸坡崩塌侵蚀验证了模型的准确性和可靠性,研究结果显示该模型能再现水流、河冰、泥沙、河床及河岸间的复杂耦合作用,揭示河冰刮擦对岸滩侵蚀破坏的促进机理,可进一步支撑冬季河道防凌减灾和岸滩水土保持研究。     

旱卡子滩流域水文特性分析

旱卡子滩流域是一个干沟,没有观测资料,根据邻近河流清水河子水文站多年的实测径流和泥沙资料,分析计算旱卡子滩流域径流和泥沙;根据邻近河流石门子水文站最大一日降水实测数据,分析计算旱卡子滩流域洪水;根据水质资料对河流水化学特性分析、评价。     

蚂蚁河流域水文特性分析

阐述了蚂蚁河流域的自然地理、径流水质、暴雨洪水、泥沙、冰情等气象水文特性。     

复杂侵蚀环境下分布式土壤流失水动力学模型——以黄河多沙粗沙区为研究实例

以黄河多沙粗沙区为研究对象,基于实体模型试验对黄土坡面 沟道系统侵蚀产沙机理的认识,根据侵蚀动力学、水文学、泥沙运动力学的基本理论,以地理信息系统为平台,研发了复杂侵蚀环境下的分布式土壤流失水动力学模型;揭示了植被作用下坡面 - 沟道系统侵蚀产沙耦合规律;认识到坡沟产沙之间具有内在的自调控关系;提出了当量糙率的概念;建立了基于 GIS 的分布式土壤流失水动力学模型;构建了基于 ArcGIS 平台的支持系统,实现了 GIS 与土壤流失模型、产汇流模型与产输沙模型的紧密耦合。通过实例验证了模型对于中尺度流域土壤流失的模拟亦有较满意的精度。     

小流域综合治理在水土保持中的特殊作用及发展途径

小流域综合治理在水土保持工作中的主要作用是 :提高土地生产力 ,使土地结构趋于合理 ,具有明显的拦沙效果 ,减轻水旱灾害等 .根据中国的具体情况 ,提出了几条对策 ,包括搞好农田基本建设 ,发展林果业 ,搞好植被建设和水土保持产业化 ,全方位综合治理等 ,以达到生态效益、经济效益、社会效益的互相统一 .     

宁蒙黄河治理对策

资料分析表明,宁蒙黄河冰凌灾害频繁的被动局面是由于主槽萎缩、卡冰结坝所致;而洪灾与用水安全问题则是河势变化无常和多沙支流突发性洪水淤堵干流形成"沙坝"引起的。为有效恢复宁蒙河段的行洪排沙功能,实现河道减淤、恢复和维持河道中水河槽、保障防洪(凌)安全的宁蒙黄河治理目标,从产沙、输沙、调控机理三个角度出发,分析了各因素对宁蒙黄河河床演变特征的影响。就产沙而言,通过产沙地貌分区、遥感影像分析和流域水系分区相结合的方法确定黄河上游不同沙源区的分布。基于提出的风蚀输沙通量计算方法及风沙入河估算方法,并结合区域风速与植被覆盖率实测数据,发现近30 a风速下降、区域植被覆盖率上升是风沙侵蚀量与入黄风沙量逐渐减少的原因。分析宁蒙河段日均风速、日降雨量和已有侵蚀观测资料,发现宁蒙地区的风水两相侵蚀主要体现为风蚀与水蚀交错存在及其交互促进,风力侵蚀主要发生在3—5月,水力侵蚀则集中在7—9月。现场观测与黄土降雨侵蚀模型试验则表明,重力侵蚀在黄土高原的整个侵蚀过程中占有重要的份额,暴雨形成的径流是黄土遭到侵蚀的主要外营力,也是激发和加剧重力侵蚀发展的重要影响因子。总体来看,宁蒙黄河的流域产沙具有典型的风-水-重力多营力交互特点,在比尺模型与野外观测揭示的流域径流汇集过程、沟道水流与河床自适应以及非平衡输沙机理基础上,构建了复杂地貌形态的小流域产流产沙动力学模型,成功模拟了不同植被特征和分布状况对流域产流产沙的影响,并得出了植被的减水减沙效果与延滞径流洪峰的作用同郁闭度呈正相关关系,陡坡区域植被对径流洪峰的延滞作用大于缓坡区域的结论。就输沙而言,以泥沙起动、推移质输沙与河床均衡调整等基础理论为基础,提出了水沙两相流数值模拟方法与冲积河流全沙运动模型相似条件。数值计算与模型试验表明,龙羊峡、刘家峡水库联合运用改变径流分配是导致宁蒙河道淤积萎缩的主因,协调水沙关系是修复黄河行洪排沙功能的有效途径。并分析确定了宁蒙黄河河道水沙调控阈值和多沙支流入汇口干流防淤堵的流量阈值,即宁蒙黄河临界调控流量为2 000～2 500 m~3/s,临界含沙量5.4～10.5 kg/m~3,调控时间为15～20 d,证实了通过协调水沙关系可修复和维持宁蒙黄河行洪排沙功能;防止多沙支流入汇堵河的黄河流量阈值为2 500 m~3/s,治理淤堵沙坝配合"挖引疏浚"有效冲刷的干流阈值流量为3 000 m~3/s。从各河段模型试验给出的来沙系数阈值沿程减小的变化趋势看,在内蒙古河段现状河床边界条件下,全线冲刷要求的流量至少为2 600 m~3/s,表明黑山峡工程必须预留充足的水沙调控库容。就宏观调控而言,针对流域下垫面条件多样、入黄泥沙沙源众多、河道输沙受水库调度影响显著等特点,以干流水库群为调节器,以径流泥沙为调节对象,采用模块化开发方法集成了风-水-重力侵蚀模型、河道输沙模型、冰情预报模型于水库联调模型上,构建了可进行大范围、高精度的水沙过程模拟预报的宁蒙黄河区域数字流域模型平台,并成功在下河沿—石嘴山河段进行了调试和应用。此外,针对宁蒙黄河河型复杂、凌汛期易卡冰结坝、夏季多沙支流突发性洪水易堵干流形成"沙坝"等河情状况,提出了"水沙调控、支流拦沙、堤外放淤"的处治模式。在稳定性分汊河段、大型支流入汇段、受沙卵石河床组成限制的河段,则指出不宜强行套用微弯型治理方案,而可采用"工程导送(简称为‘导’)、塞支强干(简称为‘塞’)、挖引疏浚(简称为‘挖’)"方针,亦即"导、塞、挖并举"的对策。建设黑山峡水库、南水北调西线工程等是宁蒙河段长远治理的根本对策,通过增加河道内汛期水量和调水调沙,恢复并维持中水河槽,提供防凌库容,才能彻底解决宁蒙河段凌洪灾害,并得出建立黄河上游沙源固定、支流泥沙阻截、干流泥沙输导与堤外淤沙处置的"固-阻-输-置"综合防治体系,是目前可行的治理对策的结论。     

乌兰木伦河流域暴雨产沙分析研究

乌兰木伦河流域位于沙粗沙地区，其产流，产沙变化具有独特的规律。本文用考虑雨强时空分布的超渗产流模型及胜前期影响雨量为参数分别就涨水、落水段的含沙星 与流量关系的流域沙经验模型以计算产流量和产沙量，效果良好，基本满足实用要求，具有生价值，也可应用于同类流域。     

黄河上游径流泥沙特性及变化趋势分析

利用1952～1968年、1978-2002年实测水文资料，从河流学和河床演变学出发，考虑防洪、防凌和水资源的开发利用，分析了黄河上游干流主要站近期洪水、径流、输沙特性、时空分布规律和变化特点，揭示了黄河上游径流泥沙年际年内及地域空间上的变化规律，探讨了流域综合治理对水沙特性的影响，建议注重设防“小流量、高水位”的大洪水。     

黄土丘陵沟壑区坡面水保措施及植被对流域尺度水沙关系的影响

根据黄土高原高含沙水流的特点，认为次暴雨的产沙模数和径流深可用线性正比关系式来表示，关系式中比例系数表示流域单位径流深的输沙能力、次暴雨过程中流量超过临界值后的稳定含沙量以及流域历次洪水的平均含沙量。在此模型基础上，以黄土丘陵沟壑区的王家沟的两个毗邻地貌相似的两条沟为研究区，其中一条沟为经治理而另一条则未治理。探讨各种坡面水土保持措施及植被对流域水沙关系的影响。结果表明，治理流域和非治理流域具有相同的水沙关系，被治理沟的植被等坡面措施在流域尺度上仅通过减水来减沙。这主要是因为植被等坡面措施不能显著改变沟道的输沙能力，且由于植被不能很好地控制沟谷侵蚀和重力侵蚀，使得水流进入沟道后又会获取充足的泥沙补充，达到和治理前相同的径流输沙能力。因此可以认为，在仅有植被和其它坡面治理措施的情况下，治理流域的减沙率可用减水率来估计。本文的实际计算表明，在多年平均尺度、年际尺度和次暴雨尺度这一方法都有较好的精度。     

基于数字平台的黄河多沙粗沙区分布式水文模型研究

本文以黄河无定河水系岔巴沟流域为例，针对其气候、植被以及下垫面条件等时空变化特征，在全流域1∶1万DEM基础上，建立了具有物理基础的分布式流域水文模型，模型由网格单元的超渗产流模型和汇流模型组成，提出了考虑流域水保措施的流域汇流计算。使用该模型对1970～1989年大中场次洪水进行模拟计算，结果表明：计算值与实测值基本吻合。     

河流水冰沙耦合模型研究Ⅰ：原理和方法

河流水沙研究一般忽略冬季河冰对泥沙输运、河床侵蚀和岸滩崩塌的影响,但北方河流如黄河等冬季冰期的防凌减灾和河道的演变均不能忽略河冰过程,亟需研究河冰全过程影响下的水冰沙耦合作用机理。本文首先总结了河冰水力学的理论发展,针对北方河流建立了二维水冰沙耦合数学模型,包括二维水沙数值模块、河冰动力学模块和岸滩侵蚀模块,并介绍了该耦合模型的求解步骤和方法。研究表明:通过三个模块间的信息传递和数据反馈,该数学模型具备模拟冰塞冰坝等极端工况下的水流变化、河冰堆积和释放、泥沙运动、河床冲淤和岸滩侵蚀等过程的能力。该模型将水沙理论和河冰理论结合起来,可用于北方河流全季节与河冰生消全过程的水冰沙耦合过程模拟,为北方河流管理提供了有力工具。     

森林植被改善对鄱阳湖流域径流和输沙过程的影响

以河流基流为切入点,研究流域植被调节径流、水土保持等微观作用影响大中型河流湖泊径流过程和水沙过程宏观效应的机理。鄱阳湖流域60年来天然降水没有发生趋势性变化。流域森林覆盖率由34.73%上升到63.00%,植被质量改善,赣江等入湖河流基流增加83 m~3/s,河流输沙量减少。2000年以后和2000年以前相比较,枯水期降水径流系数增大,年流量过程平坦化,一定程度上减小洪灾风险,有利于水资源利用和生态环境保护。2001年以后进入鄱阳湖泥沙平均每年减少1 007×10~4t;出湖泥沙增加314×10~4t。因此,鄱阳湖入江水道由淤积转变为冲刷,但出湖流量过程没有趋势性变化。