基于SWAT模型的寒区小流域径流模拟及径流成分研究

由于冻土、降雪及融雪入渗等影响因素的特殊性，寒区流域产汇流特性都有别于非冻区，使寒区径流模拟研究较为困难，已有的研究内容对寒区小流域的径流模拟研究以及径流成分分析还比较少。为探讨寒区小流域径流模拟方法并分析流域内径流成分组成，以永翠河流域为研究区域，选取1994—2015年共22年的水文气象资料，构建SWAT模型，以决定系数（R2）和效率系数Nash-Sutcliffe (NSE)评价SWAT模型的适用性，并基于构建的SWAT模型分析永翠河流域径流成分组成。结果表明，SWAT模型能够较好的模拟寒区小流域的径流过程，各径流成分中壤中流占比最大，地表径流次之，地下水占比最小，且三种径流成分产水量总体都呈现上升趋势。     

基于Godunov格式的流域地表径流二维数值模拟

采用完整二维浅水方程组模拟地表径流运动时会遇到干湿转化处理的难题,为解决该问题,本文采用坡面流为均匀覆盖流域地表的片状薄层水流的概念开发完成了一套新的基于Godunov格式的地表径流二维水动力模型。模型中,采用三角形网格离散计算区域,修正的Roe格式计算界面通量,底坡项直接积分求解,对高度非线性的摩阻项进行半隐式处理。本模型的最大优势是干湿处理变得异常简洁,单元水面和地形均无需任何特殊处理。通过4个经典算例验证了该模型具有良好的精度和稳定性。最后将模型用于解家湾流域S曲线的计算和实测场次降雨径流过程的模拟,所得计算结果合理、可靠,表明本文模型具备模拟流域地表径流运动的能力,可为小流域汇流计算提供一种新的解决方案。     

农业非点源污染模型AGNPS及GIS的应用

农业非点源污染模型ＡＧＮＰＳ把流域划分为正方形网格单元，对各单元独立计算其降雨径流和土壤流失量，用连续方程进行迁移演算，在流域出口累计总土壤流失量及其携带的污染物量。模型简单实用，对资料要求不高。     

广义线性水库模型及其RC（阻容）网络模拟

 在线性水库模型的基础上提出了广义线性水库模型这一概念。该模型根据电子与水分子的共同特征，利用数学和物理的方法推导出了线性水库模型与RC（resistance capacitance）网络模型的对称性，揭示了广义线性水库模型的参数及其内涵。一个较大的流域由许多小流域集合而成，一个小流域又由一些更小的集水单元组成。降落在流域上的雨水经过产流机制的作用汇集到流域出口形成流域径流。如果将每一个单元看成一个单一线性水库，根据其地理数据, 无需历史观测资料我们就能方便地获得复杂流域模型的参数值。实例证明了广义线性水库模型RC网络模拟方法的正确性和可行性。     

SCS-CN模型在小流域产流计算中的应用

山洪灾害的发生与流域产流特性密切相关,科学准确预测流域径流对山洪预警具有重要意义。SCS-CN模型因其计算过程简单、所需参数较少而广泛应用于小流域径流估算,径流曲线数CN和初损率λ是SCS-CN模型中的两个主要参数。选取沂源县为研究区,运用ArcGIS软件计算沂源县24个小流域的CN值,并根据实测降雨径流资料优化初损率λ,确定适用于高村河小流域的初损率λ为0.13,其模型效率系数E为0.789 7,研究得出的径流曲线数和初损率取值可用于沂源县小流域的地表径流预测。     

全球水资源评估新方法

该方法包括评估需水量改变的敏感性和气候变化对水资源的影响。基本方法是使用０．５°×０．５°（经纬度）的网格代表可取得的水和水的需求量。 该新方法包括： ·每个网格单元对所有的国家和地区，都应有相同的方法； ·将代表自然流域流型的各网格单元建立联系，并考虑转换成各国之间分享同一流域的水资源； ·使用降雨－径流模型，评估每个网格单元的地表水资源。考虑当地径流，来自上游的径流，区间径流的转移，耗水量，回归水流，以及湖泊、水库和湿地的影响； ·按预定的可靠性水平，评估实际可用水量，考虑地表径流的季节和年际变…     

应用SCS模型计算秦巴山区小流域降雨径流

水土保持综合治理通过改变流域下垫面条件影响流域的降雨径流过程,基于土地利用类型、土壤类型等信息数据和流域水文资料,应用SCS流域水文模型对秦巴山区商南县两条对比流域进行降雨径流过程的模拟.结果表明,模型所模拟的径流过程与实测径流过程具有较好的一致性,相对误差小于18%,可以应用于秦巴山区小流域.     

黑河流域水循环系统的分布式模拟(Ⅰ)——模型开发与验证

从水循环的物理机制着手，在考虑人工侧支循环的基础上，以现代地理信息技术为数据处理平台，开发了黑河流域水循环系统的分布式模拟模型。文中系统描述了模型结构，从水循环过程和能量循环过程2个方面对模型各要素的过程模拟进行了阐述，其中水循环过程包括蒸发蒸腾、入渗与径流、地下水运动、地下水流出和地下水溢出、坡面汇流与河道汇流、人工侧支循环等要素过程。在获取各类输入参数后，采用1km网格、以日为时间步长对黑河流域上、中游地区(36 728个网格单元)进行了1981～2002年的逐日模拟。结果表明，所建立的分布式模型对月径流过程和日平均流量过程具有较高模拟精度。校正期内前后两个验证期均得到良好验证。该模型可用于预测未来环境变化条件下流域水资源演变。     

长江上游大尺度分布式水文模型的构建及应用

针对面积达100万km2的长江上游流域，依据100m网格的数字高程模型DEM，基于流域的地貌特征原理，构建了10km网格的大尺度分布式水文模型。在建模过程中尽量利用相关的地理信息描述长江上游地区下垫面特点及其空间变化，并采用次网格参数化方法处理大网格内水文参数的非均一性。继而完整地模拟了1961～2000年的水文过程，结果表明，模型不仅较好地再现了河道的径流过程，而且能同时获得径流深、蒸散发和土壤含水率等水文要素在流域空间上的分布及其变化。     

基于ＬＳＴＭ模型的北威克试验站小流域实时径流预报

为探讨深度学习方法在小流域实时精细化径流预报中的适用性，建立了基于长短时记忆网络（ＬＳＴＭ）的英格兰北威克试验站小流域实时径流预报模型。借助深度学习框架Ｔｅｎｓｏｒｆｌｏｗ，采用ＬＳＴＭ识别输入特征及输入输出间的复杂非线性关系，将逐时段流域径流、前期降雨及气温三要素作为输入，分析了多种输入组合和多个时间步长的实时径流预报效果。结果表明:基于ＬＳＴＭ的模型在各子流域的径流预报效果较好，训练期和验证期的纳什系数均高于0．90，该模型可用于研究区的实时径流预报，可为流域防洪调度提供技术支撑。     

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。     

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。     

小流域产流产沙动力学模型

按自然水系划分单元,每一单元又被概化为“一本打开的书”概化后的单元又区分为几个微地貌区。各单元水沙过程演算至流域出口迭加得流域产流产沙过程。此法一方面解决了降雨,侵蚀和下垫面的不均匀性,另一方面又解决了水沙的演算问题。坡面和沟道水流用运动波方程描述并用四点隐式差分格式求其数值解。根据水流作功和能量平衡原理推导出各微地貌区上的土侵蚀量计算公式,建立起具有物理过程基础的小流域产流产沙模型。     

Prioritizing Structural Management by Quantifying the Effect of Land Use and Land Cover on Watershed Runoff and Sediment Yield

Hydrological processes in a mixed land use watershed are significantly influenced by land use (LU) and land cover (LC). In order to quantify the effect of LU/LC, topography, and morphology, runoff and sediment yield of a small multivegetated watershed in a sub-humid subtropical region in India were simulated by the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model and were compared with measured values. The mixed land use watershed displayed a synchronized runoff response to monsoon rains. Measured runoff and sediment yield varied one sub-watershed to another and ranged, respectively, from 256.33 to 367.83 mm and from 0.27 to 11.65 t/ha for 734.90 mm of rainfall in 2000 and from 310.36 to 393.49 mm and from 0.84 to 10.71 t/ha for 765.50 mm of rainfall in 2001. The correlation coefficient between rainfall and runoff was 0.86, that between runoff and sediment yield was 0.56, and that between rainfall and sediment yield was 0.55. The sub-watersheds with relatively high forest cover (SWS1 and SWS2) showed significantly less runoff and sediment yield (310.36 mm and 0.84 t/ha), whereas a sub-watershed with more area under cultivation produced higher runoff (393.5 mm) and higher sediment yield (11.65 t/ha). Measured and model simulated estimates of runoff and sediment yield from different sub-watersheds were employed to prioritize control measures in the watershed comprising areas under cultivation, waste, fallow and eroded land, and forest and bushes. The average estimates of sediment yield from different sub-watersheds were used to prioritize the checkdam construction as an effective measure to control sediment transport to downstream water resources.     

Runoff and Sediment Yield Modelling for a Treated Hilly Watershed in Eastern Himalaya Using the Water Erosion Prediction Project Model

The Water Erosion Prediction Project (WEPP) watershed model was calibrated and validated for a hilly watershed treated with graded bunding and water-harvesting tank in high rainfall condition of eastern Himalayan range in India. The performance of the model for the treated watershed was unacceptable with percent deviation of −45.81 and −38.35 respectively for runoff and sediment yield simulations when calibrated parameter values for the nearby untreated watershed were used. This was possibly due to differences in soil properties and average land slope. When soil parameters were calibrated for the treated watershed, the model performance improved remarkably. During calibration, the model simulated surface runoff and sediment yield with percent deviations equal to +6.24 and +9.02, and Nash–Sutcliffe simulation coefficients equal to 0.85 and 0.81, respectively. During validation period, the model simulated runoff and sediment yield with percent deviations equal to +8.56 and +9.36, and Nash–Sutcliffe simulation coefficients equal to 0.81 and 0.80, respectively. The model tended to slightly under-predict runoff and sediment yield of higher magnitudes. The model performance was quite sensitive to soil parameters namely, rill erodibility, interrill erodibility, hydraulic conductivity, critical shear stress and Manning’s roughness coefficient with varying levels. The WEPP model picked up the hydrology associated with bund and water-harvesting tank, and simulated runoff and sediment yield well with overall deviations within ±10% and Nash–Sutcliffe simulation coefficients >0.80. Simulation results indicate that in high slope and high rainfall conditions of eastern Himalayan region of India where vegetative measures are not adequate to restrict soil loss within the permissible limit, the WEPP model can be applied to formulate structure-based management strategies to control soil loss and to develop water resources.     

小流域产流汇流模型试验的应用研究

在降雨１：１相似的小流域产汇流模型试验中，不仅产流发生畸变，而且汇流畸变作用更大。本文旨在通过对降雨径流形成及土壤入渗动态方程的推导，分析，实际产流方式与模型产流方式的异同，引入模型产流畸变系数，导出模型试验结果的应用转换函数。在此基础上，又从线性汇流理论出发，依据推理公式，求得实际与模型试验最大洪峰流量及汇流时间之间的畸变关系。该研究使模型试验结果与原型趋于吻合，为小流域治理和水土保持工程设计提供了依据。     

三峡库区小流域降雨入渗和产流产沙特征试验研究

三峡库区暴雨集中,历时短,强度大,是造成土壤侵蚀的重要因素。为开展对三峡库区小流域降雨入渗和产流产沙特征研究,通过建立三峡库区小流域微缩模型,分别实施降雨强度为60,90,120 mm/h的3场人工模拟降雨,对小流域模型降雨入渗规律和径流侵蚀过程进行了分析。研究结果表明:径流量均随降雨强度的增加而增加,而降雨强度增加入渗的作用仅在一定范围内是有效的;随着降雨的进行,产流强度和入渗率都趋于稳定状态,入渗率服从对数函数规律,产流强度呈幂函数变化;3场降雨中累计产沙量和累计径流量的关系均满足幂函数形式,含沙量和侵蚀量之间呈较好的线性关系。该研究成果可为这一区域的水土流失防治提供重要的科学依据。     

基于径流侵蚀功率的流域次暴雨输沙模型研究——以岔巴沟流域为例

流域次暴雨侵蚀产沙模型研究是国内外土壤侵蚀研究的重点领域之一。提出了基于径流深和洪峰流量模数两个流域次暴雨洪水特征参数的径流侵蚀功率的概念;利用岔巴沟曹坪水文站1959至1990年间历年实测的次暴雨洪水径流泥沙资料,系统研究了该流域次暴雨径流侵蚀功率与流域输沙模数之间的相关关系,建立和验证了基于径流侵蚀功率的岔巴沟流域次暴雨输沙模型。结果表明,岔巴沟流域次暴雨径流侵蚀功率与流域输沙模数之间具有极显著的幂函数相关关系;模型验证期的次暴雨输沙模数模拟值与实测值之间具有较好的一致性。     

基于TOPMODEL的分布式水文模型应用研究

在TOPMODEL模型理论基础上，设计了一个分单元处理产流和汇流过程的分布式水文模型。该模型分单元计算地形指数和模拟产汇流过程，并通过引入Nash地貌瞬时单位线进行单元汇流演算。最后，用模型对一个流域的产汇流过程进行了模拟并和实测的径流量做了比较，结果表明此模型合理具有较高的精度。     

子流域划分对SWAT模型模拟结果的影响研究

基于分布式水文模型SWAT,选择三峡库区支流大宁河为研究区域,在不同的子流域划分数量条件下,进行流域径流、泥沙以及营养物模拟计算,进而分析子流域划分对模拟结果的影响。研究结果表明:1不同子流划分方案对SWAT模型模拟结果存在直接影响。对于所研究流域,径流、TN和TP受到的影响较小,泥沙受到的影响较大。2为体现流域的真实河网水系特征,保证模拟效果,子流域划分个数不宜过少或过多。3在不同流域,子流域划分数目对径流、泥沙和营养物的变化趋势影响不同,不可同一而论。4推荐大宁河的子流域划分个数为37~121个。