黑河流域2001~2017年植被变化特征及其可延续性评价

植被的变化特征是流域生态监测的重要内容和流域综合管理决策的基础信息。基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE),利用空间分辨率为250 m的MODIS-EVI(Enhanced Vegetation Index)产品,研究2001~2017年黑河流域植被的时空变化趋势及延续性特征。结合气温、降水与河流径流量观测数据,分析黑河流域上游、中下游绿洲与非绿洲区植被变化的影响因素。结果表明:近17年来黑河流域植被年最大EVI值年均增幅为0.0039,年均新增植被面积为480.3 km^2。受气温、降水、耕地开垦、水资源管理措施及与其密切相关的地下水等因素的不同影响,上中下游表现出不同的变化特征。无论是年最大EVI值还是植被面积,中游的增加趋势最为显著,绿洲区较非绿洲区增加趋势更为明显。这种变化趋势短期内可能延续,但长时间内存在较大风险。研究为快速监测植被变化提供了示范,揭示了干旱区植被监测中长势变化与类型变化的同等重要性,流域植被变化的区域协同性对合理分水、加强地表-地下水协同管理等流域综合管理提出了更高要求。     

基于奇异谱分析-灰狼优化-支持向量回归混合模型的黑河正义峡月径流预测

水文预报是水资源优化配置的重要前提,而传统预报方法普遍存在预测精度低的问题,为提高水文预报的准确性,提出了一种混合数据驱动模型用于月径流预测,即奇异谱分析-灰狼优化-支持向量回归(SSA-GWO-SVR)模型。该模型通过SSA对径流数据进行去噪处理来提高径流序列的平稳性和可预测性,采用GWO对SVR模型的参数进行联合选优,从而增强模型的泛化能力。通过黑河正义峡的月径流预测进行模型验证,以平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、相关系数(R)和纳什效率系数(NSEC)为模型评价标准。实验结果表明该模型的预测精度明显高于自回归积分滑动平均模型(ARIMA)、持续性模型(PM)、交叉验证-SVR(CV-SVR)和GWOSVR模型,并且它能很好地预测径流峰值,说明该模型是一种可靠的径流预测模型,能够更深入地捕获水文径流的内在特性,为基于数据驱动模型的水文预报提供了一种新方法。     

高寒小流域措普沟山洪风险分析

已有山洪泥石流灾害的风险评估主要针对暴雨或者冰川融水激发条件下的风险评估,而当高寒山区流域源头存在冰湖发育时,如何考虑冰湖对下游铁路、公路等线性工程影响的研究并不多见。以巴塘县措普沟及其支沟上游绒伊措冰湖为例,在分析冰湖孕灾环境背景的基础上,通过遥感解译和详细的野外调查,获得了绒伊措冰湖几何参数与沟道断面特征参数;结合坝体结构与物质组成特征,分析了坝体结构的稳定性;依据措普流域水文计算成果,评估了山洪对拟建铁路的影响。研究表明:绒伊措冰湖坝体由坚硬的花岗岩组成,坝体完整性好,在不考虑高烈度地震等极端条件下,绒伊措冰湖坝体稳定性较好,发生溃决的可能性较小,绒伊措冰湖对下游拟建铁路的影响小;在考虑P=1%设计频率暴雨与冰川融水情景下,措普流域山洪洪峰流量为448 m³/s,桥位所处断面的平均流速2.75 m/s,水深4.62 m,与铁路梁底的高差为53.89 m,对铁路线路安全不构成威胁。     

碎屑流冲击柔性网的离散元仿真研究

柔性网和碎屑流相互作用包括碎屑流散体运动冲击和柔性网连续大变形两个复杂的力学过程。由于目前柔性网和碎屑流相互作用的力学理论计算方法尚不成熟,为此提出一种利用Hertz–Mindlin黏结接触模型模拟柔性结构,利用无滑移的Hertz–Mindlin模型模拟碎屑流的离散元仿真方法。选择有横向支撑锚索的沟道碎屑流防护结构进行模拟计算,并定义碎屑流动能变化率Wk和碎屑流死区质量与碎屑流总质量之比Fm来对比碎屑流冲击柔性网和刚性挡墙的动态响应过程。结果表明:与冲击刚性挡墙不同的是,碎屑流冲击柔性网时冲击荷载首先沿坡面方向冲击,使承力锚索在水平方向和竖直方向均产生较大的变形。随后冲击荷载作用方向逐渐转变为以水平冲击为主,使堆积区上部锚索的水平偏移值和碎屑流在水平向的堆积范围增大。利用经验公式求得的作用于刚性挡墙的最大法向冲击合力与数值计算结果较为一致,而利用经验公式求得的作用于柔性网的最大法向冲击合力比数值计算结果大45%以上,因此利用经验公式计算碎屑流作用于柔性网的最大法向冲击力时,需要重新确定动土压力系数CD和弗洛德数Fr之间的关系。     

考虑浆体黏度的泥石流流速计算方法

泥石流浆体黏度通过影响泥石流内、外部的阻力特征影响泥石流的糙率系数,泥石流糙率系数与浆体黏度之间的关系还没有基于观测数据的定量表述。通过对云南东川蒋家沟泥石流观测资料的分析,研究泥石流糙率系数与浆体黏度之间的关系,并通过回归分析得到考虑浆体黏度的泥石流糙率系数计算公式,最后基于此构建了考虑浆体黏度的泥石流流速计算公式。结果表明,随着泥石流浆体黏度的增加,泥石流糙率系数逐渐增加,浆体黏度在宏观上表现为增阻作用,考虑浆体黏度的泥石流流速计算公式改进了现有公式在计算浆体黏度较高的泥石流流速中的不足。研究结果可为进一步研究浆体黏度对泥石流运动阻力的影响提供参考,也为工程实践中的流速计算和增阻消能设计提供新的思路。     

冰川亏损对哈拉湖流域湖泊水位波动的影响

青藏高原的内陆湖泊水位和冰川变化和其流域内冰川质量亏损对湖泊水位波动的影响及其贡献对水量平衡研究具有重要意义。以哈拉湖流域冰川为例,基于2000-2015年星载雷达测高资料和Landsat卫星多光谱遥感资料分别提取湖泊水位和面积变化;结合附近的托勒台站气象观测资料,进一步分析其水位波动变化原因和冰川亏损对湖泊水量贡献。结果表明:受年降水量和夏季降水量增加影响,哈拉湖水位呈增加趋势,但哈拉湖流域冰川亏损加速趋势不明显;与2000年相比,湖泊面积增加了(21.4±4.8)km~2,湖泊水位增加了(1.68±0.26)m,相应的湖泊水容量增加了(16.1±0.3)×10~8m~3水当量。流域冰川亏损量达对哈拉湖水量的贡献率为39.65%,降水量增加对湖泊水量贡献了22.82%。     

宽级配砾石土中降雨入渗的优先流模型

宽级配砾石土的级配较宽,孔隙尺度跨越几个数量级,降雨入渗易形成空间上的不均匀入渗,即优先流入渗。基于孔隙结构的分形特征,定量研究降雨在宽级配砾石土中的入渗规律。根据多孔介质分形理论及Hagen-Poiseulle方程,水在不同尺度的孔隙管道内入渗率的量级不同,将土体的孔隙部分划分为2个区域—基质区和优先流区,这2个区域所占的比例随雨强的变化而变化。基质区内各孔隙管道的入渗率均达到其最大的入渗率,但各不相同,孔隙管道的直径量级小,入渗率量级小,优先流区各孔隙管道的入渗率相同且均未达到其最大入渗率,孔隙管道直径量级大,入渗率的量级远大于基质区,据此特征从理论上推导了降雨在土体不同孔隙区域内的入渗量和入渗率的表达式;基于此研究了基质区和优先流区的面积在孔隙中所占比例随雨强的变化特征及相应入渗量和入渗率的变化特征。结果表明：降雨在土体中的入渗呈现出优先流区高速入渗,基质区入渗相对缓慢的特点;随着雨强的增大,优先流区域的入渗率也随之增大。降雨入渗优先流现象产生的根本原因是土体多尺度的孔隙结构和无压力的自由入渗边界2个因素,其大小和分布受到土的饱和渗透系数和降雨强度的影响。从孔隙结构的角度解释了降雨入渗优先流的产生机制。     

基于卫星测高和实测数据的博斯腾湖水位变化分析

湖泊水位是湖泊水文观测必不可缺的要素,直接关系到湖泊物质交换和能量平衡,对研究湖泊运动和区域气候环境变化至关重要。为了掌握内陆湖泊水位的变化过程和空间特征,以新疆博斯腾湖为例,综合Jason-1&2、ENVISat&ERS、ICESat-1、ICESat-2等卫星测高资料,提取博斯腾湖湖泊水域瞬时水位和日均水位,并根据Hydroweb水位记录和1975-2020年博斯腾湖湖泊水位观测及水域面积数据,检验Jason-1&2、ENVISat&ERS、ICESat-1、ICESat-2测高数据的估计精度。借助趋势面分析方法,分析博斯腾湖水域水位变化的空间差异和特征。结果表明：Hydroweb水位记录、Jason-1&2、ENVISat&ERS、ICESat-1、ICESat-2卫星资料估计湖泊日均水位的绝对误差分别为0.24、0.34、0.28、0.18、0.08 m; 2020年博斯腾湖年均水位为1 048.10±0.12 m,与1975年年均水位相比增加了0.70±0.15 m;湖泊瞬时水位在空间尺度上存在一定水位差,ICESat-2测高数...