区域土壤侵蚀模型PESERA介绍及其应用现状

土壤侵蚀模型已被广泛用于认知土壤侵蚀因素、土壤侵蚀过程及其交互作用,并且成为土壤侵蚀学科研究的重点之一。多数现有土壤侵蚀模型是基于次暴雨的坡面、小流域侵蚀产沙模型,能够适用于区域尺度、长时段的土壤侵蚀模型仍较为缺乏。在我国,土壤侵蚀严重且时空分异显著,对区域尺度、长时段土壤侵蚀模型的需求尤为紧迫。PESERA模型是一个新开发的具有物理基础、大尺度、长时段、分布式土壤侵蚀模型,能够有效弥补当前土壤侵蚀模型的尺度不足,为土壤侵蚀防治和生态恢复提供科学依据。该模型充分考虑水文,土壤侵蚀与植被生长过程及其交互,具有良好的物理基础,并且已在欧洲地区进行广泛应用和验证。系统介绍了PESERA模型的原理、输入参数与输出结果及其应用、验证和改进,以期为该模型未来在国内土壤侵蚀研究中的应用提供参考。     

黄河中游区间干支流径流变化特征与归因分析

为探究黄河中游径流时空变化特征及其驱动因素,本文采用Spearman秩相关系数、水文情势突变指标及双累积曲线法对中游头道拐-花园口区间干流4个水文站及11条典型支流1957—2018年实测降雨、径流数据进行统计分析。结果表明：黄河中游干流站年径流量呈显著减少趋势（显著性水平0.001）,各站年径流发生两次突变,且都出现在1969年与1987年前后;区间11条支流多年径流深自1970s后显著减少,头道拐–龙门区间径流占整个中游区间径流的比例由2000年前的31%减至之后的23.5%,龙门断面以下区间占比则明显上升;人类活动对头道拐–龙门与龙门–潼关区间多年平均径流变化贡献率分别为62.68%和79.85%,坝库工程、引水灌溉及梯田林草等水利水保工程措施是黄河中游径流锐减的主要驱动力。     

黄河中游泥沙输移特性及机理研究

基于黄河中游干流4个水文站及8条主要支流1957-2018年实测降雨输沙资料,采用Mann-Kendall检验、有序聚类分析法研究黄河中游区间输沙时空变化特性,结合双累积曲线法量化输沙变化驱动因素。研究结果表明:黄河中游干流各水文站年输沙量均呈显著减少趋势,各站减幅自上游至下游沿程不断增大。区间8条典型支流多年输沙模数自1970s后均呈减少趋势,头道拐-龙门区间对中游区间输沙占比下降明显,区域水土保持治理效益显著。研究显示人类活动是黄河中游输沙锐减的主要驱动因素,对头道拐-龙门区间平均输沙变化贡献率为85.84%,对龙门-潼关区间输沙变化贡献为88.68%,淤地坝、梯田和水库等水利水保工程措施是输沙锐减的主要原因。     

产流及其研究进展

径流及其形成过程是陆地水文循环的重要环节,而产流是径流形成的首要环节.产流研究在水文学领域具有十分重要的意义,且一直是水文学研究的重要内容.阐述了关于产流的相关概念与内涵,梳理了产流理论的发展历程,剖析了超渗地面径流产流机制、壤中流产流机制、饱和地面径流产流机制、地下径流产流机制等4种基本产流机制的特征、共同规律及其影...     

黄土区SCS-CN模型径流曲线数计算方法研究

美国农业部开发的SCS-CN模型是较为常用的一种径流计算方法。模型中的CN值是模型中反映土地利用、土壤类型和土壤前期含水量的一个综合参数,其值的选择对于准确计算地表径流具有重要意义。利用黄土高原地区杨青川流域、燕沟流域和西川流域不同土地利用类型42场模拟降雨的径流资料,应用平均值法、中值法、算术平均值法、S对数频率分布法和渐近线法5种方法计算CN值,并利用CN值反推径流深。采用均值比较、模型评价指标的方法比较了5种方法计算的径流深与实测值的差异,根据相对隶属度最大最优原则确定最优计算方法。结果表明:在杨青川流域,最优的计算方法是平均值法,燕沟流域和西川流域的最优计算方法则是中值法,不同流域同一计算方法确定的同一土地利用类型CN值差异较大;单独进行草地和裸地的评价分析时,草地的最优计算方法是平均值法,裸地的最优计算方法是算术平均值法,不同土地利用类型CN值的最优计算方法不同。     

水文序列突变点识别方法比较研究

水文序列突变点的识别是研究水文序列突变特征的重要环节,对水文分析和水文模拟预测意义重大。选取了目前国内外较为常用的9种水文序列突变点识别方法,即累积距平法、Mann-Kendall检验法(M-K)、有序聚类分析法、双累积曲线法、Pettitt法、BFAST法、水文情势突变法(RSI)、Lee-Heghinian法和Yamamoto法,采用黄河中游头道拐站和龙门站1960-2016年的57年长时间序列输沙数据,对比分析各种方法的适用性及准确性。结果表明:累积距平法、有序聚类分析法、双累积曲线法和Lee-Heghinian法能够较准确地获取输沙序列突变点,RSI和Pettitt检验法的适用性最好(p0.01),M-K检验法次之(p0.05),Yamamoto法最差;BFAST法不仅能够识别月尺度水文序列的突变点,也可用于解析其阶段性变化趋势。     

植被恢复改变黄土高原产流模式问题初探

产流模式是研究所有水文及其相关学科问题之基。植被有效恢复深刻地改变了黄土高原土壤水文性质,进而影响地表产流模式,是黄河水沙变化归因分析中亟待研究的新问题。在有限时期内,地质地貌相对稳定,地表产流模式可以表征为降雨及水文下垫面的函数。植被恢复能增加冠层截留及地表糙率等,随植被恢复年限增加,土壤容重降低,土壤孔隙度和水稳性团聚体含量增加,土壤持水性能和入渗能力提升。通过对典型植被恢复流域河川径流过程分析,发现黄土高原部分地区的产流模式出现了从超渗产流向蓄满产流转变的趋势。植被恢复引起的土壤入渗能力增强、流域蓄水容量增大、调蓄能力增强是导致流域产流模式变化的主要原因。针对黄土高原地区产流模式变化对植被恢复的响应,指出未来应当加强植被恢复对土壤微结构、土壤水文物理特性及对产流模式变化影响的研究。     

北洛河上游基流分割适宜性方法及基流特征

退耕还林工程实施以来北洛河上游植被恢复效果显著,为探究该区域基流分割的适宜性方法及植被变化对基流量的影响,采用基流分割中的HYSEP法、数学滤波法、基流指数法3类方法(9种计算表达式)对吴旗水文站1971—2014年的实测径流数据进行了基流分割估算,同时采用Mann-Kendall法和Pettitt法对基流量变化特征进行了分析。结果表明:数字滤波中的F_1法较适宜于北洛河上游地区基流分割;北洛河上游1971—2014年基流指数呈显著增大趋势,突变年为2002年;退耕还林的水土保持效益对涵养水源有很大作用。     

基于极端日流量的延河径流变化特征研究

日流量能更细致地刻画和表征河流径流量的变化,其变化特征对流域生态治理以及水资源的开发利用都具有重要的指导作用。按照频率分布定义了极端日流量及其计算方法,并以延河甘谷驿水文站1953—2010年实测逐日流量为基础数据,选取日流量大于或等于第95百分位的日流量的发生天数及其平均流量作为极大日流量指标,小于或等于第5百分位的日流量的发生天数及其平均流量作为极小日流量指标,采用Mann-Kendall趋势检验法、累计距平法和小波分析法,分析了近60 a来延河极端日流量的趋势性、阶段性和周期性变化特征。结果表明:延河极大和极小日流量发生天数及其平均流量均呈显著减小趋势;在季节变化中,极大日流量主要发生在汛期,占全年的93.03%,且代际间变化稳定,而极小日流量的发生集中在12月—次年2月和5—7月,其中5—7月占全年的45.2%,且12月—次年2月的代际间波动较5—7月的大;极大日流量发生天数的突变年份为1971年、1996年,其平均流量的突变年份为1971年、1986年、1996年,且较极大日流量发生天数的变化大,而极小日流量发生天数及其平均流量开始减小的突变年份较极大日流量突变年份稍有延迟,且极小日流量发生天数较其平均流量不稳定,极小日流量发生天数的突变年份为1976年、1991年,其平均流量的突变年份为1976年;极大和极小日流量发生天数及其平均流量均存在5、15、30 a的周期,且以30 a为第一主周期,各指标近年来均呈减小趋势。