湍口小流域水文下垫面要素调查与分析

为探讨分布式水文模型(如新安江模型等)在极小流域的适用性,针对闭合的湍口小流域,利用ArcGIS软件将实测的等高线图生成DEM,即可推求湍口流域地形坡度坡向值;利用手持GPS定位方法,获得了流域内植被种类及其覆盖率;采用探地雷达探测到了土壤厚度,通过室内试验确定了土壤种类、容重及含水量;最后对湍口小流域进行格网划分,将每个网格内实测值在ArcGIS中表示出来,就可获得湍口流域内水文下垫面各要素值(如田间持水量、凋萎含水量、饱和持水量参数、产流参数张力水蓄水容量WM、自由水蓄水容量SM、蓄水容量曲线指数等),进而简化新安江模型参数及降低参数率定的难度,以确保水文预报的准确性并提高预见期。     

基于参数分解法的无资料流域洪水预报研究

针对目前无资料流域洪水预报方法存在的不足,提出了参数分解法,即利用武江流域控制站犁市水文站1980~1996年43场降雨径流资料作为模型参数率定资料,分别率定武江流域大、中洪水的新安江洪水预报模型参数,并以1997~2004年16场降雨径流资料进行检验,在模拟和检验达到较好的结果后,再利用参数分解法推求武江流域内田头水子流域大、中洪水的新安江洪水预报模型参数,并利用田头水59场降雨洪水实测资料对模型进行验证。结果表明,利用该方法建立的田头水子流域洪水预报模型预报大、中洪水的验证精度均达到乙级以上标准。     

基于山坡Pe'clet数推求土壤水蓄水容量

山坡几何形状影响流域水流汇聚,土壤厚度则影响径流生成,在水文过程模拟中考虑山坡地貌因素十分必要。基于山坡单元,通过研究水文相似因子山坡Pe'clet数(Pe数)在不同流域空间分布的规律,发现山坡Pe数的累积分布曲线与流域蓄水容量曲线类似,由此确定两者之间的关系式。实例验证表明,利用山坡Pe数推求流域土壤水蓄水容量的方法可行。利用关系式反推新安江模型中的参数B,对比率定参数B的径流模拟结果与推求参数B的径流模拟结果表明,推求参数B的模拟结果整体较好,避免了新安江模型中参数B的率定,进一步验证了该方法的合理可行性。     

土壤含水率空间分布的快速计算方法

针对栅格分布式水文模型计算土壤含水率空间分布的低效率问题,基于地形指数与单点蓄水容量的内在关联,构建离散蓄水容量曲线,并将其应用于集总式新安江模型中替换传统蓄水容量曲线进行产流计算,通过解析离散曲线与空间栅格的对应关系快速获取土壤含水率的空间分布,将该方法应用于紫罗山流域洪水过程后的土壤水空间分布计算。结果表明,本文模型与栅格水文模型中输出的土壤含水率空间分布一致,而所需计算量仅与单栅格相同,极大地提高了计算效率。     

新安江岩溶水文模型

用于岩溶区降雨径流模拟的新安江岩溶模型(KXAJM)是将流域划分为岩溶区和非岩溶区,岩溶区采用岩溶水库模拟出岩溶径流成分,非岩溶区由三水源新安江模型(SXAJM)计算.它较好地解决了岩溶面积划分,因此这种模型的计算精度较高,且各岩溶参数具有明确的水文地质意义.     

数学物理方程模型在水文预报中的应用

将基于水动力学、河流水动力学、地下动力学原理推导出的分布式降水径流模型,应用于龙口流域洪水预报中,同时与新安江模型进行对比,结果表明,该模型具有物理概念清晰、参数意义明确、计算精度高等优点。     

基于SCE-UA算法的新安江日模型参数优化稳定性分析

为了探讨水文模型参数优化结果在不同流域上的稳定性,采用SCE-UA算法优化了抚河流域内的娄家村、南丰、沙子岭子流域新安江日模型参数,以径流总量误差最小和纳什效率系数最大为目标函数,分别对参数优化结果进行分析。结果表明,其中有3个新安江日模型参数(上层张力水容量W_(WUM)、下层张力水容量W_(WLM)、张力水容量W_(WDM))在三个子流域上的率定结果的稳定性相差较大,有1个参数(表层自由水容量曲线方次E_(EX))率定结果有波动,剩余的12个参数的率定结果均较稳定。通过分析新安江日模型参数的稳定性,可为未来新安江模型参数优化的理论研究提供重要参考依据。     

新安江模型汇流参数与地貌特征规律分析及应用

基于数字高程模型对皖南山区屯溪流域及其嵌套子流域进行数字化,提取了研究流域的面积坡度与河道平均坡度,以新安江模型汇流参数的物理意义为基础分析了参数与地貌特征间的规律,并进行了实例验证.结果表明,所得规律能较好地反演皖南山区7个流域的河网水流消退系数及河道汇流河段数,研究结果合理、有效.     

改进的分布式水文模型在渭河流域的适用性分析

将具有物理机制的Green-Ampt下渗曲线引入到基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)中,在DDRM的栅格结构中增加了超渗产流模块,实现了对DDRM模型的改进。将原模型、改进的模型和新安江模型在渭河流域进行应用和验证,探讨了DDRM模型在半干旱半湿润地区的适用性,即采用渭河流域1km×1km的DEM提取流域特征信息并划分子流域,并以子流域作为空间分解单元,借助多线程并行化计算提高了模型计算效率。从Nash-Sutcliffe效率系数、径流深相对误差角度对模拟结果进行比较分析,表明改进的DDRM模型模拟效果优于原模型;改进的DDRM模型径流深相对误差小于新安江模型,但NashSutcliffe效率系数略低于新安江模型;且由于产流机制的改变,改进前后模型模拟的两种水文要素分布也呈现出一定的差异。     

基于模糊聚类法的无资料流域水文过程模拟

以流域面积、平均高程、平均坡度、长度、平均宽度、形状系数及平均曲率作为相似分析指标,采用模糊聚类法对新安江流域内12个有观测资料的子流域进行相似分析。在相似程度λ取0.837时将子流域分为两组,即岩前、渔梁、万安坝、屯溪、源口、临溪、月潭及良干流域为一组,屯溪作为参证流域;百罗畈、中洲、流口及上邹畈流域为一组,流口作为参证流域。通过新安江模型进行参数率定与移植,验证流域模拟结果的相对径流误差在±20%范围以内,即在规定的许可误差范围内,表明采用模糊聚类法的参数移植模拟计算能较好地反映径流的变化过程。     

不同自然降雨雨型下红壤坡地地表径流和壤中流输出特征

我国南方红壤丘陵区受降雨和土壤性状影响,洪涝灾害与季节性干旱等问题并存,研究坡地降雨过程中径流输出特征具有重要意义。为此,利用江西省水土保持生态科技园内大型土壤渗漏装置,研究了3年期间32场天然次降雨下植草覆盖、干草敷盖和裸露3种不同处理的红壤坡地径流输出特征。结果表明,小雨雨型下,研究区红壤坡地均不产生地表径流;中雨雨型下,植草覆盖、干草敷盖、裸露处理的壤中流所占地表径流和壤中流总量比例分别为58%、80%和12%;对于促进降雨入渗,干草敷盖最优。大雨及以上雨型下,植草覆盖和干草敷盖处理以壤中流为主,占比分别为63%和64%,裸露处理以地表径流为主,占比93%。在红壤坡地开发中除栽种植物加强植被覆盖外,辅以敷盖措施能起到更好的保水保墒效果。     

土地利用变化对流域产水特性的影响研究

以淮河上游息县水文站以上流域为例,基于研究区域3期(20世纪80年代、90年代、2000年以后)土地利用数据及地形、气象、水文、土壤、农业管理等数据,应用SWAT模型模拟研究区域产汇流过程,分析土地利用变化对流域产水特性的影响。结果表明:在降水量、坡度和土壤质地相同的情况下,径流模数大小为旱地>水田>林地;在坡度和土壤质地相同的情况下,土地利用方式对降水量变化的产水敏感性为旱地>水田>林地(径流系数变化率),可见土地利用模式的变化可影响流域的产水特性,耕地向林地的转变将使流域产水减少。     

镇江丘陵区农业流域土地利用对氮素输移的影响

为研究镇江丘陵区句容水库流域土地利用对氮素输移的影响,构建了句容水库流域SWAT模型,分别采用2005～2007年的径流数据对径流模型进行率定和验证、2007年的氮浓度监测数据对氮负荷模型进行验证,并计算了流域不同土地利用类型上有机氮及硝态氮的输出、模拟了有机氮和硝态氮流失在年内的分布。结果发现有机氮输出量强度、硝态氮随径流输出强度及流失年内逐月分布规律;居住地面积比例、地表径流和氮负荷都随着林地面积的减少而增大。     

耦合地下潜水的平原区降雨产流模型

平原区降雨、蒸散发、产流和潜水位起伏等水文循环过程之间的联系十分密切,研究其相互间转化规律具有十分重要的意义。基于已有的平原区降雨产流模型,通过考虑产流下渗、地下潜水蒸发及微地形的影响,分别计算了水面、水田、旱地和城镇建设用地四种下垫面的地表水和潜水的交换量,将交换量作为平原区潜水的源汇项构建了潜水模型,并以太湖流域平原区作为试验区,通过模拟潜水位验证了平原区降雨产流模型的合理性。     

潇湘水源区土地利用变化下的水文响应分析

以曲靖市潇湘水源区为例,利用曲靖市沾益气象站1953~2009年间的日气象资料及潇湘水源区坝上站径流资料,结合水源区土壤数据、土地利用数据以及90m分辨率DEM,构建了潇湘水源区SWAT水文模型,研究了1986、2000、2009年不同土地利用类型下的水源区水文响应特征。结果表明,1986、2000、2009年不同土地利用类型下潇湘水源区耕地和未利用土地面积比逐渐增加,草地和林地面积比逐渐减少,这可能是导致2009年坡面径流深和径流深增加及实际蒸散减小的主要原因。     

不同土地利用格局下地表径流对降水特征的响应

基于设定的试验区和南京市一年的真实降水数据,在SWMM模型中设置传统土地利用开发建设格局S1和最优土地利用格局S2两种土地利用情景,采用SPSS软件定量分析了降水特征对地表径流的响应。结果表明,S2能有效降低地表径流量,但在降雨量、降雨强度较大时,其地表径流的消减作用会显著降低,甚至会出现增加径流量的情况,表明仅通过土地利用格局的优化尚无法应对由强降雨造成的城市内涝问题;径流特征受多个降水特征的综合影响,其中总径流差值与降雨历时、降雨量及降雨重现期三者所构成的回归方程拟合优度最高。     

沿海城市潮、雨遭遇下内涝模型及应用

以海南省海甸岛为例,基于带有地表属性信息的高精度DEM地形网格,依据城市分区精细产流方法计算产流,以分段线性化方式拟合实际雨水管网排水能力曲线,并建立了排水能力与潮位新型函数关系式,将水陆边界条件处理为可双向过水的模型边界,最终将地表产汇流模块、地下管网水动力模块和潮(洪)水漫滩淹没模块三者耦合,建立沿海城市潮、雨遭遇内涝模型,探讨潮、雨遭遇情况下城市水情和涝情特征及差异。结果表明,潮、雨遭遇情景下城市内涝整体情况更加恶化,积水面积剧增;不同区域内涝恶化原因不同,临海区域主要是潮水倒灌引起,城区内部区域恶化主要是高潮位顶托下内水无法外排所致;对比单独降雨下,典型内涝代表点积水深度平均增加0.22 m,积水历时平均增加7.70 h,深度积水持续时间显著延长。     

模拟降雨条件下岩溶地区马尾松林下地表径流特征

以贵州省贵阳市岩溶地区为例,通过野外人工模拟降雨试验,研究了不同坡度(15°、20°、25°)的径流小区在不同雨强(60、90、120mm/h)下马尾松林地表径流的变化特征。结果表明,岩溶地区马尾松林下,雨强对地表径流有明显影响;随着降雨持续进行,陡坡时的径流量增幅显著大于缓坡;随着雨强增加,坡度对累积径流量的影响变得显著;坡度对累积径流量的影响并非线性关系,而是坡度较陡时影响程度更大,但不同雨强条件下径流总量的增幅不一致;岩溶地区马尾松林地在中等雨强时地表径流大,大雨强时地表径流反而较小。     

改进的TOPMODEL在流域洪水模拟中的应用研究

将具有流域分布特征的Green-Ampt下渗曲线引入TOPMODEL中,并在TOPMODEL的结构中增加超渗产流模块,将TOPMODEL结构中的一层蒸发模块改进为二层蒸发模块。根据Internet提供的土壤组成和土地覆盖资料,提出了计算植被根系层最大持水量参数的方法。分别用原始的、改进后的TOPMODEL和三水源新安江模型对黄河渭河流域的秦渡镇流域洪水资料进行了验证和应用。计算结果表明,参数植被根系层最大持水量在流域分布上是不均匀的,改进后的TOPMODEL可取得更好的洪水模拟结果。     

下垫面要素变化对洪水影响的多元统计分析

为研究下垫面变化对流域洪峰模数、径流深等的影响程度,选取大清河水系的紫荆关、阜平、漫水河、城头会和张坊五个典型子流域为研究对象,利用卫星遥感资料提取五个子流域1980、1990、2000年的土地利用情况,分别对洪水按重现期分为大于10年一遇和小于10年一遇两个量级下流域的洪峰模数、径流深及其影响要素进行多元统计分析,利用得出的回归模型分析下垫面要素变化对洪水的影响程度。结果表明,对大于10年一遇的洪水,径流深和洪峰模数主要受林地变化的影响,影响贡献比例分别为0%~65%和0%~40%;而对小于10年一遇的洪水,径流深主要受草地变化的影响,影响贡献比例为10%~120%,洪峰模数则受草地和林地变化的共同影响,影响贡献比例分别为0%~0.8%和0%~2.5%。