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.     

汾河上游流域分布式水文模型的构建

针对研究区的水文、气象特点,本文以坡度、坡向为下垫面主要因素,按照集水区自然分水线划分子流域的流域离散方法,将SCS产、汇流模型与马斯京根法相结合建立了基于流域尺度的次降雨-径流分布式水文模型。模型对研究区典型流域模拟结果表明,该模型的径流量合格率及汇流合格率分别达到70%和80%,且计算流量过程与实测流量过程吻合较好,可适用于该研究区。     

新安江模型河网消退系数与下垫面关系研究

为研究新安江模型河网消退系数C_s与下垫面之间的关系,以皖南山区29个中小流域为研究对象,首先采用SCE-UA算法率定河网消退系数C_s值;其次利用DEM资料提取各流域内的10个下垫面因子特征值;最后通过逐步回归分析、通径分析探讨C_s与各流域下垫面特征的综合关系。研究结果表明,下垫面因子中,流域平均高差和流域面积对C_s产生直接影响,而流域平均坡度表现为间接影响;采用逐步回归分析方法计算得到的C_s值与模型率定得到的C_s值相比,精度较高,具有统计意义,且不依赖于实测资料,可为模型在无资料地区推广应用提供依据。     

基于DEM的流域地形地貌信息提取

为得到分布式水文模型所需要的参数,开发了程序进行流域信息提取,对得到的水系按水链进行编号,进而得到以水链为基础的子流域坡面.对水链坡降和长度、栅格坡度、子流域坡面坡度、流域地形指数等信息进行提取分析,为基于坡面的分布式水文模型的构建奠定了基础,具有理论意义及实用价值.     

基于DEM的渭河大流域特征分块提取方法

受流域面积、DEM数据尺度、数据量和计算机性能的影响,无法直接整块提取大流域特征。对此,以渭河流域为研究区,基于DEM数据,依据坡面流模拟方法,使用ArcGIS软件中的水文分析工具,分块提取流域特征,再对提取的信息进行合并,衔接断裂河流和破碎的集水区,并通过拓扑处理,生成完整的流域数据。对比发现,提取的河网与实际河网较吻合,提取的流域面积精度较高,从而验证了该提取方法的可行性。     

地貌瞬时单位线参数敏感性分析

针对流域汇流速度和降雨时空变异性等不确定性因素为地貌瞬时单位线研究的难点问题,采用人工扰动法分析了汇流速度的敏感性,统计分析得出流域暴雨中心为汇流速度的主要影响因子,并建立了两者间的关系,进而由暴雨中心来推求汇流速度;同时比较分析了不同流域河网级别对地貌瞬时单位线的影响程度,得出流域河网级别为影响其他地貌参数的综合性参数,并选出适于研究流域水文模拟的最佳流域河网级别.     

一种无资料流域综合单位线计算方法

综合单位线是无资料流域水文分析和水文预报的主要工具。为丰富综合单位线方法,构建一个新的流域特征,即面积—距离/坡度函数(f-LLP),分析单位线峰现时间(Tqmax)与f-LLP函数中最大f值对应的LLP(LLPfmax)之间的关系,借助概化的单位线几何形状,计算单位线。利用白土岗、娄子沟及西峡三流域进行率定,采用以子流域为计算单元的流域水文模型和分布式单位线计算方法,率定小流域单位线,得到Tqmax与LLPfmax之间的线性关系及单位线几何形状的概化方法。将该方法应用于裴河流域,结果表明该方法拟合度较高,可为无资料流域的水文预报与分析提供参考。     

基于投影覆盖法的小流域模型地貌分形特征

针对流域地貌所具有的明显各向异性和三维立体特征,将投影覆盖法引入其三维表面分形特征的直接量化,结合投影覆盖法计算三维表面分形维数基本原理和GIS技术,提出了基于投影覆盖法的计算流域地貌三维表面分形维数的GIS实现过程,并对9次摄影测量所得小流域模型地貌三维表面分形维数进行了计算。结果表明,投影覆盖法可实现流域地貌三维表面分形特征的直接量化,计算出的地貌三维表面分形维数准确反映了模拟降雨驱动下小流域模型地貌总体特征的动态变化过程;与计盒维数法相比,投影覆盖法更有利于揭示小流域模型不同发育阶段地貌特征的差异性,对于流域水土流失预报模型中地貌因子量化参数的选择具有重要意义。     

基于地貌单位线汇流的新安江模型在洛阳河流域中的应用

针对无资料地区的洪水预报和设计洪水计算常受到降雨流量等资料制约的问题，以洛阳河流域无资料地区为例，通过DEM数据提取洛阳河流域霍顿地貌参数，计算洛阳河流域地貌单位线，从而建立起流域汇流与地貌参数之间的响应关系，并采用三层蒸散发和蓄满产流模型，构建基于地貌单位线汇流的新安江模型，同时结合遗传算法和客观优选法思路对洛阳河流域洪水进行模拟演算，并与传统的新安江模型结果进行对比分析。结果表明，基于地貌单位线汇流的新安江模型能取得较理想的模拟结果，可为中小河流无资料地区的水文分析计算提供可靠的技术支撑。     

一个以DEM为基础的分布式水文模型

研究了如何将从DEM中提取的河网、水流路径等流域特征应用于分布式水文模型。建立了一个以传统产流模式为基础进行产流计算、网格间沿虚拟汇流网络进行汇流的分布式水文模型，并在我国东北部分流域进行了应用。重点研究了以DEM为基础的汇流方法，用汇流时间和线性水库相结合的方法进行汇流演算。结果表明，该方法提高了大尺度水文模拟的精度。     

秦岭山脉典型流域水系分形特征及空间分异性

将分形理论引入流域地貌形态的定量研究,利用盒维数法计算了秦岭地区22个典型流域水系分维值,分析其与流域形态和水文特征的相关性及空间分异性。结果表明,秦岭地区各流域水系在其无标度区间内呈现良好的分形特征,分维值处于1.033 5～1.079 5之间,相关系数达0.979 5以上;各流域水系分维值与流域形状系数呈正相关关系,与年径流深呈负相关关系,与河流比降呈较复杂多项式关系;秦岭山脉南北两侧水系分维值存在一定自组织相关性,尤以秦岭中部及西部地区较为显著,东部地区差异相对较大。     

基于信息冗余度的多目标水文站网评价方法

水文站网的规划布设对研究水文过程、获取正确有效的水文信息、减少资源浪费具有重大意义。选取田纳西Hiwassee流域9个站点2014~2016年的日径流量数据,基于信息熵理论建立多目标组合优化站网评价模型,即先提出信息冗余度概念,以站点信息冗余度最小为原则对9个站点进行综合排序,得到站点组合;再建立以信息总量、信息冗余、信息推断能力为目标的多目标函数,并采用理想点法求解该模型得到最优站点组合;最终基于信息距离传输模型对最优组合站点进行空间控制范围评价。结果表明,该流域仅需保留3个站点(03571000、03566000、03550000)即可提供原始站点所提供信息总量的92.9%,信息冗余度降低89.3%,其总空间控制范围达到全流域面积的90.2%。说明优化后的3个站点仍可提供足量信息,对其余站点的信息推断能力较强,且站点分别位于流域的上、中、下游,能更好地实现对流域的监测和控制。     

基于PCA和AHP的小流域山洪灾害风险评价

为准确评价小流域山洪灾害风险,针对小流域山洪特点及成灾机理,以栾川小流域为例,选取汛期年最大1、3、6、12、24h降雨量及年均暴雨日数为致灾因子,地形高程、坡度及水系分布为孕灾环境,沿河两侧村镇人口和房屋密度为承灾体,构建了小流域山洪灾害风险评价指标体系,并采用主成分分析法(PCA)提取关键致灾因子、层次分析法(AHP)确定各指标权重,依托ArcGIS空间分析叠加功能得到小流域山洪灾害危险性分布图、易损性分布图和山洪灾害风险等级分布图。结果表明,栾川小流域中上游部分地区如常村、么坪村、新立村等所在的小流域属于山洪灾害高风险区,占流域总面积的15.4%,这些地区年最大降水量普遍较高,且沿河居民住户相对集中,山洪灾害风险等级最高;山洪灾害低风险区主要位于流域下游,如西地村、上河南村等,此结果与小流域历史山洪灾害分布情况相一致。分析结果可为有关部门防洪减灾提供依据,也可为同类小流域的山洪灾害风险评价提供参考。     

Water use opportunities and conflicts in a small watershed—a case study

Water available in small watersheds primarily serves household and irrigation needs of the local population. For economical use of water, correct understanding of water availability is necessary mainly because the consequences of such plans are immediate and they could impact the livelihood of people around the watershed. In this paper, a post project case is presented to highlight the opportunities and conflicts on water use in a small watershed. Simulation study is done to show the impact of water regulation for irrigation and power generation. Based on the case study, a few recommendations have been made on water regulation policy to avoid water use conflicts in the study area.     

基于承载过程的安徽省水资源承载力动态评价

针对水资源-经济社会-生态环境复杂系统的水资源承载力评价问题,提出从水资源支撑力、水资源压力、水资源调控力三个子系统选择指标,建立基于承载过程的水资源承载主客体耦合评价模型,对安徽省水资源承载力进行动态评价。结果表明,安徽省各评价年水资源总体处于可载状态,承载支撑力不足地区人口趋于超载,经济超载地区多为重工业城市,皖北地区承载力总体小于皖南和江淮地区。计算结果符合研究区域实际情况,可为安徽省水资源的可持续承载提供依据。     

不同集水面积阈值确定方法在典型黄土侵蚀地貌区的适用性分析

针对不同集水面积阈值确定方法的适用性问题,结合流域地貌侵蚀发育理论和侵蚀阶段—水系分维数关系判断了理论水系分维数大小,以水系分维数作为评判指标,分析了不同集水面积阈值确定方法的适用性,并以此为基础建立了一套无"蓝线"河网情况下检验集水面积阈值确定方法合理性的完整体系。实例应用结果表明,泾河流域水系结构具有典型的分形特征,其理论水系分维数应在1.4～1.6之间;受黄土地貌软弱岩性的影响,河网密度法及河道分支法在黄土沟壑地貌中具有良好的适用性,能较为细致地反映沟谷河道的准确信息;河源最小误差法及试错法下的水系分维数与理论值存在较大偏差,只适用于地形地貌变化不大的小型流域。     

基于联系数的安徽省水资源承载力评价及空间差异诊断分析

为定量评价安徽省水资源承载力的整体状况,诊断分析导致水资源承载力空间差异的主要因素,采用集对分析理论中的联系数方法诊断评价安徽省水资源承载现状,并利用减法集对势识别导致水资源承载力空间差异的主要因素。结果表明,安徽省江南地区水资源承载力最好,皖中地区次之,淮北地区的水资源承载力最差;从子系统层面分析,江南地区水资源承载支撑力子系统最好,皖中地区次之,淮北地区最差,但淮北地区水资源承载压力最小;从指标层面诊断分析,人均水资源量是导致安徽省各市水资源承载状况存在空间差异的最主要因素。研究成果可为安徽省水资源合理配置与调控提供技术支持。     

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。     

半湿润半干旱地区降雨径流关系的区域规律

以陕西地区汉江流域、渭河流域、北洛河和延河流域等15个典型的半湿润半干旱流域为例,分析了各流域的P+P_a-R相关关系,并对其产流规律的区域性进行探讨。研究结果表明,陕西地区汉江、渭河、北洛河和延河流域的P+P_a-R相关图后半部分与45°直线的夹角总体上呈逐渐增大的趋势,且大多数子流域为混合产流,大部分流域的P+P_a-R相关图的后半部分与45°直线有一定的夹角,其中志丹流域和杏河流域超渗产流占主导,P+P_a-R相关图较一致,但均严重偏离45°线。