基于土壤含水量模拟的干旱监测指数研究

以山西省汾河流域为例,采用水量和能量平衡原理的VIC模型模拟了区域内径流和土壤含水量的变化过程,并构建了土壤干旱指数进行实例研究。结果表明:建立的VIC模型能够较好地模拟研究区站点的径流和土壤含水量的变化过程,基于土壤含水量模拟的土壤干旱指数与实际干旱的发生具有较好的相关性,土壤干旱指数物理意义清晰,能较好地刻画区域干旱在时空上的发生、发展及结束过程,对区域干旱监测具有一定的应用价值。     

基于VIC模型的修河干流径流模拟研究

为了更好地对修河流域水资源进行科学合理的规划与评价,以修河干流虬津站断面以上控制流域为研究区域,构建修河干流流域大尺度分布式VIC模型(Variable Infiltration Capacity,VIC model),利用普林斯顿气象同化数据集驱动模型进行流域的径流模拟研究,以纳什效率系数NSE和相对误差Er两个评价...     

大尺度分布式水文模型VIC在嘉陵江流域径流模拟中的应用

大尺度分布式流域水文模型是目前评价流域环境变化的重要工具,以嘉陵江流域为研究对象,构建了嘉陵江流域大尺度分布式VIC模型(Variable Infiltration Capacity,VIC model),利用Maryland大学的全球1 km×1 km土地覆盖数据,同时参考LDAS(Land Data Assimilation System)成果,建立了嘉陵江流域VIC模型的参数库,通过4个水文站以上流域的水文模拟试验,结果表明建立的VIC模型能有效地模拟嘉陵江流域各典型站的日、月径流过程,模拟的水量平衡误差在5%以内,日径流过程模拟的确定性系数均在70%以上,月径流过程模拟的确定性系数超过90%。该模型可以用来分析环境变化对嘉陵江流域水资源及洪水过程的影响。     

土壤含水量和压实度对植被护坡加固效果的影响

植被护坡在土木工程中应用广泛,其效果受土壤含水量、土壤密度、根系分布、植物种类和植物年龄等因素的影响。采用三轴剪切试验,通过在土样中加入绳索模拟植物根系的加固效果,研究土壤含水量和压实度对植被护坡加固效果的影响。结果表明,土壤压实度越高,植物根系的加固作用越明显。当土壤压实度为75%时,植物根系的加固效果并不显著;当土壤压实度达到85%时,最大主应力差值将增加约20%～30%。土壤黏聚力和内摩擦角也表现出相似的变化趋势：(1)无论是否有植物根系的加固作用,随土壤含水量的增加,土壤黏聚力表现出先增加、在土壤含水量达到14%后再降低的变化趋势。(2)随着土壤含水量的增加,内摩擦角不断减小,植物根系对内摩擦角的影响随土壤含水量的增加而减小。研究结果可为植被护坡设计提供参考依据。     

蓄水容量曲线设定分布式霍顿模型土壤含水量初值

分布式水文模型对土壤含水量的空间描述能力对土壤墒情模拟、分布式输出等具有重要的意义。但分布式水文模型的土壤含水量空间分布计算,需耗费大量的计算资源。为了提高分布式模型的计算效率,从定性的理论分析和定量的数据比对2个方面,证明蓄水容量曲线和分布式模型中逐单元土壤含水量序列的相关关系,并建立了二者之间的转换公式,据此可以将面平均的土壤含水量转换为空间分布的土壤含水量。用离散蓄水容量曲线法设置分布式模型的土壤含水量初值,并与传统模型预热法进行比较,结果表明两种方法得到的土壤含水量空间分布总体趋势完全一致,次洪模拟效果相同,并且节省了大量的计算资源,极大地提高了分布式模型的计算效率。     

水文模型植被参数获取方法及应用研究

引入Spot/Vegetation(简称SPOT-VGT)归一化植被指数NDVI遥感资料,建立了叶面积指数LAI-NDVI模型,进行大尺度陆面水文模型VIC植被参数获取方法研究,将结果应用于黑河莺落峡流域水文模拟,并分析了植被参数对陆面水文循环要素的影响.结果表明:采用SPOT-VGT遥感资料建立的LAI-NDVI模型计算的叶面积指数较好地反映了实际叶面积指数的空间分布和时间变化,用此方法获取的植被参数结果优于模型推荐的查表法.     

植被覆盖对光学影像反演土壤含水量的影响分析

为了获取植被覆盖对光学影像反演土壤含水量的影响,选用归一化植被指数(NDVI)表示植被覆盖度水平,以垂直干旱指数(PDI)或修正垂直干旱指数(MPDI)线性回归土壤含水量的光学影像反演方法为例,基于2018—2020年哨兵2号卫星影像,利用河北省地面土壤含水量实测数据,对不同植被覆盖水平下土壤含水量反演精度进行评价,探讨植被覆盖对土壤含水量反演精度的影响。结果表明：(1)在NDVI≤0.13时,PDI的反演精度略优于MPDI反演精度,MPDI对PDI的修正作用不明显;(2)在0.13<NDVI≤0.30时,PDI仍能够达到较好的精度,但MPDI可以明显提高精度;(3)当0.30<NDVI≤0.59时,PDI反演精度较差,修正后MPDI能够显著提升精度;(4)在NDVI>0.59时,修正后的MPDI也无法得到满足要求的精度。可得出结论：当NDVI≤0.59时,光学影像可反演得到精度尚可的土壤含水量反演结果,通过一定的植被影响修正方法,可改善反演精度;当NDVI>0.59时,即使采用修正方法,基于光学影像难以得到满足要求的精度。     

改进VIC模型在辽宁地区水文模拟中的应用

结合汤河流域内2000~2010年实测水文数据,对比分析改进前后的VIC模型对区域水文模拟精度的影响,结果表明:改进后的VIC模型对径流深相对误差和流量过程确定性系数有明显改善;研究成果对于区域水文模拟具有参考价值。     

DEM分辨率对VIC模型水文模拟精度的影响

为研究DEM分辨率对VIC模型水文模拟精度与运行效率的影响,选用0. 5～5. 0'的DEM对浊漳北源上游地区进行了月径流模拟。在以纳什系数、确定性系数和相对误差为模拟效果评价指标的基础上,采用均值变点法分析水文计算单元数量和相对误差的变化趋势,探讨DEM尺度效应的最佳拐点。研究结果表明:DEM分辨率对水文计算单元数量的划分影响显著,数量变幅最大达到了98. 13%;纳什系数、确定性系数和相对误差受DEM分辨率的影响较小,三者的变化幅度在率定期为0. 019%、0. 009%、11. 879%,在验证期为0. 009%、0. 012%、9. 552%; 1. 0'的DEM能够在保证模拟精度的前提下显著提高模型的运行效率,为DEM尺度效应的最佳拐点。     

改变土壤含水量影响的冬小麦根和冠生长动态模型

本文根据系统动力学原理，以土壤水分为环境因素，冬小麦为研究对象，从植株整体角度建立土壤含水量影响下的冬小麦根、冠生长的动态模型。根、冠作为植株的两大功能互补系统，在不同的土壤含水量作用下，二者产生不同响应，通过模型可定量揭示根、冠二者的生长变化规律。本文模拟结果表明：根系生长在分蘖期和拔节期受土壤含水量影响较大；而冠的生长则是在孕穗期到灌浆期影响较明显，但含水量的变化并不改变植株的总体生长规律。     

流域植被与土壤导水系数对青弋江流域水文影响的数值试验

为了揭示植被覆盖以及土壤导水系数变化对流域水文的影响,用陆面模式SSiB4与动态植被模型TRIFFID和流域地形指数水文模型TOPMODEL的耦合模型(SSiBT/TRIFFID)进行流域植被覆盖与土壤导水系数变化对流域水文影响的数值试验。结果表明:①植被类型明显影响流域地表能量平衡和水量平衡;②流域森林植被能明显减小一般洪峰流量,但对大的洪峰流量没有减弱作用;③减小土壤导水系数将明显增加地表径流和减小基流。     

降雨空间尺度对径流模拟的影响研究

通过分析不同分辨率的雷达降雨数据所产生的降雨空间分布的变化对径流模拟的影响发现:本文所用的基于DEM的蓄满产流分布式水文模型对降雨时间和空间的变化是比较敏感的;由于降雨空间分辨率的变化计算的径流总量、洪峰都有不同程度的变化,但是这种变化的大小又与降雨场的特征、流域面积的大小以及土壤含水量的变化有很大的关系:随着面平均降雨量(P BAS)的增减,洪量也随着增减,P BAS与洪量有很好的相关性;降雨CV值的增加导致洪峰和洪量都相应的增加;流域的面积越小洪峰和洪量对降雨空间变化就越敏感;在前期干旱的条件下降雨空间变化导致的洪峰和洪量的变化要比在湿润的条件下产生的洪峰和洪量的变化大。     

土壤水分植被承载力数学模型的初步研究

本文通过对不同密度林地根层土壤水分补给和消耗量的分析，提出确定土壤水分植被承载力的概念模型。通过对不同密度人工林地根层土壤水分补给和消耗的定位监测资料分析，建立了土壤水分植被承载力的数学模型。通过实例分析可以看出，该方法是简便易行。     

新安江模型在土壤墒情预报中的应用

近年来干旱已严重影响到自然生态环境的平衡及人类社会、经济的可持续发展。而墒情预报是干旱管理的一项基础工作。本文分析了国内外墒情预报的模型方法,并将新安江模型移用于土壤墒情的预报研究中,建立了基于水量平衡的土壤墒情预报方案。从模型的预测结果可以看出,模拟预报结果和实测值基本一致,该方法精度是较高的。新安江模型预报土壤含水量的模型结构简单,涉及参数少且物理意义明确,易于调试优选,便于在实际工作中推广使用。     

新安江模型在土壤墒情预报中的应用

近年来干旱已严重影响到自然生态环境的平衡及人类社会、经济的可待续发展。而墒情预报是干旱管理的一项基础工作。本文分析了国内外墒情预报的模型方法,将新安江模型移用于土壤墒情的预报研究中,建立了基于水量平衡的土壤墒情预报方案。从模型的预测结果可以看出,模拟预报结果和实测值基本一致,该方法精度是较高的。新安江模型预报土壤含水量的模型结构简单,涉及参数少且物理意义明确,易于调试优选,便于在实际工作中推广使用。     

森林对流域蒸发和径流影响的动态模拟

为了揭示森林植被对流域蒸发和径流的影响,用耦合模型SSiB4T/TRIFFID对长江两条支流蒸发和径流对植被覆盖动态变化的响应过程进行了模拟,分析了森林植被影响蒸发和径流的机制。在植被动态演替过程中,上游的梭磨河流域森林主要通过改变土壤蒸发和冠层截留蒸发影响蒸发和径流,其水文效应与冠层截留能力和土壤蒸发能力有关;下游的青弋江流域森林主要通过自身较强的蒸腾作用明显增加蒸发和减小径流。     

五台山清水河流域植被垂直带水循环过程研究

五台山为华北地区最高峰(海拔3058 m),发源于五台山的清水河流域,海拔梯度大,植被垂直分异显著,目前关于植被垂直带的水循环过程及其相互之间的差异研究尚显不足。为此,利用分布式水文模型WEP-L模拟清水河流域水循环过程,分析不同植被垂直带的水循环过程。结果表明:受气温显著升高影响,高海拔地区的季节性冻土消退、活动层变厚及土壤蓄水容量增加,促进降水入渗。海拔1500 m以下区域蒸散发主要受降水影响,而海拔1600 m以上区域则主要受能量的影响。不同植被垂直带的水循环过程差异显著,径流系数表现为:耕地亚高山草甸荒漠草地常绿针叶灌木林落叶阔叶林。研究结果可为山区流域水资源高效利用和生态建设提供科学依据。