基于数字平台的黄河多沙粗沙区分布式水文模型研究

本文以黄河无定河水系岔巴沟流域为例，针对其气候、植被以及下垫面条件等时空变化特征，在全流域1∶1万DEM基础上，建立了具有物理基础的分布式流域水文模型，模型由网格单元的超渗产流模型和汇流模型组成，提出了考虑流域水保措施的流域汇流计算。使用该模型对1970～1989年大中场次洪水进行模拟计算，结果表明：计算值与实测值基本吻合。     

人工降雨和放水冲刷条件下紫色土坡面产流产沙特征分析

采用可变坡的3 m×1 m土槽进行人工降雨和放水冲刷试验,在不同坡度(5°~20°)、不同雨强(0.6~2.5mm/min)和放水流量(1.6~7 m3/s)情况下,对紫色土坡面的产流产沙特征进行了研究。结果表明:放水冲刷试验中径流流速从坡上到坡脚表现出先增加后减小、逐渐增大和逐渐减小3种趋势,而人工降雨试验则恰恰相反,径流流速从坡上到坡脚表现出逐渐增大的趋势;15 min是2种试验方法产流过程稳定的临界时间;人工降雨试验径流含沙量稳定的时间介于5~50 min之间,放水冲刷试验含沙量稳定的临界时间为20 min。试验成果可为后续紫色土侵蚀相关研究提供数据支持。     

黄土丘陵沟壑区坡面水保措施及植被对流域尺度水沙关系的影响

根据黄土高原高含沙水流的特点，认为次暴雨的产沙模数和径流深可用线性正比关系式来表示，关系式中比例系数表示流域单位径流深的输沙能力、次暴雨过程中流量超过临界值后的稳定含沙量以及流域历次洪水的平均含沙量。在此模型基础上，以黄土丘陵沟壑区的王家沟的两个毗邻地貌相似的两条沟为研究区，其中一条沟为经治理而另一条则未治理。探讨各种坡面水土保持措施及植被对流域水沙关系的影响。结果表明，治理流域和非治理流域具有相同的水沙关系，被治理沟的植被等坡面措施在流域尺度上仅通过减水来减沙。这主要是因为植被等坡面措施不能显著改变沟道的输沙能力，且由于植被不能很好地控制沟谷侵蚀和重力侵蚀，使得水流进入沟道后又会获取充足的泥沙补充，达到和治理前相同的径流输沙能力。因此可以认为，在仅有植被和其它坡面治理措施的情况下，治理流域的减沙率可用减水率来估计。本文的实际计算表明，在多年平均尺度、年际尺度和次暴雨尺度这一方法都有较好的精度。     

粗糙度对坡面侵蚀及泥沙分选性影响试验研究

为进一步揭示土壤侵蚀的内在规律,以某一试验小区为例,通过模拟不同地表粗糙度,分析了不同雨强条件下的坡面侵蚀产沙及泥沙颗粒粒径变化特征。结果表明:相同雨强和降雨历时下,粗糙度对坡面径流率、水流功率、径流含沙量和产沙率有显著影响;侵蚀泥沙的搬运形式与雨强和粗糙度均有关,而不同泥沙颗粒搬运方式是引起不同粗糙度坡面侵蚀产沙分异的重要原因。因此,坡面侵蚀产沙模型中应综合考虑地表粗糙度和泥沙粒径信息。研究成果可为水土保持规划设计和水土保持措施优化配置提供一定依据。     

A Simple Conceptual Model of Sediment Yield

The sediment graphs (time distribution of sediment yield) are very essential if the sediment transports the pollutants that are toxic at high concentrations, requiring determination of peak, rather than average sediment flow rate. In this paper, an effort has been made to develop a simple conceptual model of sediment yield based on Soil Conservation Service Curve Number (SCS-CN) method, instantaneous unit sediment graph (IUSG) method, and Power law and the performance is tested using real field data of Chaukhutia watershed of Ramganga river catchment (area = 452.25 km²). The proposed model is found to provide realistic estimates of temporal variation of sediment yield as well as total sediment yield during a storm event. The model is found to be most sensitive to parameter β followed by k, \upalpha\upalpha, A, and n_s. A comparison is made with the existing IUSG based models of Kumar and Rastogi (J Hydrol 95:155–163, 1987) and Raghuwanshi et al. (J Hydraul Eng ASCE 120(4):495–503, 1994) for developing sediment graphs.     

Prioritizing Structural Management by Quantifying the Effect of Land Use and Land Cover on Watershed Runoff and Sediment Yield

Hydrological processes in a mixed land use watershed are significantly influenced by land use (LU) and land cover (LC). In order to quantify the effect of LU/LC, topography, and morphology, runoff and sediment yield of a small multivegetated watershed in a sub-humid subtropical region in India were simulated by the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model and were compared with measured values. The mixed land use watershed displayed a synchronized runoff response to monsoon rains. Measured runoff and sediment yield varied one sub-watershed to another and ranged, respectively, from 256.33 to 367.83 mm and from 0.27 to 11.65 t/ha for 734.90 mm of rainfall in 2000 and from 310.36 to 393.49 mm and from 0.84 to 10.71 t/ha for 765.50 mm of rainfall in 2001. The correlation coefficient between rainfall and runoff was 0.86, that between runoff and sediment yield was 0.56, and that between rainfall and sediment yield was 0.55. The sub-watersheds with relatively high forest cover (SWS1 and SWS2) showed significantly less runoff and sediment yield (310.36 mm and 0.84 t/ha), whereas a sub-watershed with more area under cultivation produced higher runoff (393.5 mm) and higher sediment yield (11.65 t/ha). Measured and model simulated estimates of runoff and sediment yield from different sub-watersheds were employed to prioritize control measures in the watershed comprising areas under cultivation, waste, fallow and eroded land, and forest and bushes. The average estimates of sediment yield from different sub-watersheds were used to prioritize the checkdam construction as an effective measure to control sediment transport to downstream water resources.     

径流小区集流桶含沙量全深剖面采样器的研制与试验

径流小区是土壤侵蚀监测的一个重要方法,对其集流桶中含沙量的测定则是侵蚀监测准确与否的关键。在以北京土石山区为代表的粗砂多砂区,传统的搅拌方法无法测得准确的含沙量。因此研制了集流桶含沙量全深剖面采样器,意于以一种简单的采样技术代替传统方法来提高含沙量的测量精度。本研究的目的在于通过实地的系统试验验证采样器的适用性。结果证明采样器的测量精度相对于传统方法有了很大的改进,同时采集泥沙的机械组成符合实际侵蚀状况。     

皇甫川流域产流产沙数学模型及水沙变化原因分析

该模型是从泥沙运动力学的基本理论出发，结合水文学，气象，土壤学和地理地貌学的原理建立起来的。并着重解决了在大流域计算中的流域的地理，地貌的差异性和降雨在时空分布上的不均匀性问题。     

雨强和地表糙度对坡面微地形及侵蚀的影响

地表糙度是影响坡面侵蚀产沙的重要因素之一,以往研究多关注糙度对坡面产流产沙特征的影响,而较少关注不同糙度条件下坡面微地形变化和侵蚀产沙的关系。通过人工模拟降雨试验,结合Photoscan技术研究了不同雨强和地表糙度对坡面微地形及产流产沙的影响。结果表明:在试验条件下,降雨后光滑坡面和粗糙坡面4个微地形因子(地表糙度、地形起伏度、地表切割度、洼地蓄积量)数值均减小,且有随雨强增大,其减幅增大的趋势;相同雨强和降雨历时条件下,粗糙坡面微地形因子变化幅度大于光滑坡面,微地形因子变化量与侵蚀产沙量呈明显正相关;与光滑地表相比,粗糙地表只在降雨初期能有效减少产流,随着降雨时间延长,2种坡面的产流率趋于一致;在试验选取的4个雨强条件下,粗糙坡面和光滑坡面产流率均呈现先增大后趋于稳定的趋势。粗糙坡面产沙率和产流率变化规律一致,但光滑坡面产沙率表现出在产流初期迅速增大,而后呈降低并趋于稳定的趋势。研究结果可为揭示坡面土壤侵蚀机理和建立坡面侵蚀产沙模型提供参考。     

黄河中游分布式水沙耦合模型研究

针对黄河中游多沙粗沙区的产流产沙特点,在建立逐网格汇流的水文模型的基础上,构建了逐网格汇沙的土壤侵蚀模型,通过水文模型和土壤侵蚀模型有机耦合,实现了泥沙的产生和汇集的分布式计算。由于模型采用逐网格汇流汇沙的方式进行模拟,使得考虑上方来水来沙对产输沙的影响成为可能。根据研究区的特点,模型在土壤侵蚀过程的模拟中,对重力侵蚀的模拟进行了尝试。经黄河中游小理河流域实测资料验证,模型具有一定的计算精度。     

坡面径流与产沙量影响因素分析——以甘肃省定西安家沟流域为例

以黄土丘陵沟壑区安家沟流域坡沟系统作为研究对象,采用多元线性回归与单因素方差分析了植被类型、坡度、降水平均强度、降水历时等因子对径流量与产沙量的影响。结果表明:不同植被类型条件下坡面径流量、产沙量的组间F检验值分别为3.873,3.930,均在0.05水平下差异显著;不同坡度的坡面径流量与产沙量的F检验值均大于1,径流量与产沙量均值存在差异;不同植被类型条件下径流量与产沙量的泊松相关系数R值均高于0.6(Sig.=0.00),二者存在显著相关关系,产沙量随径流量的增加而增加;不同植被类型下各影响因子与产沙量多元回归拟合度的R2均较高,说明各类因素可以较好地解释产沙量的变化,尤其天然草地相关性最大,R2值达到0.95并在0.05水平下显著。研究结果为黄土高原水土流失治理提供了一定理论参考。     

Runoff and Sediment Yield Modelling for a Treated Hilly Watershed in Eastern Himalaya Using the Water Erosion Prediction Project Model

The Water Erosion Prediction Project (WEPP) watershed model was calibrated and validated for a hilly watershed treated with graded bunding and water-harvesting tank in high rainfall condition of eastern Himalayan range in India. The performance of the model for the treated watershed was unacceptable with percent deviation of −45.81 and −38.35 respectively for runoff and sediment yield simulations when calibrated parameter values for the nearby untreated watershed were used. This was possibly due to differences in soil properties and average land slope. When soil parameters were calibrated for the treated watershed, the model performance improved remarkably. During calibration, the model simulated surface runoff and sediment yield with percent deviations equal to +6.24 and +9.02, and Nash–Sutcliffe simulation coefficients equal to 0.85 and 0.81, respectively. During validation period, the model simulated runoff and sediment yield with percent deviations equal to +8.56 and +9.36, and Nash–Sutcliffe simulation coefficients equal to 0.81 and 0.80, respectively. The model tended to slightly under-predict runoff and sediment yield of higher magnitudes. The model performance was quite sensitive to soil parameters namely, rill erodibility, interrill erodibility, hydraulic conductivity, critical shear stress and Manning’s roughness coefficient with varying levels. The WEPP model picked up the hydrology associated with bund and water-harvesting tank, and simulated runoff and sediment yield well with overall deviations within ±10% and Nash–Sutcliffe simulation coefficients >0.80. Simulation results indicate that in high slope and high rainfall conditions of eastern Himalayan region of India where vegetative measures are not adequate to restrict soil loss within the permissible limit, the WEPP model can be applied to formulate structure-based management strategies to control soil loss and to develop water resources.     

祖厉河流域水沙状况及其对黄河安宁渡断面含沙量的影响

分析了近50年祖厉河流域出口断面靖远水文站的年径流量、年输沙量,总体来看,年径流量和输沙量均表现为下降趋势,径流量与输沙量关系密切,直接影响到该流域输沙量的变化。同时,近50年来,祖厉河泥沙进入黄河后在较大时段内呈扩散状态,且黄河安宁渡断面含沙量在一定程度上取决于祖厉河入黄口的水沙状况。     

EUROSEM模型对晋西黄绵土坡面侵蚀过程的模拟应用

晋西黄绵土坡面因其土壤、降雨等条件极易造成严重水土流失,本文基于不同坡长(2、3、4m)与雨强(60、90、120 mm/h)组合方式下的野外人工模拟降雨试验,应用EUROSEM模型对坡面径流侵蚀过程及产流产沙总量进行模拟,通过对比分析模拟值与实测值,评价该模型对晋西黄绵土坡面土壤侵蚀过程的模拟效果及在该区的适用性.结...     

松华坝水源地坡面水土保持林对水沙关系影响及其贮水能力分析

通过对松华坝水源地径流与泥沙变化规律分析。利用松华坝水源保护区1982-2010年的LANDSAT TM遥感图像,采用ENVI遥感图像处理方法估算出该流域多年水土保持林地面积变化情况,并按不同坡度进行分类。通过双方数据的对比分析,得到径流含沙量与水土保持林覆盖度呈指数关系,水土保持林覆盖度越高,径流含沙量越低。本文采用扣除负功能法对水土保持林计算森林实际贮水能力,由此得出松华坝地区水土保持林平均年实际贮水量为1.1344亿m3。     

洞庭湖入出湖径流泥沙年内变化规律及成因分析

根据洞庭湖入出湖水文站实测月径流泥沙长序列观测资料,运用不均匀系数、集中度和集中期、MannKendall趋势检验法等方法,分析了洞庭湖入出湖径流泥沙年内变化规律及其成因。结果表明:四水入湖径流量年内分配不均,集中于5-7月;输沙量年内分配极为不均并呈现出越来越不均匀的趋势,集中于6-7月;荆江三口各站历年径流量年内分配整体趋势上变化不大,三口径流集中期均为每年的7月份,输沙量年内分配越来越不均匀;城陵矶径流量和输沙量不同年代之间的C_(V_y)值差异较大,输沙量C_(V_y)值呈较为明显的波动增大趋势,径流量C_(V_y)值无明显趋势性变化;径流集中在7月,输沙在水沙交互影响下集中于4月;水利工程和水土保持工作的实施使得洞庭湖水沙年内分配更加均匀。四水、三口和出湖集中期呈逐渐推迟的规律,泥沙的集中度均高于径流。     

基于GIS黄土丘陵沟壑区分布式侵蚀产沙模型的构建——以蛇家沟小流域为例

分布式侵蚀产沙模型是土壤侵蚀模型的重要发展方向,本研究将蛇家沟流域下垫面划分为5 ×5m的栅格,每个栅格内赋予相应的高程、坡度、地貌、土地利用等属性信息.根据流域DEM,确定流域的汇流方向、流路与汇流累积面积.在蛇家沟流域内采用“穷举算法”对SCS-CN模型的参数值进行校正.基于DEM、地貌、土地利用以及降雨等资料,利用黄土丘陵沟壑区良好的水沙关系,运用VB.NET+ARC ENGINE9.2+ SQLSERVER2000构建分布式侵蚀产沙模型.模型结构简单,输入参数比较少,利用求产流来求产沙,考虑了土地利用、汇流等因素具有一定的物理意义,并能达到一定的预报精度.其中产沙模型是建立在黄土丘陵沟壑区普遍的水沙关系基础上,通过校正水沙关系式系数及产流模型中的CN、λ值可在其它相似的小流域内使用.该研究可为黄土丘陵沟壑区水土保持治理效果评价提供依据.     

岷江镇江关流域分布式水文及泥沙侵蚀模型研究

基于空间地理信息系统的流域分布式水文泥沙模型为研究流域产流产沙及在河道中的汇流、输移过程提供了,科学有效的手段.针对岷江上游镇江关流域土壤易受降雨侵蚀的问题,采用水沙耦合的流域分布式水文综合模型,对该流域1990年后典型年的径流及泥沙侵蚀输移过程进了数值模拟,并结合镇江关水文站的实测资料对模型进行了验证,计算成果令人满意.分析表明,近年来岷江上游地区的年径流和输沙量均呈现出下降的趋势,且后者下降速率更快,说明泥沙侵蚀输移与径流相比对流域环境变化的反应更为敏感,今后水土保持工作应注重坡面治理.     

乌兰木伦河流域暴雨产沙分析研究

乌兰木伦河流域位于沙粗沙地区，其产流，产沙变化具有独特的规律。本文用考虑雨强时空分布的超渗产流模型及胜前期影响雨量为参数分别就涨水、落水段的含沙星 与流量关系的流域沙经验模型以计算产流量和产沙量，效果良好，基本满足实用要求，具有生价值，也可应用于同类流域。