混合产流模型及其应用

华北地区呈半湿润、半干旱状态，产流计算模型，既不宜单独采用湿润地区的蓄满产流模型，也不直单独采用干旱地区的超渗产流模型，因此，根据蓄满产流和超渗产流的产流原理，综合利用二者的计算方法，提出了混合产流模型。     

超渗产流计算的入渗容量与土壤湿度指数曲线法

超渗产流是流域产流机制的一种基本模式,它符合我国北方干旱、半干旱地区的产流规律。陕北黄土高原沟壑区,长年干旱,夏季多暴雨,其历时短,强度大,下垫面黄土包气带厚达数十米,且植被较差,是超渗产流的典型地区之一。黄委会子洲径流实验站为这一地区积累了宝贵的径流实验资料。多年来,国内不少单位和学者,都曾依据上述资料,作过不少研究,提出不同的产流计算方法(见文献[1]至[6])。研究的侧     

基于栅格的分布式水文模型应用研究

基于DEM的分布式水文模型是数字化时代水文模型发展的主要方向。笔者在DEM的基础上,GIS软件的支持下,采用基于连续栅格单元演算的分布式水文模型CASC2D,对半干旱地区三关口流域和典型湿润地区呈村流域进行洪水模拟。由于模型采用的是超渗产流模式,适用于半干旱半湿润地区,因此在半干旱地区的三关口流域模拟效果较好;而对于典型湿润地区的呈村流域,产流机制为蓄满产流,模拟的洪峰流量及洪量较实测数据偏小。     

双超模型在小流域洪水预报中的应用

在半干旱半湿润地区,其降雨径流的形成过程十分复杂,既有蓄满产流,又有超渗产流。为了适应这种复杂的降雨径流的形成机制,建立适用于超渗产生地表径流和超蓄产生壤中流的"双超"产汇流模型,并将其应用于山西省古县小流域洪水模拟预报。计算结果表明,该模型模拟预报的洪水过程与实测洪水过程基本吻合。     

TOPMODEL模型在半湿润地区径流模拟分析中的应用及改进

为了使TOPMODEL模型结构更合理,并能够用于半湿润地区或半干旱地区的径流过程模拟,文章对TOPMODEL模型的蒸发产流模块以及汇流模块进行改进,在蒸发产流模块中添加植被冠层截留蒸散发模型和Holtan超渗产流模型,汇流模块中坡面汇流采用瞬时单位线模型,河道汇流采用马斯京根河道洪水演进模型。通过对半湿润地区流域内降雨径流过程的模拟验证,表明通过对TOPMODEL模型的改进,模型对半湿润地区的降雨径流过程模拟精度有很大的提高,拓展了TOPMODEL模型适用范围。     

TOPMODEL模型改进及应用研究

为了使TOPMODEL模型结构更合理,并能够用于半湿润地区或半干旱地区的径流过程模拟,文章对TOPMODEL模型的蒸发产流模块以及汇流模块进行改进,在蒸发产流模块中添加植被冠层截留蒸散发模型和Holtan超渗产流模型,汇流模块中坡面汇流采用瞬时单位线模型,河道汇流采用马斯京根河道洪水演进模型。通过对半湿润地区流域内降雨径流过程的模拟验证,表明通过对TOPMODEL模型的改进,模型对半湿润地区的降雨径流过程模拟精度有很大的提高,拓展了TOPMODEL模型适用范围。     

半湿润流域蓄满超渗空间组合模型研究

半湿润流域蓄满产流与超渗产流兼有,如何区分两种不同性质的产流过程一直是水文预报的难题。基于主导性水文过程的概念,结合遥感技术与地理信息技术,采用水文学界应用广泛的CN值和地形指数指标,划分蓄满产流主导区与超渗产流主导区,提出了蓄满超渗空间组合模型。以东湾流域为例,验证了蓄满产流模型、超渗产流模型及蓄满超渗空间组合模型的模拟效果。结果表明:单一产流模型参数失真,蓄满超渗空间组合模型参数接近实际;蓄满产流与超渗产流主导区划分越精确,参数越合乎实际;蓄满超渗空间组合模型精度较高,验证期结果稳定。     

VIC模型在流域径流模拟中的应用

为了进一步加深对流域径流形成机理的认识,将VIC模型的径流模拟理论与方法应用在栾川、王瑶和尚义3个半干旱半湿润区流域,研究和探讨了径流模拟结果。结果表明．①模型考虑了入渗、蒸发、土壤湿度、径流产生在计算区域内的变化;②从径流模拟的结果可以看出来,对于越靠近湿润地区的流域,并不是模型越复杂模拟精度越高,而是模型越简单往往有比较高的径流模拟精度;而对于半干旱地区的流域,考虑超渗机理的模型模拟精度要比不考虑超渗机理的模型模拟精度高,但混合机制的VIC模型计算过程比较复杂;③对考虑了两种产流机制的VIC模型以及兼容模型的研究,有助于进一步认识流域上的径流形成过程,尤其对于半干旱半湿润流域上的径流形成过程。     

总径流非线性响应模型的应用研究

将总径流非线性响应模型(TNLR)应用在半干旱地区的多雨季节,用19场暴雨洪水资料率定和检验模型参数,其模拟成果合格率达90％左右,精度完全达到和超过部颁洪水设汁和预报误差标准,证明了TNLR模型是一个适用于超渗产流地区的、极具实用价值的降雨径流模型。     

LSPC 模型在半干旱半湿润地区 多年连续日径流模拟中的应用

LSPC 模型是基于物理过程的半分布式水文水质模型, 美国环境保护局将其作为 TMDL 计划制定实施过程中 估算污染物负荷最主要的模型之一, 在美国有着非常广泛的应用; 但在中国此前尚无实际应用案例。半干旱半湿润 地区蓄满产流和超渗产流模式交织在一起使得该地区降雨径流形成过程非常复杂, 其水文模拟对模型物理过程表 达的准确性及物理参数的率定都有很高的要求; 为了研究 LSPC 模型在中国半干湿地区的适用性, 根据水平衡理论 提出了水平衡三步参数率定法, 并利用该方法对位于河北境内的武烈河流域进行了多年连续日径流的模拟研究。 该模型在验证期的日径流模拟相对误差为 10. 8%、 决定系数为 0. 78、 纳什系数为 0. 57。研究表明, 水平衡三步参数 率定法可以较好得应对半干旱半湿润地区复杂的产汇流过程, 使其基流和峰值的模拟都取得良好的效果, 同时也说 明 LSPC 模型对水文循环物理过程的数值模拟适用于我国半干旱半湿润地区, 对长期连续日径流量的模拟具有良 好的适用性, 能在我国推广使用。     

三水源模型在滦河流域的应用分析

流域洪水预报模型大致可分蓄满产流和超渗产流2种方式,针对滦河流域的地形、地貌及雨洪特性,采用三水源模型,属于蓄满产流方式。介绍三水源模型实时洪水预报系统在滦河流域的应用。利用模型,根据计算误差来实时修正估计结果、模型参数等,使得实时洪水预报系统具有较好的实时修正和动态跟踪能力。实际应用过程中,由于流域实际产流过程是复杂、多样的,蓄满与超渗2种产流方式在同一区域可能同时存在,预报结果与实测数据存在一定误差,但通过实例分析,多数误差在规定的范围内,正常情况下的预报精度较高,基本上满足了水库防汛要求。     

海河流域中部地区产流理论分析

流域产流计算方式的确定,直接影响着洪水预报结果和洪水分析计算结果,通过对近30年来海河流域中部地区的洪水资料进行分析,认为海河流域中部地区的流域产流方式大部分是从超渗产流开始,随着降雨的增加,下渗率逐渐减少,到达临界条件后变为稳渗,转化为蓄满产流。     

基于降雨-径流试验的高寒草甸产流机制研究

对黄河源区高寒草甸产流机制进行研究,为河源区生态环境保护、水资源科学规划管理提供基础水文理论认知。基于野外降雨-径流试验,通过回归分析构建考虑坡度和覆被因子的暴雨和中小雨产流计算模式,精度良好,能够反映暴雨和中小雨2种降雨模式下高寒草甸产流的一般特征。试验结果表明,因草甸土-植体系蓄容能力较强,高寒草甸区地表产流主要发生在暴雨模式下,中小雨模式下的地表产流量一般很小。模式应用表明,草甸发生退化后,暴雨和中小雨入渗均有减少,暴雨模式下退化草甸比高覆草甸入渗减少约12%,中小雨模式下减少约3%。     

产流模式的发现与发展

回顾了产流理论的起源,指出Horton产流理论、Kohler与Linsley的5变量合轴相关图形式的降雨径流相关图,以及Dunne通过实验对Horton产流理论的拓展,奠定了产流理论和流域产流量计算方法的基础。总结了中国自20世纪50年代以来在这一领域的主要实践和理论探索,指出中国学者发现的"蓄满产流"和"超渗产流"两种流域产流模式,以及局部产流问题及其处理方法,是对水文学的重要贡献。通过回顾与总结,系统深入地探讨了产流理论和降雨径流相关图形式与流域产流模式之间的关系,试图开启发展、完善流域产流量计算方法的思路。     

黄土与紫色土抗侵蚀机制试验研究

应用人工模拟降雨试验,在同等试验条件下对黄土和紫色土坡面产流及产沙特征进行了对比研究。研究发现黄土坡面属于超渗产流,坡面发育较深的侵蚀沟;紫色土属于蓄满产流,坡面沟道不发育或发育微弱,且同等条件下黄土的坡面侵蚀量远大于紫色土。在制订保土措施时,应结合土壤特征选择适当的方法,以达到理想的效果。     

Modeling of Surface Runoff in Xitiaoxi Catchment,China

Xitiaoxi catchment is one of the most important catchments in the Taihu basin in China. Due to its significant contribution of surface runoff and associated nutrients input to Lake Taihu, understanding of the processes of surface runoff in this catchment is, therefore, of primary importance in quantifying water and nutrient balances for Lake Taihu. The generation of surface runoff in the catchment is mainly controlled by rainfall and land cover, so the variety of surface runoff in Xitiaoxi catchment is seasonal. Moreover, the annual change of surface runoff is distinct. Because of the diversity of land use and variety of hydrological characteristics, numerical simulation of the generation of surface runoff over this catchment is not straightforward. In this paper, attempts were made in applying the Large Scale Catchment Model (LASCAM) to Xitiaoxi catchment. The Xitiaoxi catchment is divided into 47 subcatchments connected via a river network based on topology. The model was first run in an optimization mode to calibrate the parameters against the observed runoff for the period of 1968–1977, and then was run in a prediction mode to try to reproduce the runoff for the next 10 years from 1978 to 1987. The model indicates that saturation excess runoff is probably the dominant process for the catchment. The modeling results indicate that water storage in shallow soils near the stream has a high correlation with daily rainfall, while the water storage changes in deep aquifers demonstrate an annual change trend, showing a rising level for wet seasons and a declining level for dry seasons. The success in modeling surface runoff leads to confidence in modeling nutrients transport as the next step of modeling work.     

土石山区山坡降雨入渗产流模型

在分析土石山区下垫面特性的基础上,引入碎石体积比例系数量化土壤中碎石对入渗的影响,并考虑山坡基岩凹凸面及封闭裂隙储留,构建了一种包括植被截留、洼地储留、土壤入渗、壤中流、基岩凹凸面及封闭裂隙储留等计算模块的土石山区山坡降雨入渗产流模型;采用径流小区天然降雨产汇流试验对模型进行验证,并与现有山坡降雨入渗产流模型的模拟结果进行了对比分析。结果表明:与现有模型相比,构建的入渗产流模型可以较好地模拟地表径流强度和土壤入渗率,实测值与模型模拟值较为吻合;暴雨期土壤入渗率的模拟值远小于实测值,可能原因在于该模型忽略了碎石与土壤的直接接触面间可能形成的水流快速通道,未考虑土石山区山坡土壤层和基岩层中可能存在的优先流,模型尚需进一步完善和改进。     

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。     

膨胀性土壤降雨入渗产流模型

膨胀性土壤吸水会发生膨胀变形,这对降雨入渗产流过程有显著影响。本文以Green-Ampt模型为基础,提出了考虑土壤膨胀性的非稳定降雨入渗产流模型(GJGAM)。为量化土壤膨胀性对降雨入渗产流过程的影响,文章引入了考虑土壤膨胀性的土壤饱和导水系数及饱和含水量,并提出了两参数的计算方法。同时,应用GJGAM和传统的不考虑土壤膨胀性模型(TGAM)分别模拟了径流强度和土壤累计入渗量的室内试验过程,并与试验观测值进行了对比分析。结果表明:利用GJGAM模拟得到的土壤累计入渗量和径流强度与其实测结果吻合良好,而TGAM模拟得到的土壤累计入渗量大于实测值,而径流强度小于实测值。     

三峡库区小流域降雨入渗和产流产沙特征试验研究

三峡库区暴雨集中,历时短,强度大,是造成土壤侵蚀的重要因素。为开展对三峡库区小流域降雨入渗和产流产沙特征研究,通过建立三峡库区小流域微缩模型,分别实施降雨强度为60,90,120 mm/h的3场人工模拟降雨,对小流域模型降雨入渗规律和径流侵蚀过程进行了分析。研究结果表明:径流量均随降雨强度的增加而增加,而降雨强度增加入渗的作用仅在一定范围内是有效的;随着降雨的进行,产流强度和入渗率都趋于稳定状态,入渗率服从对数函数规律,产流强度呈幂函数变化;3场降雨中累计产沙量和累计径流量的关系均满足幂函数形式,含沙量和侵蚀量之间呈较好的线性关系。该研究成果可为这一区域的水土流失防治提供重要的科学依据。