平原区天然降雨极值强度与径流系数的关系研究

太谷均衡实验站对天然降雨-径流资料的分析结果表明:天然降雨-产流多发生在7、8月份,场(次)降雨量一般大于20 mm,场(次)降雨量出现的频率小于2%;场(次)降雨径流量的大小主要取决于降雨极值强度,降雨极值强度与径流系数呈线性关系,相关系数为0.71;概化时间与径流系数呈幂函数关系,相关系数为0.80.     

孤山川流域次洪水量和沙量影响因素分析

运用有序聚类法、MWP检定法和Mann-Kendall方法分析了孤山川流域场次洪水的水量、沙量和降雨量,认为天然时期和人类活动影响时期的分界点为1979年。利用天然时期的水文资料建立了次洪降雨—水量—沙量模型,并利用该模型分析了降雨变化和人类活动对1979年之后次洪水量和沙量的影响。结果表明:人类活动影响时期的1980—2010年,降雨变化和人类活动对次洪水量减少的影响分别占65.7%、34.3%,对次洪沙量减少的影响分别占72.9%、27.1%。     

华南红壤区坡面产流产沙对植被的响应

植被对坡面水蚀具有重要影响,其减水、减沙效益广受关注。以广东省五华县源坑水小流域2011—2014年的径流小区次降雨水沙观测数据为基础,分别在次降雨、月、年及不同降雨区间讨论植物类型差异、月际植被盖度变化、年际植物生长及不同次降雨量对坡面产流、产沙的影响。研究结果表明:(1)在次降雨尺度,植物小区平均减沙效益、减水效益分别为24.77%、12.95%,其减沙效益大于减水效益;(2)在各降雨区间,相较于裸土小区,桉树、松树和糖蜜草小区分别在次降雨量为20~30 mm、20~40 mm和20~50 mm的降雨区间具有较为显著的减沙效益。松树和糖蜜草在次降雨量为10~50 mm的降雨区间均具有显著的减水效益。但在次降雨量50mm的降雨区间植物的减沙、减水效益均不显著。(3)在月尺度上,各径流小区产流、产沙量均无显著差异。但由于月际植被盖度的变化,不同月份植物减沙效益数值顺序存在一定变化,但植物减水效益数值顺序较为稳定均呈现为糖蜜草松树桉树。(4)在年尺度上,桉树,松树和糖蜜草的减沙、减水效益区间分别为7.00%~38.66%、2.98%~8.76%,7.74%~37.30%、6.67%~19.67%和8.35%~45.33%、10.00%~23.36%。各径流小区年均次降雨产流、产沙数值顺序均呈现裸土小区桉树小区松树小区糖蜜草小区。各植物小区的减水效益与减沙效益相一致,表明相较于植物通过改变水沙关系减沙而言,植物主要是通过减水来减沙。     

不同植被措施下红壤坡地径流产沙对天然降雨的响应

通过分析气象观测站收集的年内各降雨特征参数,研究了野外植被覆盖及敷盖措施相对于裸露小区的径流产沙特性对天然降雨的响应,分析了植被措施的减水减沙效益。结果表明:(1)裸露小区、植被敷盖小区、植被覆盖小区有效降雨次数随月份变化峰值出现在4~5月,占全年降雨总场次比例分别为31.1%、25.3%和20.1%;降雨量在4~5月及7~8月出现两次峰值,分别占全年降雨量的比例为63.2%、66.4%和70.5%。降雨强度的峰值均出现在7月,是其他月份的1.1~6.5倍。(2)植被敷盖和覆盖小区年内平均地表径流量较裸露小区分别减少91.4%和95.8%,年内平均侵蚀量均减少99.9%。覆盖小区较敷盖小区的减流减沙效果更显著。(3)裸露小区、植被敷盖和覆盖小区总径流系数分别为77.5%、87.4%和81.1%。径流量、侵蚀量均与降雨量呈显著相关性。     

佳芦河流域极端暴雨可能来沙量研究

黄河水沙变化情势尤其是来沙量变化趋势判断是确定治黄方略的重要依据。以近年来径流泥沙锐减的黄河中游佳芦河流域为研究对象,分析了极端暴雨情况下的可能来沙量。结果表明:依据佳芦河流域1962—2017年204场降雨、输沙量实测资料点绘的次洪雨量—沙量双累计曲线在1972年、2002年出现明显拐点,相同降雨量条件下拐点后输沙量明显减少,可把1971年以前作为天然时期、把2002年以后作为现阶段;采用次降雨量拟合法、降雨侵蚀力(降雨因子组合)拟合法、次降雨分时段雨量拟合法、上包络线法等4种方法和大于50 mm场次降雨量拟合的佳芦河次洪输沙量计算公式,拟合效果较为理想;次降雨分时段雨量拟合法分析表明,场次降雨过程中最大1 h降雨量、最大2 h降雨量减去最大1 h降雨量、最大3 h降雨量减去最大2 h降雨量这3个分时段降雨量对次洪输沙量的影响较大;采用4种拟合公式和历史实测极端强降雨组合法设定的极端暴雨,计算的现阶段佳芦河可能来沙量为0.12亿～0.22亿t,与天然时期相比减沙效益为88.7%～94.8%,其中最大可能来沙量0.22亿t是实测最大次洪输沙量0.52亿t的42.3%。     

不同下垫面红壤坡地壤中流对自然降雨的响应

壤中流是红壤坡地降雨产流的重要组成,但其发生机理与定量化一直是研究的难点。本文通过野外大型水分渗漏小区长期定位观测,研究自然降雨条件下,不同下垫面(百喜草植草覆盖、百喜草干草敷盖与地表裸露)红壤坡地壤中流产流特征及其关键影响因素。结果表明:(1)植草覆盖和干草敷盖能有效减弱红壤区降雨季节性差异对地表径流的影响,降低地表径流,促进壤中流发育;(2)植草覆盖与干草敷盖的次降雨地表径流系数是地表裸露的10.80%和12.55%,而壤中流次降雨径流系数为地表裸露的2.47倍和3.22倍;(3)下垫面条件能显著影响壤中流的输出特征,地表裸露壤中流主要发生在60 cm层,次降雨径流系数是30 cm层的1.29倍,植草覆盖和干草敷盖主要影响30 cm层,对60 cm层影响较小,且30 cm层次降雨径流系数是60 cm层的1.44倍和2.22倍;(4)春季是植草覆盖与干草敷盖30 cm层壤中流的主要输出季节,输出量占全年的34.90%和39.63%,随着土层深度增加,60 cm层壤中流季节性差异降低;(5)壤中流受降雨量和降雨历时两个因子影响显著,与降雨强度无显著关系。在红壤坡地侵蚀治理过程中,科学的坡面覆盖类型能有效调节坡面降雨-径流特征,控制降雨侵蚀,该研究有助于进一步认识红壤坡地土壤侵蚀机制及防治。     

模拟降雨条件下工程堆积体产流产沙特征研究

试验选取江西红壤为研究对象,设计四种降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5mm/min)与四种砾石含量百分数(0%、10%、20%、30%)相组合,在室内通过降雨试验对坡顶平台有车碾压堆积体在降雨过程中的流速、径流含沙量和侵蚀速率的变化规律进行了研究。结果表明:堆积体坡面径流流速在整个降雨过程中大体上处于稳定波动状态,是降雨强度和砾石含量共同作用的结果,并得到了流速与降雨强度和砾石含量的关系式;径流含沙量随时间变化曲线可被描述为"先增大—再小幅度减小—再稳定—再急剧减小—最后小幅度上升"的趋势,同时分析得到了坡顶平台有车碾压堆积体出现二次侵蚀的临界时间为降雨后48min左右;侵蚀速率随着降雨强度和砾石含量的增大均会增大,拟合了侵蚀速率与降雨强度和砾石含量的关系式。     

次降雨入渗补给系数评估雨水花园补给地下水可行性及计算方法研究

【目的】近年来雨水花园在海绵城市建设过程中得到了广泛应用，但其对浅层地下水的补给能力尚缺乏系统研究。【方法】通过柱状模拟试验，研究了不同降雨条件下，次降雨入渗补给系数(α)用于评估雨水花园补给地下水潜力的可行性。【结果】结果表明，α可用于评估雨水花园补给地下水潜力，数值变化范围为0.110～0.212,平均值为0.175;降雨重现期、降雨历时、雨型均对α具有重要影响，且随着重现期和降雨历时增加，α逐渐降低，不同雨型条件下，α大小顺序为均匀雨型>双峰雨型>单峰雨型。【结论】HYDRUS-1D模型模拟法和包气带含水率法计算α均具有较好的精度，不同降雨条件下，模型模拟法计算得出的次降雨入渗补给系数(α_m)的相对偏差(RE)为-1.280%～7.801%,包气带含水率法计算得出的次降雨入渗补给系数(α_b)的RE为-14.789%～6.660%。由于包气带含水率法容易实施、便于监测，工程实践中可优先考虑采用该方法。上述结果可为定量评估海绵城市建设过程中雨水花园补给浅层地下水潜力提供参考。     

基于区域降雨特征的合流制管网截流倍数分析

截流式合流制排水系统的溢流污染是影响受纳水体环境质量的重要因素,截流倍数的选择与地区降雨特性、溢流率控制以及污水处理系统规模密切相关。研究以巩义市管网改造为例,通过对巩义市降雨特性的分析合理确定截流倍数。巩义市降雨年内分布不均匀,集中度较高,主要集中在6-9月份,占全年降雨量的60.21%～84.14%,主要为短历时降雨,集中在3 h和6 h内,占降雨次数的61.06%。由于降雨量相对集中且历时较短,较大的截流倍数不一定能够取得好的效果。截流倍数介于2.50～3.50间时,截流雨量占降雨总量的比例为36.20%～46.70%。截流倍数大于3.50时,溢流率几乎保持不变。2004-2012年巩义市共发生127次历时小于等于6 h的降雨,90%以上次数的降雨量小于20 mm,结合污水处理厂规模,截流倍数取n₀=3。     

基于Infoworks ICM模型在荔枝湖截污系统截流能力评估中的应用

以Infoworks ICM构建模型为研究方法,以荔枝湖流域为研究对象,建立一维管网和二维河湖耦合模型,结合管网基础数据,划分汇水分区,确定各类地块面积及径流系数,通过模型对荔枝湖截污系统的溢流控制能力进行评估分析研究。结果表明,经降雨频率分析,深圳日降雨量10mm的降雨相当于87.44%场次的降雨;荔枝湖截污系统在84.44%场次降雨不发生溢流。     

基于不同降雨特征的空闲坡耕地产流产沙特征解析

阐明空闲坡耕地产流产沙特征,可为坡耕地水土资源综合治理提供科学依据。以第四纪红黏土发育红壤为研究对象,采用野外径流小区长期定位试验的方法,分析天然降雨条件下的空闲坡耕地产流、产沙特征及其对降雨特征的响应机制。结果表明：空闲坡耕地的土壤侵蚀等级为强烈等级以上,产流、产沙存在逐年降低趋势,与年降雨历时存在一定的负相关,但不显著;产流、产沙主要集中在4-9月,可分别占到全年总量的96.73%和99.35%;小雨雨型几乎无产流、产沙,暴雨雨型以上降雨的产流、产沙贡献率大,其贡献率均在80%以上;降雨量、降雨历时、降雨动能以及降雨侵蚀力对产流的驱动模型呈二次曲线函数关系,最大30 min雨强的驱动模型则呈幂函数关系;降雨动能、降雨侵蚀力以及最大30 min雨强对产沙的驱动模型均呈现幂函数关系,而降雨量和降雨历时的驱动模型分别为一次线性函数和二次曲线函数关系,产流驱动模型的可决系数均大于产沙驱动模型,产流与产沙的关系表现为幂函数关系。     

河北平原典型小流域降雨入渗补给规律研究

准确计算降雨入渗补给量是评价平原区地下水资源量的基础,传统的年补给系数法未考虑降雨特征、土壤墒情等因素影响,导致评价结果精度不高。本研究以河北平原下博和沧县运西两个典型小流域为例,采用动态分析法研究次降雨的入渗补给过程。结果显示以7 d为时间间隔适合作为划分次降雨的标准,次降雨量加土壤含水量(P+SW)与降雨入渗补给量(P_r)相关性最好,优于次降雨量(P)和次降雨量加前期雨量(P+P_a);动态分析法计算的降雨入渗补给量较传统降雨入渗系数法,精度提高22%~40%,且年补给系数法高估了河北平原区的年地下水补给量。本研究为河北中东部平原准确评价降雨入渗补给量提供了技术参考,对支撑区域的地下水合理开发利用及地下水超采综合治理具有较强的科学和实践意义。     

2017年淮河流域秋汛特点分析——以王家坝站为例

2017年淮河流域发生严重秋汛,汛期持续到10月份结束。8～10月淮河流域累积降水量446.4mm,较历年8～10月(283mm)偏多58%,较2016年8～10月(343mm)偏多30%,列1953年以来第二。由于8月份淮河流域持续降雨,前期土壤湿度较为饱和,9～10月份淮河流域3次强降雨直接导致王家坝站出现两次超警洪水。根据报汛资料对降雨、洪水过程、洪峰以及洪水特点等方面进行分析。淮河流域秋汛前持续降雨,土壤湿度大,极易形成洪水,且随着Pa的增大,洪水上涨速率越大。     

空前举措 全力推进防汛减灾工作——访四川省防汛抗旱指挥部办公室主任 谭小平

正中国防汛抗旱:您好。在您看来,和往年相比,四川省2017年的汛情、灾情有哪些特点?谭小平:2017年,四川省的汛情、灾情主要表现为以下4个特点。一是降雨过程偏多,但区域性暴雨过程少。汛期全省共有20次明显降雨过程,较常年同期偏多5次。区域性暴雨过程仅有2次,较常年同期偏少2次。二是降雨总量偏少,但局部偏强。全省汛期平均降雨量706.5 mm,较常年同期偏少7%。但部分站点雨强极大,南充站7月6日降雨量219.3 mm。此外,还有蓬     

模拟降雨条件下径流侵蚀力与地貌特征的动态响应关系

本文通过模拟降雨模型试验,用高精度摄影测量、GIS技术和分形理论,对不同雨强条件下小流域模型次降雨径流侵蚀力和地貌形态分形维数变化及其动态响应关系进行了研究。结果表明,基于次降雨洪峰流量模数和径流深乘积的流域尺度径流侵蚀力量化方法揭示了径流的做功效率;大雨强的次降雨径流侵蚀力明显高于小雨强,不同雨强的次降雨径流侵蚀力随模拟降雨场次增加均呈现较为相似的变化趋势;小流域模型历经25场模拟降雨,地貌形态趋于复杂化,地貌形态分形维数呈波动增加趋势;小流域模型地貌形态分形维数的所处取值范围对于相同降雨条件下次降雨径流侵蚀力变化趋势具有决定性影响。本研究揭示了地貌形态特征与次降雨径流侵蚀力空间变异定量作用关系,提高了流域尺度土壤侵蚀预报模型精度和适用性。     

次降雨入渗补给系数空间变异性研究及模拟

本文分析了降雨不均匀入渗补给的产生机理,应用地质统计学方法研究了次降雨入渗补给系数的空间变异性,建立了协方差函数与方向角的函数关系;对次降雨入渗补给系数进行了KarhunenLoeve展开,通过求解特征值、特征函数及随机向量模拟次降雨入渗补给系数随机场。分析结果表明,在水平径流微弱、潜水面坡度小的地区,平稳场理论可以有效地描述次降雨入渗补给系数空间分布规律,KL展开法具有优越的收敛速度。     

基于不同水土保持措施下径流小区降雨与产流产沙关系研究

中国北方石质山区水土流失严重,生态环境脆弱,据此,开展水土保持措施与降雨径流产沙之间的作用关系研究,对于水土流失有效治理以及生态保护具有重要意义。文章以大凌河流域为例,通过布设4种径流小区即油松、刺槐、山杏和荒草地小区,分别对不同水土保持措施下各小区在2015-2016年的降雨、产流、入渗率以及产沙量参数进行分析,探讨了产流产沙与不同水保措施下小区降雨之间的相互关系。研究表明:次降雨强度主要为10mm/h以下范围并以中雨和小雨为主;产流产沙量由小到大依次为油松、刺槐、山杏、荒地小区,荒草地小区产流产沙量在相同降雨条件下明显高于其他小区;各小区相应的平均入渗率分别为91. 06%、91. 54%、87. 62%和66. 17%;除荒草地外其他各措施可对径流泥沙具有良好的拦蓄作用。     

香溪河流域降雨产沙分形关系及前期有效降雨计算

为探讨流域前期有效降雨量计算的新方法,依托香溪河流域兴山水文站1974—1989年264场次降雨产流产沙资料,研究了流域次降雨产沙频度与降雨量的关系,采用分形理论与方法,并基于产沙累积频度-降雨量分形关系,推导出流域前期有效降雨量计算方法,且试算了流域前期有效降雨。结果表明:香溪河流域次降雨引起产沙累积频度与降雨量之间遵循分形的幂指数关系,在2个降雨量范围内具有不同的标度指数;按照幂指数关系拟合的产沙累积频度与降雨关系线交点处的降雨量,发现引发78%左右的产沙累积降雨阈值上边界;在香溪河流域,降雨发生前0,1,3,5,7 d的5个时间段累积降雨量阈值分别为26.6,29.2,35.3,43.2,47.8 mm;基于累积产沙频度-降雨量分形关系计算流域前期有效降雨的方法能更加反映真实情况。     

黑垆土坡面细沟形态演变规律试验研究

为探究黒垆土坡面细沟形态变化规律,运用三维激光扫描技术和人工模拟降雨方法,以黑垆土为对象,选取60 mm/h雨强对面积为15 m~2的20°坡面进行历时均为1 h的三场模拟降雨试验,分析了黑垆土坡面细沟发育过程。结果表明:(1)前两次降雨坡面以断续细沟为主,侵蚀方式主要为溯源侵蚀,第二场降雨结束时,细沟累积长度、平均宽度、平均深度分别为38.17 m、0.19 m、0.10 m,坡面细沟总面积占试验土槽面积的19.8%;第3次降雨坡面以连续细沟为主,细沟溯源侵蚀作用减弱,细沟沟壁崩塌和沟底下切增强,细沟累积长度减少5.66%,细沟平均宽度、平均深度、总面积分别增加了26.32%、60%、24.24%。(2)细沟平均宽度、平均深度、等高线偏离度沿斜坡长呈先增后减再增的波动现象,随着降雨场次的增加,细沟形态参数在沿坡长4～6 m处的最大值出现上移。径流能量的消长对坡面细沟形态演变规律具有明显影响。(3)细沟宽度和细沟深度在前两场降雨随距细沟沟头长度的增加呈先增后减趋势,在第三场降雨呈先增后减再增的趋势。细沟深度随细沟宽度的增加而增加,在当细沟深度到达犁底层后,细沟深度增加变缓,细沟宽度增加变快。     

二次重现期在暴雨洪涝灾害中的应用研究

为了在暴雨洪涝灾害事件中实现城市防灾减灾的合理规划和有效预警,构建了不同历时降雨组合联合分布模型,应用Copula函数与二次重现期原理,估算不同降雨组合下的联合重现期、同现重现期、二次重现期值,以及在不同重现期下的降雨设计值。结果表明:研究区设计暴雨值重现期的分布规律呈现为联合重现期单变量重现期二次重现期同现重现期,在P1hP1d中,二次重期的估算设计暴雨值的误差范围为0.22%~1.74%,在P1hP3d中,二次重现期误差范围为0.42%~1.89%。结论认为,两种传统重现期在估算设计暴雨值时存在偏差,二次重现期能够更准确地描述实际暴雨事件,并起到了既满足防洪排涝设计要求,又可以降低工程经济成本的作用。