WetSpa Model Application for Assessing Reforestation Impacts on Floods in Margecany–Hornad Watershed,Slovakia

The spatially distributed hydrologic model WetSpa working on a daily or hourly time scale combines elevation, soil and landuse data within GIS, to predict flood hydrographs and spatial distribution of hydrologic characteristics in a watershed. The model is applied to the Margecany–Hornad river basin (1,131 km²) located in Slovakia. Daily hydrometeorological data from 1991 to 2000, including precipitation data from nine stations, temperature data from four stations and evaporation data measured at one station are used as input to the model. Three base maps, i.e., DEM, landuse and soil types are prepared in GIS form, using 100×100 m cell size. Results of the simulations show good agreement between calculated and measured hydrographs at the outlet of the basin. The model predicts the daily/hourly hydrographs with good accuracy, between 75–80% according to the Nash–Sutcliff criteria. For assessing the impact of forests on floods, the calibrated model is applied for a reforestation scenario using the hourly data of the summer of 2001. The scenario considers a 50% increase of forest areas. The model results show that the reforestation scenario decreases the peak discharge by 12%. Investigation of peak discharges from the whole simulation period, shows that the scenario results are reduced by 18% on average. Also, the time to peak of the simulated hydrograph of the reforestation scenario is 14 h longer than for the present landuse. The results show that the effect of land cover on flood is strongly related to storm characteristics and antecedent soil moisture.     

紫色土丘陵区典型生态-水文单元径流与氮磷输移特征

通过对紫色土丘陵区典型农业-集镇-林地复合型小流域3次降雨-径流全过程的连续监测,测定了径流过程中泥沙含量和不同形态氮磷浓度,以期认识典型农村生态-水文单元降雨径流过程中氮磷迁移规律。结果表明：降雨-径流过程中悬浮泥沙的流失主要集中在径流前期,其峰值出现在雨强最大时;集镇径流污染的影响主要表现在径流前期,是径流前期铵态氮偏高的主因;降雨-径流过程中,颗粒态氮与可溶态氮比（PN/DN）、颗粒态磷与可溶态磷比（PP/DP）的峰值均出现在雨强较大时：其中 PN/DN 多小于1,而 PP/DP 范围为1.1~30.2,说明氮素流失主要通过可溶态的方式,而磷的迁移以颗粒态磷为主。因此在紫色丘陵区建议利用湿地植物与沉砂池等综合措施控制土壤侵蚀和非点源污染以保护当地生态环境安全。     

基于格点数字高程模型生成流域水沙运移路径图的研究

本文在分析测试前人关自动生成流域水沙运移路径图象算法和软件的基础上，发现这些件要么对格点数字高程模型进行滤波以消除孤立的、较浅的洼地，要么进行填洼消除的洼地，要么进行填洼消除所有的洼地，这两种方法都会改变原始地形的高程。     

川中丘陵区一种新型小流域径流输沙模型的建立与应用

径流输沙模型对定量评价水沙的输出响应具有重要的意义。本研究在已有研究成果的基础上，通过对四川盐亭县林山西沟小流域的径流、泥沙进行现场观测与分析，提出含沙量单位线的定义及其确定方法，建立了适应该小流域的径流输沙模型。并应用实测资料进行比较，表明模型的模拟结果可靠，模拟过程确定性系数达0．8以上，为川中丘陵区小流域径流输沙过程的预测预报提供了一个新方法。     

三峡水库磷输移规律研究

三峡水库在发挥防洪、发电、航运等综合效益的同时,也带来了一定的生态环境问题。营养盐磷是水生生态系统的重要生源物质,水库运行拦截泥沙的同时也拦截了部分泥沙所承载的磷。本文利用1997—2017年期间三峡水库的实测流量、含沙量和磷浓度资料,定量分析了三峡水库的磷输移特征,包括时空分布、负荷变化、水库磷拦截率等,旨在明晰三峡水库运行对磷输移的影响。考虑三峡、向家坝和溪洛渡水库开始蓄水时间,将其划分为1997—2002年、2003—2012年和2013—2017年3个时段,分别代表水库蓄水前、三峡水库蓄水、以及上游水库群蓄水。结果表明,库区磷拦截率主要受汛期的磷输移规律的影响;忽略库区区间汇入的影响,基于逐月磷浓度数据可知,2003—2012年,三峡水库的总磷(TP)拦截率为59.8%,溶解磷(DP)拦截率为14.6%;2013—2017年,受三峡入库含沙量大幅减小及点源污染排放增强的影响,DP/TP比值升高,入库磷被更多地输运至下游河道,库区TP和DP拦截率分别减小为14.4%和—18.5%。泥沙对磷输移具有重要的"源"和"汇(缓冲)"作用,但TP与含沙量的关系曲线在汛期与非汛期、不同断面和...     

Distributed Hydrological Modeling and Sensitivity Analysis in Torysa Watershed, Slovakia

The spatially distributed hydrologic model WetSpa is applied to the Torysa river basin (1,297 km²) located in Slovakia. Daily hydrometeorological data from 1991 to 2000 are used as input to the model. The spatial characteristic of the basin are described by three base maps, i.e. DEM, landuse and soil type, in GIS form using 100 m cell size. Results of the simulations show a good agreement between calculated and measured hydrographs at the outlet of the basin. The model predicts the daily discharge values with a good accuracy, i.e. about 73% according to the Nash–Sutcliff criterion. Sensitivity analysis of the model parameters is performed using a model-independent parameter estimator, PEST. It is found that the correction factor for calculating the actual evapotranspiration from potential evaporation has the highest relative sensitivity. Parameter K _gm which controls the amount of evapotranspiration from the groundwater has the least relative sensitivity.     

Catchment characteristics predicting nitrogen and phosphorus losses in Finland

Empirical relationships between catchment properties and nutrient losses are often derived from spatially restricted data, which hampers the ability to more widely generalize the results. In this study, we regressed the catchment characteristics and the losses of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) for all monitored catchments in Finland with adequate data (n = 59, from the year 2000 to 2011). TN loss was found to increase with the percentage of arable land and amount of point source loading and to decrease with increasing lake percentage. TP loss also increased not only with the percentage of arable land but also with fine‐grained soils (Cambisols) in the catchment and decreased with the percentage of lakes. Urban areas, scattered settlements, and N deposition were not significant explanatory variables, possibly due to their spatial covariation with arable land in Finland. Despite the fact that only a few significant explanatory variables were identified, the models explained the TN and TP losses by up to 91% and 92%, respectively.     

赣南红壤坡面不同措施径流泥沙及氮磷污染输出试验研究

选择赣南于都县左马小流域的典型红壤坡面,通过在研究区布设标准径流小区,进行了不同措施径流泥沙及氮磷污染输出的试验研究。通过径流小区的试验观测分析表明:水保林+水平竹节沟式综合水保措施实施初期,平均减流和减沙效果达到近73%,以植被增加地表覆盖度,以水平竹节沟坡面水保工程截短坡长,分段拦蓄径流泥沙,可实现保水保土目的;经果林+坡面工程或绿篱是坡地经济果业开发保持水土的重要措施,工程措施在初期发挥作用较绿篱更大;氮磷等面源污染随水土流失从坡面输出,试验区不同措施氮素输出多以径流携带为主,磷素输出均以泥沙携带为主;经果林+工程措施对径流携带氮磷拦截率较高,水保林+工程措施对泥沙携带氮磷的拦截率较高,都在75%以上。     

生态沟渠对水稻不同生长期降雨径流氮磷的拦截效应研究

农田养分的大量流失已成为农业面源污染的主要来源之一,研究生态沟渠对稻田降雨径流氮磷拦截效应具有重要意义。针对水稻不同生长期内的降雨以及降雨的不同时段下生态沟渠对稻田径流氮磷的动态拦截效应研究缺乏的现状,本文选取太湖西岸何家浜流域典型农田作为研究对象,将该流域的自然排水沟渠改造为生态沟渠。研究了生态沟渠对水稻不同生长期内的3场降雨径流的氮磷去除效果。研究结果表明:(1)在3场不同强度的降雨过程中,生态沟渠对TN(总氮)的平均去除率为31.4%,TP(总磷)的平均去除率为40.8%;(2)生态沟渠对降雨径流不同形态氮磷的去除率大小为NH4+-N(氨氮)PN(颗粒态氮)NO3--N(硝态氮),PP(颗粒态磷)DP(溶解态磷),且PN和PP的去除率随沟渠径流量的增大而呈现下降趋势;(3)生态沟渠底泥总氮、总磷浓度在水稻的生长周期内呈现先增加后降低的趋势,说明生态沟渠具有一定的自净能力,对氮磷的拦截去除具有可持续性。     

窟野河流域径流演变及其驱动因素分析

以黄土高原典型流域窟野河流域为对象,采用有序聚类方法,诊断了近60 a来实测径流演变的阶段性特征,在此基础上,分析了不同阶段实测径流与气候要素之间的响应关系,初步揭示了径流演变的驱动机制。结果表明：近60 a来窟野河流域实测径流量以1980年和1998年为分割点总体呈现阶段性减少趋势,其中,1999年以来减少尤其明显。不同阶段的年降水、径流关系有一定差异,相比而言,汛期（6-10月份）的月降水量与径流量具有相对较好的相关关系;非汛期（11-5月份）的月降水径流关系点群散乱,在月平均气温低于5℃时,月径流量与月平均气温具有较好的正相关性。窟野河流域汛期产流受高强度降水支配,人类活动对河川径流演变的影响有增大趋势。     

沙颍河流域径流过程模拟与径流组分变化特征

采用线性关系和非线性关系对沙颍河流域的地下水退水曲线进行拟合对比,基于改进的SWAT(soil and water assessment tool)模型对沙颍河流域径流过程进行模拟,并采用Nash-Sutcliffe效率系数、百分比偏差及确定系数等3个指标对模拟效果进行评价,在此基础上,分析沙颍河流域径流过程的年内和年际变化特征。结果表明:沙颍河流域地下水退水曲线非线性关系拟合比线性拟合效果好,基于此建立的模型模拟结果较好;沙颍河流域地表径流、壤中流和基流分别占径流量的55.5%、25.4%和19.1%,冬季径流主要由基流补给,径流年内分配与降水变化基本一致,具有明显的季节变化和不均匀性;1961-2014年径流量呈上升趋势,地表径流和基流的波动与径流的变化基本一致,呈上升趋势;1961-2014年壤中流呈下降趋势。     

典型农村小流域磷营养输移模拟研究

磷是湖泊水体富营养化的关键元素之一。农村小流域作为农业生产和生活污水的排放区域,磷的输出过程仍不清晰,难以量化。以直接入巢湖的小流域烔炀河流域为研究对象,结合流域自然汇水特征和行政区划划定了 24 个子流域网格单元,细化建立了以子流域为基本单元、以水量过程为基础驱动的流域磷营养输移数学模型。基于实测流量和自动站总磷浓度的过程对比检验表明,数学模型可以合理地模拟降水驱动下的小流域水量和磷营养变化过程,为量化流域磷营养的输出负荷、明确其关键来源和路径提供了科学工具。     

疏勒河年径流量变化特征分析及模拟

根据1972—2011年疏勒河年径流量的实测数据,应用倾斜趋势分析、Mann-Kendall突变趋势检验等方法分析了疏勒河年径流量的变化特征,并利用BP神经网络和粒子群-神经网络对其进行了模拟预测。结果表明:昌马堡、党城湾、双塔堡、潘家庄4个站点年径流量均呈增加趋势,年径流累积距平百分率的倾斜率为每10年分别增加13.87%、4.46%、11.57%、10.49%,年径流量发生显著突变的年份分别为2004、1983、2008、2010年;25a尺度周期是疏勒河流域年径流量变化特征的主控周期。粒子群-神经网络对疏勒河年径流量模拟结果优于BP神经网络,利用优化后的粒子群-神经网络对年径流量进行预测,年降水量在40年均值基础上从增加15%到增加25%时,径流量不会发生显著变化。     

基于数据同化校正参数的河流磷迁移估计研究

通过磷迁移数学模型合理估计磷在河流中的时空分布,对防治水体富营养化,抑制水华暴发具有重要的科学和工程意义。数据同化方法可以将模型和观测两种研究手段有机地结合起来,将观测数据融入模型,优化模型状态变量,校正模型参数,进而提高数学模型的模拟预报精度,并依托物联网技术将传统数学模型发展为实时数学模型。本文将粒子滤波数据同化算法引入到水动力-泥沙-磷迁移模型中,以实测的断面磷含量作为观测数据,在观测时刻优化磷含量估计结果,同时校正模型参数磷相平衡分配系数Kd,构建了水动力-泥沙-磷迁移模型同化系统。将其应用于长江上游寸滩至坝前河段的计算结果表明,所构建的同化系统在真实的河流中计算效果良好,可以有效地优化更新状态变量各相磷含量浓度,并反演出模型参数Kd随水沙水环境条件变化的动态变化过程,同化之后模型模拟预报磷输移过程的精度显著提升,为水质实时模型打下基础。     

金沙江中上游流域未来径流模拟研究

为了探究金沙江中上游流域未来径流变化趋势,为流域防洪规划提供依据,基于SWAT水文模型,选用CMIP5数据集建立未来时段的全球气候模式,从时间和空间尺度解析研究区2022—2050年径流变化趋势。结果表明：流域2022—2050年降水量和平均气温均高于基准期,并且呈现上升趋势,其中流域南部降水量增幅较大,流域北部气温增幅较大。在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5 3种气候情景下,2022—2050年年径流量均呈现增大趋势,变化率分别为5.79×10⁸、5.53×10⁸、2.99×10⁸ m³/a。相较于基准期,未来春季和秋季径流量呈现减少趋势,夏季和冬季径流量呈现增加趋势,冬季径流量增幅达到了10%。流域产流量呈现从西北到东南依次增加的特点,相较于基准期,流域南部产流量均呈现增加趋势。未来径流量呈现增加趋势,冬季径流量增幅较大,可能会发生冬汛等极端水文事件,流域南部受洪水威胁的可能性进一步增大。     

Application of spatially varying storage capacity model for runoff parameterization in semi-arid catchment

This paper introduces the method of designation of water storage capacity for each grid cell within a catchment, which considers topography, vegetation and soil synthetically. For the purpose of hydrological process simulation in semi-arid regions, a spatially varying storage capacity (VSC) model was developed based on the spatial distribution of water storage capacity and the vertical hybrid runoff mechanism. To verify the applicability of the VSC model, both the VSC model and a hybrid runoff model were used to simulate daily runoff processes in the catchment upstream of the Dianzi hydrological station from 1973 to 1979. The results showed that the annual average Nash-Sutcliffe coefficient was 0.80 for the VSC model, and only 0.67 for the hybrid runoff model. The higher annual average Nash-Sutcliffe coefficient of the VSC model means that this hydrological model can better simulate daily runoff processes in semi-arid regions. Furthermore, as a distributed hydrological model, the VSC model can be applied in regional water resource management.     

中长期径流预报研究进展与展望

概述了中长期径流变化的主要影响因素,从发展历程和研究方法两个角度总结了中长期径流预报方法。从研究技术、径流成因、数据驱动模型、预报不确定性4个方面综述了中长期径流预报的研究进展,分析了在径流关键驱动因子及其驱动机制、数据驱动方法的物理可解释性、预报结果的不确定性认识等方面研究的不足,指出未来应注重对中长期径流物理成因、预报方法适用性和可靠性、中长期径流演变相关研究成果的应用等方面的研究。     

城市区域雨水地面径流模拟方法探讨

本文将水力学方法与水文学方法相结合，在用圣维南方程描述城市雨水地面径流过程的基础上引入全面汇流和部分汇流的概念，用线性叠加原理将均匀净雨强度下的坡面流理论应用于非均匀净雨强度下城市小区域地面径流模拟，从而建立了平原城市区域雨水地面径流过程模拟模型，并在进行流量过程线性叠加时采用3种净雨分割方式检验模型的模拟成果。最后将模拟结果与雨水管理模型SWMM进行对比，证明本文模型是较为合理和可行的，且具有一定的模拟精度和应用潜力。     

皇甫川流域水沙特性分析及其治理对策

作者对皇甫川流域从径流泥沙来源、水沙特性、水沙变化趋势等方面进行了较为深入地分析和研究，据此提出皇甫川流域近期治理方略是：以沟道坝系建设为切入点；积极推进林草植被建设；对砒砂岩地区实行大面积封禁治理。流域近期至2010年，治理的重点建议放在十里长川、沙圪堵至皇甫区间和沙圪堵以上的纳林川左岸。