基于数字平台的黄河多沙粗沙区分布式水文模型研究——以黄河岔巴沟流域为例

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。     

流域产,汇流研究的进展及展望

流域产、汇流和河道洪水计算是水文预报的重要组成部分。本文概述了我国自５０年代以来在流域产流研究、流域汇流研究和河道洪水计算方面所取得的进展，展望了流域汇流研究的三个发展方向：即物理分析途径方向、系统分析方向和随机水文学方向。认为我国近几年来在流域汇流研究方面主要有三点进展：即广泛地采用了线性系统分析方法，多种途径研究了非线性汇流计算，开发了汇流数值试验及随机汇流模型的研究。     

雨量站分布稀疏流域汇流计算

在雨量站分布稀疏流域产流计算基础上（见本刊1996.1），进行该类流域汇流计算。针对新庙流域，采用纳希瞬时单位或（IUH）和SCS模型两种方法进行分析比较，所得结果可供其它雨量站分布林流流域汇流计算时参考。     

流域汇流理论与计算方法的若干进展与评论

从流域地貌瞬时单位线、地下水汇流及河流－流域模型三个方面，总结了近２０年来流域汇流理论与计算方法，着重介绍了国内外研究的若干进展，并作了简要评论。     

公伯峡水电站施工期水文预报模型研究

根据黄河上游流域情况，将河网汇流、河道汇流和超渗产流模型结合，使其适用于干旱半干旱的公伯峡流域，并在缺乏资料的情况下使用最小二乘法和卡尔曼滤波法模型实时修正。研究采用改进概念性产汇流模型先将流域分单元，再对单元流域进行产汇流计算，以考虑水评议现象在面上的不均匀性。     

SCS模型在(牜孛)牛川流域的应用研究

本文将SCS模型应用于我国陕北干旱半干旱地区实际大流域——(牛孛)牛川流域。通过对该流域实测雨洪资料的分析,提出了适合于该流域产流计算的CN值表和用于汇流计算的无因次单位线及汇流参数关系式。经验证,产汇流计算精度较高。证明文中的计算方法进行大流域产汇流计算是可行的。     

流域汇流计算的逆高斯分布模型

将水流在天然流域中的汇集过程概化为在多级河网中的汇集，从而建立了一种新的具有物理基础的过高斯分布瞬时单位线流域汇流模型。该模型不仅能用于地面净雨的汇流计算，还适用于总净雨的汇流计算。同时，在参数优选方面，提出了包括峰现时差因素在内的几种简化多目标函数，取得了明显效果。     

基于动力网络的分布式运动波汇流模型

在传统的运动波汇流模型基础上，建立了基于动力网络的分布式运动波汇流模型。该模型将分布式水文模型中的产流单元与河网组合建立成无尺度网络模型，汇流计算分成节点汇流与网络汇流两阶段完成，根据积水面积的不同分成坡面汇流与河道汇流。应用结果表明：所建模型的汇流汁算更加接近流域的实际汇流过程，理论更合理，并充分利用了DEM所提供的地形地貌信息，模拟效果较好。     

流域汇流计算的逆高斯分布模型

将水流在天然流域中的汇集过程概化为在多级河网中的汇集，从而建立了一种新的具有物理基础的逆高斯分布瞬时单位线流域汇流模型。该模型不仅能用于地面净雨的汇流计算，还适用于总净雨的汇流计算。同时，在参数优选方面，提出了包括峰现时差因素在内的几种简化多目标函数，取得了明显效果。     

汇流响应模型在黄土高原小流域尺度的分布式率定及应用

建立流域尺度Kirpich汇流时间响应模型，根据确定性系数原则进行模型率定。由率定结果，Kirpich公式中参数值a=0．09和b=O．36能够较好地实现黄土高原地区流域尺度汇流过程计算。模型验证的结果也证明了这一点。     

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。     

数字滤波在灌区小流域径流分割中的应用初探

研究灌区径流分割,对于认识灌区产流过程及其特点,提高水资源的利用率和实施科学的灌区水管理具有重要的意义。以湖北省漳河灌区内的水库小流域为研究对象,基于小流域2004~2006年的产流资料,运用数字滤波技术进行灌区小流域径流的水源划分。该技术方法提供3个通道滤波,结合实际情况计算得到基流分割参数,并分析了不同计算时段的基流指数等参数的差别及其原因。研究结果表明,针对灌区小流域径流分割,数字滤波技术具有客观、操作简便而快速、采用的参数较少,以及精度高等优点,对认识灌区产流机理具有重要意义。     

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。     

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。     

黄土高原重点流域河网分形特征研究

分形理论为流域地貌形态特征的定量描述开辟了新的思路。本文采用盒维数计算原理和方法,计算黄土高原20条重点流域的河网分维值,探讨其分维值与流域面积、径流模数、产沙模数的相关关系,结果表明:黄土高原地貌形态在其无标度区间内表现出很好的分形特征,根据计算出的各流域分维值发现,黄土高原大多数流域可能处于侵蚀发育的幼年期;流域干流长度与流域面积的幂函数关系式拟合较好,符合Hack提出的主河道长度与流域面积的关系;径流模数与河网分维存在很好的线性关系,其相关系数通过了显著性水平为0.01的检验;河网分维与流域面积、产沙模数都呈正相关性,但难以用某一种简单函数描述。最后通过多元回归分析,建立了产沙模数模型,验证结果表明,该模型具有较高精度,可以对流域产沙模数进行估算。     

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.     

A Fast Semi Distributed Rainfall Runoff Model for Engineering Applications in Arid and Semi-Arid Regions

A new GIS based rainfall runoff model is developed for engineering applications, achieving a highly automated watershed analysis process starting from watershed delineation and up to the runoff hydrograph calculation. The model can be classified as a semi-distributed time area model that adopts an improved grid based approach for calculation of watershed response. The model deals with each grid cell in the digital elevation model as an independent hydrologic unit. Travel time through each grid cell is estimated using Manning’s formula and a stream power formula that relates the hydraulic radius at the cell to the characteristics of its upstream watershed area and excess rainfall depth. The watershed response at its outlet is estimated by routing the response of each grid cell using a flow path response function that is defined for that cell. The routed responses of all watershed cells are then convoluted to produce the outflow hydrograph. Model advantages include accuracy improvements due to the incorporation of grid-based routing calculations (both translation and attenuation), fully automated model structure, and fast ability to model many watersheds simultaneously. The combination of these advantages constitutes the novelty of the model that makes it very suitable for engineering design as well as for real-time applications. The model was tested using the data of the experimental watershed, Walnut Gulch, Arizona, USA, gauged by 88 rainfall stations and several discharge recording flumes. The results show that the model can accurately predict the runoff hydrograph where suitable input is available.     

小流域产流产沙动力学模型

按自然水系划分单元,每一单元又被概化为“一本打开的书”概化后的单元又区分为几个微地貌区。各单元水沙过程演算至流域出口迭加得流域产流产沙过程。此法一方面解决了降雨,侵蚀和下垫面的不均匀性,另一方面又解决了水沙的演算问题。坡面和沟道水流用运动波方程描述并用四点隐式差分格式求其数值解。根据水流作功和能量平衡原理推导出各微地貌区上的土侵蚀量计算公式,建立起具有物理过程基础的小流域产流产沙模型。     

基于数字高程模型的流域变动等流时线方法

本文探讨了降雨的空间分布和地形对流域等流时线的影响，提出了变动等流时线的新方法，该方法避免了传统等流时线假设流速在全流域均匀分布的缺陷，并且同时考虑了地形和降雨空间分布不均匀性对流速的影响。本文利用数字地形分析技术从DEM数据中提取流域数字水系以及地形地貌等空间特征，在此基础上，对降雨进行空间插值，获得降雨的空间分布，综合考虑地形和降雨因素，推求流域变动等流时线，更进一步真实反映流域的产汇流机制。该方法应用于缺乏实测资料的小流域，应用结果表明基于数字水系推求的变动等流时线体现了地形和降雨的空间分布不均匀性对流域径流的综合影响。     

小流域产汇流分布式模型

为反映和描述流域下垫面各个因子空间分布不均匀性和人类活动的影响，开发和建立小流域产汇流分布式模型。将流域划分为一系列的网格单元，可以计算出流域内每一网格单元上的径流过程，本模型在黑草河小流域上进行了率定和验证，模拟的降雨径流过程与实测洪水过程符合良好。