SVAT模型的组成及其耦合方法研究

土壤-植被-大气传输(SVAT)模型对于研究气候变化、水分循环以及生态环境动态变化极为重要.简述SVAT模型的发展历程,总结模型能量收支的特点,评述系统内部能量传输过程若干研究工作.探讨SVAT系统水分循环的主要过程、影响因素及模拟研究方法,并指出SVAT系统水能耦合传输过程是通过蒸散潜热发生联系的,整个系统是一种水能相互制约的局面.最后提出SVAT模型亟待深入研究的问题,即下垫面的不均匀性、模型的简化、模型的物理机制、主要过程参数化方法和时间序列等.     

喀斯特石漠化典型区蓝水绿水转化模拟

由渗漏导致的降水大量流失是造成喀斯特石漠化地区地表水短缺的主要原因,将渗漏的难利用蓝水转化为可供植被生长利用的生态绿水是目前技术条件下提高水资源利用量的有益探索。基于蓝水绿水理论和土壤-植物-大气连续体(SPAC)原理,通过采用EcoHAT系统水循环模型模拟贵阳市非城镇地区的蓝水绿水转化,发现:(1)研究区绿水占降水的份额不到50%,远低于全球65%的平均水平,具有很大的转化利用潜力;(2)增加植被覆盖度和增厚土层均能实现将渗漏蓝水转化为生态绿水,增厚土层的转化效果更为显著;(3)增加植被覆盖度对减少渗漏的转化作用存在一个明显的阈值,当植被覆盖度增长到56%左右时,其减少渗漏的作用急遽减弱。鉴于研究区石漠化的典型性,本研究对类似地区提高水资源利用量具有一定参考意义。     

基于CFD模型的和粗糙度和尺度效应对溢洪道水流结构的影响研究

为了研究模型尺度和表面粗糙度对溢洪道水流结构的影响,利用CFD模型FLOW-3D进行数值建模。结果表明若仅使用建筑材料的一般粗糙度高度,则由表面粗糙度引起的流量、水面和顶部压力的数值误差不显著。当模型比例低于100或200时,模型尺度效应在可接受的误差范围内。粗糙度和尺度效应在以下更为严重,且随着表面粗糙度和模型比例的增加,任一截面上的最大速度都有所降低。随着上游水头的增加,出现最大流速的垂直位置位于较低位置,且与距溢洪道前端的距离呈线性增加。     

SCS-CN模型的改进及其空间尺度效应

SCS-CN (Soil Conservation Service Curve Number)模型是广泛应用经验性水文模型,其模型参数的确定与空间尺度效应对径流模拟结果有着重要的影响。选取淮河上游为研究区,分析SCS-CN模型参数的敏感性并对模型进行改进,探讨了9种栅格尺度(100～2 000m)下径流模拟结果的空间尺度效应。研究结果表明:SCS-CN模型输入参数中,系数b的敏感性高于初损系数(λ),将参数b值作为模型需要修正的参数;随着空间尺度增加,下垫面各要素的尺度变化使得参数b呈指数递减趋势;模型模拟精度的最佳空间尺度范围是250～500m尺度。     

考虑弥散系数尺度效应的溶质运移模型研究

基于多空介质溶质运移的基本方程,利用erfc(x)的近似公式反求地下水溶质运移的纵向弥散参数,分析了其与尺度之间的相关关系,并运用分维理论确定了尺度效应的分维数,导出了弥散参数的表达式.结果表明:①弥散系数与尺度之间呈幂相关关系;②考虑弥散系数尺度效应的方法可较好地模拟均质的溶质迁移.     

基于栅格尺度的喀斯特槽谷区生态环境脆弱性时空分异研究

基于“敏感度-弹性度-压力度”模式,以贵州省典型喀斯特槽谷区印江县自然环境和社会经济2个方面的多种栅格数据为基础,采用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术建立栅格大小为30 m×30 m 的生态环境脆弱性评价指标空间数据库,运用综合指数法、层次分析法得出综合评价结果,划分研究区生态环境脆弱程度等级。结果表明:潜在脆弱区和轻度脆弱区占研究区面积的比例较大,2010年和2015年分别为86.60%,87.37%;重度脆弱区和极度脆弱区面积占研究区面积比例较小;其中生态脆弱性较高的地方多分布于人口密度大、植被覆盖度较低、地形起伏较大以及人类活动强度高的区域。评价结果可为研究区的生态恢复重建和环境保护提供理论参考,构建的评价模型可以运用于省市级和县级区域生态环境脆弱性评价。     

考虑弥散尺度效应的一维反应性溶质运移两区模型及应用

为考虑溶质运移的弥散尺度效应,将弥散度概化为运移距离的线性和指数函数,并考虑溶质的吸附和降解,建立了非均质介质中溶质运移的一维两区模型(TRM),采用Laplace变换和de Hoog数值逆变换方法求得了模型的半解析解,分析了考虑弥散尺度效应与弥散度为常数的TRM之间的对应关系,利用算术平均方法计算了考虑弥散尺度效应的...     

基于分形理论的新安江模型参数空间尺度效应分析

水文尺度效应一直是当今水文科学研究的前沿问题。基于分形理论建立模型空间敏感参数在不同尺度之间的定量转换方程,进而提出了一种水文模型参数空间尺度效应分析方法。以三水源新安江模型为例,分析模型参数在嘉陵江小河坝站以上流域的空间尺度效应。结果表明:新安江模型空间敏感参数(SM、KG、KI、CG、CI、CS)具有随空间尺度变化的标度不变性,与流域集水面积之间定量关系可用幂函数关系进行描述,并可建立相应的定量转换方程。通过在研究流域不同空间尺度上的应用检验,发现基于分形理论标度不变性建立的新安江模型参数空间尺度转换方程具有较高的适用性,能实现有资料地区模型参数向无资料地区的移用,为无资料地区水文模型参数的确定提供参考。     

基于分布式水文模型的尺度分析

本文介绍了尺度分析的重要性及尺度分析与分布式模型的一些基本概念、研究现状。分布式水文模型的发展为解决尺度问题提供了一个有效的途径;在现有成果的基础之上,提出了目前研究中存在的问题及其未来的发展方向。     

喀斯特地区灌木根系力学特性及WU模型适用性研究

植物根系力学特性(抗拉、抗剪)是决定水土保持的关键因素。为研究喀斯特地区灌木根系的护坡力学效应,以多花木蓝和双荚决明根系为研究对象,通过室内单根拉拔和根土复合体直剪试验,探讨单根拉伸特性与根土复合体剪切特性的关系,并探讨WU模型的适用性。结果表明:随根径的增加,抗拉强度总体呈下降趋势,因树种的不同,趋势不尽一致;单根抗拉强度和根土间的摩擦共同影响根土复合体抗剪特性,前者影响最大,后者的影响相对有限,以细根和粗根搭配使用较优;WU模型在喀斯特地区经修正可适用,但不同的植物具有不同的修正系数。研究结果将为喀斯特地区生态恢复、边坡绿化树种筛选及配置奠定良好的基础。     

栅格岩溶分布式水文模型

为提高岩溶区洪水的模拟精度,基于自由水蓄水库和线性水库的概念,提出了考虑表层岩溶带与深层地下溶隙调蓄作用下的降水径流分布式模拟方法.在栅格新安江模型的基础上引入表层岩溶带及深层地下溶隙调蓄模块,构建了栅格岩溶分布式水文模型,并将该模型和栅格新安江模型应用于典型岩溶流域(普厅河流域)进行对比分析.结果表明:栅格岩溶分布式...     

集总式喀斯特水文模型构建及其应用

针对大部分喀斯特流域属于无资料地区的现状,构建资料要求较低的集总式喀斯特水文模型(lumped karst hydrological model,LKHM)。LKHM以三水源新安江模型为基础,针对喀斯特流域二元三维的流域性质,在汇流计算层做了改进。将岩溶地貌概化为3类:溶沟、溶隙、管道,采用滞后演算法模拟溶沟对地表径流的调蓄作用,采用若干线性水库串联模拟不同大小口径的溶隙对地下径流的调蓄作用,将所有管道概化为一个大管道模拟地表径流与地下径流的交换;最后在贵州平湖流域进行模型检验和应用。结果表明:LKHM模拟精度较高,说明模型的结构、参数合理,具备一定的实用价值。     

西南岩溶地区水资源预测评价中流域水文模型应用的特点及展望

在对西南岩溶地区水文地质条件分析的基础上,指出了三类流域水文模型在西南岩溶地区实际应用的可能性及困难;通过三个成功实例:桂林“丫吉模型”、洛塔干河猪场表层岩溶泉BP人工神经网络模型、刁江SW AT模型,分析了目前在西南岩溶地区应用流域水文模型的若干特点;提出了在下垫面条件复杂、流域含水介质结构空间差异性大的岩溶地区,特别是无监测资料地区,发展分布式水文模型是未来的研究方向。     

西南岩溶灌区水文特性及其模拟模型的构建

从岩溶水文和灌区水文两方面分析了西南岩溶灌区水文的特殊性和脆弱性。针对西南岩溶灌区水文特点,在对自然流域水文模型SWAT改进的基础上,构建岩溶灌区分布式水文模型。建立的岩溶灌区分布式水文模型主要添加了表层岩溶带水循环模块、岩溶地下河汇流过程,改进浅层岩溶水计算方法、稻田水分循环模块、渠系渗漏计算模块,增加塘堰的灌溉功能等,并介绍了模型的流域离散方法和水循环结构。岩溶灌区分布式水文模型的构建可为西南岩溶灌区水文特性及其对变化环境的响应等研究提供有效的工具和手段。     

流域水文时空数据模型初探

简要分析流域水文过程模拟方法;在面向对象的GIS水文数据模型的基础上,讨论了水文时空数据模型的时间域表达概念和方式;应用水文时空数据模型显示降雨数据的时空变化过程。     

基于水动力河网模型的引江泵站规模论证研究

以江苏省南通市引江供水区为例,建立了水动力河网模型,论证了新建泵站的必要性和泵站规模。研究结果表明:仅靠目前五大引水闸自流引江不能满足规划用水的要求;泵站规模越大,抽水量越大,但泵站规模大于180 m~3/s时,内河最低水位的抬高会导致水闸自流引江时间、引水量相应减小,而自引、抽引总水量增加并不明显。从增加供水量、抬高河网水位和影响水闸自流引江量多个方面进行综合考虑和分析,认为新建规模为150 m~3/s的九圩港泵站经济、合理且可行,满足规划用水要求。计算结果较好地反映了滨海感潮河网地区长江潮位、水闸自引、泵站抽引以及河网输水能力与内河水位之间的复杂关系,可为类似区域供水工程的设计提供技术参考。     

可溶岩区隧洞岩溶涌突水防治对策研究

隧洞涌突水是隧洞施工过程中的一个重要岩溶水文地质问题,特别是隧洞在可溶岩径流区附近穿越时,其涌突水问题可能将是制约性工程问题。隧洞遭遇严重涌突水,直接影响工程施工,对工程本身形成一定程度制约因素,此类问题影响工期、造价等,严重时影响工程的成立与否。通过研究适宜的防治对策,对隧洞施工过程中涌突水灾害,坚持"预防为主,防治结合"、"有疑必探,先探后掘"的方针,采取"探、放、堵、截、排"综合措施。立足于采取主动措施,防范于未然,同时提前拟定处理预案,以应不时之需。     

基于数值模拟的复杂岩溶库区渗漏研究

在复杂地质环境条件下的岩溶地区,抽水蓄能电站建设的可行性和安全性评价愈来愈受到重视。以陕西某岩溶地区的抽水蓄能电站为例,分析库区岩溶发育特征和水动力条件,利用数值模拟方法精细刻画库区复杂岩溶通道的空间形态,测算了潜在岩溶渗漏通道的渗漏量。结果显示,水库建成后,三个岩溶通道会发生严重渗漏,其中"一线天"渗漏量最大,为4 058.89m3/d,坝基和黑松梁渗漏量分别为3 564.69m3/d和3 085.23m3/d,在施加防渗帷幕措施后,各个岩溶通道的渗漏量明显减小。     

西南地区典型岩溶地下水系统污染模式

岩溶地下水资源是西南地区社会和经济发展的重要保障,随着城市化进程的不断加快,西南地区岩溶地下水污染问题也日益凸显,直接威胁当地群众的健康安全,已成为社会热点。以西南地区典型岩溶地下水系统污染实例为研究对象,通过分析每个岩溶地下水系统污染实例的水文地质条件、污染源特征、污染物迁移规律及污染危害等方面,归纳总结西南地区典型岩溶地下水系统污染模式,分为四种:间歇型入渗污染、持续型入渗污染、灌入型污染和越流型入渗污染。该项研究便于识别污染物的运移特征及规律、掌握污染范围和污染程度,为西南岩溶地区地下水污染物的防治工作提供重要的借鉴意义。