基于三维Copula函数的滦河流域干支流丰枯遭遇研究

滦河流域主要产流区位于中游，考虑流域上下游来水量、干支流的相依关系，应用三维Copula函数，开展主要产流区滦河干流、潵河支流、青龙河支流年来水量的联合概率分布及条件概率分布对滦河流域干支流丰枯遭遇的分析研究，为洪水资源利用、合理优化防洪调度提供参考依据。以该流域1956—2016年来水量系列开展建模分析，对各区间来水量系列采用拟合优度检验，边缘分布选择4种常用的分布线型，采用4种拟合准则，综合开展最优线型选择，经分析计算可知3个区间来水量均以P-Ⅲ型分布为最优；Copula函数采用均方根误差进行拟合优度检验，选取Frank Copula函数拟合效果最好。根据所建模型，可得到不同条件组合下来水量的条件概率，滦河干流、潵河、青龙河同时出现枯水年的概率为13%。Copula函数为研究多维联合概率分布及丰枯遭遇提供了新的有效手段。     

潘家口水库流域土地利用变化的水文响应分析

以潘家口水库流域为研究区域,采用SWAT分布式水文模型定量评估土地利用变化对流域径流过程的影响。相对于1980年土地利用情景,2006年土地利用变化主要表现为耕地减少,林地和草地面积增大,而水域和城镇用地变化相对较小。利用3个水文站1986年1月至1999年12月的月径流实测数据进行模型的校准和验证。在不同土地利用情景下,对流域的天然径流过程进行模拟分析,模拟结果显示,与1980年土地利用情景相比,2006年土地利用情景下的多年平均径流减少11%;对于不同典型水文年份而言,土地利用变化对枯水年的影响最大,对丰水年和平水年的影响相当;土地利用变化对年径流的影响主要表现为汛期径流减少。潘家口水库流域水资源涵养能力有所增加。模拟研究土地利用变化对潘家口水库流域径流的影响对合理规划土地利用和流域水资源的综合管理具有现实意义。     

土壤水力参数的单一参数模型

以甘肃省河西走廊石羊河流域为例，在78个土壤样品试验数据的基础上，建立了土壤水分特征曲线、土壤水分扩散率和土壤导水率的单一参数模型，并对模型中的参数特征进行了分析。研究表明，单一参数模型具有一定的拟合精度，模型中的唯一参数能够描述土壤水力参数曲线，可以作为描述这些参数空间变异的变异系数，是进行大尺度区域土壤水力参数空间变异研究中比较理想的模型。     

复合指数模型及其在海流测量中的应用

对海流分层流速数据进行分析,提出了复合指数模型,并将该模型与常见的几个海流垂向分布模型作了适用性比较。复合指数模型参数多,线型灵活,对不同海域、不同水深垂向海流流速分布适用性较好。二次函数法适用于海水较浅的海域。扩展后的对数线性模型适用范围较小,对垂向流速拟合效果较差。在实际应用中,应结合ADCP,把海流垂向分布模型运用到海流流速的测量处理当中。     

东江流域气象干旱向水文干旱传递阈值研究

对不同干旱类型之间传递阈值研究可有效分析干旱传递的发生规律和机理,特别是对气象干旱向水文干旱传递阈值的研究。以东江流域为研究对象,计算月尺度的标准化降水指数SPI和标准化径流指数SRI,并基于游程理论识别干旱事件,提取干旱事件及其特征,包括干旱历时和干旱烈度。对发生时间全部或部分重叠的气象干旱事件和水文干旱事件进行匹配。对匹配后的干旱特征属性进行边缘分布拟合,验证气象干旱和水文干旱的历时或烈度之间的相关性,基于二变量Copula函数分别建立气象干旱与水文干旱特征的联合分布模型,计算不同气象干旱条件下不同等级水文干旱(中旱、重旱、极旱)发生的条件概率,取条件概率为0.95时对应的气象干旱历时或烈度值,作为气象干旱向该等级水文干旱传递的干旱历时(烈度)阈值。结果表明:东江流域气象干旱历时和烈度的最优拟合函数均为伽玛分布,水文干旱历时的最优拟合函数为伽玛分布,水文干旱烈度的边缘分布函数为广义正态分布。Gumbel-copula函数拟合干旱历时和烈度的效果较好。东江流域中旱、重旱、极旱等级的干旱历时传递阈值分别为6.9、8.3、9.4个月;干旱烈度的传递阈值分别为4.6、5.7、6.6。干旱传递阈值可以为水文干旱的预测以及防旱减灾的决策提供参考。     

辽西山地丘陵区小流域土壤水分空间变异特性研究

为揭示地形条件和用地类型土壤含水率影响因素及其变异特性，以辽西山地丘陵区下山口小流域为例，用统计学方法全面探讨土壤水分变异特性。结果表明：从低到高不同土地利用方式下土壤含水率排序：灌木林地<林地<草地<耕地，各用地类型呈极显著差异，从土壤剖面上含水率表现出先下降后上升变化特征；从低到高不同地形条件下土壤含水率排序：坡顶<坡地<沟底<梯田，不同坡位上排序：坡中<坡上<坡下，不同坡向上排序：阳坡<阴坡，土壤含水率达到中等变异程度。研究成果为辽西山地丘陵区不同地形条件下植被布局、土地利用结构优化以及土壤水分管理提供一定支持。     

皮墨垦区地下水矿化度时空变异及水化学特征

基于皮墨垦区80眼观测井的观测资料,运用地统计学方法分析研究区2010年3个不同季节地下水矿化度的时空变异特征及地下水水化学特征,并对实测数据进行了半变异函数分析。结果表明:①地下水矿化度空间相关性较强;②3个不同季节的地下水矿化度变异曲线分别属于球状模型和指数模型;③地下水化学类型变化复杂,主要由SO4-Cl-Ca-Na型、HCO3-Cl-SO4-Na型向Cl-SO4-Na型、Cl-Na型演化。     

基于Copula函数的东江博罗站年最大洪水联合分布研究

以东江博罗站1953—2013年长系列年最大洪峰流量及其峰现时间为基础,采用Von Mises函数拟合年最大洪水洪峰出现时间的分布特征,皮尔逊III型函数拟合年最大洪水洪峰流量的分布特征,采用Frank Copula函数构建了洪峰流量和峰现时间两变量的联合分布,分析了东江博罗站洪峰出现时间分布特性,年最大洪水事件联合重现期和条件重现期。结果表明:以Von Mises,皮尔逊III型及Frank Copula函数构建的联合分布函数均能较好拟合东江博罗站年最大洪水分布特征,可有效挖掘流域洪水信息,为流域防洪规划和风险管理提供参考。     

二次函数法及其在河流测量中的应用

通过对河流分层流速数据进行分析,二次函数法对河水较浅流域的垂向流速比较适用.把二次函数法运用到钱塘江定点垂向流速的研究分析中,经检验它适合钱塘江垂向流速分布规律,并给出了定点流速分布直观图及不同层面的流速值.     

晋江西溪流域土地利用覆被变化及其洪水响应分析

应用HEC-HMS模型模拟分析晋江西溪流域1985年-2006年土地利用/覆被变化对洪水过程的影响。结果表明:HEC-HMS模型对晋江西溪流域有较好的适用性,计算结果和安溪水文站实测数据有较好的拟合;1985年-2006年西溪流域园地和建设用地大面积增加,导致流域出口洪峰流量和洪量增加;此外,研究区土地利用/覆被变化及其洪水响应具有显著的空间差异性,以一都溪-双溪子流域响应最为显著。     

大理永乐小流域坡改梯前后剖面土壤肥力分析

坡耕地水土流失严重,选取大理市洱源县永乐小流域研究了坡改梯工程前后土壤养分及土壤肥力变化状况,并对不同土层土壤肥力的变化进行比较分析。结果表明,在0~90 cm的土层内,土壤有机质和土壤全氮、全磷养分及土壤肥力的垂直变化特征明显,均表现为上层中层下层。随着坡改梯工程的实施,坡改梯初期、后期土壤养分及土壤肥力质量整体均呈上升趋势,其中全氮含量在坡改梯前后增加的变化规律相当明显。通过对比坡改梯前后土壤综合肥力指数增加变化幅度分析,表明坡改梯初期、后期两次改造土壤肥力增加变化幅度分别达12.8%、18.7%。坡改梯的实施对土壤养分的改善有明显作用,土壤肥力质量有一定提高。     

干热河谷干季土壤水分动态研究

 为了开展植被恢复试验,对干热河谷土壤水分的动态变化规律进行初步研究。结果表明随海拔高度增加,干热河谷干季土壤水分呈逐渐增加趋势。干季相同海拔高度不同土地类型土壤含水量均较低,土壤含水量都低于 8% 。层间变化由于受降雨入渗分布与土壤水分向上蒸发的综合作用基本表现为增长型。利用变异系数对土壤水分的层间变化进行了分析和层次划分。     

不同下垫面条件的土壤水分动态变化规律研究——-以徐州市南部郊区为例

土壤水是水文循环的重要组成部分,开展不同下垫面条件的土壤水分研究,对指导地区农作物配置与布局和土地资源合理利用具有重要意义。以徐州市南部郊区为研究对象,选取不同下垫面类型：梨树园、沙土堰、花菜地、毛豆地和撂荒地,测定0～100 cm土壤水分含量,对土壤水分剖面和时间序列分别进行统计分析,得出不同下垫面条件下水分动态变化规律具有相似性和各异性。结果表明：土壤水分剖面大体分为土壤水分速变层(0～20 cm)、土壤水分活跃层(20～40 cm)、土壤水分传递层(40～70 cm)和土壤水分稳定层(70～100 cm);同一土壤类型条件下,植物根系的深度会影响土壤水分的垂直分布;秋收和降水是土壤水分时间序列变化的重要影响因素。     

半干旱黄土区沟谷土壤水分变化分析

根据甘肃省兰州市孙家岔流域2009年-2011年实测土壤水分资料,分析了该流域沟谷防护区土壤水分的变化特征。结果表明,在黄土丘陵区小流域内,依地貌部位不同,土壤含水率随之出现明显差异,基本呈现出沟底(17.3%)>沟边农地(12.4%)>沟边荒地(11.1%)>沟坡林地(10.1%),且与年降雨量呈现正相关。考虑到种植与土壤水分条件相适应的植被对于发展农业生产和应对水土系统良性发展的重要性,提出以下建议:耗水系数较高的植物应在沟底,而耗水量较低的植物应在沟边,耐旱的植物应种植在沟坡,与此同时做到适地植树、种草,从而保持现代沟谷系统的自然生态平衡。     

半干旱半荒漠地区沙柳周边土壤水分分布规律研究

土壤与植被是土壤-植物-大气连续体(SPAC)系统中两个相互依存和影响的重要因素.土壤水分是影响沙地植被稳定性的决定因素之一.通过对半干旱半荒漠地区主要植被沙柳根系发育区域内土壤水分的测定,分析了植被周围土壤含水量在水平、垂直方向的变化规律以及土壤含水量与日照、降雨、沙坡位置等因子的关系.结果表明:降雨引起沙地表层土壤含水量增加;65 cm深度土壤含水量偏小;根系的分布使得植株下方土壤含水量减少;土壤水分和植物根系存在相互作用的关系.     

坡面降雨和坡脚浸泡对土坡影响的模型试验研究

降雨是诱发边坡失稳破坏的重要因素,为研究降雨条件下土质边坡的滑动破坏规律,为了便于制模和坡土位移的PIV观测,开展了无黏性土降雨滑坡的模型试验,利用体积含水率传感器测试了降雨条件下坡土不同位置处含水率的变化特征,利用PIV技术研究了边坡渐进变形破坏的发展过程,分析了变形场特征,并进一步研究了长时间降雨坡脚浸泡导致的破坏规律。结果表明:持续降雨入渗条件下坡土体积含水率依次可分为初始平稳期、上升期和最终稳定期三个阶段,坡脚土体的积水会导致边坡进一步滑移破坏。边坡破坏模式为渐进式滑移变形破坏;根据边坡速度场和位移场随厚度分布特征,可将坡土从下往上分为稳定层、剪切层和随动层。     

不同坡度和前期土壤含水率条件下裸地降雨产流试验研究

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为研究华北半干旱地区的降雨产流机制,采用人工模拟降雨的方法,进行了不同坡度(5°、10°和15°)和前期土壤含水率(0.20、0.25和0.30)条件下的降雨产流试验。结果表明:在整个降雨产流过程中,地表径流量随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,累积径流量与产流历时呈线性函数关系;土壤入渗率和产流滞时均随前期土壤含水率和坡度的增加而减小,且前期土壤含水率对土壤入渗率和产流滞时的影响较坡度更加明显;Horton模型对降雨入渗关系的拟合结果优于Kostiakov和Philip模型。     

黄土丘陵沟壑区坡改梯土壤质量效应研究

黄土丘陵沟壑区水土流失严重,严峻的自然条件和不合理的耕作模式对土壤质量造成了巨大的破坏,严重影响粮食产能的提高。以甘肃省庆阳市华池县坡改梯项目为例,研究了该项目实施1,3,5 a及10 a后,土壤物理、化学和生物性质的变化情况。结果表明,坡改梯工程实施对土壤质量影响显著。在实施坡改梯1 a后,受土壤推翻和水土流失影响,土壤质量并未呈现出明显的提高,而随着坡改梯年限的延长,土壤质量显著提高。在坡改梯实施10 a后,土壤水稳性团聚体较坡耕地高出108.45%,土壤的结构破坏率较坡耕地降低了21.67%;全氮、有机质及有机碳分别较坡耕地提高了144.68%,155.35%以及104.23%,有效磷和速效钾含量较坡耕地提高了125.65%及56.42%;土壤微生物量碳、微生物量氮及有机碳含量较坡耕地分别提高了95.16%,83.32%以及2.90%。土壤呼吸强度与坡改梯年限之间表现为显著的正相关关系,在坡改梯10 a后较坡耕地增幅达90.10%。土壤理化特性和生物性特性均得到了显著改善,土壤抗蚀性能得到显著提高。     

花岗岩残积土垂直层次抗剪强度变异性研究

花岗岩残积土广泛分布于我国南方,它具有特殊的土壤力学性质,研究花岗岩残积土垂直层次抗剪强度变异性及其影响因素对于指导工程施工及解释崩岗发生演变具有十分重要的意义。对花岗岩残积土进行多点采样,通过对花岗岩残积土不同层次的土壤进行基本性质测定,研究了土体在垂直层面上抗剪强度的变异特性及影响因素。研究发现:花岗岩残积土土体垂直层次之间的抗剪强度差异较大,这种差异主要体现在内摩擦角的变化上;影响花岗岩残积土抗剪强度指标的主要因素为水分含量以及砂粒含量;同时考虑水份和砂粒含量两项因素时,一定含水率范围内,抗剪强度随含水率的降低、砂粒含量的增多而增大,凝聚力总体随含水率降低而升高,随砂粒含量的增大而减小,内摩擦角总体随含水率降低而升高,随砂粒含量的增多而增大。     

等高反坡阶对坡耕地土壤水分空间分布的影响——以昆明松花坝水源区为例

坡耕地是昆明松华坝水源保护区主要土地利用类型,针对日益严重的水土流失,选取水源区迤者小流域内不同坡度的坡耕地为对象,并对其进行等高反坡阶处理,研究坡度及等高反坡阶对坡耕地土壤含水量的影响。结果表明,等高反坡阶处理坡耕地表层土壤的保水效果好于普通坡面,等高反坡阶具有拦蓄地表径流和再分配的功能,降雨后20~40 cm深土层的含水量相较于表层土壤高出1.9%~6.49%;土壤含水量和坡度、深度、有无反坡阶之间均呈现显著的负相关性,与海拔成显著正相关关系。