坡面径流实时监测装置研究与应用

径流泥沙含量测量是准确计算土壤流失量、科学评估水土保持效益的关键工作,也是水土保持监测的主要技术瓶颈之一。研发实现径流泥沙含量的实时动态监测设备对提高水土保持监测工作效率、促进水土保持行业发展具有重要意义。本文介绍了"坡面径流实时监测装置"的测量原理及其核心构件,完成了"坡面径流实时监测装置"的室内清水检测试验,跟踪了系统修正后的野外应用效果。得到如下结论:(1)坡面径流实时监测装置以集流桶、超声波液位传感器、重量传感器、电动阀、下位机和上位机为核心组件组成,其部分测量误差来源包括液位测量误差、泥沙比重误差及水流冲击力误差;(2)液位测量误差与集流桶横截面半径d(m)密切相关,主要体现在对径流总体的测量偏差,最小偏差为0.196d2,通过减少集流桶横截面半径,能够有效减少液位测量误差;(3)泥沙比重误差随被测泥沙比重的增加而减少,当被测泥沙比重在2.0—2.4范围内且每偏差0.01时,对泥沙含量测量的偏差均小于0.01 (m_总—V_(总·ρ清));(4)水流冲击力误差会导致液位在较低水平时测量精度较差,通过降低径流跌落高度能够有效减少误差;(5)通过定型设计与理论公式的优化,坡面径流实时监测装置的最小测量偏差可达±6.7%。     

基于随机森林与支持向量机的水库长期径流预报

水库长期径流预报对于研判水文情势变化和指导水库调度管理具有重要意义。针对云南龙江水库年、汛期和枯水期平均入库径流,利用随机森林从环流指数、海温、气压和前期月径流中选取关键预报因子,基于粒子群与交叉验证相结合的算法优选参数,建立随机森林与支持向量机模型,开展龙江水库入库径流预报研究。结果表明:太平洋中北部与西部气候因子对径流预报的影响较大,前期月径流对年、汛期径流的重要性偏低,但对枯水期的影响程度与部分气候因子相当。随机森林与支持向量机模型总体精度较高,模拟与预报的合格率均达到85%以上,平均绝对百分比误差均低于15%,支持向量机的泛化能力强于随机森林,但二者在局部极值流量处的预报精度尚有待提升。     

遥感蒸散发数据应用对SWAT模型径流和蒸散发模拟精度的影响

为探讨遥感蒸散发数据补充研究区水文资料的能力,及其在SWAT模型应用中对径流和蒸散发模拟精度的影响。以淮河上游息县控制流域为研究区建模,并利用实测径流资料与遥感蒸散发数据(MOD16A2)设置3种参数率定情景:仅实测径流率定参数(S1)、仅遥感蒸散发率定参数(S2)、径流与蒸散发同时率定参数(S3),分析不同情景下径流与蒸散发过程的模拟效果。结果表明:从径流模拟而言,S2、S3较S1的模拟精度(NS系数)均有不同程度的降低,但S3在S2的基础上有较明显的改善;从子流域尺度上的蒸散发模拟而言,S1至S3模拟精度呈现出逐渐上升的趋势,在采用径流与蒸散发同时率定时,S3比S2情景NS系数上升的子流域个数占总数的46%。通过逐步深入探究遥感蒸散发数据在SWAT模型中的应用,以及对参数率定的影响,从而分析其对径流与蒸散发的模拟精度产生的变化,此方法也可推广到其他水文模型,在区域尺度水资源管理与利用上具有较好的参考价值。     

基于1960-2018年实测径流与水文学方法的开都河生态流量分析

为科学地确定河流生态流量,保障流域水安全与生态环境健康,基于开都河大山口水文站1960-2018年的实测径流数据,采用Tennant法、典型水文频率年法、最枯月平均流量法和Q_p法等4种水文学方法计算了河流的生态流量,通过对比分析确定基于Tennant法的计算结果最为适宜。计算结果表明：开都河大山口水文站10-翌年3月的平均生态流量应不小于15.60 m³/s,对应最小生态环境需水量为 2.47×10⁸ m³;4-9月的平均生态流量应不小于46.15 m³/s,对应最小生态环境需水量为7.30×10⁸ 　m³,全年生态流量平均不小于30.88 m³/s,对应最小生态环境需水量为9.77×10⁸ 　m³。该生态流量目标可满足开都河大山口至博斯腾湖河段的河道径流损失,保证河流基本生态功能与水生态安全。计算分析结果可为开都河河流生态流量管理提供支撑。     

泗交水文站年径流变化特性和趋势分析

对泗交水文站1975年～2019年,月、年径流系列进行年内变化规律及年际变化趋势分析。结果表明:泗交站径流年内分配不均衡,不同年代平均径流较多年平均径流年内分配不一致,各年代月径流量年内分配曲线有单峰和双峰的现象,且受降水量分布影响明显。经年际趋势分析计算,泗交站径流量多年来呈下降趋势,但不显著。     

高校校园绿地对降水径流污染削减研究

以安徽建筑大学南校区为例,研究合肥市校园绿地对自然降水水质净化以及自然降水对校内人工湖水质的影响。SS、COD、TN、TP等污染物指标数据显示:校园绿地对于污染物指标去除率分别为:47%、50%、16%、51%;其中在降水径流产生20min内去除效率最高,在120min后污染物指标含量变化趋于稳定。降雨前后校园人工湖的水质数据结果显示:降水后湖中SS、COD、TP浓度变大,TN浓度变化不大,由此可知,初期降水的污染物是造成水体非点源污染重要因素。     

通江碧溪流域降水径流趋势分析

基于线性倾向回归分析、Mann-Kendall统计检验方法、肯德尔(Kendall)秩次相关法和Spearman秩次相关检验等4种趋势分析方法,对通江碧溪流域1964-2011年的实测降水径流资料状态变化进行趋势分析。结果表明:1964-2011年间,降水径流整体上无明显变化趋势,但20世纪80年代后降水径流发生明显减少趋势,径流系数即降水径流关系整体上呈显著减小趋势,尤其80年代后减少趋势更显著。     

基于SWAT分布式流域水文模型的下垫面变化和水利工程对径流影响分析

近年来随着人类活动的加剧,兴建了许多中、小型水利和水土保持工程,迅速改变着流域的自然面貌,因而改变了径流的原有规律。选取1960以前水利工程较少的时期作为人类活动不明显期来率定SWAT模型参数,对于1990以后人类活动稳定期的径流分别设置3个情景:应用原SWAT模型、应用只考虑下垫面变化的SWAT模型和应用考虑下垫面变化和水利工程影响的SWAT模型分别进行模拟。对于五道沟以上流域和流域内东丰、磐石、样子哨3个子流域模拟结果显示:考虑下垫面变化和水利工程影响后的径流模拟相关系数R2和纳什效率系数NSE分别从0.82、0.56提高到0.91、0.79,分别提高了11.0%和41.1%。其中模拟精度的提高量中91.3%是由于考虑水利工程作用所引起的,剩余部分是由考虑下垫面变化引起的。相比下垫面变化,水利工程运行对该流域径流变化占据主导作用。     

城市雨水径流多填料优化组合快速渗蓄试验研究

通过雨水径流渗蓄处理系统的填料筛选及多填料分层组合渗蓄处理径流的效能试验,分析了陶粒、稀土瓷砂、沸石、石英砂对城市雨水径流主要污染物COD及重金属Pb、Zn的吸附性能,研究了多填料优化组合快速渗蓄系统对径流污染物的处理效能。结果表明:陶粒、稀土瓷砂、沸石较石英砂具有更好的径流有机物及重金属污染物的吸附、离子交换等性能。将陶粒、稀土瓷砂、沸石组合作为径流渗蓄池的填料,3种填料各填装一层,每层厚度均为30 cm,则自上而下填料不同的填装组合方式,会导致径流渗蓄处理的效果有明显差异。渗蓄池填料自上而下的最佳分层组合为陶粒-稀土瓷砂-沸石,此时,径流COD、SS的渗蓄去除率分别高达94.82%、97.82%,对Pb、Zn的去除效率分别达到81.05%、75.64%,处理出水的COD约为50mg/L、SS约为25 mg/L、Pb、Zn浓度均约为0.13mg/L。对城市雨水径流的处理,该多填料优化组合快速渗蓄池较传统石英砂快滤池更高效。     

资水流域短期/长期综合干旱指数的构建与应用

干旱评估作为干旱灾害监测与防御的一个重要方面,如何准确评价并预测研究区域的旱情是当前研究的热点和难点。基于资水罗家庙以上流域的水文、气象资料,分别计算具有不同时间尺度的干旱指数值,利用主成分分析方法,分别研制基于水文模型的短期/长期综合干旱指数并探讨了其在资水流域的适用性。研究结果表明:短期综合干旱指数和长期干旱指数均能很好识别并评价资水流域的历史干旱。研究成果可为长江流域及其他流域建立和健全干旱监测与预警系统提供重要参考。