遥感和GIS支持下的平原河网区暴雨产流模型研究

分析了产流模型研究和应用现状及平原河网区产、汇流特点,提出了遥感、ＧＩＳ支持下的平原河网区暴雨产流模型。模型将下垫面因素和暴雨因素列为随时空变化而变化的因子,并用遥感技术实时获取雨前土壤含水量等可变的区域下垫面数据;从物理成因出发,建立了反映暴雨产流内在机理、适合实际应用的数学模型,使模型具有高度的适应性,并对全区各时空单元的产、汇流情况分别进行计算模拟,模型计算结果与实际情况较为相符。     

南水北调中线总干渠左岸区域洪水的数值模拟研究

研究开发了将坡面产汇流与沟、洪水演进有机结合的水文水力学模型。模型中采用区域洪水分析、水域全区自动跟踪识别和复杂开边界过流处理等技术。模型应用于南水北调中线总干渠工程左岸牛尾河串流区洪水的仿真计算,较好地模拟了洪水期计算区域内的降雨、坡面产汇流及河沟的洪水演进、串流状况、为总干渠工程规划设计和沿线区域防洪规划提供了重要参考依据。     

通用河网二维水流模拟模式研究

通过对流域河网二维水流模拟问题的分析,提出了一个通用化的河网二维模拟概化模式,该模式将河网二维概化为"树状"河道计算单元、"环状"河道计算单元、"十字型"河道计算单元等河网二维基本单元,对这些河道计算单元的求解,构建流域型河网一二维耦合模式的求解模型,并由此建立了通用化的河网二维水流数学模型软件系统。通过"树状"河道二维计算单元求解模型的推导与实现,验证了概化模式的可行性,表明该思路可以应用于大型流域河网一、二维水流模拟,具有很好的应用推广价值。     

森林坡地二维分布型水文数学模型的研究

根据质量、能量守恒定律和森林坡地产汇流特性,并结合土壤结构、地形、地貌条件和降雨情况,建立了描述森林坡地饱和带水流运动规律的二维分布型水数学模型,采用加辽金有限元数值方法求解模型,模拟了研究坡地的下渗和壤中流过程,在此基础上,对研究坡地产流过程和下渗过程的特点作了较详细的分析。     

植被分布对小流域产流影响的数值实验

基于二维运动波模型,建立了一个适用于小流域场次降雨产汇流过程的动力学模型。通过对典型小流域内不同区域(坡顶、坡中及坡底区域及距离流域出口的远近)种植植被时产流过程的数值模拟,分析了小流域内植被分布对产流过程的影响。结果表明:植被分布及其特性对小流域场次降雨产流有较明显的影响;下游区域种植植被的减水效果和延滞洪峰作用优于上游区域,陡坡区域减水效果优于缓坡区域,且郁闭度越大,这种差别越明显;在该研究条件下,下游区的减水效果可达到上游区的3倍;30%郁闭度条件下减水效果可达10%和20%郁闭度条件下的3倍和1.4倍。     

基于Godunov格式的溃坝水流数学模型

为了更好地把握溃坝洪水风险,减小因溃坝洪水而造成的人员生命和财产损失,建立了基于Godunov格式的一维、二维溃坝水流耦合数学模型。一维溃坝水流模型采用HLL格式的有限体积法求解,二维溃坝水流模型采用基于非结构网格的Roe格式离散求解,在一维、二维模型的链接处采用重叠计算区域的方法实现一维模型和二维模型之间的水力要素信息交换。经弯道溃坝算例和断面突变溃坝算例验证,该耦合模型具有良好的可靠性和适用性,验证后的耦合模型为大尺度的溃坝水流数值模拟打下了基础。     

港口湾水库入库洪水预报模型研究

基于港口湾、胡乐司流域产、汇流分析，提出了分流域、分单元入库洪水预报模型的整体构架，产流计算应用了蓄满产流模型，汇流计算提出了拟线性河网汇流指数模型：Csj=Sso αe^-βA j，实现了汇流系数因入流强度自动调整的目标。     

季节冻土区地下水观测成果在流域产汇流理论研究中的应用述评

将山坡水文学产流机制——超渗地面径流、饱和地面径流、壤中径流和地下径流等成分的产流机制,概括为界面(不透水层)产流机制。介绍季节冻土区近地表地下水若干创新的观测成果,综述其在季节冻土区流域产汇流理论研究领域中的应用,建议水利、农业、气象、林业、地质等部门在季节冻土区近地表地下水观测方面通力合作。可以预期,季节冻土区近地表地下水观测成果在产汇流理论研究以及流域水文模型研制中得到进一步的应用。     

灵活架构水文模型在不同产流区的应用

对于给定的流域,选择合适的水文模型进行模拟是水文学研究的难点。选取中国11个典型流域,划分为蓄满产流区、超渗产流区及混合产流区,分别验证4种经典概念性模型与4种灵活架构模型。研究表明:蓄满产流区灵活架构模型难以提高模拟精度,但可以检验模型构件对模拟结果的影响,排除不合实际的模型结构;超渗产流区灵活架构模型可以提高模拟精度,但缺乏系统性,难以完整准确地描绘水文过程。综合而言,灵活架构模型表现不稳定,通用性差,但架设与修改方便,易于确定流域产汇流关键过程,是水文模拟的有效手段。     

灵活架构水文模型在不同产流区的应用

对于给定的流域,选择合适的水文模型进行模拟是水文学研究的难点。选取中国11个典型流域,划分为蓄满产流区、超渗产流区及混合产流区,分别验证4种经典概念性模型与4种灵活架构模型。研究表明:蓄满产流区灵活架构模型难以提高模拟精度,但可以检验模型构件对模拟结果的影响,排除不合实际的模型结构;超渗产流区灵活架构模型可以提高模拟精度,但缺乏系统性,难以完整准确地描绘水文过程。综合而言,灵活架构模型表现不稳定,通用性差,但架设与修改方便,易于确定流域产汇流关键过程,是水文模拟的有效手段。     

水文巡测后流量测验资料对小流域产汇流参数的影响分析

水文巡测是当前水文资料采集的手段和方式之一，是传统水文向现代水文转变的重要标志。水文巡测技术方案的制定对小流域产汇流参数是否存在影响，影响有多大，同样具有一定的研究价值。采用流量巡测资料前、后平行对比分析和随机生成技术的方法对湖南省株洲水文巡测队3个小河站产汇流参数的影响进行了研究，其结果有一定的代表性。     

滇中地区产汇流分析探讨

依据云南省滇中地区16个水文站共31年(1980~2010年)实测水文资料,应用二水源新安江模型进行降雨径流分析,用推理过程线法进行汇流分析,研究滇中地区产汇流参数地理变化规律,为无水文资料的中小河流开展水文计算和站网规划提供参考。研究结果表明:分析得出的参数具有一定的代表性,分析成果取得较好的效果。     

泥石流源地坡面土体活动随机性规律实验

坡面土体的崩塌活动是泥石流形成的初始过程。为了研究降雨条件下该过程中蕴含的随机性,选择典型泥石流源地坡面进行人工降雨实验,观测坡面径流和坡面土体活动特征。结果表明：坡面径流的产生与坡面土体的供给是2个相对独立的过程;坡面产流过程在时间上具有连续性,空间上具有均匀性,规模上具有稳定性;即使是在恒定的降雨强度条件下,泥石流的源地土体活动也表现为一个离散的土体崩塌序列,具有时间上的间歇性、空间上的聚集性、规模上的随机性,且在时间上服从泊松分布,在规模上服从规模-频率的幂率关系;坡面的水土过程是不完全同步的,泥石流的形成依赖于坡面土体补给的时间、空间和规模分布,这也决定了泥石流阵流的多变和流量的涨落。建立基于土体活动特征的随机性补给模型,结合分布式水文模型,是建立科学的泥石流预报模型的有效方法。     

城市暴雨积水过程的模拟

在对城市排水系统产汇流特性分析的基础上,采用水文学与水力学相结合途径,建立了城市地面积水数学模型。模型能够可靠地模拟暴雨造成的城市地面积水的量级、面积、深度和历时,并借助GIS的功能动态地演示地面积水的涨消过程,为制定城市防汛减灾对策和措施提供水情及涝情信息。     

流场分析法在矿区水文地质工作中的应用

阐述了流场分析法在查明矿区水文地质边界的水力性质,含水介质的结构特征及地下水补给,径流和排泄条件中的应用。并以蔚县矿区为例,对大抽水前后的天然流场和人工流场进行了分析,确认了介的水质,强径流速年位置及岩溶水的补给来源。     

流量过程线分割的新方法--公式推导

针对现行流量过程线分割方法中存在着缺乏物理基础和客观的、科学的操作方法，以及其他的一些问题，提出了流量过程线的分割应遵循的三条基本原则，在此基础上提出流量过程线分割的新方法。该法通过流域的降雨资料和出口断面的流量资料，经推导得到Horton下渗能力曲线的三参数，并推导出地下净雨量在非饱和带运行时间公式和地下水汇流公式，从而对流域出口断面流量过程线进行分割。     

流域产沙模型的研究

由坡面泥沙颗粒的动力平衡条件,推导出坡面上细颗粒泥沙的起动切应力,由坡面径流的剩余输沙能力,导得坡面径流的侵蚀量计算公式,与文献[4]的雨滴溅蚀量计算公式一起,构成了概念清楚、过程明确、结构完整的流域产沙模型。产沙量取决于水流挟沙能力与可供沙量的对比关系,若水流挟沙能力小于供沙量,则产沙量等于水流挟沙能力;反之,水流将进一步冲刷表土,形成径流侵蚀,产沙量就等于供沙量与径流侵蚀量之和。据此,可计算出坡面和流域产沙量。模型在岔巴沟流域上应用,结果令人满意。     

植被措施与路面汇水对三峡库区土质道路边坡侵蚀影响

研究土质道路边坡在自然恢复、草本、草灌结合及植生带等4种不同植被恢复模式下的降雨侵蚀特征,同时将模拟降雨试验和冲刷试验相结合,研究路面汇水的介入对路堤边坡侵蚀的影响。研究结果表明,在模拟降雨试验下,草灌结合控制路堑边坡侵蚀效果最佳,产流量和产沙量显著低于其他植被模式;草本和草灌结合在路堤边坡降雨和冲刷下,都有显著的截流拦沙能力,且两种措施防护效果相当;路面来水的介入对路堤边坡侵蚀有显著促进作用,加速产流,增加产流量和产沙量。山区道路侵蚀的治理,不但要因地制宜地选择适宜的防护措施,更应该对路面产流和路面汇流进行科学合理的规划,减少其对路面及路堤的冲刷侵蚀。     

崇陵流域土石山区坡面优先流发育路径研究

大孔隙优先流对山坡产汇流过程有重要影响。为摸清太行山土石山坡不同坡位点(坡顶、坡中上、坡中、坡中下、坡脚)的大孔隙优先流发育路径规律,以崇陵流域的典型山坡为研究对象,采用亮蓝染色剂开展了野外双环入渗染色剂示踪试验,并从水平方向与垂直方向对比分析大孔隙优先流发育路径。结果表明:(1)从坡顶到坡脚,垂直方向优先流发育减弱,水平方向优先流增强。(2)坡中以下,大孔隙优先流水平发育明显;而坡中以上,垂直方向优先流发育明显,水平方向大孔隙优先流鲜有发育。(3)崇陵流域土山区坡面表层深度20 cm以上很少出现水平方向的优先流侧向补给,为垂直向下的活塞式下渗方式。20 cm以下开始出现水平方向的大孔隙优先流,30～70 cm为优先流发育显著区。以上结论可以为基于优先流的山坡产汇流模拟提供参考。