峰丛洼地坡面流径流过程——以丫吉试验场为例

选取裸露型和土壤植被覆盖型两种峰丛洼地地貌结构.通过降雨量、pH、电导率(Ec)、CO2分压和流量的过程线来分析降雨中详细的产流过程.裸露性坡地因包气带结构简单仅存在局部的超渗产流和表层岩溶带的回归流.水化学性质较稳定;有土壤植被覆盖的坡地的产流过程可以分为3个阶段:补偿阶段(可出现超渗产流)、饱和径流阶段、稳定阶段,补偿阶段仅在降雨强度大于入渗强度时可产生坡面流,饱和径流阶段坡面流流量与降雨强度成正比.稳定阶段坡面流流量趋于稳定,不随雨强的变化而变化,坡面流的水化学性质变化剧烈,pH、电导率(Ec)、CO2分压基本上同步变化,水漫(T)在降雨前期变化规律不明显.后期与pH、Ec等呈相反变化.     

分布式降雨径流物理模型的建立和应用

根据流域降雨径流的主要过程,考虑流域气象及下垫面要素的空间异质性,建立了具有物理基础的分布式降雨径流模型。模型将流域离散为栅格计算单元,并按水流特性分栅格单元为坡面单元和河网单元。在坡面单元上主要计算降雨、下渗、坡面流、壤中流等水文过程,而河网单元则主要计算河道汇流过程。模型利用空间权重插值方法将雨量站点的降雨量插值到各个计算单元,采用运动波方程来计算坡面流,将壤中流概化为垂向流和侧向流,分别用Green-Ampt公式和运动波方程来模拟,河道汇流也采用运动波方程。模型结构简单、参数的物理意义明确,大多数参数可利用DEM、土壤类型图、植被类型图直接获取,少数敏感参数通过率定确定。模型在浙江省甬江上游黄土岭流域和皎口流域进行了应用和检验,其结果令人满意。     

三峡库区不同厚度紫色土坡耕地产流机制分析

土层厚度是影响坡面水文过程的决定性因素之一.通过野外模拟降雨试验(设计雨强60 mm/h),在小区尺度上研究了一个完整坡面上典型土层厚度紫色土坡耕地坡面产流机制.结果表明:对于地表径流,土层厚度为23 cm小区表现为饱和产流,而土层厚度为45 em和76 cm小区均表现为超渗产流;对于壤中流,土层厚度为76 em小区以...     

西南喀斯特地区坡地产流过程及其利用技术

西南喀斯特地区受表层裂隙发育及石漠化作用的影响,坡地产流过程及各径流成分之间的循环转化机制复杂,导致坡地产流效率的空间异质性强烈,成为岩溶水文学的难点之一.以往学者们多采用非岩溶区水文模型与技术研究坡地产流影响因素,以揭示坡地产流的概化过程,并应用多种坡地径流水资源高效利用技术与模式开发坡地水资源,以提升坡地径流的利用效率,但在产流过程研究中忽视了土石界面对蓄满产流与超渗产流过程的影响以及坡面流与壤中流、裂隙流的相互转化作用,导致坡地产流过程、机制分析不够全面.因此,在总结喀斯特坡地径流产流影响因素的基础上,提出喀斯特坡地径流产流过程框架;然后结合坡地径流模拟方法与开发利用技术模式,评估现有坡地水资源高效利用技术的推广价值及存在的局限性;最后,从坡地产流过程及其时空差异方面模拟了坡地产流过程,并展望了坡地水资源高效利用技术未来发展的趋势.      

喀斯特坡地不同土地利用方式碳氮流失的水文驱动特征

喀斯特坡地壤中流与地表径流并存,共同驱动了土壤关键生源物质的迁移,造成该区土壤生产力下降、地下水污染。为揭示喀斯特坡地土壤碳氮流失途径及其水文驱动机制,本研究以喀斯特坡地径流微区(2 m×1.2 m)为研究对象,分析了火烧、轻度砍伐、重度砍伐、人工林、耕地、牧草6种不同土地利用方式对土壤碳氮流失途径、形态及通量的影响。结果表明:降雨是土壤碳氮流失的主要驱动因子,降雨产流阈值为16 mm,55 mm时达到产流峰值。各土地利用方式仅在暴雨下有显著差异,其中,人工林的土壤碳氮流失量较大,而重度砍伐的流失量较小。土地利用方式不改变土壤碳氮的流失途径,各土地利用方式均以地表流失为主(51.29%～75.15%),壤中流为辅,其中壤中流主要通过A层流失(65.20%-89.12%)。氮素流失形态以NO₃^--N为主(45.84%～56.49%)。研究结果可为揭示喀斯特坡地生源物质流失过程及其水文驱动机制、研发水土流失与面源污染阻控技术提供参考。     

山丘区变动产流层分布式水文模型

基于山坡水文试验的新认识, 提出变动产流层概念, 将壤中流的描述从单一的土壤层间拓展到土壤-风化基岩界面, 通过对壤中流形成及发展过程的精细刻画, 实现了蓄满-超渗产流及其转换机制的统一描述。基于变动产流层概念, 根据运动波模型理论, 推导了单元网格的超渗/饱和地面径流、壤中流的计算公式, 利用非线性水库计算地下径流量, 采用二维扩散波进行地表汇流、一维扩散波进行河道汇流, 建立了面向山丘区的变动产流层分布式水文模型(VRGL)。对典型湿润山丘区的屯溪流域2010—2019年共24场洪水进行模拟, 结果显示: 洪峰流量和洪量的相对误差均在±20%内, 确定性系数在0.84左右, 表明VRGL具有较高的精度, 可用于山丘区洪水预报。     

紫色土坡地壤中流特征

壤中流是紫色土坡地径流的重要组成部分。通过野外人工模拟降雨试验,研究了不同降雨条件下紫色土坡地壤中流特征和地表状况变化对壤中流的影响,结果表明:①未扰动荒坡地壤中流径流系数是裸露坡耕地的3～15倍,平均流量是坡耕地的7～33倍,荒坡地和坡耕地壤中流特征差异在大雨强条件下表现更为明显;②坡耕地壤中流径流系数随降雨强度的增加而显著减少,但荒坡地壤中流受雨强的影响不明显;③荒坡地壤中流随地表状况变化而改变,植被覆盖的减少和降雨对疏松地表的压实导致壤中流明显减少。     

集水区降雨径流晌应的环境同位素实验研究

利用环境同位素氚和氧-18对实验集水区进行降雨和径流响应的研究表明:(1)地面径流必源于本次降雨的概念不确,其中往往有非本次降雨的水量.经对1986年～1989年各次降雨估算表明,非本次降雨贡献最高可达50.5%.(2)非饱和带壤中流和饱和带地下水径流中必有非本次降雨的水量,并与地面径流一样,在次降雨径流过程中有时程变化.(3)对不同径流组成的流量过程,非本次降雨所占的比重不同.通过分析,可知降雨径流相关关系中的一一对应假定不确切,认为:传统的降雨径流经验关系和单位线概念需重新考虑;传统的过程线经验划分方法和现行同位素划分方法的有关基本假定不完全符合实际.     

降雨径流流域模型中的水源划分问题

在降雨径流流域模型中,水源划分是一个十分重要的环节.各种不同水源的径流,在汇流特性上差别很大:地面径流的坡地漫流时间不超过几小时;壤中流可达到三、五天,而地下径流则为几十天至百余天.如果水源划分处理不当,将对汇流计算带来很大困难.例如误将较多的地下径流计入地面径流中,则求得的单位线就峰低底宽,形成一种“非线性”.实际上,如果水源划分处‘理好了,这种“非线     

利用水化学方法识别岩溶水文系统中的径流

通过暴雨中的野外观测,确认了桂林丫吉试验场S31泉岩溶水文系统中多种径流形式：表层岩溶带管道流、回归流、坡面流和壤中流。现场测量发现不同形式径流的水化学特征(pH、电导率、Ca²⁺、HCO^-₃)存在差异,Ca²⁺的质量浓度相差最大可以达到3倍。从CaCO₃-H₂O-CO₂平衡体系来看,CO₂分压（p_CO2）对径流的水化学特征具有控制作用。在大气p_CO2影响下的岩溶水矿化度较低,而土壤空气p_CO2达到2.7%,是大气的近百倍,其影响的径流矿化度较高。鉴于大气中和土壤中p_CO2的显著差异,从水化学特征上将径流分为2类,并且认为它们构成了系统出口洪水的2个主要来源。在此基础上利用水化学方法计算出S31岩溶泉洪水时的径流构成。结果表明,在暴雨的情形,由大气p_CO2环境产生形成的岩溶水的比例占到泉水总量的70%,进一步证明了快速流在岩溶水中的重要作用。     

高寒山区冻土对水文过程的影响研究——以黑河上游八宝河为例

冻土对寒区水文过程具有重要的调节作用,是寒区水循环研究的核心内容之一.在分布式水文模型中对土壤冻融过程进行显式表达,对探索寒区水循环的机理、定量研究寒区流域径流的时空变化十分重要.先在黑河上游八宝河流域对考虑了土壤冻融过程的分布式水文模型进行简单验证,然后分析土壤冻融对流域水文过程的影响.对考虑和不考虑土壤冻融的模型模拟结果进行对比,发现冻土对流域的产流方式和速度有很大的影响,主要表现为：1）考虑冻土时,流域产流以壤中流为主,径流对降雨或融雪的响应速度较快,径流过程线变化较为剧烈,径流系数较高.冻土有效地阻碍了入渗过程,促进地表径流和壤中流的形成.壤中流发生的平均土壤深度冬季深,春季浅,年平均深度约为1.1 m;2）在不考虑冻土时,土壤下渗能力强,地下水补给是考虑冻土时的3倍,流域产流方式以基流为主,径流对降雨或融雪的响应速度减缓,径流过程线较为平滑,夏季洪峰在时间上存在明显的延迟.即便在降水强度较大的夏天,流域内都不会产生地表产流,而且壤中流产流的平均土壤深度平稳地处于2.4 m左右.研究对从机理上认识土壤冻融对水文过程的影响有一定的帮助.     

三水源新安江流域模型的应用经验

新安江流域模型(以下简称新安江模型)是个分散性的概念模型。该模型应用超蓄产流的概念,以土壤含水量达到田间持水量后才产流,并以 B 层土壤的稳定入渗率 FCB 来划分水源,超渗部分成为直接径流,下渗部分成为地下径流。新安江模型用在我国许多地区的水文预报中,均获得成功。由于用 FCB 来划分水源,虽其概念明确、方法简单,但各次洪水分析出来的 FCB 值颇不稳定,故模型结构还不够完善;另一方面在壤中流很丰富(约占总径流的20～40%)的湿润地区,其模型所分的直接、地下两种水源就显得不够用了。为此,我们在预报实践的基础上,将径流分成地面、壤中、地下三种水源,以资改进。本文就三水源新安江模型概念及其计算公式,模型参数的确     

砾石覆盖紫色土坡耕地水文过程

紫色土中砾石分布广泛,地表常为砾石覆盖,砾石覆盖对土壤水文过程有着重要影响。试验小区(2 m×1 m)为坡度23°的坡耕地, 试验降雨强度为(53.9±2.8)mm/h、 (90.8±6.1)mm/h和(134.3±14.9)mm/h, 砾石覆盖度为0%,11%,20%,33%和42%。通过原位人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下砾石覆盖对降雨入渗、地表产流及壤中流产流的影响。结果表明:砾石覆盖对入渗过程影响显著,稳定入渗速率及稳定入渗系数与砾石覆盖度呈正相关关系,3种降雨强度下,稳定入渗系数分别为47.70%~86.59%,30.61%~82.83%、17.76%~77.44%,42%砾石覆盖度小区的稳定入渗速率分别是裸露小区的1.95~4.94倍;地表砾石覆盖延迟地表产流、减少地表径流量,地表产流时间随着砾石覆盖度的提高呈增加趋势,地表径流速率及地表径流系数随砾石覆盖度的增加而降低,相对地表径流系数与地表砾石覆盖度呈指数负相关关系;地表砾石覆盖促进壤中流的发生、增加壤中流量,壤中流产流时间随着砾石覆盖度的增加逐渐缩短,壤中流径流速率及壤中流径流系数随地表砾石覆盖度的增加而提高,相对壤中流径流系数与地表砾石覆盖度呈指数正相关关系。     

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。     

祁连山森林覆盖区河川径流组成与时空变化分析

利用祁连山水源林生态系统定位研究站长期（２２ａ）观测资料,对其河川径流组成及时空变化分析表明,祁连山河川径流一个水文年可划分为枯水径流期,雪融水径流期和洪水径流雨３个时期。发源于祁连山高海拔森林覆盖区的河流均有混合补给型河流,水源补给主要有地下径流,雪融水径流,降水径流（地表径流,表层潜流,壤中流）和冰川融水径流,径流组成受水源补给影响,径流分配降受降水影响外还受到高山冰川,积雪和森林的影响,同时     

多阶自回归月径流随机模型及其应用

本文应用我国自南至北实测系列较长的5个主要测站的月径流资料,对多阶自回归月径流随机模型进行了双重统计检验:(1)保持月径流统计参数特性的检验;(2)实用水利指标(调节流量与多年平均可利用水量)的抽样误差检验。结果表明,该模型能通过这两重检验。     

鄱阳湖流域抚河径流特征及变化趋势分析

抚河是鄱阳湖流域第二大河流,其径流变化研究对揭示鄱阳湖水文情势演变规律和鄱阳湖生态环境保护具有重要的科学意义。本文采用鄱阳湖流域抚河上、中、下游8个主要水文站的实测资料,分析了抚河径流年内分配特征及变化规律;应用Mann-Kendall非参数检验与回归分析等方法,研究了近几十年内抚河年、月径流变化规律及与降雨的关系。结果表明:(1)抚河径流年内分配不均,但不均匀性在流域内空间差异较小;(2)受水利工程调蓄影响,径流年内分配越来越均匀;(3)不同年代年径流特性存在差异,20世纪70年代至90年代初,径流相对稳定,90年代中期到2002年,呈较明显上升趋势,2002年后,表现为下降趋势;(4)月径流变化有增有减,基本规律为枯水期(11月~次年3月)月径流量基本呈上升趋势,洪水期(4~6月)月径流基本呈下降趋势;(5)抚河的年降水量在2002年附近发生突变减少,与年径流量突变时间基本吻合,说明气候变化降雨量减少对近10年鄱阳湖流域抚河入湖径流的减少影响显著。     

不同类型表层岩溶泉水源划分及对降雨的响应

表层岩溶泉的水文水化学特征是认识岩溶含水介质结构的重要手段。基于泉域水文地质调查,2018年对广西环江木连小流域内降水和泉水流量及电导率进行监测,利用端元模型与电导率频率分布分析方法,解析表层岩溶泉径流来源及对降雨的响应特征。结果表明：（1）年尺度上,受驱替作用排泄的水流分别占季节泉、常流泉总径流的32.3%和23%;(2)次降雨过程季节泉和常流泉径流均以驱替含水层中未联通的“旧水”为主,强降雨条件下存在的雨水稀释现象仅约占3.6%;(3)季节泉在次降雨过程中受多重水流补给且对降雨响应敏感,其中管道流和壤中流分别占23%、34.2%,以基质或岩溶裂隙释放的重力水流仅占10.5%,导致持续供水能力较差;（4）常流泉补给来源单一,次降雨过程中主要受到以基质或岩溶裂隙排泄的重力水补给（77%）,具有较高的有效涵养地下水资源功能及供水可持续性能力。     

岩溶石山区山坡表层径流水文动态特征对比分析——以桂林丫吉试验场为例

选择桂林丫吉试验场溶洞—硝岩洞及其上方的汇水坡面作为研究区,通过在不同降雨条件下,对坡面径流和硝盐洞中流水水文动态进行监测并做对比分析研究。结果表明:（1）降雨强度、降雨持续时间和各含水系统前期含水情况决定了岩溶石山区坡面地表和包气带水文动态变化过程;（2）在不同降雨条件下,地表坡面流和经过上部包气带调蓄过的硝盐洞水文动态都表现为暴涨暴落,坡面径流表现的更为明显,一般坡面径流的整个水文过程持续几个小时到十几个小时,而硝盐洞中流水水文过程持续13d;（3）一般大到暴雨条件下,坡面流最大流量大于硝盐洞,但由于持续时间短,其一场降雨后所获得的水量远不如下渗到包气带—硝盐洞中滴水水量。     

近50年玛纳斯河径流时序变化特征

玛纳斯河径流是供给玛纳斯河流域绿洲的重要水资源。本文依据玛纳斯河上游肯斯瓦特水文站1959~2010年实测径流资料,采用趋势线、Morlet小波分析以及Mann-Kendall突变检验法分析了近50年玛纳斯河径流年内、年际多时间尺度下的变化特征及其未来的变化趋势。结果表明:(1)玛纳斯河径流年内分配极不均匀,主要集中在6~8月份,占多年平均径流量的70%左右,四季中夏季径流量最大,冬季径流最小;(2)径流年际变化大,具有明显的周期性与阶段性,经历了几个显著的丰枯时期,并存在32年、10年左右的主周期;(3)近50年玛纳斯河径流总体呈增加趋势,从1995年开始发生突变,在2000年达到显著水平,即玛纳斯河进入丰水期,径流的变化对流域洪水出现的频次有一定影响。