黄土地区三个超渗产流模型对比分析

近几年,若干单位都利用陕北岔巴沟流域精度较高的资料,应用入渗理论建立了产流计算模型,试图解决西北干旱地区超渗产流的计算问题。由于各自采用了不同的入渗曲线,分析计算了不同时间发生的雨洪,资料处理方法也不尽相同,成果之间不便比较。本文扩大了分析计算的样本范围,同时在资料处理方法一致的基础上,对三个超渗产流模型进行了对比分析,以期从中摸索出流域产流规律及其相应的计算方法等。     

基于Erlang分布蓄水容量曲线的流域产流模型

蓄水容量曲线是反映流域缺水量空间分布不均匀性的特征曲线,对流域产流计算有直接影响。通过对多个典型流域蓄水容量空间分布的分析,发现Erlang分布能更好地拟合流域的蓄水容量曲线,进一步基于Erlang分布进行流域产流的推导,提出了基于Erlang分布蓄水容量曲线的流域产流模型。应用结果表明,基于Erlang分布的流域产流模型,增加了模型的适应性,模拟结果更接近流域实际的产流过程,比新安江模型能取得更高的模拟精度。此外,该产流模型的参数可由流域地形和土壤类型数据估算,为无资料地区的产流计算提供了一种可行的途径。     

一种新安江模型中土壤水蓄水容量空间分布的计算方法

首先构建一个以自然子流域为计算单元的分布式水文模拟系统,每一个计算单元内,利用土壤水蓄水容量曲线表示张力水的空间分布,在单元之间,认为坡度大的单元土壤层厚度和蓄水容量小,同样的降雨先产流。通过建立计算单元蓄水容量与地形坡度间的关系,考虑了地形坡度对产流的影响。在淮河流域上游大坡岭流域的应用结果表明,所用方法得到了理想的模拟结果。     

内陆河流域分布式日出山径流模型——以黑河干流山区流域为例

应用常规的气象水文数据并结合GIS,建立了一个适合西北干旱区内陆河山区流域的以日为步长的分布式径流模型,并对黑河干流山区出山径流进行了模拟计算和讨论。模型以子流域作为最小的产流、汇流单元,根据植被覆盖将各子流域分为裸地区、乔木区、牧草区和冰川区,并根据实际调查将土壤分为 3层,各分区单独进行水量平衡计算。产流过程以土壤储水能力和储水量表征,而储水能力和储水量等则由土壤的孔隙度、干密度和厚度等表征。入渗原理基于土壤储水率平衡原理,并考虑重力势的作用。实际蒸散发与蒸发力和土壤体积含水量的乘积成正比,不同的土壤和植被具有不同的调节参数。模拟结果表明,模拟效果较差的原因是区域日降水过程具有较大的随机性,难以用有限的站点合理计算区域日降水量。寻找一个合适的区域日降水量计算方法是目前少资料大型流域分布式水文模型模拟成功的关键。     

一种非饱和产流模型的探讨

在我国北方干旱或半干旱地区,产流预报曾用初损、入渗曲线法,并在作业预报方面,取得了一定的效果。采用这种产流预报的方法,一般绘制2张相关图,即前期影响雨量(P_α)～初损(I)和前期影响雨量(P_α)～历时(t)～入渗率(f)相关曲线,便可进行产流量的预报了。近年来,计算技术发展十分迅速。为了能够采用电子计算机进行作业预报,需对上述的产流预报方法,在理论上作进一步探讨,并建立起数学模式来表达非饱和产流的模型。     

松花江流域的产汇流计算模型

由降雨量推求流量过程是水文预报和水文计算的一项重要工作,这项工作可分为产流和汇流两个阶段计算。在产流计算方面,三十年代霍顿等提出的下渗曲线法,虽然揭示了产流的物理机制和在干旱地区获得较好的应用效果。但由于流域下     

陕北能源化工基地河川径流特征和产流机理

陕北能源化工基地东、西部河川径流特征迥异,产流机理和及“三水”转化关系各不相同,探讨径流的时空变化特征和产流机理是进行水资源合理开发、高效利用的关键。根据1956—2005年径流的系列资料,综合运用水文计算、基流分割、Mann－Kendall检验、特征指标等方法,分析了研究区河川径流的空间组成特征和年际、年内的变化规律,并对其产流机理和水资源开发模式进行了相关的探讨,认为：黄土沟壑区流域下垫面介质为粉土质黄土,不利于降水入渗而利于产流,径流过程线表现为暴涨陡落型,地表径流主要来自降水补给,宜采取以地表水为主、地下水为辅的水资源开发模式;风沙滩地区流域下垫面介质以风积粉细砂为主,利于降水入渗而不利于产流,径流过程线表现为平缓型,地表径流主要来自地下水补给,宜采取地表水、地下水联合开发的模式。     

流域产流事件模型及其应用

本文流域产流的主要环节，以流域下渗容量分配曲线与产流过程的关系为依据，吸收斯坦福流域水文模型的合理结构，并与常规的前期影响雨量算法结合起来，建立产流事件模型。模型在汉江支流丹江和洵河两个流域应用，其产流合格率达８０％以上，经验表明，此模型简便易行，使用效果好，值得研究推广。     

非饱和土壤Richards方程入渗求解探讨

根据理查兹 (Richards)方程求解非饱和土壤垂直一维入渗率历时规律 ,因缺乏土壤水分特性函数K(θ)、D(θ)的一般有效公式 ,而采用与实际相差甚远的定值或线性函数假设 ,使成果隐含过多经验成分或需要反复迭代计算。笔者在文献 [1]中提出的非饱和土壤水分特性函数的一般有效基础公式 ,用分离变量法直接求解Richards方程 ,用土壤水动力学方法分别导出了含有渗前土湿因子的新入渗公式。它摆脱了同类入渗公式对水分函数过于简单的概化假设和经验成分。为放弃迄今水文学产流计算中惯用的下渗容量曲线“截首留尾”的经验做法 ,以直接使用含有渗前土湿因子的下渗公式提供了理论依据 ,从而将有利于产流计算方法的改进和计算精度的提高。     

水文科技文献信息

1.“优选含水层给水度的计算模型”叶水庭,T.科北特,J.脱司,《水利学报》,1985年,第1期。本文所述计算模型以水量平衡为基础,根据降雨入渗的机制,假设各种总田间持水量、降雨入渗潜力和含水层的给水度,计算相应的地下水位上升高度。利用多次降雨和相应的地下水位上升资料,最后可优选出平均相对误差的最小值,并可求得对应的参数。 2.“论流域产流”于维忠,《水利学报》,1985年,第2期,     

产流误差比例系数的系统响应修正方法

为提高洪水预报的精度以及修正的稳定性,在产流误差动态系统响应曲线修正方法的基础上,提出了产流比例系数的系统响应修正方法.将产流系列按照一定原则分成若干组,假定每组存在系统误差,通过引入一个比例系数来表示,应用系统响应理论,选择适当的参数率定方法确定最优比例系数,进而对时段产流量分组进行修正.将产流误差比例系数的系统响应修正方法应用于滩坑流域,并与产流误差动态系统响应曲线修正方法相比较,结果显示,对于流域的17场历史洪水,二者均能提高洪水预报的精度,但前者的修正效果更好,修正稳定性更强,适用范围更广.     

应用地理信息进行无资料地区流域水文模拟研究

无资料或资料缺乏地区的流域径流模拟是水文学研究中的一个重要的课题.提出了应用地理信息系统分析流域的地理信息参数,进行降雨径流模拟的水文模型.该模型中,产流计算采用美国水土保持局(SCS)的径流曲线数法,流域汇流则采用经本文作者改进的三角形单位线.着重阐述了利用地理信息系统,从流域的地理信息中分析和确定模型参数,还简要介绍了该模型在爱尔兰Dodder河上的应用情况.     

内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（Ⅰ）：模型原理

在全球变暖的背景下，我国多数大江大河源区存在冰川退缩、雪线上升以及多年冻土和季节冻土明显退化等现象，并由此造成河源区产流量减少以及生态环境恶化等诸多问题，这在内陆河山区流域体现的较为明显，但目前分布式水文模型中很少涉及冻土水热耦合问题。文章以黑河干流山区流域为例，构建了一个内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（DWHC）。模型基于土壤水热连续性方程将流域产流、入渗和蒸散发过程融合起来，在植被截留、入渗、产流和蒸散发计算方面也有所改进和创新，部分模块具有多个可选择方案。模型设计了与中尺度大气模式MM5的嵌套接口，也可以用地面气象资料驱动。模型在1 km×1 km网格基础上，以日为时间步长，将流域土壤分为18类，土壤剖面分为3～5层不等，流域植被概化为9类。模型只需要土壤初始含水量、初始地温和常规气象资料，以及土壤和植被物理参数，就能够连续演算各层土壤的温度、液态含水量、固态含水量、感热传导、潜热变化、水势梯度、导水率以及水分入渗和毛细上升量等水文循环要素。主要介绍了模型的基本原理和构建思路，有关模型的地面资料驱动结果和与MM5嵌套结果部分，参见后续文章(Ⅱ)、(Ⅲ)。     

黄土区坡地降雨入渗产流过程中的滞后效应

利用黄土高原沟壑区典型小流域坡地天然降雨入渗-产流的实测资料分别对考虑滞后效应与不考虑滞后效应的情况进行了模拟研究,结果表明:在降雨入渗-产流过程中,滞后效应加快入渗速率,减少径流量;滞后模型使土壤含水量、产流过程更加接近实测值.由此可见,土壤水滞后效应对土壤含水量、入渗速率、产流过程及产流量都有相当大的影响,因此在水量转化研究工作中考虑滞后效应的影响是必要的.     

消退曲线超渗产流模型

考虑土壤蒸发与土壤含水量的非线性关系,建立了土壤蒸发与时间呈反比关系的消退曲线;给合简化的土壤入渗曲线,建立了超渗产流数学模型,并用滁县径流实验站资料对模型进行了验证.     

城市地区产汇流模型研究

城市化后与天然流域产流条件的主要差别是其透水面积比例不断减小，而 透水和半透水面积比例相应增大。根据这个特点本文在城市透水面积上引用“吉林省小流域和坡面设计洪水研究成果”中的产流模型；在不透水和半透水面上引用了国内在的试验成果进行上损计算。并综合为城市产流模型，它能较客观地反映不同下垫面的产流机制。根据长春市实验流域实测资料用本产流模型和现行汇流计算方法进行拟合，取得较为满意的结果。     

国外产流研究简介

一、引言产流所研究的是流域内降雨转化成径流的过程。由于天然流域中降雨人渗与径流形成过程非常复杂,人们尚难透彻了解其物理机制。因而,在雨洪模拟中,产流计算是一个重要的环节。 1856年,Darcy通过试验提出了描述饱和土壤水分运动的基本规律,由此开始了产流机制研究的土壤物理途径。1931年,Richards对Darcy定律加以修正,并认为可适用于非饱和条件,从而导出了土壤水     

产流理论与计算方法的若干进展及评述

近２０年来，产流理论与计算方法有了长足的进步。本文从产流机制，基本产流模式，流域产流３个方面，着重介绍了国内外研究的若干进展，并作了简要的评述。     

基于霍顿下渗公式超渗产流计算几个问题的探讨

用霍顿下渗公式进行超渗产流计算,用迭代算法根据流域土壤含水量计算相应的下渗能力时发现:当土壤含水量较小时,迭代计算正常;当土壤含水量居中时,易发生迭代震荡现象;当土壤含水量较大时,极易发生迭代计算出错情况。对此,分析了迭代震荡和迭代计算出错的原因;提出了用算术平均法减小迭代震荡的问题;用限制震荡幅度结合算术平均法解决迭代计算出错的问题;同时,推导出了超渗产流模式下流域平均蓄水容量与霍顿下渗公式中三参数间的经验关系式。     

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.