水文循环模拟中下垫面参数化方法综述

针对水文循环模拟中地形、土地利用覆被等流域下垫面参数化方法众多,且模拟效果相差较大的现状。本文首先根据水文循环模拟中产汇流原理,对常用水文循环模拟中产汇流模拟方法进行汇总和分类;在此基础上,对产流模拟中的降水径流相关系数法、蓄满产流和超渗产流等及汇流模拟中的等流时线、单位线、圣维南方程、马斯京根法等主要模拟方法中地形、土地利用覆被和土壤类型参数化方法进行分析和讨论;根据其中流域地形、土地利用覆被和土壤类型参数化方法对机理过程的描述程度,将其分为无明确表示类、率定型参数类、确定型参数类、物理过程表达类;进而阐明不同参数化方法中流域地形、土地利用覆被和土壤类型对水文循环模拟结果的响应和贡献。最后回归模型本质,阐述水文循环模拟中流域下垫面参数化方法中存在经验关系对复杂机理简单表述的合理性和物理机理过程描述的欠缺性问题,并预估未来水文循环模拟中下垫面参数化方法朝着简洁实用化和复杂机理化两个方向发展。     

无定河流域全新世中期人类聚落选址的空间分析及地貌环境意义

以无定河流域的数字高程模型为主要研究对象,利用地理信息系统软件进行空间分析,与陕西北部无定河流域龙山时期遗址的分布位置叠置和聚类分析,讨论聚落选址与地貌类型、距河流水平距离、河网等级等6个地形地貌因子之间的关系。结果发现,全新世中期无定河流域人类在聚落选址时,对水文条件、地貌和地面坡度条件有较强的倾向性,而对地面朝向无明显倾向性。选址时选择地形地貌影响因子的优先顺序为:地貌类型、遗址距河流距离、遗址处地面坡度、遗址处河流等级、遗址处地面朝向。     

城市地貌环境脆弱性的综合评价探讨——以重庆市南岸区为例

以重庆市南岸区为例分析人类造貌营力,即人类建筑活动对城市地貌环境的影响;引入基本建设投资强度对其导致的城市地貌环境脆弱性进行量化;选取了地形、气候、城市化水平、文盲率和基本建设投资强度对南岸区的城市地貌环境脆弱性进行综合评价, 得到南岸区6镇的脆弱性指数,并对其分类.     

土壤侵蚀及其影响因素空间相关性分析

土壤侵蚀是影响区域生态环境的重要因素,它受气候、地形地貌、土壤、植被和人类活动等因素的影响.为寻找流域上土壤侵蚀的主导影响因子,收集了黄河流域气候、地形、植被、土壤等数据,通过引入信息熵原理分析了各个影响因子与土壤侵蚀的空间相关性.结果表明,在黄河流域1:10万地图比例尺条件下.各因子对土壤侵蚀影响的大小排序为:①水蚀区,加权降雨量＞地形起伏度＞植被覆盖度＞土壤类型＞沟壑密度;②风蚀区.地形起伏度＞风蚀气候因子＞植被覆盖度＞土壤类型＞沟壑密度;③冻融区,沟壑密度＞地形起伏度＞气温变化率＞植被覆盖度＞土壤类型.该研究在定性变量和定量变量之间建立了定量的空间相关性分析,研究结果给出了影响黄河流域水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀的主导性因子,可为流域土壤侵蚀过程研究和水土保持决策提供参考.     

西北内陆河流域土地荒漠化概念模型

土地荒漠化是西北内陆河流域主要生态环境问题。通过对荒漠化问题及其成因研究的成果分析,认为土地荒漠化是地域内由植被、地质地貌、水文水资源、气象气候和土壤五大因子组成的自然因素和人类活动综合作用的结果。自然因素中不仅每个因子都是具有自身变化规律的相对独立的个体,因子间也具有复杂的反馈关系。人类活动通过改变自然因素而对荒漠化产生作用。不同的自然因素,人类活动方式不同。由此构建土地荒漠化模型。这一模型具有概念明晰、易于确定人类因素和自然因素对荒漠化的影响程度及易于实现等特点。进一步给出了可实现的量化模型。     

中国泥石流形成环境剖析

丰富的松散固体物质、充沛的水源和陡峻的地形,作为泥石流形成的三个基本条件,已得到学者们的认同。就本质而言,这三者可归纳为能量和物质两大因素。本文从中国泥石流区域分布着眼,从不同尺度的自然环境因素和人为活动,探讨中国泥石流形成发展的基本规律。研究结果表明,大尺度的区域地质背景、大地貌单元和犬气候系统是控制泥石流形成发育的主导因素;不稳定斜坡因子、小尺度水文气象因子、流域形态因子、森林植被因子等,在大尺度因素的基础上,对泥石流的形成有重要影响;历史上,特别是近期人类经济活动对环境的不良影响,加剧了泥石流的发展。泥石流灾害非单一因子所致,而是诸多因子综合作用的结果,是山地环境退化的产物。泥石流活动具有开放性、内外营力作用的共同性以及自然因素和人为因素的复合性这三大特点。     

河流水系特征与河流水文特征

河流是自然地理环境重要的组成部分,对人类的生活和生产有着非常重要的意义。我们对河流综合开发利用的前提就是要认识河流水系特征和河流水文特征。河流水系、水文特征是高中地理必修教材中的重要内容,因为它与地形、气候、人类活动联系密切,所以高考中经常以此为载体考察学生运用已学知识分析问题和解决问题的能力。那么河流水系特征和水文特征有那些呢？与地形、气候、人类活动又有怎样的关系呢？     

分布式水文模型结合遥感研究地表蒸散发

地表蒸散发是研究土壤-植被-大气系统水热平衡的关键因子。用改进的DHSVM分布式水文模型对汉江上游子午河流域蒸散发进行模拟。根据流域特点,主要进行TM遥感数据的大气校正和几何校正,在此基础上得到叶面积指数和土地覆盖等地表参数;再利用GIS技术基于DEM求出坡度、坡向和地形指数等因子。分析了蒸散发时空分布特征,表明日尺度蒸散发空间分布差异较大。初步验证了结果,表明模型在中国典型湿润区小流域取得较好效果。     

中国不同植被类型水热条件的数值辨识

气候、地貌、土壤等环境条件对中国植被分布的影响,已有深入论述。气候、地貌是决定地域水热条件的重要因素,而土壤形成过程及土壤类型又受地域水热条件所左右。因此,气候、地貌影响植被分布的信息,与土壤影响植被分布的信息,大部分是重叠的。综合研究植被分布与水热条件的关系,本质上在于阐明气候、地貌对植被分布的影响,当然部分地包含了土壤的影响。     

河南省泥石流发生趋势研究

河南省地处中原,位于全国二、三级地貌阶梯的过渡带,是一个泥石流多发地区,造成了生命财产的重大损失.泥石流灾害受地质、地貌、水文、气象、土壤、植被等自然因素和人为因素综合作用的控制,是山区地质环境和生态环境恶化的产物.首先介绍了河南省泥石流概况,分析了河南省泥石流发育特征及其成因,归纳出10个主要泥石流发生的环境条件因子,对其量化权重标准进行了说明与评价;按耗散结构熵变的观点,建立了河南省泥石流灾害趋势系统熵模型并进行了评价与验证,指出了该模型的不足之处;最后,对河南省泥石流趋势分析方向进行了展望.     

Applicability evaluation of the SWIM at river basins of the black soil region in Northeast China: A case study of the upper and middle Wuyuer River basin

In this paper, we selected the middle and upper reaches of the Wuyuer River basin in the black soil region of Northeast China as the study area. We adopted the soil and water integrated model (SWIM) and evaluated the parameter sensitivity using partial correlation coefficient. We calibrated and validated our simulation results based on the daily runoff data from Yi’an hydrological station at the outlet of the river basin and the evaporation data recorded by various weather stations from 1961 to 1997. Following evaluation of the modeling data against the observed data, we present the applicability of SWIM in the river basin of the black soil region, and discuss the resulting errors and their probable causes. Results show that in the periods of calibration and validation, the Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) coefficients of the monthly and daily runoffs were not less than 0.71 and 0.55, and the relative errors were less than 6.0%. Compared to daily runoffs, the simulation result of monthly runoffs was better. Additionally, the NSE coefficients of the potential monthly evaporation were not less than 0.81. Together, the results suggest that the calibrated SWIM can be utilized in various simulation analyses of runoffs on a monthly scale in the black soil region of Northeast China. On the contrary, the model had some limitations in simulating runoffs from snowmelt and frozen soil. Meanwhile, the stimulation data deviated from the measured data largely when applied to the years with spring and summer floods. The simulated annual runoffs were considerably higher than the measured data in the years with abrupt increases in annual precipitation. However, the model is capable of reproducing the changes in runoffs during flood seasons. In summary, this model can provide fundamental hydrological information for comprehensive management of the Wuyuer River basin water environment, and its application can be potentially extended to other river basins in the black soil region.     

闸坝的水文水环境效应及其量化方法探讨

如何正确处理流域开发与生态环境保护的关系,客观评价闸坝对生态环境的影响,是我国流域管理中亟待解决的科学问题之一。本文从河流的自然特性入手,剖析了闸坝修建和调控引起的水文水环境效应,探讨了闸坝对河流水量水质影响评价的理论基础、关键内容和技术手段等,提出了基于流域水循环过程认识和模拟的闸坝效应量化体系和分析方法;并以我国水利工程最密集、污染最严重的淮河流域为例,初步探索了流域闸坝的水文水环境效应。研究可为多闸坝调控流域水资源开发利用和水污染治理提供理论支持,为实现流域综合管理及社会经济可持续发展作出贡献。     

SWIM模型在东北黑土区流域的适用性评价——以乌裕尔河中上游流域为例（英文）

In this paper, we selected the middle and upper reaches of the Wuyuer River basin in the black soil region of Northeast China as the study area. We adopted the soil and water integrated model(SWIM) and evaluated the parameter sensitivity using partial correlation coefficient. We calibrated and validated our simulation results based on the daily runoff data from Yi'an hydrological station at the outlet of the river basin and the evaporation data recorded by various weather stations from 1961 to 1997. Following evaluation of the modeling data against the observed data, we present the applicability of SWIM in the river basin of the black soil region, and discuss the resulting errors and their probable causes. Results show that in the periods of calibration and validation, the Nash-Sutcliffe efficiency(NSE) coefficients of the monthly and daily runoffs were not less than 0.71 and 0.55, and the relative errors were less than 6.0%. Compared to daily runoffs, the simulation result of monthly runoffs was better. Additionally, the NSE coefficients of the potential monthly evaporation were not less than 0.81. Together, the results suggest that the calibrated SWIM can be utilized in various simulation analyses of runoffs on a monthly scale in the black soil region of Northeast China. On the contrary, the model had some limitations in simulating runoffs from snowmelt and frozen soil. Meanwhile, the stimulation data deviated from the measured data largely when applied to the years with spring and summer floods. The simulated annual runoffs were considerably higher than the measured data in the years with abrupt increases in annual precipitation. However, the model is capable of reproducing the changes in runoffs during flood seasons. In summary, this model can provide fundamental hydrological information for comprehensive management of the Wuyuer River basin water environment, and its application can be potentially extended to other river basins in the black soil region.     

基于SWAT模型的乌鲁木齐河流域径流模拟

为了更好地研究西北干旱区高山河流对气候变化的响应,在新疆乌鲁木齐河上游汇水区构建SWAT分布式水文模型,结合Sufi-2算法对模型进行参数率定、敏感性分析以及不确定性分析,对乌鲁木齐河英雄桥水文站以上2000-2011年日径流进行模拟。结果表明:(1)河岸调蓄的基流α因子、土壤饱和导水率、地下水的时间延迟、气温降水垂直变率以及相关融雪参数比较敏感。(2)模型模拟结果与观测流量过程线拟合程度较好,日值模拟结果Ens>0.75,PBIAS介于±25%,R²达到0.8以上。(3)较高的P-factor及较低的R-factor显示模型不确定性较小。总体来说,SWAT模型在乌鲁木齐河上游区的适用性比较理想。     

基于SOM的流域分类和无资料区径流模拟

无资料区的径流模拟问题是国内外水文研究的难点之一。基于相似流域的参数移植法是常用的解决方法之一,但如何判断相似流域是制约此类方法发展的难点。本文以滇池流域为例,采用自组织映射神经网络(SOM)和层次聚类分析(HCA)联合模式,选取16个流域物理特征为指标进行子流域分类,以确定相似流域。运用无分层的K-means分类的SOM法将整个滇池流域划分为7类具有水文属性的子流域组,分类情景与HCA基本一致,两者实现相互验证。采用HBV水文模型模拟子流域径流过程,并选择部分子流域进行组内参数移植交叉检验。结果显示,HBV模型可较好的模拟滇池流域径流过程;此外,子流域交叉检验结果优良,表明同组内参数可以相互移植。本文不仅为解决滇池流域无资料问题提供了可靠手段,而且由于SOM实现了高维流域特征可视化展示,有助于管理者全面、深入的把握滇池流域水文属性的空间分布特征,为进行水资源管理提供指导。     

澜沧江及周边流域TRMM3B43数据精度检验

在地形复杂的澜沧江及周边流域,利用相关系数法、散点斜率法,以研究区内35个国家基准与基本站观测数据为“真值”对1998-2009年之间月尺度的TRMM 3B43降水数据精度进行检验,采用泰森多边形法、K-Means聚类法分析了高程与坡度对检验结果的影响,借助主成分法比较了高程与坡度对TRMM 3B43的影响程度.研究表...     

三工河流域分布式水文模型研究

分布式水文模型及其尺度问题是当今水文学研究的前沿课题，特别是针对不同流域尺度以及适合于干旱地区的分布式模型更是研究的焦点。提出了位于干旱区巾小流域尺度的三工河流域分布式模型建立的方法．采用了半分布式网格与子流域结合的模拟计算方式．实例证明这种模型非常适合于模拟干早区融雪径流．对干旱区流域产汇流过程的研究将具有很大的推动作用。     

Cartographic model of river basins of European Russia

An analysis made of the worldwide existing geoinformation systems (HydroSHEDS, CCM, Ecrins, WBD, etc.) suggests that there are as yet no models of adequate quality for the basin boundaries of small rivers in the European part of Russia. For the territory of the European part of Russia with a total area of more than 4 mln. km2 the GIS technology tools were used to construct the electron vector map of river basins and their interbasin spaces. The map thus obtained displays the basins of first-order rivers for a given level of generalization (sc 1:1 000 000). The GMTED2010 model was used as the digital elevation model. A total of 63 553 basin geosystems were identified on the map, averaging 68 km2 in area. Accuracy verification of identifying the basin boundaries showed a good agreement of areal and geometric characteristics of the method used with expert approach. In test areas, the men difference of the indicators of the area of the basins identified automatically and by use of the expert approach made up 3.6%. For areas with weakly dissected lowland topography this error does not exceed 5% while it is about 2% in areas with relatively dissected elevated topography. The basin geosystems thus identified are operational-territorial units with respect to which the geospatial data base is generated to characterize the natural-resource potential of the European territory of Russia. An example is provided for the generation of the geospatial database containing hydrological information covering 1763 hydrological stations collecting streamflow data.     

基于氢氧稳定同位素和水化学的青藏高原高寒内陆流域水文过程示踪研究

氢氧稳定同位素和水化学已成为研究水文循环过程的良好示踪剂,两者的结合能很好地揭示流域或者区域（特别是缺少水文观测数据的高寒内陆地区）的水文循环过程。青藏高原地表环境较恶劣,缺乏流域尺度的水文观测资料,不利于对流域尺度水文循环过程的综合理解和认识,成为水资源高效综合利用的瓶颈。为此,本文以青海湖沙柳河流域为研究对象,通过对降水、河水和地下水的定期定点高密度采样和对其氢氧稳定同位素组成（δD、δ¹⁸O）和水化学氯离子（Cl^-）浓度的分析测定,其目的旨在识别和示踪流域不同水体间的补给关系,探究D-¹⁸O同位素和Cl^-离子能否指示流域水文过程。结果显示,青海湖沙柳河流域干、支流河水和地下水均受降水补给,自上游至下游,干流河水受降水补给作用较强,支流河水受补给作用依次减弱,地下水受降水补给作用较弱。下游干流河水主要受下游地下水和全域支流河水补给,比例分别为15.45%和84.55%;下游地下水主要由中上游的河水和地下水补给,比例分别为42.40%和57.60%。上述结果表明结合氢氧稳定同位素和水化学手段可定量揭示高寒内陆河流域的水文过程,可为青藏高原其他类似流域水文过程示踪研究提供范例。     

疏勒河流域泥沙分布规律及水沙关系研究

泥沙是影响河流健康和水环境的重要因素之一，受气候变化和人类活动的影响，流域水文要素和下垫面条件发生了较大变化，尤其是实施大规模的水土保持措施后，部分河流的泥沙含量大幅减少，但在河西内陆河流域发源于祁连山西端的疏勒河流域，受降水条件和人类活动的影响，河流泥沙呈增加趋势。本文应用疏勒河流域实测长系列水文资料，采用水文统计法、差积曲线法、趋势检验法、突变检验法、非线性复相关模型法等方法，分析了流域泥沙时空分布规律及水沙关系，结果表明：疏勒河干流昌马堡站年输沙量为333.5×104 t，至下游潘家庄站减少到223.5×104 t；党河党城湾站年输沙量为76.56×104 t，至下游沙枣园站增加到121.3×104 t；疏勒河干流输沙量主要集中在汛期7～8月，占全年的81.9 %～84.0 %，党河流域输沙量主要集中在4-8月，占全年的92.3 %；流域泥沙变化总体呈增加趋势，突变点1998年以后，年输沙量增加了86.3 %～148.2 %。建立了潘家庄站降水～泥沙、径流～泥沙以及年输沙量～年径流量～年最大洪峰流量关系模型，相关关系较好，相关系数达到0.717～0.858。流域出山口以上对泥沙的影响因素主要是降水，出山口以下主要是修建水库、水电站、引水工程、河道采砂等人类活动影响。随着国家对内陆河流域祁连山和河西走廊的日益关注，以及全国河长制的推行，河流生态健康已经提上日程，研究疏勒河流域泥沙分布规律及水沙关系，对国家实施西部生态安全战略、区域生态环境修复治理、水资源可持续利用等具有重要意义。