黄土丘陵沟壑区小流域降雨入渗产流点面转化

在充分考虑小流域土壤入渗速率点面转化及地表结皮等影响因素在内的基础上 ,提出了小流域土壤入渗速率点面转化公式 :fm=fn×Sn/S×an×bn。以纸坊沟小流域为例 ,将实测的流域土壤入渗速率值 (点渗值 )利用上式进行转化 (面渗值 ) ,并与流域径流出口观测站由降雨径流观测值根据水量平衡原理推算出的面渗值进行对比 ,平均相对误差仅为 2 .42 %。初步得出流域土壤面渗率与不同治理度、年内 5～ 9月降雨总量间的单因子和复合因子高精度回归方程 ,为流域综合治理后的水资源量变化趋势提供一条量化途径     

LASCAM水文模型在流域生态水文过程研究中的应用——模型理论基础

LASCAM水文模型是一种大尺度分布式概念水文模型,介于高精度分布式水文模型和集总式经验模型之间,是基于亚流域空间单元建立的中等精度的分布式概念模型。LASCAM模型在亚流域空间单元定义了3个概念性土壤水库,在经验方程的基础上:①建立亚流域各土壤水库与亚流域生态特征(LAI)和气候(降雨)之间函数关系;②通过对亚流域的降雨-植冠截流过程、地表产流过程、表层入渗-亚表层产流过程、亚表层入渗过程的模拟,揭示降雨在亚流域的(地表和亚表层)径流和入渗等环节的再分配过程;③基于亚流域各土壤水库的水量(水位)建立了各土壤水库之间的水通量过程方程;④建立亚流域各库的蒸散发与生态特征(LAI)之间的函数关系模拟各库的蒸散发过程。最后,通过河道径流演算法则,并依据亚流域与流域总体之间的分布式关系,将各亚流域的径流汇总到整个流域,从而将亚流域空间的水文响应扩展到流域整体空间上,实现了大尺度异质性流域的水文过程和水量平衡模拟。     

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.     

可变下渗容量模型及其在黄河流域的应用

陆、气耦合是实现气候变化影响评价的关键,首先介绍了土壤-植物-大气输移方案(surface vegetation atmosplletie transfer schemes,简称SVATS)中具有国际可比性的可变下渗容量模型(Variable Infiltration Capacity,简称VIC模型).将黄河流域划分为432个50 km×50 km正交网格,由108个雨量站1960-1970年的逐日降水量资料插补到各个网格,根据土壤、植被分布资料,确定了各网格的土壤和植被参数,基于15个子流域的水文率定,将水文参数移植到相似区域,进而模拟了黄河流域径流量的空间分布;对典型支流及区间径流量的模拟效果表明,VIC模型具有较好的径流模拟能力,可用于分析、评价环境变化对流域河川径流的影响.     

基于地形特征的流域水文相似性

流域地形控制着地表径流的路径和累积水量的空间分布。地形指数ln(a/tanβ)反映了径流在流域中任一点的累积趋势以及重力使径流顺坡移动的趋势,流域地形可以用地形指数的空间分布来表示。地形指数可用作水文相似性指数,即具有相同地形指数的点对降雨具有相同的水文响应。TOPMODEL利用地形指数频率分布计算流域径流过程,可以认为:具有相同地形指数频率分布的流域具有水文相似性。分析认为长江流域上游的沿渡河流域与香溪河流域具有水文相似性,利用香溪河流域率定的模型参数计算的沿渡河流域径流过程,与实测过程拟合较好     

滹沱河上游山区近50年蒸散变化及主要影响因子分析

准确估计流域蒸散,掌握其变化趋势和主要影响因子,对科学认识流域水文循环规律以及管理流域水资源具有重要意义。利用傅抱璞年蒸散量公式计算滹沱河上游山区及其子流域1958-2007年逐年蒸散量,并利用Mann-Kendall-Sneyers等方法分析了流域蒸散趋势和突变特征,及其主要影响因子。结果表明在滹沱河流域傅抱璞公式能够较好的拟合蒸散。50 a来全流域及各子流域年均蒸散呈下降趋势。降水对蒸散起控制作用,相对湿度在流域部分地区显著影响蒸散(α=0.05)。     

基于水文随机方法的大尺度径流空间插值图化研究——淮河流域蚌埠以上区间为例

跨越不同时空尺度水文径流时空分异性及其图化问题的研究是当前国际地理水文科学研究的热点前沿。本文针对中国湿润流域年平均径流特点,探讨了基于地理相关关系的水文随机方法(Hydro-Stochastic) 在大尺度流域上应用的可行性。在淮河流域蚌埠以上区间开展径流空间插值实验,通过对流域出口流量在空间随机场内的分解生成研究区内10 km×10 km分辨率产流分布图,以及以1 km长度为基本单元的河道内径流量图。该方法在描述径流空间分异性的过程中,综合了水文学、地貌学、地理学的特点,以地统计空间插值方法为基础,结合了水量平衡约束以及数据不确定性分析理论,最终输出不同形式的径流空间分异结果。分析表明,径流插值结果能够很好的反映流域内产流的空间分布特征,并满足河道上下游的水量平衡关系。该方法避免了水文模型的复杂性,描述径流时不依赖气象资料,可以方便的在广大地区推广使用。     

HIMS模型参数的不确定性及其影响因素

模型参数的不确定性及影响因素分析对无资料流域水文预报具有重要意义。本文以澳大利亚3 个流域为例,采用GLUE方法分析HIMS模型参数的不确定性,在此基础上探讨流域物理属性对参数取值的影响。研究发现:① HIMS模型9个参数的不确定性都比较大,属于敏感参数;② 降雨量、森林覆盖度和表层土壤最大有效蓄水量大的流域,土壤蓄水容量W_sm取值大;土壤饱和导水率和森林覆盖度高的流域,产流系数R、r的取值较大;温度低、森林覆盖度小的流域,实际蒸散发系数ε取值大;易透水、森林覆盖度高的流域,马斯京根汇流系数C₂取值大。这些结论能为今后在无资料流域应用HIMS模型进行水文预报提供一定参考。     

流域降雨径流路径的数字模拟技术

流域内降雨径流流动过程的水文分析具有重要意义。此文基于地理信息系统的栅格系统,利用数字高程模型(DEM)提供地形特征的能力,通过一系列相连的数据集,用计算机对流域降雨径流路径进行了数字模拟,其可以实现以正确的水文顺序跟踪地表径流在流域空间范围内的流动路径,并确定地表径流在流域空间内流动路径的水文计算等级,为基于流域降雨径流关系的建模研究提供了空间分析基础。最后把该项研究成果应用于黄家二岔小流域,证实该模拟技术具有一定的可靠性和实用性。     

基于DEM的水文物理过程模拟

基于数字高程模型,考虑流域空间的变异性,建立数字高程流域水系模型。产流子单元的划分、河网水系的生成及其空间拓扑关系的建立,是由计算机自动完成。计算TOPMODEL地形指数ln(a/tgβ)_i的空间累积分布曲线,并对其作无量纲化处理,推求各产流子单元的土壤蓄水容量分布抛物线参数B,构建数字水文模型。全球能量与水循环亚洲季风试验强化观测区—淮河史灌河流域实例研究表明:数字模型不仅可以很好地模拟流域出口断面的径流过程,而且能够模拟土壤水分的变化过程,还可十分方便地输出水文要素和状态变量的空间分布。这对充分利用现有观测信息进行水文数据的深层次挖掘奠定了基础。     

岔巴沟流域次暴雨坡面土壤侵蚀经验模型

坡面土壤流失预测、水保效益评估,无不需要坡面侵蚀模型。本文以岔巴沟流域坡面径流场降雨水文资料为基础,建立了次侵蚀性降雨坡面土壤侵蚀模型、次降雨坡面细沟侵蚀模型,并对各模型的精度进行了分析。结果发现模型具有较好的预报精度,对大侵蚀产沙事件预测很准;坡度、最大10分钟雨强、植被覆盖度是影响次侵蚀性降雨主要因子,坡度、最大10分钟雨强、降雨量是影响细沟侵蚀主要因子,植被覆盖对细沟侵蚀产沙影响很小。     

黄河流域气象水文干旱时滞效应与影响因素分析

本文基于ERA5气候数据、GRACE重力卫星的Level 3水储量产品数据,计算了黄河流域的标准降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）和标准化陆地水储量指数SWSI(Standardized Water Storage Index, SWSI),采用Spearman秩相关法探究了SPEI和SWSI之间的时滞效应,并利用地理探测器模型分析了气象水文干旱时滞差异的主导影响因素以及各因素之间两两交互的影响作用。研究结果表明：2003—2019年黄河流域气象干旱与水文干旱间均存在明显的时滞效应,不同月份的SWSI和SPEI的滞后时间不一样,整个流域春冬两个季节的平均滞后时长为3个月,夏秋季节的平均滞后时长为4个月。土壤类型对时滞差异的影响最大,气象因子和人类活动对时滞差异的影响次之,气象因子中潜在蒸散的影响最大。不同因子间的交互影响均比单因子影响大。在双因子交互影响中土壤类型和潜在蒸散之间的协同作用最为显著,其次为土壤类型与温度以及土壤类型与土地利用的协同作用。     

基于SWAT模型模拟乌江三岔河生态系统产流服务及其空间变异

产流是生态系统水源涵养服务的重要内容,也是保水固土等服务的关键驱动。脆弱的喀斯特生态系统叠加人类活动的影响引起生态退化,在此背景下亟需深刻理解喀斯特地区产流服务空间格局及其影响因子。选择典型的喀斯特峰丛洼地流域,基于率定校准的SWAT水文模型,对喀斯特流域产流服务（包括地表、地下以及总径流量）进行模拟,并结合空间梯度分析和局部回归模型,剖析不同服务变量的空间变异特征。结果表明：研究区产流量空间分异规律明显,总径流系数约为70.0%;地表径流整体处于较低水平,地下径流量丰富（约为地表径流量的2~3倍）。地形因子对喀斯特流域产流服务具有宏观控制作用,随海拔和坡度升高,总径流量、地下径流量显著增加;植被分布特征对地表径流有重要影响,在上游林地和下游园地分布区存在空间差异,在植被因素的影响下随坡度的增加呈现转折性的变化趋势。此外,空间叠加分析表明林地总径流及地下径流最大：一方面是由于森林生态系统更强的土壤水分涵养能力以及水分快速入渗的地质背景特征;另一方面反映了地表覆盖与地形特征的复合效应,即林地大多分布在相对海拔和坡度较大之处。本文有助于推进喀斯特生态系统服务研究领域的发展与创新,并为生态恢复建设提供科技支撑。     

遥感数据产品率定水文模型的潜力研究

地表径流的预测和模拟是水文地理研究的核心,对水资源管理和规划都具有重要意义。传统研究借助于实测地表径流进行水文模型率定和参数移植,对“无测站流域”进行径流预测,但在实测径流稀缺或受到强人类活动（如大坝调控）干扰时,参数移植能力受到限制、预测能力不足。而遥感数据具有时空连续的优势,且不受制于地表径流观测时间序列,为径流预测提供了新思路。本文采用了遥感数据率定水文模型的方法,在中国84个流域探究该方法采用遥感蒸散发、水储量和土壤水数据不同组合率定水文模型,评估各方案预测流域径流的潜力。结果显示基于偏差校正后的网格蒸散发数据约束水文模型的新方法,在中国干旱区和湿润区均具有较大的应用潜力;在格网上约束水文模型相比集总式约束具有较为明显的优越性;应采用多个水文模型提升该方法在不同流域的应用潜力。该方法的径流预测能力具有明显的空间分异性,因地制宜方可有效发挥遥感数据的优势。     

延河流域景观格局与生态水文过程分析

延河流域作为典型的黄土高原丘陵沟壑区,水土流失是最主要的生态环境问题,其生态环境治理能为整个黄土高原生态恢复重建提供典型范例,因此评价延河流域景观格局变化对水文过程的影响,对流域景观格局与水文过程的研究具有重要的科学价值和现实意义。本文通过利用SWAT模型模拟的延河流域的41个子流域的水文响应单元,建立延河流域的“源—汇”水文响应单元景观格局指数,通过计算不同地形条件下水文响应单元随着坡度变化的面积累积百分比,构建了新的“地形—水文响应单元 (Slope-HRU) 综合景观指数”。并与SWAT水文模型所模拟获得的子流域径流量、产沙量进行相关性分析,评价“地形—水文响应单元 (Slope-HRU) 景观指数”对水文过程的表征能力和适用性。结果表明：在子流域尺度上Slope-HRU景观指数和产沙状况存在明显的区域分异规律,而且R值空间变异情况基本上与产沙量的空间变化规律相反,即R值呈现由南向北,由东向西递增,而产沙量由南向北,由东向西递减。R值与年产沙量在数值上呈显著相关关系,相关系数为-0.60;再将Slope-HRU景观指数与所选取的7个常用景观格局指数相结合,构成新的综合景观指数,发现它们与子流域的产沙量耦合关系明确,均显著负相关,相关系数绝对值范围为0.43~0.63。     

土壤数据空间分辨率对水文过程模拟的影响

分布式水文模型的应用,其准确性有赖于输入数据对流域特征的描述,尤其在大尺度流域,输入数据分辨率的增加是否必然改善模型的模拟效果是值得深入研究的问题。本文以鄱阳湖信江流域为研究区,运用SWAT模型为模拟工具,分析了土壤数据空间分辨率对径流、蒸发及土壤含水量等水文要素模拟的影响以及高精度土壤数据在大流域尺度的适应性。结果表明：不同分辨率的土壤数据对SWAT模型中水文响应单元的划分结果差异显著,但在径流模拟和蒸发计算结果中并没有表现出显著的差别;模型率定前后,低分辨率土壤数据的径流模拟结果略好于高分辨率土壤数据,但两者之间的差别不明显;模型模拟的土壤含水量差异显著,高分辨率土壤模拟的月平均土壤含水量整体大于低分辨率土壤模拟结果;研究还发现,模型的蒸发计算对土壤分辨率信息不敏感。本文研究意味着,大尺度SWAT模型的应用中,土壤数据分辨率的提高不一定会改善模型的模拟效果。在具体应用中,应考虑流域本身的尺度以及模拟精度的要求,选择合适分辨率的土壤数据,同时应结合模型原理和关键参数的物理含义来解释模拟结果。     

SWAT模型参数敏感性分析及应用

地理信息系统(GIS)支持下的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型以流域离散化空间参数来描述流域水文变化特性,从物理意义上表达流域内的水文过程,但众多不确定的参数影响了模型的应用效果,因此有必要对参数进行敏感性分析。将SWAT模型应用到祁连山黑河上游山区流域,进行了11年(1990-2000年)逐日径流模拟,通过一个简便的敏感性分析方法,将模型影响水文过程的参数分成4类敏感级别,最后确定模型的参数。在11年的逐日模拟中,1990-1995年为参数敏感性分析期和模型率定期,1996-2000年为模型的检验期,模拟结果显示,在黑河山区流域,丰水年逐日出山径流的模型效率系数R2达到0.8以上,平水年和枯水年R2在0.51~0.79之间。     

基于SWAT模型的基流估算及评价——以洛河流域为例

SWAT是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型,它能够利用GIS和RS提供的空间数据信息,模拟复杂大流域中的径流成分。本文应用SWAT模型对基流进行模拟,分别采用1992～1996年和1997～1998年洛河流域卢氏水文站逐年、月实测径流资料进行模型校准和验证,确定模型的敏感性参数:径流曲线数、地下水再蒸发系数、土壤蒸发补偿系数和植物蒸发补偿系数;并借助滤波技术对实测径流进行基流分割。将滤波分割的基流与SWAT模拟值进行对比,采用线性回归系数(R2)和Nash-Suttclife模拟系数(Ens)对SWAT模型进行评价,其结果月基流R2为0.76,Ens为0.75,模拟精度较高。     

北京地区径流曲线数模型中的径流曲线数

径流曲线数模型(SCS-CN模型)是国内外最受欢迎的地表径流评价方法,该模型只需综合参数--径流曲线数(CN),该参数反映降雨前流域的地表和土壤特征。本文的目的是确定北京地区径流曲线数模型中的径流曲线数。研究采用了北京密云、延庆、门头沟64个坡面径流小区的降雨径流资料,用算术平均值法计算出小区径流曲线数值,用定水头法测定了北京主要土壤类型和土地利用类型的饱和导水率,用经验公式确定出64个坡面径流小区的饱和导水率值,并根据饱和导水率确定了北京地区和坡面径流小区的水文土壤组类型,得到了北京不同水文土壤组、土地利用下的径流曲线数数据库。结果表明:北京地区主要水文土壤组为B类;土地利用、水土保持措施、植被盖度和前期土壤湿度等对径流曲线数有显著影响;根据北京径流小区径流资料得到的径流曲线数值比美国土壤保持局查算表提供的数值要大。本研究结果可为该区域的地表水资源量评价以及土地利用管理提供服务。     

玛纳斯河流域MIKE SHE水文模型率定

采用传统的SWAT模型模拟干旱区山区流域径流过程,无法准确反映流域水资源的空间分布特征.本文基于中国地面日值格点数据集,运用分布式水文模型MIKE SHE模拟了1991—2015年间玛纳斯河流域水文过程.选取模型效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)、确定系数(R...