黑河上游高寒山区降雨-径流形成过程的同位素示踪

为揭示中、低纬度高寒山区降雨-径流的形成过程,指导水资源的合理开发利用,选择黑河上游红泥沟小流域为研究区,基于河道径流量及雨水和河水稳定同位素的观测数据,构建二元混合模型,计算了2013年7月23日及8月21日两次典型降雨-径流事件中事件水（降雨）和事件前水（流域前期储水）对河道径流的贡献及其动态变化.结果显示:两次降雨事件中事件前水的贡献比例分别为68.69%和54.46%;事件前水的贡献比例在涨水阶段减小,在退水阶段增大.结合河水电导率的观测结果,进一步分析了降雨-径流的形成过程:河道径流的形成主要受饱和区蓄满产流、河岸带地下径流和山坡地下径流3种产流机制控制;事件水主要源于蓄满产流,事件前水主要源于河岸带和山坡地下径流;事件初期和末期以河岸带地下水补给为主,涨水阶段后期和退水阶段前期转为以蓄满产流和山坡地下水补给为主,洪峰期间蓄满产流的贡献达到最大.两次事件的对比表明,事件前的湿度条件和降雨强度对降雨-径流的形成过程有着重要影响:前期越湿润,流域储水能力越弱,导水能力越强,事件水的贡献越大,河道径流对降雨的响应越迅速;降雨强度越大,蓄满产流及其中的事件水比例越高,河道径流中事件水的比例也越高.      

一个网格型松散结构分布式水文模型的构建

根据流域降雨径流的基本过程,以蓄满产流理论为基础,建立了一个网格型松散结构的分布式流域水文模型。模型将流域离散为包含河道与不包含河道两种类型的单元格,以协克里金方法插值得到空间离散的降雨输入,考虑的产汇流物理过程包括降雨、植被截留及蒸散发、单元格产流、单元格汇流及河网汇流。模型结构简单,参数较少,在充分利用植被覆盖类型图及土地利用类型图的基础上,能够获得大部分参数的选用值。通过在长江三峡区间沿渡河流域的实际应用,模型计算成果令人满意。     

TOKASIDE模型及其在洪水预报中的应用

分布式物理水文模型是当前国际水文研究中的热点和难点问题,是解决资料短缺流域水文预报问题的有效途径.以正交网格降雨径流模型研究为基础,针对分布式TOPKAPI(托普卡匹)模型中存在的汇流方向概化、产流模式单一、水库调蓄影响等问题,提出了基于地形运动和蓄满超渗产流模式的网格化分布式物理水文模型TOKASIDE.本文描述了T...     

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.     

降雨径流的机制分析

根据太谷均衡实验站人工模拟降雨实验资料及收集的资料,初步分析降雨产流的全过程,对包气带土壤水分运动特征、降雨入渗的规律、径流形成的条件及降雨径流诸要素平衡,作了概略性的阐述,对降雨产流机制做了深入的分析.     

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.     

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。     

径流试验场模拟降雨的地面径流计算方法探讨

采用人工模拟降雨的方法,在山西太谷均衡实验站野外径流试验场上.对平原区地面产流机制进行了试验与研究.本文就平原区地面径流的计算方法进行了探讨,利用径流系数法将人工模拟均匀降雨的试验结果应用于人工模拟非均匀降雨和天然降雨的地面径流计算,取得了较好效果.     

基于径流系数的流域产流模型建立及检验

降雨径流关系因其原理简单实用在实际洪水预报中应用广泛,但一直以来是经验推算。在阐述降雨径流关系的基础上,构建了基于径流系数的流域产流模型,并确定了径流系数的计算公式。将该模型应用在伊河流域的东湾站、沙颍河流域的官寨站以及灌河鲇鱼山站等控制流域的径流预报中,结果表明,模型在3个流域的预报合格率均达到了乙级以上作业预报要求。该模型简单实用,计算步骤可行,并易于程序化,可进一步推广应用。     

小流域模拟降雨入渗产流特征研究

本文以辽东小流域为典型研究区,基于环境同位素和反应溶质示踪剂,分析了河流径流来源的季节变化,选取典型的夏季降雨径流事件量化确定水流来源和流径动态变化。在此基础上,建立了基于物理过程的分布式降雨-径流模型,为中国东北寒冷地区径流形成提供了有力的科学依据,预测了气候变化和人类活动对径流过程的影响以及流域水资源管理的基础。     

超渗产流情况下降雨径流預报方法的建議

我国北方干旱及半干旱地区的产流方式多属超渗产流。以往这些地区降雨径流的預报方法,多采用合軸相关图,并取得了一定的成功,但不可否认的缺点是暴雨径流合軸相关图沒有考虑产流区的范围,不論降雨径流如何,都是按預报区內全部面积計算的,即认为全部流域(即預报区)都产流,这是与事实不符的。整个預报地区內,不同地区的土壤、复被、地形     

一种平原区径流计算的方法研究

平原区的水文计算在当前生态重建环境中具有重要意义.利用仿雨试验,研究地面坡度小于 3‰的平原区降雨产流的特征,稳定降雨条件下径流系数的变化规律,提出了"最大径流系数法"对平原降雨产流的计算原理,对非稳定及天然条件下的暴雨过程进行了径流计算.结果表明:(1)对仿雨实验变雨强径流计算,计算值与实测值比较相对误差平均为 6.43%;(2)对天然降雨过程的径流计算,计算实例结果误差为 5.9%和 10.9%.     

大孔隙对径流过程影响的研究进展

大孔隙流是土壤优先流的一种,在植被发育区土壤大孔隙比较常见,对径流形成过程产生重要的影响。介绍了大孔隙流的研究方法,系统总结了近50年植被发育区土壤大孔隙对降雨入渗过程及径流形成过程的影响:从水分入渗的角度,大孔隙可以加快降雨入渗过程;由土壤大孔隙流与山坡产流的关系,大孔隙促进了边坡雨水的运动进而引起了快速产流;世界范围内的研究都表明土壤管流或大孔隙流是径流组分重要贡献者。     

黑河上游红泥沟小流域基于溶解硅的降雨径流路径示踪

为揭示高寒山区冻土对降雨-径流过程的影响,对黑河上游红泥沟小流域典型降雨事件全过程出口断面的径流量进行了观测,采集降雨和河水样品,测定其中溶解硅的质量浓度,进而分析径流量和溶解硅质量浓度的动态变化规律,并以溶解硅为示踪剂将小流域出口径流分割为地面径流(腐殖层中流和坡面流)和地下径流(矿质层中流)。结果表明,洪峰上升期,地面径流对河道径流的贡献率为47%,地下径流贡献率为53%;洪峰降落期,地面径流贡献率为29%,地下径流贡献率为71%。整个观测过程中地面径流对河道径流的贡献率为30.7%,地下径流的贡献率为69.3%,说明洪峰期间河道径流以地下径流为主。分析认为冻土分布地区夏季降雨-径流过程中,由于土壤逐渐解冻,降雨入渗驱替冻土层上水排入河网,流域产流仍以地下径流为主。     

淮北坡水区概念性流域水文模型

本文尽可能从土壤物理的角度考虑,提出了适用于淮北坡永区的包括降雨、地表径流、地下径流、潜水蒸发和地下水位波动过程的概念性流域水文模型,并用汾泉河沈丘站以上流域部分年实测水文资料作了模拟及检验计算.     

用人工降雨揭示降雨产流特征和降雨入渗规律

通过模拟降雨试验,研究了不同雨强、不同土壤剖面含水状态下降雨产流特征和降雨入渗过程,为进一步研究降雨-径流规律和平原区的水分循环规律奠定基础,为水资源的优化配置提供科学依据.     

雅砻江流域分布式水文模型开发研究

面向南水北调西线水源区之一雅砻江流域生态水文调控,开发了一个基于物理机制的日过程流域水循环系统的分布式模拟模型.模型的产流过程计算考虑了雨强大小,采用Green-Ampt模型或Richards方程.汇流过程计算考虑了河道属性(纵横断面及河道控制工程),采用运动波方程或动力波方程模型.计算单元内采用了"马赛克"法即把单元内土地归为5种地域分别计算再汇总.1985～2000年雅砻江流域径流模拟较准确,水量平衡方面误差小于5%,模型与实测径流过程线相关系数达到0.86～94,Nash-Sutcliffe模型效率达0.7以上,表明该模型具有较高精度,能够满足流域生态水文调控中水循环各个过程的模拟与预测,构建了一个良好平台.     

黄河数字流域模型的建立和应用

黄河数字流域模型是“数字黄河”的重要组成部分,在数字流域模型框架下,以坡面为基本单元,建立了包括植被截留、融雪、地表蓄滞、表层土蓄滞、中层土蓄滞和深层土蓄滞共6层的产流模型.模型在垂向上考虑3层出流:地表超渗产流、表层土侧向渗流和中层土侧向渗流,既反映当前的降水过程,又体现前期降水过程和土壤前期含水量的影响,比较适合黄河流域的产流特点.在坡面产流的基础上,还给出了坡面单元侵蚀产沙公式,用于建立流域产沙数学模型.应用建立的模型,给出了3个计算实例:黄河全流域水量计算、小花区间汛期洪水模拟和多沙粗沙区产沙计算.实践表明:建立的模型基本具备了在黄河全流域进行降雨-径流模拟、侵蚀产沙计算的功能,辅以降雨预报模块则可进行洪水预报.     

降水丰枯变化和产流条件改变对汾河径流影响的定量研究

定量分析汾河径流锐减的形成原因是汾河流域水资源可持续利用与管理中迫切需要解决的问题。本项研究首先采用降水-径流双累积曲线对汾河流域产流条件演变过程进行了两个时期的划分;然后采用距平百分比法对汾河流域年降水系列进行了丰枯状态划分,并建立了汾河河津站年径流量与当年降水量、上一年降水量之间的多元动态回归模型;并运用该模型定量分析了降水丰枯变化和产流条件改变对汾河径流的影响程度。结果表明：在1956-1973年间的产流条件下,降水变化使得河津站年均径流量平均减少约22.71%;在1974-2008年间的产流条件下,降水变化使得河津站年均径流量在平、枯两种年份平均减少了约18.95%;在1956-1973年间的年降水为平水或枯水条件下,产流条件改变使得河津站年均径流量减少了约47.11%;在1974-2008年间的降水条件下,产流条件改变使得河津站年均径流量减少了约55.20%。     

高寒流域同位素径流分割研究进展

径流分割是应用水文学中的一个基本问题,同位素径流分割则是采用同位素进行分割的方法,其应用范围已从产流理论研究拓展至地下水地表水相互作用、生态水文过程等多个领域.评述了高寒流域同位素径流分割方法原理及其应用研究进展,突出其对全球变化的指示意义.详细介绍了雪融水稳定同位素变化特征机理,以及加权平均值(VWA)、即时值(CMW)及径流校正(RunCE)等误差处理方法及其优缺点.最后,阐述了高寒流域同位素径流分割的应用前景,指出同位素径流分割可以与GIS软件等结合拓宽其研究的空间尺度、与水化学及人工试验等方法相结合拓展其研究手段,可以结合高寒流域独特地形研究山区产流机制.