黄河典型流域分布式水文过程模拟

基于水循环物理过程的分布式水文模型的研究和应用已经成为当前水文学研究的热点之一。本文应用大尺度分布式水文模型SVAT&HYCY ,选择黄河的主要支流洛河卢氏以上流域进行实例研究。根据 1990～ 1996年的资料进行的模拟结果表明 ,模型可以反映流域蒸散发的空间分布特征以及径流的形成过程。但是在模拟的径流值与实测值之间还有一些差异。这种差别一方面是因为实际径流包含了人类活动的影响 ,另一方面 ,空间插值方法是否准确反映模型的输入量 (特别是降水 )的空间分布特征也将影响模拟精度。     

内陆河流域分布式水文模型——以黑河干流山区建模为例

应用常规的气象水文数据并结合GIS, 建立了一个适合西北内陆河山区流域分布式水文模型, 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, 将各子流域分为裸地区、乔木区、牧草区和冰川区, 并根据实测剖面资料将土壤分为3层, 各分区单独进行水量平衡计算。产流过程基于蓄满产流理论, 以月和日为步长, 月模型在黑河干流山区流域应用效果较好, 日模型受降水的随机性和观测站点少的限制效果不佳。模型参数敏感性分析发现, 降水资料的代表性是模型模拟成败的关键。月模拟结果表明, 植被覆盖可以调节径流过程, 增加流域土壤储水量, 尤其是乔木森林, 即植被具有涵养水源的功能。在全球变暖背景下, 黑河未来出山径流会有一定程度的增加, 冰雪融水和实际蒸散发也会增加, 永久积雪与冰川面积缩小, 雪线上升, 但近期内不会造成冰雪储量大量减少。     

华北石质山区坡地产流模型

坡地是流域的基本产流单元。对坡地产流模型的研究,可为研究流域的水文过程奠定基础。本文在认识坡地产流规律的基础上,经过对人工模拟降雨试验中取得的产流各个环节(降雨、出流及土壤含水量变化)的数据的分析,建立了一个具有物理机制的简单的坡面产流模型。其中,使用Horton模型模拟入渗和地表产流过程,用水箱模型模拟壤中流过程。模型能够同时对降雨过程中的地表、地下出流和土壤含水量变化过程进行模拟。计算得到的产流总量的误差较小,但在变化过程线上存在一些差异。这些差异主要是由模型对实际情况的简化和假定、数学模拟的局限性、变雨强降雨过程的复杂性等因素引起的。这种分层组合的坡面产流模型对华北石质山区的上层超渗、下层蓄满的产流特征是可行的。本文所做的工作是对华北石质山区分布式水文模型的产流模块的初步尝试。     

基于栅格数据的流域降雨径流模型

本文在研究降雨时空分布不均匀与下垫面自然地理参数空间分布不均匀，对降雨径流过程影响的基础上，提出了一种在地理信息系统支持下的动态分布式降雨径流流域模型，实现了基于栅格的坡面产汇流与河道汇流的数值模拟，能够获得流域上任意模拟时刻任意栅格的径流量。模型视栅格为水文一致性单元，水文参数在栅格内一致，在相邻栅格间变化，采用Ｈｏｌｔａｎ模型计算下渗率，水量平衡方程和线性水库的马斯京根法进行栅格产汇流演算，模     

分布式流域水文模型水量过程模拟——以黄河河源区为例

文章分析了分布式水文模型、遥感和地理信息系统技术在流域径流模拟过程中的结合点,采用数字网格技术,以流域水量变化对地表土地覆被和气候变化响应过程为目的,讨论利用分布式水文模型研究下垫面和气候变化下流域水量响应过程的一般方法,并以黄河河源区为实例进行验证。     

基于遥感驱动分布式时变增益水文模型

提出了一个完全采用遥感数据驱动的分布式时变增益水文模型,该模型通过融雪、产汇流等水文过程计算,给出流量的雪盖、蒸散发、径流等水文要素。在拉萨河流域,该模型采用遥感USGS-SRTM的3秒DEM、遥感TRMM(The Tropical RainfallMeasuring Mission)降水、Modis-LST(Land Surface Temperature)数据,建立分布式水文模型,模拟了2001-2008年日水文过程。模拟结果效率系数接近0.7,相关系数接近0.8,水量平衡误差5%以内。说明完全依靠遥感驱动水文模型进行水文水资源模拟可行。该模型为解决高寒山区无资料或缺资料地区水文水资源问题提供了一个新方法。     

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。     

基于能量守恒和3S技术的分布式冰川融水径流过程模拟

面向对象的分布式冰川融水径流模型的建立,不仅可以提高模拟计算的精度,而且可清楚地反映冰川融水径流各影响因子的特征,对研究中国西部地区流域水文循环具有重要意义.本研究借助3S技术,根据能量守恒和水量平衡原理,建立了包括栅格冰川融水、融水产流以及汇流子系统且具有严格物理意义的分布式冰川融水径流过程模型.通过DEM数字高程技...     

塔里木河源流山区径流模拟及不确定性研究

自然环境恶劣、站点稀少、观测困难是干旱区水文系统研究面临的基本问题。特殊的自然地理条件给水文过程带来了极大的复杂性和不确定性,也阻碍了干旱区水文过程和机理研究的发展。选取塔里木河源区开都河流域为研究区,采用分布式水文模型MIKE SHE模拟大尺度资料稀缺地区水文过程,将流域内气象、水文站点数据与遥感数据相结合,利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨等资料,模拟流域水文过程;在出山口径流数据的基础上对模型进行率定和验证;分析了模型中的不确定性的来源,探讨模型优化方法。结果表明,MIKE SHE模型能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,但精度仍有待提高;通过分析识别出了隐含于模型结构、输入及参数等3个方面的8种不确定性来源。     

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。     

湖泊集水域地表—地下径流联合模拟

研制了流域尺度的地表- 地下径流联合模拟的分布式水文模型。模型考虑了地表径流、土 壤水、地下水之间的相互作用和水量交换, 更真实地模拟径流系统。特别是, 考虑了湖泊- 流域系 统的特点, 例如, 多条入湖河流、直接入湖的坡面水流和地下入湖径流等, 使模型比现有水文模型 更适合于湖泊集水域径流系统的模拟。模型在云南抚仙湖集水域作了初步应用研究, 模拟结果与 河道径流、土壤含水量和地下水位等观测数据的比较显示, 模型模拟效果理想。此外, 模拟结果与 SCS 模型结果的对比分析, 进一步验证了模型的有效性。该模型可用于研究湖泊与流域的相互作 用、模拟流域水文过程对自然条件改变或人类活动的响应、探究地表径流- 地下水- 湖泊之间的相 互作用。模型也可用作湖泊- 流域系统水量平衡分析和水资源管理的有效计算工具。     

SWAT模型在伊犁河上游缺资料区的应用

 在分布式水文模型中,探索产生分布式降水数据的方法是该领域研究的热点之一,发展基于水文物理过程的模型校准方法是实践PUB的热点与难点。基于SWAT分布式水文模型,以资料稀缺的伊犁河上游为研究区域,针对流域的水资源评价关键问题,首先准确描述区域的降水空间分布特征,并基于流域水文过程采用综合流域特征、多时间尺度、多变量和多站点的适宜性模型校准新方法,取得了满意的模拟结果,表明模型较好地再现了流域的水文过程。另外,完善水文机理研究,提高降水及下垫面相关参数的观测水平是改善模型模拟的有效途径。     

基于栅格的分布式降雨径流模拟系统及应用

研制了一套基于栅格的分布式降雨径流模拟系统,利用流域地形、土壤、土地利用等空间数据和水文气象数据,可以进行流域特征提取、空间数据内插、降雨径流模拟及计算结果的三维动态显示和统计。通过在黄土岭流域的应用,说明该系统具有较好的模拟降雨径流过程的能力,而且使用方便。     

基于遥感和 GIS 的洮河流域面源污染流域尺度模拟及防治对策研究

基于遥感与GIS技术的研究进展,采集洮河流域高程数据、土地利用类型、土壤类型特性、气象数据等,在SWAT模型中模拟与面源污染有关的降水、地表径流、壤中流、下渗和蒸散发等水文过程,计算侵蚀量、总氮和总磷等面源污染负荷,研究洮河流域面源污染特征。结果表明：洮河流域多年平均侵蚀量为0.70×10⁸ t,多年平均总氮面源污染负荷为244.11 t,洮河流域多年平均总磷面源污染负荷为27.91 t,洮河流域1967—2017年多年平均侵蚀量、总氮面源污染、总磷面源污染负荷总体呈不明显的波动减少趋势,同时提出了改变土地利用方式、设置植被过滤带、坡改梯等面源污染防治对策及建议。     

Hydrological effects of alpine permafrost in the headwaters of the Urumqi River, Tianshan Mountains

Against the background of climate change, alpine permafrost active layers have shown a gradual thickening trend and the hydrothermal conditions have undergone significant changes in the Tianshan Mountains and the Qinghai-Tibet Plateau, China. At the ice-free cirque basins in the headwaters of the Urumqi River(hereafter referred to as the Ice-Free Cirque) in eastern Tianshan, China, the hydrological effects of the alpine permafrost active layers appear to have also exhibited significant changes recently. The increasing trend of local precipitation is clear in May and June. The onset of winter and spring snowmelt runoff clearly lags behind increases of air temperature, and the runoff peak appears near the beginning of the melting season, which results in the spring runoff increasing. In summer, runoff decreases strongly and the maximum runoff occurs earlier. In our analysis of meteorological and hydrologic data from 1959 to 2010, the runoff and precipitation changes are significantly correlated. In the initial stage of runoff, the runoff-producing process is mainly under the control of the soil water content and soil temperature in the 0–30 cm active layers. Spring precipitation and snowmelt water are mainly involved in the processes of infiltration and evaporation while some melt water infiltrates into the seasonal thawed layer and stays above the frozen layers. During the strong ablation period in summer, the runoff-generating process is mainly controlled by soil water content in the active layers deeper than 60 cm. In the active layer, precipitation and seasonal snowmelt water infiltrates, migrates, collects, and then forms runoff.     

黄河流域水循环研究的进展和展望

总结了黄河流域水循环研究的进展,指出缺乏立足于水循环整体的机理过程的探讨及缺乏较成熟的流域水文模型是已有研究的不足。为能更好地模拟水文过程对各种作用力的响应,今后研究的方向将是建立既考虑垂向水分和能量传输(如降水,蒸发,感热),又考虑水平向的地表水分运动(汇流)和地下水基流过程的黄河流域的分布式水文模型。模型将结合遥感信息与地面资料,建立与区域大气环流模式(GCM)的接口,辅之以野外生态试验小区、径流试验场和室内试验的资料,以深入探索黄河流域水循环动力学机制     

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。     

Modelling runoff and erosion for a semi-arid catchment using a multi-scale approach based on hydrological connectivity

Runoff and erosion processes are often non-linear and scale dependent, which complicate runoff and erosion modelling at the catchment scale. One of the reasons for scale dependency is the influence of sinks, i.e. areas of infiltration and sedimentation, which lower hydrological connectivity and decrease the area-specific runoff and sediment yield. The objective of our study was to model runoff and erosion for a semi-arid catchment using a multi-scale approach based on hydrological connectivity. We simulated runoff and sediment dynamics at the catchment scale with the LAPSUS model and included plot and hillslope scale features that influenced hydrological connectivity. The semi-arid Carcavo catchment in Southeast Spain was selected as the study area, where vegetation patches and agricultural terraces are the relevant sinks at the plot and hillslope scales, respectively. We elaborated the infiltration module to integrate these runoff sinks, by adapting the parameters runoff threshold and runoff coefficient, which were derived from a rainfall simulation database. The results showed that the spatial distribution of vegetation patches and agricultural terraces largely determined hydrological connectivity at the catchment scale. Runoff and sediment yield for the scenario without agricultural terraces were, respectively, a factor four and nine higher compared to the current situation. Distributed hydrological and erosion models should therefore take account of relevant sinks at finer scales in order to correctly simulate runoff and erosion-sedimentation patterns.     

黄土丘陵小流域土地利用格局对径流与土壤养分流失的影响--土壤侵蚀控制的意义

Serious soil erosion is one of the major issues threatening sustainable land use in semiarid areas, especially in the Loess Plateau of China. Understanding the effects of land use on soil and water loss is important for sustainable land use strategy. Two sub-catchments: catchment A (CA) and catchment B (CB) with distinct land uses were selected to measure soil moisture, runoff and soil nutrient loss in Da Nangou catchment of the Loess Plateau of China. The effects of land use patterns on runoff and nutrient losses were analyzed based on soil moisture pattern by kriging and soil nutrients using multiple regression model. The results indicated that there were significant differences in runoff yield and soil nutrient losses between the two sub-catchments. With similar land uses, the CA produced an average sediment yield of 49 kg ha-1 and 22.27 kg ha-1 during two storm events.Meanwhile, there was almost no runoff in the CB with dissimilar land uses during the same events.Buffer zones should be established to re-absorb runoff and to trap sediments in catchment with similar land use structure such as the CA. Moreover, land use management strategy aiming to increase the infiltration threshold of hydrological response units could decrease the frequency of runoff occurrence on a slope and catchment scale.