流域水文模型研究中的若干问题

论述了流域水文模型出现的必然性,剖析了现有流域水文模型的局限性和用于水文预报需要解决的问题,并提出了若干建议,以期能推进流域水文模型的研究     

水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用

水文网络模型是地理信息系统对流域实际河网水系的一种规范化描述,它采用拓扑关系来确定流域水流的空间聚合与分散。准确地描述水文网络对成功模拟流域水流的空间分布起着至关重要的作用。水文网络数据模型的关键在于如何表达水文网络的构成要素,以及如何建立要素间的拓扑关系。本文重点阐述了水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用。实例研究证明,采用水文网络模型来表达流域河网水系结构有助于准确地模拟流域上水流的空间与时间分布。     

基于物理过程分布式流域水文模型尺度依赖性

通过变化基于物理过程分布式参数流域水文模型的单元格大小(Grid size)和时间步长(Timestep)研究流域水文过程的尺度依赖性,进而寻求最佳模拟尺度和模拟效果,可以为实现相对准确的流域土地利用变化/植被变化以及气候变异的水文响应预测,制定适应性流域管理措施提供科学基础.本文以基于物理过程的分布式水文模型MIKES眦为工具,以位于西北黄土高原甘肃省天水市吕二沟流域的实测次降水一径流为输入对模型进行校正后,采用多尺度检验的方法探讨分析了单元格及步长变化的水文影响.结果表明:单元格变化对峰值及模拟径流总量有影响.单元格从10m增大到200m,模拟峰值及径流总量均增大,分别变化为1.72～8.56m3/s和1.10～3.68×105m3,这主要源于单元格变化引起流域特征变化,10m和200m单元格对应模拟面积分别较原流域面积变化-0.09%和20.57%,河流链接"rivet link"分别较原沟系长变化27.23%和5.48%.此外,模型中运动波近似方程有限差分像元△x与单元格水流交换总量之间的关系一定程度也解释了单元格变化对模拟结果的影响.分析认为本研究60～100m为较适宜采用的模拟单元格.步长变化引起单位步长内降水强度的变化,从而影响峰值模拟,但对径流总量无影响.步长减小,模拟峰值增高,0.5h步长和24h步长对应模拟峰值分别为2.38m3/s和1.72m3/s.由于各时段观测记录分辨率不一,研究中步长的选择确定具有很大任意性,使得任一既定采用的模拟步长并不适用于另一观测时段,模拟效果不一.     

遥感和地理信息系统在分布式流域水文模型研制中的应用

综合了近几年来进行的部分研究以及国内外研究和应用的情况，介绍了遥感和地理信息系统在分布式流域水文模研制中的应用情况和发展趋势，展示了概念性模型参数地理化的可能性。     

岩溶流域水文模型初步研究

岩溶流域水文模型初步研究卢卫中（广西大学）１岩溶流域径流形成特点岩溶地区由于石灰岩出露，在长期的风化作用下，形成大量的裂隙、溶沟、漏斗、天窗、竖井和落水洞。降雨时地面径流通过这些通道大量涌入地下，成为地下径流。一次雨洪径流过程中，地下径流所占的比重较...     

流域水文模型参数的水文分区法

本文用新安江模型参数进行水文分区,并对这种分区方法的精度及其稳定性作了定量分析论证。在此基础上,给出了江西、湖南、福建三省比较完整的水文分区。还以江西省为例,对用不同的分区法所得的水文分区成果精度进行了对比。     

流域水文模型研究进展

本文介绍了流域水文模型的分类,论述了流域水文模型基础理论——产汇流理论的发展及其自身的研究进展,探讨了流域水文模型的研究趋势和发展困境,并对未来做出了展望,以期能推进流域水文模型的研究。     

流域水文模型的比较分析研究

许多流域水文模型的精度甚高,其主要计算结果如蒸散发、产流、水源划分与汇流也都很接近.这里有共同原因:蒸散发模型都应用了蒸散发能力与分土层计算,产流机制对湿润地区都采用蓄满型,分水源都采用线性水库结构,汇流都属于河网汇流性质.这样是符合水文规律的。但各个模型都有明显的参数不独立问题,其最优解很不唯一。造成不独立性的原因主要是分水源结构的并联性质,不是流量过程线不足以作为识别根据。汇流参数在一般范围内变化不影响分水源参数的解。参数不独立问题可以用结构性约束加以解决。应当把模型看成是水文规律的科学假设,在检验中改进,并促进水文科学的发展。     

流域水文模型的发展

本文列出了当今世界上比较流行的15个流域水文模型。对现行概念性集总式流域水文模型的结构和参数的特点进行了评论,指出了这类流域水文模型存在的主要缺陷。对新一代流域水文模型, 即分布式流域水文模型,尤其是其中具有物理基础的分布式流域水文模型,进行了较为深入的分析,指出其之所以优于集总式流域水文模型的主要原因。最后对流域水文模型进一步发展所必须具备的理论和技术条件做了初步讨论。     

非点源污染模型研究

描述了土壤侵蚀的物理过程,分析了影响土壤侵蚀过程的主要因素,提出包括降雨径流模型、土壤侵蚀模型和畜禽污染模型的非点源污染模拟模型(NPSP),并介绍了该模型在爱尔兰Dodder流域的应用.     

Non-point source pollution of Wujiang River watershed in Guizhou Province, SW China

The amount of pollution from non-point sources flowing in the streams of the Wujiang River watershed in Guizhou Province, SW China, is estimated by a GIS-based method using rainfall, surface runoff and land use data. A grid of cells, 100 m in size, is laid over the landscape. For each cell, mean annual surface runoff is estimated from rainfall and percent land use, and expected pollutant concentration is estimated from land use. The product of surface runoff and concentration gives expected pollutant loading from that cell. These loadings are accumulated going downstream to give expected annual pollutant loadings in streams and rivers. By dividing these accumulated loadings by the similarly accumulated mean annual surface runoff, the expected pollutant concentration from non-point sources is determined for each location in a stream or river. Observed pollutant concentrations in the watershed are averaged at each sample point and compared to the expected concentrations at the same locations determined from the grid cell model. In general, annual non-point source nutrient loadings in the Wujiang River watershed are seen to be predominantly from the agricultural and meadow areas.     

面向对象的GIS水文水资源数据模型设计与实现

分析和总结了地理信息系统(GIS)在水文水资源应用中存在的问题与挑战。在ArcHydro数据模型框架的基础上,对面向对象的GIS水文水资源数据模型的结构与实现进行了深入研究与探讨。面向对象的GIS水文水资源数据模型能够很好地表达水文对象的空间位置、特征属性、时间属性以及对象间的拓扑关系,能完整地描述水文现象在地理空间的运动过程,并在江西省中部清丰山流域地理信息系统建设中应用。应用结果表明,面向对象的GIS水文水资源数据模型为设计水文空间数据库提供了一个通用的结构框架,有助于推动GIS在水文学研究与水资源管理的深入应用。     

Characteristics of Non—Point Source Pollution in the Watershed of Miyun Reservoir,Beijing,China

Nitrogen and phosphorus are the major nutrients to cause eutrophication to degrade water quality of the Miyun Reservoir,a very important drinking water source of Bijing,China,and they are mainly from non-point sources.The watershed in Miyun County was selected as the study region with a totoal area of 1400km^2.Four typical monitoring catchments and two experimental units were used to monitor the precipitation,runoff,sediment yield and pollutant loading related to various land uses in the meantime.The results show that the total nutrient loss amounts of TN and TP are 898.07t/a,and 40.70t/a,respectively,in which nutrients N and P carried by runoff are 91.3% and 77.3%,respectively.There is relatively heavier soil eroson in the northern mountain area whereas the main nutrient loss occurs near the northeast edge of the reservoir.Different land uses would influence the loss amounts of non-point source pollutants.The amount of nutrient loss from the agricultural land per unit is highest,that from forestry comes next that from grassland is lowest.However,due to the variability of land use areas,agricultural land contributes a lot to TP and forestry lands to TN.     

Research on surface water environment planning of urban forest conservation in Jiufeng of Wuhan

Conservation of Urban Forest Site in Jiufeng is constructed as an ecotourism function urban forest conservation combining mountain and vegetation resource around. According to fieldwork, the conservation is located in the outskirts of the city where non-point pollution is dominant. In order to master the source intensity and its distribution, data from Quickbird remote sensing in 2004 and field collection are adopted to establish the environment database including data layers of districts, land use, map, soil map, DEM, water and road systems, soil property and economy. Traditional quantitative analysis of non-point pollution intensity has encountered with the following difficulties： （1） Large area of vegetation landscape reconstruction will create tremendous ecological benefits, but calculation of pollution decrease brought by reconstruction is difficult to achieve. （2） In conservation reconstruction will be implemented in the residential are step by step, i.e., of moving, repairing and centralization, which is a complex project with wide time span, leading to inaccurate prediction. （3） Construction of the conservation will speed up the development of local tourism, thus if a single society index is chosen to predict the pollution intensity, the development trend of the region could not be figured out completely. Consequently acreage of different planning land use is counted and models of urban and rural areas respectively help to compute unit pollution load. In the urban area, the pollution load of the same land use is regarded as the function of population density, clean frequency and precipitation, while in the rural area, SCS model, universal soil loss equation （USLE） and pollution transfer model are applied to compute unit pollution load of TN and TP. The results of total pollution load are TN 179.706 kg/a and TP 33.814 kg/a. For impracticability of routine planning measures, the project applies measures of distribution controlling against water erosion and soil loss and concentrated-dispersive controlling to lighten non-point pollution brought by living sewage.     

自贡市旭水河流域土地利用/覆被对非点源污染负荷的影响

水体污染的首要原因之一是面源污染,地表过多的营养物质通过地表径流进入水体从而产生污染。这里应用RS和GIS技术,结合输出系统模型,对贡井区旭水河流域非点源污染负荷进行多时相空间分布模拟。结果表明:贡井区非点源污染负荷TN、TP由于当地土地开发利用的缘故,从2007年到2009年呈逐渐上升趋势;在空间分布上TN、TP分布呈越来越离散趋势。研究表明:不同土地利用类型对非点源污染负荷的贡献率也存在着显著差异。     

非点源污染负荷模型的研究进展

基于国内外非点源负荷污染模型的研究现状,针对农业、城市和混合三种类型非点源模型,总结并梳理了主要模型的适用条件,并对非点源模型的发展趋势进行了展望。     

MODIS在水文水资源中的应用与展望

MODIS是新一代遥感技术,其遥测数据与其他单独的遥感平台(如NOAA和Land Sat)所获得的数据相比,具有免费、较高时间分辨率(0.5d)、空间分辨率(250m)和光谱分辨率(波谱范围0.4～14μm,36个光谱通道)等优势和特点.详细介绍了国内外的研究现状,着重对MODIS在洪水过程和洪灾范围实时动态监测、冰川和积雪、降水、植被、土壤水分、蒸发、水文模型、水质等方面的应用和研究进展进行了评述,指出MODIS在水文水资源中具有广阔的应用前景.     

现代水文水资源学科体系及研究前沿和热点问题

在对国内外水问题进行科学识别的基础上,分析了水循环的"自然-人工"二元演变模式,明晰了水循环及伴生水化学、水生态和水沙过程的相互关系,初步阐述了现代水文水资源学科体系的构成。在对国际水文水资源研究发展趋势及热点和前沿问题进行阐释的基础上,结合中国水文水资源研究现状及水问题解决的实践需求,论述了中国水文水资源研究的学科体系的构成,并分析其重大研究方向。在变化环境和高强度人类活动影响下,水循环在驱动力、结构及参数等方面已呈现出显著"自然-人工"二元特征。现代水文水资源研究正由传统"还原细化"研究向综合交叉方向发展,并由传统基于单个水文环节的研究过渡到基于二元水循环过程的研究上来,原型观测与数学模拟的结合已成为其关键研究手段。中国水文水资源研究需要进一步强化水循环及伴生过程演变机理识别与定量模拟方面的基础研究,完善水资源评价、配置、调度、水权分配、水价定价理论和技术等方面的应用基础研究,服务于节水型社会建设、水环境保护与水生态修复、水资源综合管理、防灾减灾与应急管理、民生水利及现代水利建设与管理等实践需求。     

地下水农业面源污染研究现状与展望

农业面源污染是造成地下水污染最普遍也是最难治理的主要因素.综述了地下水农业面源污染的危害,主要影响因素,污染物测定方法,数值模拟、RS、GIS技术的应用及其防治对策,并对今后的地下水农业面源污染研究进行了展望.