岩溶流域水文模型研究进展

岩溶地区含水介质结构的多重性和岩溶地貌形态的高度复杂性,使岩溶系统的水文效应和水资源的评价与预测一直都成为水文研究的重点和难点.在岩溶含水介质特点和岩溶水文形成过程的基础上,本文着重评述了黑箱模型、概念性模型、物理性模型和分布式水文模型在岩溶水文模拟中的应用.其中黑箱模型包括基于核函数的算法、回归模型、人工神经网络和小波分析;概念性模型包括蓄泄模型和流量过程线衰减函数;物理性模型主要包括达西定律、Darcy-Weisbach方程、有限元法和等效连续多孔介质;分布式水文模型主要是SWMM模型,并分别对各类模型的概念、方法、应用效果以及存在的优缺点等进行了分析.最后指出了研究中存在的一些不足,并就岩溶流域水文模拟的进一步研究提出了相应的建议,这对于解决岩溶区的水资源可持续利用问题有重要意义.     

基于落水洞的岩溶半分布式水文模型的构建及其应用

以贵州省普定县后寨河流域为例,设计1个分单元计算产流和引入落水洞计算汇流过程的半分布式水文模型,先采用不同计算方法分单元模拟产流,后引入落水洞,计算落水洞的汇流路径,在单元区间和落水洞注入汇流中采用水箱模型和在地下管道和河道汇流中引入Nash瞬时单位线进行汇流演算,利用1988、1989年的资料对该模型进行参数率定和检验.结果表明:该模型在后寨河流域有良好的适用性,流量总量上趋于平衡,径流趋势一致,对洪峰、洪量控制较好.     

海河流域分布式SWAT模型的构建

本文基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)构建海河流域分布式水文模型。针对海河流域的特点,对 平原区河网和入海口进行合理概化,对土壤类型和土地利用方式进行重分类处理。应用1995~2002 年水文气象系 列资料和下垫面空间分布信息,对模型的参数进行优化和灵敏度分析,最后选取多个站点对模拟结果进行检验与 分析。研究成果为SWAT 模型在国内复杂大流域的应用提供了范例,也为海河流域变化环境下的水资源与水环境 综合管理提供重要的水文学基础支撑。     

流域水文模型计算域离散方法

常用的概念性水文模型 ,能够很好地模拟水文时间变化过程 ,但没有考虑水文变量和水文参数的空间变化与空间不均匀性。随着空间数据的获取手段的增多以及空间离散技术的发展 ,考虑水文参数和水文变量空间变化的分布式水文模型得到了极大的发展。本文详细介绍了分布式流域水文模型中用到的几种不同计算域离散方法 ,并讨论了河道汇流模型中常用到的有结构网格和无结构离散网格。地理信息系统技术对计算域离散有辅助作用 ,其有利于无结构离散网格的自动生成和交互修改 ,并可结合遥感技术 ,使水文模型能获取精确的空间分布的水文参数和水文变量。     

基于DEM的分布式水文模型构建方法

基于 DEM的分布式水文模型是现代水文学同高科技 (如计算机技术、 3S技术等 )相结合的产物 ,是研究变化环境下水文循环与水资源演化规律的理想工具 ,代表了水文模型的最新发展方向。从 DEM的特性出发 ,本文探讨并总结了分布式水文模型的特点、建模思路和模型基本结构框图。在流域离散化方面 ,重点介绍了分布式水文模型常用的三种单元划分方法 ;最后 ,针对分布式水文模型构建问题 ,从“输入模块”、“单元水文模型”、“河网汇流模型”三方面 ,阐述了分布式水文模型微结构构建方法。     

基于河链结构和LUCC的分布式流域水文模型及径流响应

为了定量评估土地利用/覆被变化的水文水资源效应,并考虑流域水文效应的空间差异,提出考虑土地利用/覆被变化的分布式流域水文模型。该模型基于Shreve河链概念对流域河网进行单元划分,基于中国科学院土地资源分类系统的一级类型,将流域划分为6种不同土地利用及覆被变化类型;在每一类土地利用及覆被变化面积上,分别考虑蒸发和下渗的差异,并利用蓄满-超渗耦合产流模型计算该面积上的地表径流量和地面以下径流量;利用地貌汇流模型和线性水库模型将每类面积上的地表径流量和地面以下径流量演算至流域出口断面,从而得到流域的水文过程。模型参数包括流域地貌特征参数、产流参数和汇流参数,前者可以根据地理信息系统技术和遥感技术获得,而后者则需要根据流域的水文资料通过最优化方法求得。利用大理河流域1981—1990年的逐日降雨、蒸发及流量资料对该模型进行了参数率定和检验,率定期1981—1987年的水量平衡系数为0.993,年径流深合格率为100.0%;检验期1988—1990年的水量平衡系数为1.230,径流深合格率为66.667%,计算结果表明该模型在大理河流域具有良好的适应性。并以2000年大理河流域的土地利用/覆被状况为基准,计算得到流域的基准径流深为30.36 mm,并对大理河流域未来土地利用情况进行情景分析,为充分发挥小流域(或单元)水土保持措施带来的各种效益提供参考依据。     

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。     

基于DEM的分布式水文模型在大尺度流域应用研究

本文选取空间大尺度黄河河源区流域为研究对象,利用分布式水文模型进行径流量模拟,采用1976～1985年唐乃亥水文站逐年、月实测径流资料进行参数率定,确定模型的基本参数,得到了较好的模拟效果。模拟结果表明气候变化是引起黄河河源区径流变化的主要原因。在80～90年代的20年间,黄河河源区由气候变化引起径流减少62.11亿m3,占径流变化总量的108.72%,由土地覆被变化引起径流增加5.73亿m3,增加量占径流变化总量的10.03%。     

基于DEM的清水河分布式水文模型

对于以冰雪融水和雨水混合补给为主的西北山区流域,需要结合山区特点建立分布式水文模型。通过取塔里木河流域中的清水河水系为研究区域,采用300 m×300 m DEM数据进行流域河网水系提取,同时用DEM数据对参数进行分布式异化,建立冰雪融水与降雨相结合的分布式水文模型。分析模拟结果表明:夏季模拟径流主峰值与实测径流值较为接近,而冬春季节两者之间的差别较大,反映了西北山区流域冰雪融水和雨水混合补给为主的特点;进而开拓塔里木河区域应用该类模型的可行性。     

基于MODFLOW的流域分布式水文模型研究——以渭河中下游地区为例

在流域水循环框架下,以MODFLOW为基础,结合河水的一维动力波模型和地表、土壤坡面产汇流模型,建立了渭河中下游地区的流域分布式水文模型.该模型突出了研究区地下水循环这一主要水文环节.通过一个水文年的数据检验,证明该模型所获得的参数具有代表性,由各项参数模拟得到的流量过程与实测过程比较符合.在此基础上进行了模拟计算,确定了渭河中下游地区地下水天然补给资源量、浅层地下水开采潜力及现状条件下滨河湿地水源地开采与河水量的关系.该模型的开发不仅对科学调配和合理利用地表水和地下水资源,而且对滨河湿地生态系统功能的恢复和保护具有特别重要的意义.     

喀斯特小流域分布式土壤侵蚀估算模型

为了准确估算喀斯特小流域土壤侵蚀量,根据喀斯特山区小流域复杂地貌特征、径流与侵蚀产沙在垂直方向上的差异性,以栅格DEM为基础,建立了由水文模块和侵蚀模块组成的喀斯特小流域分布式土壤侵蚀模型.其中水文模块选取了改进的喀斯特流域SCS产流模型进行产流量计算,改进的喀斯特流域DHSVM汇流模型进行小裂隙渗流、大裂隙以及管道(地下暗河)流汇流计算.侵蚀模块考虑侵蚀产沙在垂直方向上侵蚀特征的差异性,在典型区域野外调查的基础上,设计室内模拟试验,并对试验数据进行多元线性回归、逐步回归和多元非线性回归分析,建立不同坡度条件下土壤侵蚀模数的多因子模型(非线性回归模型达到极显著或非常显著水平,0.692＜R2＜0.988)进行产沙量计算,并运用泥沙物质平衡原理完成泥沙输移计算.该模型与GIS结合可实现对土壤侵蚀的时空分布过程进行模拟,为加深对该区域土壤侵蚀过程及模型研究提供参考.     

锥峰和塔峰溶丘地貌的表层喀斯特带径流溶蚀形成机制

塔峰、锥峰和常态山是西南喀斯特地区的三种主要丘陵形态.表层喀斯特带径流溶蚀动力学机制可以较好的解释喀斯特坡地发育.表层喀斯特带的顺坡径流量大的喀斯特地区,坡地溶蚀速率高,易于塔峰和锥峰地貌的形成,反之,易于常态山地貌的形成.降水、岩层组构等环境要素控制了表层喀斯特带的顺坡径流量.西南喀斯特地区的这三种溶丘的空间分布和这些环境要素的区域差异有关.滇东高原、贵州高原和广西丘陵平原的岩性和大地构造条件差异不大,气候是这三地溶丘地貌形态差异的主要原因:滇东高原为西南季风气候区,降水量较低,表层喀斯特带顺坡径流量小,溶丘地貌以常态山为主;其余两地为东亚季风气候区,降水量较高,表层喀斯特带顺坡径流量大,溶丘地貌以锥峰和塔峰为主,其中,广西丘陵平原的降水量大于贵州高原,前者溶丘地貌以塔峰为主,后者以锥峰为主.     

粤北岩溶山区土地石漠化治理与农业综合开发模式研究

粤北岩溶山区是广东省石漠化土地分布的主要区域,经过多年的治理,土地石漠化出现了逐步逆转的态势,但石漠化仍是当地生态环境改善和社会经济发展的主要制约因素。在分析石漠化现状的基础上,依据当地不同的自然、社会和经济发展条件,提出了粤北岩溶山区、高原石漠化防治与农业综合开发模式和粤北岩溶丘陵、洼地石漠化防治与农业综合开发模式。把石漠化治理与农业综合开发密切结合起来,通过发展经济带动石漠化的治理。     

岩溶脆弱生态区农业可持续发展模式创新构想——岩溶流水养鱼生态沟驱动模式

以贵州省为例,借鉴传统农业开发模式,充分挖掘岩溶区资源优势,通过改造传统养鱼业,提升产品质量,将生态农业开发、特色冷水鱼养殖、生态环境保护与旅游业“串并”结合,实现融合互动,提出岩溶区农业可持续发展新模式——岩溶流水养鱼生态沟驱动模式.进而阐述其概念和内涵,在此基础上,从资源依托性、经济价值、生态效应、交通和市场角度,分析该模式在岩溶区实施的可行性.研究表明:岩溶流水养鱼生态沟驱动模式是有别于岩溶区传统农业发展模式的创新模式,在岩溶区具有推广的可行性以及生态和经济价值,是充分利用当地资源,使农业增产,农民     

桂西北喀斯特山区人口分布特征及其与自然因素的关系

选择第六次全国人口普查的最小行政单位——乡（镇）为基本单元,利用Lorenz曲线和空间相关分析方法分析桂西北喀斯特山区乡（镇）级尺度下的人口空间分布特征,运用地理探测器方法探测自然因素单独和叠加作用后对区域人口空间分布的影响强度。结果表明： 乡（镇）级研究尺度下的人口空间分布具有不均衡性特征,呈现一般显著正相关和一定的聚集性; 各自然因素空间分布对人口分布的影响呈现显著差异,研究区西北和中南部没有喀斯特分布的乡镇,人口密度随有利于人类居住因素的增加而增加,但平均人口密度仅79人/km ²。东部和南部有喀斯特分布的乡镇,人口密度与自然因素空间分布并非简单的增减关系,其随喀斯特分布面积的变化呈现起伏波动。 地理探测器的因子探测结果显示对人口空间分布的影响强度最大的为海拔高度,交互探测结果显示,任意两个自然因素叠加交互作用后的影响强度呈现非线性增强和双因子增强。可见,桂西北喀斯特山区与其他地区类似,海拔高度是影响人口空间分布的最主要因素之一,但喀斯特山区的河网密度及特有的地质地貌等因素对其人口的空间分布具有较强的催化作用,与其他因素叠加交互作用可进一步加强对人口分布的影响。     

滇东喀斯特山地土壤种子及其分布特征

土壤种子是潜在的植物种群。在水洗土壤样品过粗细筛后,对云南东部3个不同岩溶地点的3种植被类型下的土壤中的种子进行了萌发实验研究,结果表明岩溶山地各植被类型的土壤中贮藏着丰富的种子,每个10cm×10cm×10cm土柱内储藏有40 9～149 3粒种子,高于贵州喀斯特山地和同纬度的广东森林。相对而言,次生林下的土壤中拥有相对较多的种子种类与数量,而退化草地内则较少,灌丛与二者之间的差异无明显规律。草本种子对密度值的贡献最大,灌木次之,乔木和藤本稀少。所有土壤的种子在水平方向上的分布差异巨大。种子密度随土层的深入而减小,次生林的减小趋势小于退化草地。垂直方向上的这种梯度差异可能与土壤的物理性质有关,次生林的土壤由于有机质含量高而使土壤的疏松程度高,有利于种子在土壤中的移动。     

沙漠化地区可持续发展的概念模型

就沙漠化地区可持续发展概念模型进行了分析,并进一步对比了沙漠化地区可持续发展与沙漠化防治实现途径之间的关系。提出,可持续发展与沙漠化防治尽管目标不同,可内容一致、手段相同,就沙漠化地区而言,其可持续发展的过程就是对沙漠化土地的治理过程、是消除沙漠化发生隐患的过程,也是确保区域发展不受沙漠化困扰、可以持续稳定发展的过程。     

典型喀斯特峡谷区碳储量空间分配格局、演变过程及其贡献率

采用样方法和土地利用转移矩阵,以贵州省西南部的晴隆县为研究区域,研究了典型喀斯特峡谷区不同土地利用类型在1988、1999和2009年的碳储量空间格局和演变过程,并由此估算了贵州省喀斯特峡谷区的碳储量及贡献率。结果表明：晴隆县喀斯特区域的碳储量和平均碳密度呈先减少后增加的趋势。由晴隆县不同情况下的碳储量比例关系,估算出贵州省喀斯特峡谷区碳储量的实际值为42.55 Tg。同时,研究结果表明人类活动对碳储量的空间格局和演变有很大的影响。此外,估算的贵州省喀斯特峡谷区生态系统的平均碳密度远高于中国陆地生态系统的平均值,土壤平均碳密度则接近全国陆地生态系统平均值,但其植被平均碳密度却远高于全国陆地生态系统平均值,与全国森林系统的植被平均碳密度持平。这说明喀斯特峡谷区具有极大的固碳潜力,对其进行石漠化防治,是极其必要的。     

西南喀斯特山区三水转化与水资源过程及合理利用

中国西南喀斯特山区由于地质背景和地貌结构的特殊性,致使三水转化与水资源形成过程不同于非喀斯特山区。文章探讨该区三水转化机理、水资源补给方式和形成过程,得出喀斯特流域对于相同或相似降雨过程的响应,不同的流域结构决定了补给方式、三水转化、径流调蓄和输移特征。提出喀斯特山区水资源合理利用模式应按照因地制宜、因土制宜、因水制宜及因需制宜原则,采用以小微型为主的水资源开发利用模式,实施分散拦蓄、分散供水,以化整为零方式解决喀斯特山区的整体性干旱缺水。     

广西果化岩溶区土壤电导率的空间异质性

应用地统计学与GIS技术,将土壤电导率室内布点和实地监测相结合,研究广西果化岩溶区土壤电导率的空间变异特征。结果表明：各深度土壤电导率的空间分布不均,主要呈弧状、条带状和斑状分布,空间分布总体上呈现出一定的集聚趋势;各深度土壤电导率的最小空间变程为750 m,可作为果化示范区土壤电导率样点布设的最佳取样间隔;示范区土壤电导率主要受植被覆盖度、地质背景和石漠化程度的影响。本研究对于指导典型岩溶区的农业生产、保障区域土壤资源的可持续利用具有重要的理论意义和参考价值。