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.     

中大流域水沙耦合模拟物理概念模型

根据黄河中游、北方干旱地区流域的超渗产流水文特征和冬季积雪的累积及融化机制,提出了中大流域水流模拟模型,结合黄土地区小流域坡面产沙、汇沙和沟蚀产沙、汇沙计算公式,构成了中大流域水沙耦合模拟物理概念模型。该模型较好地处理了北方干旱地区中大流域用下渗曲线计算地面径流中存在的观测资料缺乏、数据处理量太大两大难题;考虑了大流域气候、下垫面因素空间的不均匀性和雨洪径流产沙与融雪径流产沙间的差异。经流域实测资料的模拟检验表明,模型结构较合理,模拟结果较好。     

高泉沟流域产流产沙的降水特征因子分析

高泉沟流域属于黄土丘陵沟壑区。运用灰色关联与相关系数分析法,分析影响该流域坡面产流产沙的降水特征因子。结果表明对黄土丘陵沟壑区产生径流贡献最大的因子是降雨量;对土壤侵蚀量贡献最大的因子是降雨量半小时雨强复合因子。因此,降雨量的多少是影响本区产流产沙最关键的因素。     

安徽皖南山区人类活动及生态变化影响的水文效应初探

流域出口断面的水文要素是流域系统对降水的响应结果,流域下垫面的变化自然引发系统响应的变化,本文以安徽皖南山区代表流域为例,分析研究区域产流、汇流以及产沙的变化规律.研究表明,流域地貌的水文效应整体比较稳定,90年代后期的流域产流、产沙存在减少趋势.     

坡面土壤侵蚀公式的建立及其在流域产沙计算中的应用

分析了坡面土壤颗粒的受力情况,认为坡面土壤颗粒的运动与其所受的有效切应力有关,从而推导出坡面土壤侵蚀量计算公式,建立了流域产沙模型。公式的推导具有较强的泥沙运动力学基础,反映了影响流域产沙的主要因素。模型参数少,应用方便,既可计算一次洪水产沙量,又可计算年产沙量。在陕北裴家峁流域上应用,结果令人满意。     

黄土地区小流域产沙概念性模拟研究

把流域产沙概化为坡面产沙和沟道产沙两种机制。根据坡面产沙机制特点和物理概念,提出了坡面产沙等于坡面水流挟沙能力与坡面土壤抗侵蚀能力之差的概念性模拟。把拜格诺的河道水流悬移质泥沙公式简化为简单概念的沟道产沙公式。经在黄土高原第一副区8个小流域的产沙模拟检验,初步证明,提出的模型概念合理,模拟效果好,适合于黄土高原第一副区小流域的产沙计算。     

蒋家沟流域坡面侵蚀特征实验研究

受流域内物质成分、气候条件和复杂侵蚀营力的影响,蒋家沟流域坡面侵蚀现象甚为严重。根据流域内坡面物质成分、气候、降雨等方面分析了发生坡面严重侵蚀的原因;并进行了大量的人工降雨侵蚀实验,分析降雨坡面产流产沙过程和特征。实验结果表明径流随降雨时间和降雨量的增加呈跳跃和波动性增加,泥沙含量随降雨时间增加而逐渐减小。     

由降雨侵蚀引起的山坡面水土流失的研究进展

20世纪末，坡面降雨水土流失的研究日益深入。经验性模型是根据实际资料应用统计相关的方法建立起来的，其结构简单，使用方便。物理过程模拟模型试图对流域内发生的侵蚀产沙过程进行概化和近似，并用数学方程描述流域上侵蚀产沙的主要物理过程，再用比较严格的数值解法计算水沙运动过程，同时人们对侵蚀机理的研究也得到了深入发展。     

流域产沙模型的研究

由坡面泥沙颗粒的动力平衡条件,推导出坡面上细颗粒泥沙的起动切应力,由坡面径流的剩余输沙能力,导得坡面径流的侵蚀量计算公式,与文献[4]的雨滴溅蚀量计算公式一起,构成了概念清楚、过程明确、结构完整的流域产沙模型。产沙量取决于水流挟沙能力与可供沙量的对比关系,若水流挟沙能力小于供沙量,则产沙量等于水流挟沙能力;反之,水流将进一步冲刷表土,形成径流侵蚀,产沙量就等于供沙量与径流侵蚀量之和。据此,可计算出坡面和流域产沙量。模型在岔巴沟流域上应用,结果令人满意。     

不同耕地类型对流域水沙过程的影响研究

常用的水土保持措施是退耕还林,但淮河流域是中国重要的农业产区,大规模实行退耕还林并不现实,所以通过调整耕地类型来减少水土流失可能是解决社会经济发展和生态保护矛盾的好方法。为研究不同耕地类型对流域水文要素及产沙的影响,考虑水田和旱地两种耕地类型对淮河息县水文站上游流域构建SWAT模型,构造A(实际耕地利用方式)、B(所有耕地为水田)和C(所有耕地为旱地)三种耕地类型情景,比较不同耕地类型情景下流域水文要素及产沙的变化情况。研究结果表明:所构建的SWAT模型在息县流域径流及泥沙模拟中具有良好的适用性,R2和NSE(Nash Sutcliffe Efficiency)均达到0.75以上;水田和旱地两种不同耕地类型对流域多年年均蒸散发及多年平均径流量影响较小,但对流域产沙量影响较大,在汛期更为明显,模拟期内每平方公里水田每年最多比旱地少产沙491.8t,平均每年少产沙约208.7t。采取水田耕种比旱地耕种更有利于减少息县流域内的水土流失。     

细颗粒对粗颗粒床沙质输沙率影响的初步研究

考虑高含沙紊流涡团中细颗粒絮凝形成网络结构对粗颗粒运动影响后,建立了粗颗粒悬移质泥沙的输沙率计算方法.该方法中包含的细颗粒影响项反映了流域因素对粗颗粒泥沙输沙的影响,证明细颗粒的影响是引起多沙河流中“多来多排”现象的一个重要因素.与黄河实测资料的对比表明,该计算方法能够反映高含沙紊流输沙时随流域细颗粒增多粗颗粒悬移质输沙率相对增大的现象,并具有较好的计算精度     

渭河上游水利水保措施的减水减沙效应分析

依据渭河上游实测水文资料和水利水保措施统计数据， 分析了流域水文要素和水利水保措施的变化规律。根据双累积曲线、 有序聚类、 Lee-Heghinan、 滑动T检验等方法， 结合流域内水利水保措施的变化， 将研究期分为基准期（1956 - 1981年）和措施期（1982 - 2016年）。采用水量平衡法， 分析还原了河流天然径流量和输沙量， 评价了水利工程取用耗水的减水减沙作用； 分别建立拟合了基准期和措施期年径流量、 年输沙量与年降水量的相关公式， 分析计算了措施期的减水减沙效应。结果表明： 基准期主要为水利工程减水减沙， 分别减水6.8%， 减沙3.9%； 措施期综合减水效应42.9%， 综合减沙效应76.5%， 水保措施减水减沙效应大于水利工程减水减沙效应， 综合减沙效应大于综合减水效应。     

西南喀斯特区土壤侵蚀研究进展

西南喀斯特区土层浅薄、成土速率低等特点决定了其允许土壤流失量小,土壤一旦流失,极难恢复,土壤侵蚀及其造成的石漠化现象已成为制约该区可持续发展最严重的生态环境问题。文章首先明晰西南喀斯特区土壤侵蚀特征,从坡面、小流域和区域三个尺度上系统概括西南喀斯特区土壤侵蚀的相关研究进展。针对当前喀斯特区土壤侵蚀研究野外径流小区、小流域及区域空间尺度数据缺少和相关研究模型限制性强等不足,建议从不同尺度深入研究喀斯特区土壤侵蚀发生发展规律及时空演化格局,并结合高新遥感、地球物理探测技术及模型,同步监测坡面—小流域—区域土壤流失,对土壤侵蚀进行定量评估,结合不同空间尺度土壤侵蚀特征构建系统性水土保持生态恢复治理模式和监测系统评价体系。      

Application of the modified universal soil loss equation (MUSLE) in prediction of sediment yield (Case study: Kengir Watershed, Iran)

Modified Universal Soil Loss Equation (MUSLE) application study is undertaken in order to estimate the sediment yield of the Kengir watershed in Iyvan City, Ilam Province, Iran. The runoff factor of MUSLE is computed using the measured values of runoff and peak rate of runoff at outlet of the watershed. Topographic factor (LS) and crop management factor(C) are determined using geographic information system (GIS) and field-based survey of land use/land cover. The conservation practice factor (P) is obtained from the literature. Sediment yield at the outlet of the study watershed is simulated for six storm events spread over the year 2000 and validated with the measured values. The high coefficient of determination value (0.99) indicates that MUSLE model sediment yield predictions are satisfactory for practical purposes.     

Testing of coupled SCS curve number model for estimating runoff and sediment yield for eleven watersheds

The soil conservation service (SCS) methodology for computing direct run-off, using soil-cover-moisture complexes involves the selection of a runoff curve number (CN) for such complex events. This method has been further simplified by introducing an assumption on initial abstraction, with only one unknown parameter CN, which is represented by the potential retention capacity of the watershed (S). In this study, coupled SCN-CN with USLE model was used for the estimation of the runoff and sediment yield for eleven watersheds of different land uses (urban, agricultural, and forest) from Damodar Valley Corporation (DVC), Hazaribagh district, Jharkhand, India. For the validation, runoffsediment yield model is employed to a large set of rainfall-runoff-sediment yield data (68 storm events) observed from eleven watersheds. Model performance was assessed by using Nash and Sutcliffe statistical method. The efficiency of results was varying from 60.42 to 92.99 % for sediment yield and 54.23 to 96.12 % for runoff; this efficiency showed a reliable performance of model for estimating the sediment yield and runoff.     

不同子流域划分对流域径流、泥沙、营养物模拟的影响——丰乐河流域个例研究

以丰乐河流域为研究对象,选用SWAT2000模型定量化研究不同子流域划分层次对模型模拟结果的影响,得到结论:①不同的子流域划分层次在阈值范围内对径流过程的影响较小,而对泥沙、营养物的影响较大;②就本流域而言,子流域划分层次对模拟结果的影响存在上限、下限两个阈值,高于上限,出现模拟失真,低于下限,尽管可通过调参获得满意结果,但难以满足流域规划与管理对空间数据的要求,阈值的确定与具体的流域特征有关;③就本流域而言,当子流域划分数量比较少时,出口泥沙响应的敏感性高于总磷、总氮;当子流域划分数量比较多时,出口泥沙响应的敏感性要低于总磷、总氮。     

水沙物理模型CASC2D-SED的DEM尺度效应发生机制

DEM分辨率对分布式水沙过程模拟具有重要影响,然而,产生影响的内部机制尚不明确。改进水沙物理模型CASC2D-SED的结构,将坡度由DEM在模型内部直接提取改为由模块单独计算,并将坡度设计为模型的独立输入参数,通过单独改变坡度参数来研究坡度对水沙模拟DEM尺度效应的影响。基于改进的CASC2D-SED模型,以内蒙古准格尔旗沙圪堵镇附近的一个小流域为研究对象,以无人机航测的1m分辨率DEM数据、野外实测与室内实验获得的土壤特性数据、土地利用数据和降雨数据为基础,采用3种水沙模拟方案进行多象元尺度的水沙过程模拟,进而探索水沙过程模拟的DEM尺度效应及发生机制。研究表明:⑴在4~20m GRID分辨率区间模拟的径流量位于323.18m3和411.43m3之间,波动不大;⑵2~20m GRID分辨率区间内,模拟的侵蚀流量在3.43m3和65.61m3间变化,波动很大;(3)坡度和径流路径是水文过程模拟DEM尺度效应的两个对立影响因子,是水文过程模拟DEM尺度效应不明显的主要原因;⑷DEM尺度效应对侵蚀输沙具有重要影响,地形坡度是侵蚀输沙DEM尺度效应的主要控制因子;⑸地形坡度随DEM分辨率降低而发生的空间上的波动变化是侵蚀输沙量随DEM分辨率降低而波动变化的原因。