基于地貌学和水文学的流域汇流模型

流域汇流是一个三维水文学问题，主要依赖于流域的河网地貌和河槽动力特征。本文在地貌学和水文学研究基顾上建立了概念性的流域模型，模型参数可由地貌参数和河槽动力特征值推求，该模型是非线性模型，概念清楚，求解地较简便，且可用于缺乏水文资料地区的流域汇流计算。     

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.     

汇流计算中若干问题的述评

本文概述了坡面汇流与河道汇流计算中的简化模型,重点讨论了流域汇流计算问题,笔者认为,坡面汇流与河道汇流计算方法相对成熟,以系统分析理论为基础的汇流计算数学模型的研究重点似可转向参数的合理定量与地区综合,以及区间汇流与局部汇流计算方面:汇流非线性现象很复杂,要充分注意非线性向线性转化的条件;地貌单位线正在得到迅速的发展,可能成为解决短缺水文资料地区水文计算与进行小河站网规划的又一途泾;今后汇流计算研究应更多地重视干旱与半干旱地区.     

基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅰ模型的原理与结构

面向流域水资源管理,提出了一个基于GIS/RS的流域分布式水文模型,模型主要包括单元水文模型与河网汇流模型两大部分。单元水文模型涉及到冠层截留、融雪、蒸散发、坡面流、非饱和土壤水运动和地下水出流等水文物理过程。产流计算考虑到地形坡度的影响采用基于地形指数的计算方法。汇流演算基于河网结构采用分段马斯京根方法。模型的大部分参数与输入信息可以利用GIS和RS技术获取,能够对气候变化和人类活动对下垫面的改变,做出快速的模拟与响应。     

寒区流域水文模拟研究

冰雪和冻土的水文物理特性, 及其对径流形成过程的作用, 是寒区流域产汇流的主要矛盾或矛盾的主要方面.针对北方寒冷地区, 寒季水循环的大气水、土壤水及地面地下径流的动力和热力过程, 在水文物理及冰雪水文的有关理论基础上, 参照国内外非寒区流域模型(新安江模型、水箱模型、萨克拉门托模型)的结构, 研究建成了具有物理基础的概念性寒区流域水文模型.利用我国东北地区现有的寒区观测资料, 对寒区产汇流的各主要环节, 分别进行了模拟研究.     

浙江省无资料流域洪水预报方法研究

无资料或资料不足是任意流域开展洪水预报面,临的难题和挑战。在浙江全省适用水文预报模型筛选基础上,利用自动寻优技术对浙江省39个代表流域978场暴雨洪水进行逐流域、逐场洪水产、汇流参数率定,并根据参数变幅、敏感性,分别采用均值、等值线空间内插、结合流域特征运用投影寻踪回归分析等方法进行产、汇流参数的地区综合,提出了全省无资料流域洪水预报方法,并经预报模型检验,精度可以满足防洪预警要求。     

基于DEM的等流时单元法在大流域分布式水文模型中的应用

等流时单元法是一种具有物理基础同时又非常简便的分布式流域汇流模型。若能应用于大流域,会显著提高大流域分布式水文模型的计算能力,可以扩展其在大流域分布式水文模型中的应用,降低其限制性。采用基于DEM的等流时单元法进行坡面汇流计算,即坡面汇流经河流两侧并入河道,河道汇流使用扩散波方程（USGS的河道汇流程序包SFR1）,将其推广到大流域分布式水文模型的应用之中。该方法与二维坡面汇流的扩散波数值方程相比较,能够节省计算时间。在伊通河中下游较大流域上试用结果表明,农安站计算与实测流量的最大相对拟合误差为13%,模型月流量Nash-Sutcliffe效率系数为0.9。等流时单元法用于大流域分布式水文模型的坡面汇流是可行的。     

遥感信息在水文动态模拟中的应用

以浙江省曹娥江流域为试验区,采用萨克拉门托流域水文模型,重点探讨了利用LandsatTM影象资料直接或辅助确定水文模型参数的途径和方法。研究表明,应用遥感信息确定萨克拉门托流域模型参数,进行日、月和年径流的动态模拟是完全可行的,并可取得较满意的精度,从而为无资料地区的水文动态模拟和监测提供了新经验。     

淮北平原汾泉河流域水文模型

本文以淮北平原的汾泉河流域力试点,分析研究了平原坡水区的水文特性,提出了一个平原流域水文模型。模型的特点是:产流部分能模拟表层超渗和蓄满两种产流方式;汇流部分用两个非线性系统分别模拟表层水和地下水的汇流,其中地下永的非线性汇流概念性模型是建立在乎原河网特征基础上的,并认为传统的地下水线性响应的假定,在地下水埋藏浅的平原地区不再适合.该模型在汾泉河流域应用成功,可作为水文分析计算的有用工具.     

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。     

黑河流域遥感—地面观测同步试验：科学目标与试验方案

介绍了黑河流域遥感-地面观测同步试验的科学背景、科学问题、研究目标以及观测试验方案和观测系统布置.总体目标是,开展航空-卫星遥感与地面观测同步试验,为发展流域科学积累基础数据;发展能够融合多源遥感观测的流域尺度陆面数据同化系统,为实现卫星遥感对流域的动态监测提供方法和范例.以具备鲜明的高寒与干旱区伴生为主要特征的黑河流域为试验区,以水循环为主要研究对象,利用航空遥感、卫星遥感、地面雷达、水文气象观测、通量观测、生态监测等相关设备,开展航空、卫星和地面配合的大型观测试验,精细观测干旱区内陆河流域高山冰雪和冻土带、山区水源涵养林带、中游人工绿洲及天然荒漠绿洲带的水循环和生态过程的各个分量;并且以航空遥感为桥梁,通过高精度的真实性验证,发展尺度转换方法,改善从卫星遥感资料反演和间接估计水循环各分量及与之密切联系的生态和其他地表过程分量的模型和算法.由寒区水文试验、森林水文试验和干旱区水文试验,以及一个集成研究--模拟平台和数据平台建设组成.拟观测的变量划分为5大类,分别是水文与生态变量、驱动数据、植被参数、土壤参数和空气动力参数.同步试验在流域尺度、重点试验区、加密观测区和观测小区4个尺度上展开.布置了加密的地面同步观测、通量和气象水文观测、降雨、径流及其他水文要素观测网络;使用了5类机载遥感传感器,分别是微波辐射计、激光雷达、高光谱成像仪、热红外成像仪和多光谱CCD相机;获取了丰富的可见光/近红外、热红外、主被动微波、激光雷达等卫星数据.     

利用地形地貌资料确定Nash模型参数的研究

基于近代关于流域汇流机理是地貌和水动力扩散作用的新观点,导出了根据霍顿（Ｈｏｒｔｏｎ）地貌参数计算ｎ和根据地形资料计算Ｋ的公式,并用实例作了检验。本文将有助于深化无资料情况下汇流计算方法的研究。     

中国高寒区水文学中的一些认识和参数

针对中国高寒区水文数据和参数缺乏、机理不清的现状,应用祁连山葫芦沟寒区水文小流域观测数据及相关研究成果,率定并获取了高寒区水文模拟中的几个关键参数:① 降水观测误差校正系数及公式;② 固液态降水分离的临界气温;③ 高寒灌丛降水截留参数;④ 土壤完全冻结温度;⑤ 积雪消融的临界气温。认识到若全球变暖引起植被带上移,则山区流域蒸散/降水比例增大、径流系数必然减小;现有降水数据难以满足高寒区水文模拟的需要,降水截留模拟有待改进,冰川、积雪消融缺乏高精度简单估算方法;长时间水文模拟中必须考虑风吹雪、冻土类型演替及冻结深度变化,以及冰川运动和体积变化;需加强冻结层下水、积雪升华和冰川汇流观测试验研究。     

形成湿地的“淹埋深-历时-频率”阈值研究进展

湿地水文是形成湿地的发生学因素,“淹埋深-历时-频率”(S, D, F)是表征湿地水文的特征指标。为了推进(S, D, F)阈值研究理论和方法的发展,总结了(S, D, F)阈值研究的一致结论:S阈值确定的原则是水饱和至地表;D阈值确定的原则是从水饱和开始到厌氧环境形成的时滞;F阈值应取≥50%。通过对这些一致结论的分析后认为:D阈值确定的原则存在着科学性问题;目前(S, D, F)阈值研究理论针对正常情况下湿地类型,不适合非正常情况下的湿地类型。为了科学地解决(S, D, F)阈值问题,必须构建新的(S, D, F)阈值确定的理论和方法,包括正常情况下和非正常情况(S, D, F)阈值确定的理论和方法以及(S, D, F)阈值科学性检验的理论和方法。     

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。     

Identification of buried sinkholes using refraction tomography at Ft. Campbell Army Airfield,Kentucky

Karst aquifers are highly susceptible to contamination, with numerous points of entry for contaminants through recharge features such as sinkholes, swallow holes and solutionally enlarged fractures. These recharge features may be filled or obscured at the surface, requiring the use of geophysical or remote sensing techniques for their identification. This study uses seismic refraction data collected at the Ft. Campbell Army Airfield (CAAF), Kentucky, USA, to test the hypothesis that refraction tomography is a useful tool for imaging bedrock depressions beneath thick overburden (greater than 20 m of unconsolidated sediment). Southeast of the main taxiway of CAAF seismic velocity tomograms imaged a bedrock low, possibly a closed depression, at a depth of 25 m that had been earlier identified through delay-time analysis of the same refraction data. Tomography suggests the bedrock low is about 250-m wide by 10-m deep at its widest point. High rates of contaminant vapor extraction over the western extension of this feature suggest a high concentration of contaminants above, and within, this filled bedrock low, the base of which may contain solutionally enlarged fractures (i.e. karst conduits) that could funnel these contaminants to the upper or lower bedrock aquifers. This study thus demonstrates the viability of seismic refraction tomography as a tool for identification of filled sinkholes and bedrock depressions in karst areas.     

基于正交试验设计的梧桐庄矿岩体力学参数反演

在岩土体力学问题的数值模拟研究中,力学参数选取正确与否直接影响模拟结果的准确性。本文在分析不同岩体力学参数确定方法基础上,以梧桐庄矿开采沉陷项目为背景,结合现场实测数据和相关理论成果,应用"数值模拟-正交设计"法,建立了一套确定岩体物理力学参数有效实用的方法。试验中以下沉系数为评价指标,选择围岩体4个基本力学参数弹性模量E(GPa)、泊松比μ、内摩擦角φ(°)、粘聚力c(k Pa)为反演因素,模拟计算各参数不同水平组合,通过对结果的极差与方差分析,得出各参数对下沉系数的影响显著性,再进行二次优化实验计算,综合分析确定一套优选参数组合。此方法使得参数合理化,模拟结果可以更真实的反映煤岩体实际采掘的变形移动情况。     

基于管道流量监测数据的城市雨洪模型实用性研究

在总结过去多年管道流量监测经验教训的基础上,创新使用多声道多普勒流量计,成功获取了5min频次的雨水管网流量过程,提升了监测的稳定性和监测结果的可靠性,使得利用多场次资料进行城市内涝模型参数率定以及验证成为可能。选取城市典型区域,分别建立了MIKE、SWMM、InfoWorks一维管网模型,并按照有关规范要求,在对降雨资料和水位、流量资料进行科学分析后,利用经过筛选的有效数据进行模型的参数校核和率定,经过验证符合《内涝防治系统数学模型应用技术规程》要求。通过误差分析,率定后的模型,对典型区域的管网汇流模拟较好,在内涝分析预测预报中精度较高,其流量峰值预测值与实测值的误差在10%以内。     

现代水文与空间数据采集技术

从基本定义、研究对象、研究领域、研究手段、研究方法、研究目的以及数据采集、服务等多个不同层面，对传统水文(学)和现代水文(学)进行了比较，分析了二者的特征和区别，论述了从传统水文向现代水文转变是现代水利的必然要求，而空间数据采集技术是实现这一转变极其重要的途径和手段。