黑河上游高寒山区降雨-径流形成过程的同位素示踪

为揭示中、低纬度高寒山区降雨-径流的形成过程,指导水资源的合理开发利用,选择黑河上游红泥沟小流域为研究区,基于河道径流量及雨水和河水稳定同位素的观测数据,构建二元混合模型,计算了2013年7月23日及8月21日两次典型降雨-径流事件中事件水（降雨）和事件前水（流域前期储水）对河道径流的贡献及其动态变化.结果显示:两次降雨事件中事件前水的贡献比例分别为68.69%和54.46%;事件前水的贡献比例在涨水阶段减小,在退水阶段增大.结合河水电导率的观测结果,进一步分析了降雨-径流的形成过程:河道径流的形成主要受饱和区蓄满产流、河岸带地下径流和山坡地下径流3种产流机制控制;事件水主要源于蓄满产流,事件前水主要源于河岸带和山坡地下径流;事件初期和末期以河岸带地下水补给为主,涨水阶段后期和退水阶段前期转为以蓄满产流和山坡地下水补给为主,洪峰期间蓄满产流的贡献达到最大.两次事件的对比表明,事件前的湿度条件和降雨强度对降雨-径流的形成过程有着重要影响:前期越湿润,流域储水能力越弱,导水能力越强,事件水的贡献越大,河道径流对降雨的响应越迅速;降雨强度越大,蓄满产流及其中的事件水比例越高,河道径流中事件水的比例也越高.      

基于CA的小流域分布式降雨径流模拟

构建基于元胞自动机(CA)模型的分布式水文模型,模拟小流域内降雨径流过程。从元胞状态、转换规则与时间步长3个方面扩展普通CA模型,包括5个子状态、5个元胞系数及两条转换规则,并实现模型与GIS的集成。以黄土高原岔巴沟流域的降雨径流观测数据对模型进行了验证分析。试验结果表明,确定性系数、峰现时差与洪峰误差3个评价指数都达到一定精度,实现了流域内径流过程的可视化。结合CA模型与GIS技术可以较为有效地模拟流域次降雨径流过程,模型在该试验区是基本适用的。     

基于模糊聚类的丰满上游流域降雨径流变化趋势分析

针对以往研究人类活动对径流的影响时并没有考虑降雨量级、强度和类型等作用问题.本文以丰满上游受人类活动影响较大的Ⅱ区为研究对象.采用模糊聚类的方法对1942～2005年年降雨序列聚类分析.研究不同时间分布类型的降雨下人类活动对流域水文效应的影响.结果表明,人类活动的影响是造成流域径流减少的主要原因;并且降雨量越小,年内分布越分散,流域径流受人类活动影响越剧烈.     

黑河上游八宝河流域径流变化及其对气候变化的响应

在气候变化的背景下,祁连山八宝河流域的气候和径流都发生了变化。从线性趋势看,1968～2012年,八宝河流域年均气温显著升高,平均每10a升温0.35℃,约为全球平均气温增速的3倍;年降水量呈微弱上升趋势,平均每10a上升1.5%;年径流量显著增加,平均每10a增加5.2%。总体上,八宝河径流主要受降水控制,分成了三个阶段。从干湿两季看,湿季显著升高的气温对径流量影响不大,但略微增加的降水却与增加的径流量显著相关;干季降水极少且为固态形式,对径流量无影响,其径流量的显著增加为气温显著升高带来的冻土深度减小、土壤含水层增加所致。     

丰满上游流域人类活动影响下的降雨径流变化趋势分析

以丰满上游受人类活动影响较大的Ⅱ区为研究对象,对1936～2005年的降雨径流变化趋势和人类活动影响进行分析发现,历年平均降雨量变化趋势不明显,但径流量与径流系数却有明显的下降趋势,其变化的原因在80年代以前主要是由新建水利工程引起的,80年代以后则由水利工程和下垫面变化共同影响.根据研究区的具体情况,将研究序列分为六个时段,并就水利工程建设和下垫面变化对径流变化的影响作了定量分析,发现下垫面变化所占比重是逐年增大的,但年降雨量较大时,水利工程有能力拦蓄大量径流,可能导致水利工程所占比重增大,下垫面变化所占比重减小,但下垫面变化所占比重增大的总趋势不变.     

降雨径流的机制分析

根据太谷均衡实验站人工模拟降雨实验资料及收集的资料,初步分析降雨产流的全过程,对包气带土壤水分运动特征、降雨入渗的规律、径流形成的条件及降雨径流诸要素平衡,作了概略性的阐述,对降雨产流机制做了深入的分析.     

无机水化学离子在实验流域降雨径流过程中的响应及其示踪意义

为研究无机水化学离子在降雨径流示踪中的可能性,在实验流域实测降雨、地面径流、壤中流、地下水径流过程和流域内17个测孔的地下水过程中,施测了Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO₄2-,HCO₃-+CO₃2-,NO₃-,F-,NH₄-,PO₄2-,SiO₂和pH,EC,18O的同步过程,还施测了少数土壤水水样。结果是:①在Ca2+与Cl-/SO₄2-和EC与Na+/(Na++Ca2+)的关系中以及除NO₃-,NH₄-,PO₄2-外的所有离子,都可识别出上述各种径流组分;②径流离子过程均与降雨离子过程相仿,随径流组分从地面到地下而渐趋坦化;③除个例外,离子浓度过程均以降雨为最小并从地面径流到地下水径流渐次增大;④降雨和地下水离子过程表现为径流离子过程的两端元;⑤在降雨和各径流组分中,18O过程与大部分离子过程有一定的同步性。从以上结果认为,降雨并不是流域径流离子输出的主要来源,然而却是形成它的主要控制因素。此外,有关试验结果还对应用Cl-进行地下水补给的估算方法提出了问题。     

黑河出山径流的非线性特征分析

应用非线性动力学的理论和方法,对黑河出山径流的非线性特征进行了分析.结果表明,黑河月出山径流的年内分布、年平均流量的一次峰、谷变化符合单重或双重威布尔分布,并具有自相似性质.黑河出山径流多年变化在相空间中的运动轨迹收缩到一个约为4.32维的吸引子上,而描述流量的动力方程需要8个独立变量.黑河出山径流的非线性特征还表现在对内部结构为非线性函数的输入输出模型的良好应用上,如GRNN神经网络模型、非线性回归模型等.     

黄河上游春季径流的特征

本文指出,在唐乃亥以上的黄河上游干流融雪径流是3月下旬至6月上旬期间径流量的主要成份,所占比例在40％以上。据此,对NOAA/TIROS气象卫星云图的积雪遥感信息应用于黄河上游春季融雪径流预报进行了尝试。根据1987年龙羊峡水库实测资料验证,预报精度在80％以上,基本符合业务预报要求。     

基于支持向量机的降雨-径流预测研究

本文探讨了支持向量机方法在降雨-径流预测中的应用.该方法采用结构风险最小化准则,弥补了人工神经网络在预测应用中的不足,较好地解决了小样本,非线性、高维数和局部最小点等实际问题.并且本研究通过与人工神经网络预测方法、传统的回归分析预测方法比较研究,得出支持向量机能取得更高精度的降雨-径流预测值.     

甘肃黑河的径流变化及预测

黑河出山口莺落峡站年径流大致表现为五十年代和八十年代初是丰水期,1968—1974年水量最枯。分析月径流多年变化发现:7、8两月的丰、枯水变化与年变化相似;每个较大的丰(枯)水年之后,一般在当年12月到次年3月也有一个相应的峰(谷)与之对应。最后,还对该河年径流量变化趋势的预测作了探讨。     

径流试验场模拟降雨的地面径流计算方法探讨

采用人工模拟降雨的方法,在山西太谷均衡实验站野外径流试验场上.对平原区地面产流机制进行了试验与研究.本文就平原区地面径流的计算方法进行了探讨,利用径流系数法将人工模拟均匀降雨的试验结果应用于人工模拟非均匀降雨和天然降雨的地面径流计算,取得了较好效果.     

基于Gamma Test的非线性降雨径流回归模型研究

Gamma Test是一个与模型无关的数据分析方法,可以解决建立回归模型时面对的模型精度评价、划分率定和验证的数据及模型输入因子选择这三个问题.本文以英国的River Tone流域为例,应用Gamma Test方法分析数据,指导建立双层BP神经网络降雨-径流模型.结果表明,Gamma Test可以指导优化输入因子,精简模型结构,防止过拟合.     

高寒山区河水与地下水相互作用的温度示踪:以黑河上游葫芦沟流域为例

高寒山区的地表水与地下水相互作用的定量研究对水资源的评价及管理等具有重要意义,而目前在高寒山区开展的地表水与地下水相互作用的定量研究相对较少.以黑河上游葫芦沟流域为研究区域,采用温度示踪方法对高寒山区河水与地下水的相互作用进行了研究,并对温度示踪方法在高寒山区的适用性进行了讨论.监测了研究区两个时段的地温、河水水位、地下水水位以及河床沉积物底部不同深度处的温度,并对温度系列数据进行定量分析,计算了不同位置处河水入渗流速.结果表明:研究区河水水位普遍高于地下水水位;河床底部温度在9月份整体低于7月;流速计算结果表明监测时段内主要为河水入渗补给地下水,入渗速率整体介于2×10-6~5×10-5 m/s.温度示踪法在高寒山区的适用性分析表明:在地下水受多途径补给时,温度示踪法仅指示河水对地下水的补给,而其他水源对地下水的补给还要通过同位素方法和数值模拟等其他手段进行计算.影响高寒山区河水对地下水补给的因素主要有:河水与地下水水位、河床沉积物的水力传导系数与热容.      

冻土影响下的降雨径流关系

我国北方地区,在降雨产流量的计算中,由于受冻土影响,解冻期的降雨径流关系与无冻期的降雨径流关系不尽一致,因此,在解冻期按通常方法计算的产流量远远小于实测值。对于这个问题的处理,有的采用解冻期单独定线法;有的采用加大前期影响雨量的方法;有的按月份确定不同的初损值。这些方法虽对产流量计算的精度有所提高,但对冻土影响下的产流本质及物理机制无所揭露,方法不尽合理,提高精度也有限。本文分析的四个站,地处小兴安岭西北侧,北纬五十度附近,气候极为严寒,土壤封     

植物中硅矿化作用的硅同位素示踪研究

项目首次对田地生长的水稻与竹子和室内栽培水稻中氧化硅的含量、形态、分布及硅同位素组成进行了系统研究。研究发现水稻中的氧化硅含量有由根到茎、叶、稻壳逐渐增高的趋势, 但在米粒中含量急剧降低。竹子中的氧化硅含量也显由杆到枝、叶逐渐增高的趋势。在竹子和水稻的根部, 氧化硅都集中在内皮层;而在其地上部分(竿、枝、叶、壳), 氧化硅主要出现于外皮层。在单株水稻和竹子中都发现不同器官间存在显著的、系统的硅同位素分馏。水稻的? 30Si显示有由根到茎降低, 而后向叶、壳和米逐渐增高的趋势。竹子的? 30Si也显由根到竿降低, 而后向枝、叶增高的趋势。这种硅同位素变化可能是由植株内体液中的溶解硅在竿、枝、叶、壳相继沉淀出氧化硅时, 产生瑞利过程的硅同位素分馏的结果。研究得出竹子和水稻中溶解硅与沉淀硅间的硅同位素分馏系数分别为0.9981和0.9996。研究发现水稻根和竹根从土壤溶液中吸取硅时, 也存在硅同位素动力分馏。竹子与水稻吸收硅与土壤可溶硅之间的硅同位素分馏系数分别为0.9988和0.9989。研究得出：1)水稻与竹子由外界吸收的含硅化合物主要为正硅酸;2)被动吸收是其吸收硅的重要形式;3)蒸发作用是硅在这些植物中迁移和沉淀的主要机制。研究结果为理解植物中硅吸收、搬运和沉淀硅的方式与机制和探讨植物在硅、碳生物地球化学循环方面的作用提供了可靠的证据     

基于相空间重构理论的时延神经网络应用于降雨径流预报

本文运用时延神经网络模型来模拟降雨径流过程,根据Takens相空间重构理论对前期影响雨量进行重构,并将其作为神经网络降雨输入结点.该方法可以有效改变以往神经网络输入结点主观性的问题,为正确确定神经网络输入结点提供了理论依据.通过计算实例表明,该方法的降雨径流预测精度较高.     

基于MIKE 11的北京市典型区域降雨径流特征研究

以北京城市化发展区凉水河大红门闸控制流域为典型区域,在分析区域20世纪80年代到2000年后下垫面变化特征的基础上,结合区域同时期的降水和径流资料,采用MIKE11软件中的UR-BAN模块构建流域降雨径流模型,以流域模拟流量和实测流量拟合效果最佳为原则,利于多场次的实测降水进行降雨径流的模拟分析,研究区域城市化发展对水文特性变化的影响。     

基于LSTM的青藏高原冻土区典型小流域径流模拟及预测

冻土覆盖率高的小流域的径流形成受温度因素控制明显,普通水文模型不适用,而常规冻土水文模型因需要较多的气象观测要素而难以应用.考虑冻土流域产流机制,利用青藏高原腹地风火山小流域2017—2018年逐日降水、气温、径流观测数据,以降水、气温为输入,径流为输出,基于长短期记忆神经网络(LSTM)建立了适用于小流域尺度的冻土水...