分布式降雨径流物理模型的建立和应用

根据流域降雨径流的主要过程,考虑流域气象及下垫面要素的空间异质性,建立了具有物理基础的分布式降雨径流模型。模型将流域离散为栅格计算单元,并按水流特性分栅格单元为坡面单元和河网单元。在坡面单元上主要计算降雨、下渗、坡面流、壤中流等水文过程,而河网单元则主要计算河道汇流过程。模型利用空间权重插值方法将雨量站点的降雨量插值到各个计算单元,采用运动波方程来计算坡面流,将壤中流概化为垂向流和侧向流,分别用Green-Ampt公式和运动波方程来模拟,河道汇流也采用运动波方程。模型结构简单、参数的物理意义明确,大多数参数可利用DEM、土壤类型图、植被类型图直接获取,少数敏感参数通过率定确定。模型在浙江省甬江上游黄土岭流域和皎口流域进行了应用和检验,其结果令人满意。     

开都河流域山区径流模拟及降雨输入的不确定性分析

选取塔里木河源区的开都河流域为研究区,将流域内气象水文站点数据与遥感数据相结合,利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨等资料,模拟流域水文过程,并在出山口实测径流数据的基础上对模型进行率定和验证;对降雨输入所带来的径流模拟不确定性进行分析,探讨降雨输入的空间异质性对水文预报结果的影响机制.结果表明:MIKE-SHE模型能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,但精度上仍有待提高;降雨输入的空间分布程度对径流模拟有重要影响.FY-2C遥感估算降雨资料能够更好地表达降雨时间的空间异质性,相应地对径流模拟精度也有一定程度的提高.     

耦合融雪的分布式流域"降雨-径流"数值模型

针对中国对耦合融雪的"降雨-径流"过程数值计算模型方面的研究较少,本文联合应用能量平衡方程及运动波理论的基础方程式,结合GIS技术构建分布式流域耦合融雪的"降雨-径流"数值计算模型,并应用流域实测资料进行了有效性验证。研究结果表明:在不考虑融雪条件下,实测流量与计算结果之间存在着较大的误差;在考虑融雪条件下,实测流量与计算结果之间的误差在基准允许范围之内(小于3%);在积雪与融雪区,对流域"降雨-径流"过程的数值计算须考虑融雪。该研究为积雪融雪区提供了一种耦合融雪的"降雨-径流"过程数值计算的新方法。     

改进的SCS模型在黑龙江省中小流域径流模拟中的应用

针对黑龙江省中小流域特征,以烟筒山、铁力、岔林河桥、中和4个流域为研究区,引入初损比例m和系统偏差系数k两个参数对SCS模型进行改进,探讨改进的SCS模型在模拟黑龙江中小流域降雨-径流的可行性。结果表明:改进的SCS模型模拟的效率系数均为0.80以上,可以有效的模拟黑龙江省中小流域的降雨-径流。     

降雨条件下坡面径流和入渗耦合的数值模拟

降雨条件下坡面径流和降雨入渗的模拟互为条件,必须采用耦合分析的方法才能较好地解决这一问题。从坡面径流和降雨入渗控制方程着手,建立了用有限元方法求解该问题的耦合方程,并编制了相应的计算程序。为了加快迭代收敛的速度,还对地表饱和的判断提出了一种近似处理的方法。算例表明,所提出的方法可行,能较好地反映实际现象。该方法可为边（滑）坡稳定、水土流失、山地洪水分析等提供计算依据。     

WRF-Hydro模型在典型中小流域的日径流模拟研究

新一代蓄满超渗结合的水文气象模型WRF-Hydro可在陆面模式基础上进行精细的水文模拟.然而利用它进行日径流模拟的研究并不充足.将WRF-Hydro应用于半湿润的陈河流域和湿润的屯溪流域,并结合新安江模型以探索其在中小流域中的径流模拟能力,为流域的径流模拟和水资源管理提供参考.结果表明:WRF-Hydro在屯溪日径流模...     

考虑地表径流与地下渗流耦合的斜坡降雨入渗研究

为简化分析，在模拟斜坡降雨入渗暂态渗流时，通常没有考虑入渗和产流的耦合过程。笔者提出了一种新的考虑地表径流与地下渗流耦合的斜坡降雨入渗分析方法，它较好地模拟了入渗和产流的过程，并通过算例，研究了考虑与不考虑该耦合作用对斜坡孔隙水压力分布的影响。     

考虑径流影响的滑坡降雨入渗二维有限元模拟及应用

降雨是滑坡失稳的常见诱发因素之一,现有数值模拟方法由于不能考虑来自基岩边坡的径流对滑体渗流的补给而低估了真实的降雨入渗水量,导致在评价降雨对滑坡稳定性特别是深层滑动影响时存在一定不足。以Richards方程和有限元法为基础,忽略降雨对渗透性极低的滑床和滑带的影响,将滑坡渗流计算域缩小为滑体,以避免因滑体与滑床（滑带）渗透性差异巨大引起的数值计算困难;依据基岩边坡水平长度和滑体降雨入渗边界饱和情况,修正降雨入渗边界,实现了考虑径流补给的滑坡降雨入渗简化数值模拟。算例表明,该方法所得渗流场更加符合实际情况。以三峡库区某滑坡为例,模拟了2006年10月～2009年12月间滑坡在库水升降和降雨条件下的渗流场和安全系数的演化过程;计算结果表明,考虑径流补给时滑坡后部的渗流场饱和区域明显较大,稳定系数降低较多,与位移监测资料显示的佐证较为吻合;若不考虑径流补给,则降雨对滑坡稳定性影响不大。     

基于元胞自动机模型的堆积体动力学参数研究

堆积体是一种典型的二元介质,由软弱的基质土与坚硬的碎、块石构成。利用元胞自动机模型对随机离散单元进行演化,模拟堆积体的分布结构、“聚团”特征;利用弹性应力波传播原理计算波的等效速度,研究了堆积体内介质分布、软硬程度对动力学参数的影响规律。研究发现,堆积体内的波速由基质与充填物共同决定,基质材料越弱,地震波传播速度越慢,二者呈对数变化;堆积体内碎石含量越高,则波速越快,波速与充填碎石块含量呈对数关系增长,而振幅系数与碎石含量关系不大,主要取决于碎块石的分布结构;由于堆积体介质密度不均,导致堆积体内波传播速度与入射波频率密切相关,高频波速度快、低频波速度慢,横波速度与入射波频率成指数递增关系。研究表明,采用基于元胞自动机模型研究动变形参数,可以更好地反映出堆积体的波动力学性能,是一种获得复杂介质动参数的重要方法,可以弥补室内及现场试验的不足。     

基于3S技术的小流域水土流失过程数值模拟与定量研究

运用3S技术和不同水蚀区修正的土壤流失方程,对金沙江流域龙川江上游的水土流失量和需要治理的面积进行了数值模拟和定量研究.结果表明:①旱年1998年土壤流失总量为840069.19t,流失总面积为2293.7841km2;涝年1999年土壤流失总量为8690182.6t,流失总面积为2293.7841km2;1999年和1998年强度、重度和剧烈以上流失面积分别达85%和66.8%,该项指标1999年明显强于1998年.②从流失面积来看,1999年中度以上流失面积占流失总面积的35.2%,而1998年只占26%.③1988年和1999年防治强度分级中急需治理和需要治理的面积占总面积的比例分别为16.27%和14.63%.④模拟计算结果与实测值接近,说明该方法对西南红壤季风区的水土流失定量监测与分析具有准确、实用和方便的特点.     

基于GIS的孔隙水文地质层三维空间离散方法

针对自然界中孔隙水文地质层空间分布的不连续性与厚度分布的不均匀性,研究基于GIS的孔隙水文地质层三维空间离散实现的技术路线,提出基于GIS的孔隙水文地质层不规则六面体元的三维空间离散方法.该法不仅能最大限度地保证不规则六面体元中水文地质层类型的一元性,而且可充分利用GIS的空间分析与数据的自动提取功能,快速提取各个计算结点上空间位置坐标与各类计算参数,大大缩短水文地质模型空间离散与相关数据文件组织所需的时间,提高地下水三维有限差分数值模拟的时效性,具有较高的实用价值.     

Dynamic analysis of eco-environmental changes based on remote sensing and geographic information system: an example in Longdong region of the Chinese Loess Plateau

The Chinese Loess Plateau is suffering from severe soil erosion. The eco-environmental changes of the plateau are believed to have an important influence on global eco-environmental sustainability; hence, this problem has attracted considerable attention from scientists around the world. This study has two purposes; application of remote sensing (RS) and geographic information system (GIS) techniques in the dynamic analysis of eco-environmental changes in the semiarid zone; and using the Longdong region of the Chinese Loess Plateau as an example, to make dynamic analysis of the eco-environmental changes of the region during the 1986–2004 period and identify controlling factors. Landsat Thematic Mapper (TM) data at a spatial resolution of 30 m were used for analysis. Two training areas were selected in Jingning and Qingcheng counties for analysis using 10-m resolution SPOT and Landsat TM data. The satellite RS images were obtained from the Institute of Remote Sensing Application (IRSA), Chinese Academy of Sciences (CAS). Each images was rectified by Albers Equal Area Conic projection based on 1:50,000 scale topographic maps after spectrum preparation of the images. To make the precision within 1 or 2 pixels, the accurate coordinative control points of the two systems were identified. Then the interpretation key was established based on the land use/cover survey in the study area. The images were classified into six primary environmental types (farmland, forest, grassland, water, construction area, and desert) and 25 sub-types using a visual image interactive interpretation method to obtain vector and attribute data. The resultant accuracy of the land use/cover classification reached 95%. Finally, the transformation areas and ratios of various eco-environmental types in the region were calculated to obtain the transition matrixes of eco-environmental types in the two training areas, Jingning and Qingcheng. This study demonstrates that satellite RS and GIS techniques are effective tools to monitor and analyze the eco-environmental changes in the semiarid region. Visual image interactive interpretation based on GIS technique provides comprehensive information on the direction, rate, and location of eco-environmental changes. The transition matrix model can be used to precisely analyze the variation and rates of the eco-environmental types and their spatial distribution. Great land use changes have taken place Longdong during the 1986–2004 period. These eco-environmental changes were driven by natural and human factors. Natural factors influencing the Longdong region of the Chinese Loess Plateau mainly include temperature, water condition, terrain, soil, and erosion; while human activities include over-cultivation, overgrazing, and fuelwood cutting. As viewed from the extent and severity of the influences, human activities play a very important role in altering the eco-environment of the semiarid region. The study results indicate a need for future research and observation in the semiarid region.     

基于GIS与数值模拟软件耦合的三维边坡建模方法及其稳定性研究

基于地理信息系统(GIS)和数值模拟软件,提出了一套适用性强,运行流畅的三维边坡建模和模拟计算技术方案。此方案能充分利用复杂边坡的勘察历史资料,真正实现了从勘察数据处理-建立三维边坡模型-稳定性分析-结果反馈的边坡模拟全过程。为建立满足精度要求的模型,深入探讨了地表和土层的建模理论和方法,借助GRASS完成边坡的三维建模,并对已建模型进行详尽的误差分析,为量化建模质量提出了相应方法。用Python语言实现GIS和数值模拟软件的耦合,通过多个自主编写的程序和数据接口,完成不同平台间的数据传递和格式转换,避免了传输过程中数据的丢失或失真,还可深度挖掘已建模型的数据。借助杭口岭隧道工程实例,对此方案进行验证。分析结果表明,利用此方案建立的三维边坡模型,建模速度快,精度高,能准确地反映真实边坡的情况,并搜索到边坡潜在的最危险区域。     

GIS支持下的洪水淹没范围模拟

洪水淹没范围的确定是洪灾损失评估的核心环节。采用地理信息系统 (GIS)与水力演进模型,结合三维模拟技术和对象关系模型数据库,对浙江奉化江流域洪水淹没范围进行模拟。该方法能够准确地模拟洪水淹没范围,为快速评估洪灾损失和防洪决策服务提供了科学的依据。