山丘区三水转化及应用变参进行区域水资源计算方法研究(下)

通过试验研究,本文首先提出了计算区域水资源的区域水文地质参数的基本概念,确立了变质岩山丘区蓄满一超渗混合型产流理论,查清了三水转化的途径及方式。首次提出了利用变参计算区域水资源的方法,解决了变参方程的计算问题,克服了传统水资源评价计算中降雨、地表径流、地下径流不同频、不同步、系列不配套、误差大的难题。确定了地下水径流还原计算方法,明确指出了基流为流域综合重复量,提高了区域水资源的评价计算精度,并可用于变质岩山丘区区域水资源开发规划、计划的制定。经大区(胶东半岛)验证效果良好、实用性强,可在全省及全国同类地区推广应用。     

农田降雨径流污染模型探讨——以上海郊区农田氮素污染模型为例

农田降雨径流污染是非点源污染研究中的一个重要问题 ,估算其发生负荷的难度很大。通过对农田降雨径流污染模型结构的理解和适当简化不可直接建模的部分 ,对农田非点源污染物输出的重要环节———降雨径流和污染物迁移进行了模拟。根据实测资料对SCS法的部分参数作了修正 ,使小块农田的降雨径流关系适合上海的区域自然地理条件 ;采用比较完善的径流试验资料建立了相应的径流单位线 ;并利用水流流速与固体颗粒被冲刷强度的关系 ,选择合适的试验资料 ,分析得到了径流过程与氮素流失浓度的相关关系 ,从而建立了以修正的SCS法、径流单位线和径流过程与氮素流失浓度的关系为基础的农田降雨径流污染模型。在具备较长系列降雨量资料的条件下 ,该模型确定了不同降雨量频率代表年份上海郊区农田氮素的年流失量     

农田降雨径流污染模型探讨 ——以上海郊区农田氮素污染模型为例

农田降雨径流污染是非点源污染研究中的一个重要问题,估算其发生负荷的难度很大。通过对农田降 流污染模型结构的理解和适当简化不可直接建械的部分,对农田非点源污染物输出的重要环节－－降雨径流和污染物迁移进行了模拟。根据实测资料对SCS法的部分参数作了修正,使小块农田的降雨径流关系适合上海的区域自然地理条件;采用比较完善的径流试验资料建立了相应的径流单位线;并利用水流流速与固体颗粒被冲刷强度的关系,选择合适的试验资料,分析得到了径流过程与氮素流失浓度的相关关系,从而建立了以修正的SCS法、径流单位线和径流过程与氮素流失浓度的关系为基础的农田降雨径流污染模型。在具备较长系列降雨量资料的条件下,该模型确定了不同降雨量频率代表年份上海郊区农田氮素的年流失量。     

近40年阿克苏河流域径流变化特征及影响因素研究

利用1961—2000年近40a的气温、降水、冻土深度等逐月资料及年蒸发量资料和20世纪50年代初或中期建站起到90年代中期径流逐月实测资料．分析20世纪下半期阿克苏河流域径流变化特征及其与气候变化的关系．同时分析人类活动对径流变化的影响作用。研究表明：阿克苏河流域普遍存在升温的变化趋势，尤其是冬季升温明显；同时导致冻土层温度的升高和冻土退化；流域内降水增加趋势明显。1990年以后径流增加趋势更加明显．从年内变化分析来看。流域内各水文站春、夏季径流有明显的增大趋势；秋、冬季径流减少明显；分析径流的变化特点．主要还受到流域地表状况变化、大面积开荒及上游水库调节等人类经济活动作用的影响。     

用实测资料计算流域非点源污染负荷：以四川清平水库为例

把流域非点源污染负荷分成地面径流污染负荷、地下径流污染负荷和壤中流污染负荷。用水文学方法找出典型年河水中地下径流成分，然后分割出壤中流和地面径流。再根据实测的水质和流量资料计算出流域非点源污染负荷。方法简单可靠，具有典型性和代表性。     

汉江下游河段水质生态模型及数值模拟

基于包含浮游动物作用的一维水质生态数学模型，考虑了长江水位的顶托作用，采用有限体积法，建立了汉江水质生态数值模型，用1992年的实测资料进行参数识别，对汉江1995年至1998年的水动力、氨氮、硝氮、凯氏氮、总磷、溶解氧（DO）生化需氧量（BOD），以及浮游植物的迁移转化规律进行了数值模拟，模拟结果与实测资料吻合较好，说明所建的模型符合汉江下游河段的实际情况。数值模拟结果表明：当汉江下游水体机物含量较高，水温6℃以上和光照充足时，汉江下游河段适宜藻类生长，易发生“水华”现象。特别在枯水季节，在流量较小和流速低的情况下，水体中藻类会过快生长。藻类的生长速度因各断面的流速、水深和水面宽的不同而不同。     

长江中游荆南三口河系径流演变特征及趋势预测

以荆南三口五站1951~2015年实测径流数据,利用Mark-Kendall趋势突变检验法、累计距平、Morlet复小波等方法分析三口河系径流演变特征;选用ARIMA模型和时间序列模型预测荆南三口河系径流演变趋势。结果表明:(1)荆南三口径流年际变化较大,径流年内分配不均匀,5~10月为丰水期,11月~次年4月为枯水期,呈现出明显季节差异;(2)三口径流总体上呈下降趋势,其中以1959~1980年径流下降趋势最为明显,其趋势幅度p的绝对值达到了698.313,2003~2015年径流下降趋势较为缓慢,无明显趋势,但其p的绝对值仍达到了166.524;(3)运用Mark-Kendall突变检验及累计距平法共同检验,三口径流突变年份为1970年、1985年;(4)1951~2015年间三口径流变化过程主要存在48~58 a、20~28 a、10~18 a 3个尺度的周期变化,以55 a、24 a、14 a为周期中心,其小波方差显示三口径流序列第一、第二、第三主周期分别为55 a、24 a、14 a;(5)三口径流在2016~2030年呈现出先减小后增大的趋势,即2016~2018年为波动增减期,2019~2026年前后为枯水期,2026~2030年为丰水期。     

典型喀斯特流域地表产流输出特征

由于喀斯特区域表层岩溶带的结构和构造表现为高度的异质性,以及大量缺失定位观测资料,使得该区域目前还没有较为完善的产汇流模型。对特定小流域地表产流输出过程的分析,有利于对流域内部各种水文过程的认识。本研究正是基于这一背景,通过对一完整自然年的地表产流输出进行分析发现,流域地表径流输出主要发生在5~10月份;受雨强和壤中流向地表径流转化过程的影响,5月份的地表径流产流输出为突发衰弱型伴有明显的迟滞效应,其他月份主要为渐进增强衰弱型,迟滞效应较5月份明显减弱;如去除5月份的影响,6~10月份流域地表径流输出量与降雨量呈显著正相关关系(p0.05,r=0.99);壤中流向地表径流径流转化具有明显的季节性差异;就全年而言,经由卡口站地表径流输出的量占全年降雨总量的23.1%。     

太湖西苕溪流域径流变化归因分析

气候变化与剧烈的人类活动正深刻地影响着全球水循环系统,河川径流作为水循环系统中的重要组成部分,也因此发生了显著的变化。为此,以太湖上游西苕溪流域为典型,应用累积距平、线性趋势分析及流量历时曲线等方法,分析1972~2015年流域内的水文气象变化趋势;基于累积量斜率变化分析方法与气候弹性模型,定量揭示降水与人类活动对流域径流变化的贡献率。研究结果显示:(1)1972~2015年间流域年径流量呈减小趋势,并且在1999年发生突变,以此将时间序列划分为基准期与变异期两个阶段。变异期流域年均径流量减少约11.76%,减少幅度较大。(2)流域降水量年际变化趋势并不显著,与基准期相比,变异期年均降水减少约1.43%,减少幅度较小,但流域径流对降水变化敏感。汛期降水量占年降水量比重减少,降水的年内分配逐渐坦化,一定程度上使得产流减少。(3)根据累积量斜率变化率分析方法,降水与人类活动对西苕溪流域径流减少的贡献率分别为26.45%和73.55%,由气候弹性模型计算得出二者的贡献率分别为23.52%与76.48%。两种计算方法结果较为接近,均表明人类活动是导致西苕溪流域径流减少的主要因素。     

南水北调中线工程水源区蒸散发计算方法比较及影响因素分析

以南水北调中线工程水源区为研究区域，采用1961~2007年9个气象站点气象观测数据和黄家港水文站实测径流资料，以FAO彭曼蒙特斯公式和水文模拟法为标准分别对多种潜在蒸散发计算方法和实际蒸散发计算方法进行比较研究，并分析了陆面蒸散发的影响因素。研究表明：南水北调中线工程水源区存在“蒸发悖论”现象，Priestley Taylor公式计算结果偏大，但与FAO 彭曼蒙特斯公式存在良好的相关关系，在气象资料较少时可以考虑建立相关方程进行推求。傅抱璞公式与水文模拟法计算结果较为接近，相关关系最优。潜在蒸散发与平均温度、气温日较差、实际水汽压、降雨量、风速、净太阳辐射、日照时数呈正相关，而实际蒸散发与平均温度、气温日较差、实际水汽压、降雨量、净太阳辐射、日照时数呈正相关，与风速呈负相关。净太阳辐射是影响陆面蒸散发的核心因素     

基于DEM的分布式水文模型在清江流域的应用

基于清江上游水布垭区域的数字高程模型(DEM)数据，提取出了研究区域水系、勾画了研究区域边界，并计算了研究区域地形指数分布。采用基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)来进行降雨 径流模拟。在Nash Sutcliffe效率系数、洪峰相对误差、径流深相对误差等方面对基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型进行了比较分析。结果表明：在径流深模拟方面新安江模型略好于DDRM，在洪峰流量及峰现时间方面DDRM略好于新安江模型，模拟的Nash Sutcliffe效率系数两者相当，总体上基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型模拟效果相当。基于DEM的分布式水文模型与三水源新安江模型相比，其优点是模型结构简单、参数较少、物理过程明确，而且能够模拟流域土壤含水量和径流量的空间分布。     

鄱阳湖一些水文特征和整治战略

本文分析研究了鄱阳湖湖水面积和容积大,随水位变动月际变化也大,过境水径流的年际、月际变化大,但对“五河”和长江水量调节量小、又不适时的水文特征。提出了驯服“五河”,人工控制鄱阳湖,协调长江、“五河”与鄱阳湖的关系,整治鄱阳湖的战略。     

基于流域地形地貌特征的分布式汇流方法

以长江三峡区间沿渡河流域为例,采用HEC-HMS水文模型系统为模拟工具,基于流域下垫面特征和水动力条件提出了一种分布式单位线方法,并应用于降雨径流过程模拟。以自然分水线划分子流域,基于DEM数据和GIS工具提取河网水系特征。采用7种模型评估指标,分别从总量平衡,过程拟合,高水流量和低水流量4个角度评判模型的模拟效果及精度,并给出了模型模拟结果的量化统计指标。模拟结果表明:25场洪水中,洪峰流量相对误差小于20%的有80%,径流深相对误差小于20%的有96%,Nash-Sutcliffe效率系数大于0.8的有84%。由此可知,提出的分布式汇流方法可有效利用流域下垫面特征和GIS工具提取模型参数信息,适应于无资料流域的降雨径流过程模拟应用。     

LUCC及气候变化对李仙江流域径流的影响

为揭示李仙江流域LUCC和气候变化对径流变化的影响，基于SWAT模型，通过设置不同情景，定量分析了不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响，并结合RCP4.5、RCP8.5两种气候情景对流域未来径流的变化进行了预估。结果显示：(1) SWAT模型在李仙江流域径流模拟中具有很好的适用性，可以用SWAT模型进行流域的径流模拟，率定期的模型参数R2、Ens分别达到0.74、0.73，验证期的模型参数R2、Ens分别达到0.63、0.63；(2) 单一土地利用情景显示，将农业用地转化为林地或草地，均会导致流域径流量的减少，而将林地转化为草地则会引起流域径流量的增加，农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地＞草地＞林地。(3) 2006~2015年间李仙江流域的LUCC引起的月均径流增加幅度小于气候变化引起的月均径流减少幅度，李仙江径流的变化由气候变化主导。(4) 在RCP4.5和RCP8.5两种气候情景下，2021~2050年间李仙江流域径流均呈减少趋势，减少的速率分别为3.6和2.15亿m³/10 a，这与1971~2015年间，流域实测径流减速为6.7亿m³/10 a的变化趋势一致，但这两种情景下，径流的减少趋势有所降低，分别为1971~2015年减速的53.7%、32.1%。     

基于AnnAGNPS模型的三峡库区小江流域非点源污染负荷评价

运用AnnAGNPS模型对三峡库区小江流域2002～2004年的径流量、输沙量、氮磷负荷量进行模拟估算，并分别采用宝塔窝水文站（控制范围占流域面积的62%）2002～2004年实测数据对径流和泥沙模拟值进行校准和验证，采用小江流域出口2002～2004年实测年均数据对总氮、总磷模拟负荷进行校准和验证，通过敏感性分析确定了影响流域非点源污染负荷输出的主要因子，结果表明模型模拟结果相对可靠，适合于三峡库区流域非点源污染负荷评价。根据模型预测结果，模型对径流输出的模拟精度高于对泥沙和养分的输出模拟，小江流域多年年均泥沙输出量为26189 万t，总氮输出为8 33523 t，总磷输出为43686 t。研究成果对于AnnAGNPS模型在三峡库区的应用具有很好的示范性     

基于相空间神经网络耦合模型的径流降尺度分析

基于混沌理论和神经网络理论,研究水文科学的尺度问题,将混沌神经网络分析方法应用于径流的降尺度分析。首先通过对年径流量分解到月径流量的分解系数的分析,证明了分解系数具有混沌特性;其次利用相空间BP神经网络模型对分解系数进行预测,并根据预测结果进行月径流量的降尺度计算。实例研究表明,用神经网络拟合分解系数相空间的相点演化非线性关系和用相空间神经网络模型对径流作降尺度分析是可行的。     

贡嘎山森林系统小流域基流分割与降雨入渗补给计算

利用不同的方法对贡嘎山黄崩溜沟水文站实测日径流资料进行了基流分割,并利用数理统计方法对基流指数的均值、均方差、变异系数进行了计算,并对黄崩溜沟基流过程和地表径流、基流的滞后时间进行了分析。黄崩溜沟基流分割指数为0.65~0.74,平均值为0.71;枯水期,黄崩溜沟地表径流量相对降雨量滞后时间为2.7~14.5d,平均滞后8d,基流量相对地表径流滞后0.7~3d,平均滞后1.8d;丰水期,黄崩溜沟地表径流量相对降雨量滞后时间为0.7~3.7d,平均滞后1.8d,基流量相对地表径流滞后0.9~2.6d,平均滞后1.5d;考虑流域整体,计算黄崩溜沟流域降雨入渗补给系数为0.16~0.28。研究表明:利用数字滤波法中F4方法对黄崩溜沟径流进行基流分割,其结果的稳定性与可靠性最佳;丰水期黄崩溜沟地表径流量相对降雨量滞后时间明显比枯水期短,而其基流量相对地表径流滞后时间丰水期、枯水期相差不大;对某一流域径流进行基流分割时应选取多种方法,并需要对其分割结果的稳定性与可靠性进行讨论,按照流域计算降雨入渗补给地下水补给问题应考虑流域整体,尤其是在山区。     

基于栅格产汇流的TOPMODEL

经典的TOPMODEL产汇流演算原是建立在子流域单位基础上的半分布式水文模型。考虑到流域地形、下垫面条件及流域气象条件的空间差异性,将TOPMODEL的产流计算细化到每个栅格,以改进模型的分布式计算,并在考虑地形坡度影响的情况下,根据降水-径流资料优选出的参数率定等流时线、利用率定的等流时线进行流域的汇流计算,以提升TOPMODEL在中、大尺度流域模拟演算的能力。使用改进后的模型在两河口流域（2 818 km2）以精度60 m的数字高程模型栅格网为基础,配合气象数据和水文资料对径流流量进行日模拟,模拟精度达到70%左右,进一步的分析认为该模型仍有较大的改进空间。     

长江口拦门沙河槽季节性冲淤的主控因子探讨

根据长江口南槽3a中的23次地形实测资料,揭示拦门沙航道的季节性冲淤规律及其主要影响因子,并利用所获得的经验关系对入海水沙特征年份及洪水、风暴迭加情况下河床的冲淤幅度进行了预报,结果表明：拦门沙航槽的季节性冲淤变化主要受洪水和风暴控制,在不受风暴干扰的前提下,河槽纵向上各点的水深同大通站径流量之间存在负相关关系,相关性以径流同落后1-2月的地形之间的关系为最好;随着向海距离增大,这种“滞后”时间有延长趋势,正常年份径流引起的洪枯季最大冲淤幅度约为0.6-0.7m量级,特枯水（沙）年和特丰水（沙）年引起的洪枯季最大冲淤幅度估计分别为0.4-0.5m和0.9-1.0m量级,十年一遇的风暴引起约0.4m的淤积。苦特丰水（沙）年洪水和百年一遇的强台风碰头,拦门沙河床的洪枯季冲淤幅度可能达1.5m左右量级。     

近50 a澴河上游汛期降雨径流多尺度时空演变

人类活动和气候变化可能导致水文资料的一致性遭到破坏。为研究澴河上游汛期降雨、径流的一致性,基于澴河花园水文站及流域内6个雨量站1963~2013年汛期实测资料,以全汛期、最大1日、3日、7日为时间尺度,首先通过Pettitt检验和Mann-Kendall检验对降雨、径流序列进行趋势与突变检验;其次采用不均匀系数和重心模型对降雨时空变化进行定量分析,基于日流量历时曲线分析不同相对历时流量的变化规律;最后分析降雨径流关系的时间变化特征。结果表明:澴河上游流域汛期降雨存在不显著下降趋势,各历时降雨空间分布未发生显著变化,降雨重心基本分布在广水站和草店站之间。花园站汛期平均流量呈减小趋势,最大1日、3日、7日平均流量显著减小;高流量下降趋势和低流量上升趋势均较明显,高、低流量相对于中流量的离差均为减小趋势。汛期径流系数呈下降趋势,降雨、径流深多年平均下降率分别为11.6、20.8 mm/10 a;径流系数与降雨量呈分段线性关系,约在汛期降雨为565 mm处出现转折。