基于HEC-RAS模型的无定河万年尺度洪水水文学研究

对无定河流域进行深入调查研究,在其下游SJGT河段发现夹有古洪水滞流沉积物的全新世剖面。古洪水SWD厚度30 cm,含有微薄平行层理,且直接覆盖在东汉文化层之上。古洪水SWD粒度以粉沙为主且分选良好,磁化率低,具有与2012年洪水SWD相似的沉积学特征,是全新世大洪水地质学记录。对东汉文化层OSL测年显示,古洪水发生在1 900~1 700 a B.P.。运用HEC-RAS模型法恢复其流量为15 460 m3/s。同时用相同方法和水文参数模拟了2012年洪水洪峰流量,与水文站实测值误差为1.0%,说明参数选择与洪峰流量恢复合理准确。将古洪水水文数据加入实测洪水与历史洪水序列中,建立万年尺度洪水洪峰流量与频率关系,将百年一遇、千年一遇洪水由外延转变为内插,提高了洪水频率分析的精度。研究结果对无定河流域水利工程、交通工程等设计洪水提供了重要水文资料。     

基于HEC-RAS模型的汉江上游旬阳西段超长尺度古水文演化重建

通过对汉江上游河谷开展广泛细致的野外考察,在汉江上游旬阳西段全新世黄土-土壤剖面发现四层典型的古洪水滞流沉积物。对于系统采集的样品,进行粒度成分、磁化率分析,从沉积学角度证明了它们是典型的古洪水滞流沉积物。这些古洪水滞流沉积层夹在全新世风成黄土-土壤地层序列中,其每一层古洪水滞流沉积物记录了一期古洪水事件。根据OSL测年数据,并结合考古年代学和典型剖面地层对比,确定了这四期古洪水事件分别发生在8 500~8 400 a B.P.、4 200~4 000 a B.P.、3 200~2 800 a B.P.和1 800~1 700 a B.P.。利用古洪水SWD尖灭点高程法,恢复了这四期古洪水洪峰水位,介于233.0~239.2 m之间;进而基于HEC-RAS模型重建了四期古洪水洪峰流量,介于26 500~46 800 m3/s之间。将古洪水研究成果加入后,得到了远超过实测洪水和历史洪水重现期的稀遇洪水的水文信息,延长了汉江上游安康-旬阳段流域洪水的数据序列至万年尺度,使洪峰流量-频率曲线的稀遇洪水部分有了点据控制,百年和千年一遇的洪水洪峰流量的计算由外延变为内插,提高了设计洪水的精度。并且通过古洪水水文计算得到,该河段万年一遇洪水洪峰流量为46 900 m~3/s,千年一遇洪水洪峰流量为37 800 m3/s,百年一遇洪水洪峰流量为28 900 m~3/s。这对于汉江上游水利工程、防洪工程和城镇建设的洪水设计提供了十分重要基础数据。     

汉江上游黄坪村段东汉时期古洪水水文学研究

对汉江上游郧县黄坪村剖面的沉积学特征及所在河段地貌进行了研究。发现剖面中夹有典型古洪水沉积物,其记录了发生于1 900~1 700 a B.P的古洪水事件。根据水文学和沉积学原理,利用尖灭点法和SWD厚度与含沙量关系法恢复的古洪水行洪水位高程分别为15495和15685 m,用比降法恢复的古洪水洪峰流量为65 320和74 442 m3/s。根据2011年汉江洪水洪峰痕迹高程用相同方法反推洪水流量,用Baker提出的河流流域面积与洪水洪峰流量关系进行了验证,证实所恢复的古洪水洪峰流量是合理的     

汉江上游郧县曲远河河口段全新世古洪水水文状态研究

对汉江上游河谷郧县曲远河河口剖面进行了沉积学、粒度、磁化率和烧失量的研究。结果表明：夹在古土壤中的灰白色沉积层是典型的古洪水滞流沉积物，记录了一次特大洪水事件，用地层对比法和OSL方法确定其发生时间为4 950~5 450 a B.P.。用古洪水SWD尖灭点法确定古洪水行洪水位高程为169 m，采用比降法恢复其洪峰流量为60 577 m3/s。根据2011年汉江上游洪水洪痕，用相同的方法对洪峰流量进行了反演，误差为-411％，说明用比降法恢复的古洪水洪峰流量是可靠的     

汉江上游郧县前坊段全新世古洪水水文学研究

对汉江上游郧县段全新世古洪水滞流沉积层进行了沉积学和水文学研究。结果表明,该沉积物是古洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境中堆积形成的,与黄土和古土壤显著不同。通过OSL测年和文化层的考古学断代,表明它所记录的特大古洪水事件发生在东汉时代（200 A.D.）。根据沉积学和水文学原理恢复古洪水水位高程,计算得到古洪水洪峰流量为65 830 m3/s;利用2011年汉江上游洪水洪痕记录的洪峰水位高程反演其洪峰流量,推算结果与实测数据误差仅09%,证明研究获得的古洪水水文数据合理可靠,从而为汉江上游的水利工程建设及流域内的防洪减灾提供了基础数据     

气候变化对西苕溪流域未来洪水影响研究——Ⅰ.VIC模型评估

可变下渗能力模型VIC是基于单元网格的分布式水文模型,易于与气候模式进行耦合,从而揭示气候变化对水循环的复杂影响,为分析气候变化情景下流域洪水的响应特征提供技术支撑。作为研究工作的第一步,构建了基于5 km×5 km网格分辨率的西苕溪流域VIC径流模拟模型。利用流域出口横塘村水文观测站1990~2000年日流量观测数据并结合西苕溪流域的汇流特点,采用Dag Lohmann汇流模型进行参数率定和验证。模拟结果表明：VIC模型对西苕溪流域日、年径流量的模拟值与观测值吻合良好,率定期和验证期的多年平均年径流相对误差Er分别为077%和343%,模拟日或月流量的确定性系数和Nash Suttcliffe系数都大于075,特别是对洪水年汛期流量过程的模拟,确定性系数均大于080,模型对洪水的模拟可信性较高     

气候变化对西苕溪流域未来洪水影响研究——Ⅱ.情景分析

研究表明VIC模型在西苕溪流域具有良好的适用性,特别是对汛期洪水的模拟。应用陆面水文模型VIC与区域气候模式PRECIS耦合,探讨了西苕溪流域未来洪水对气候变化的响应。结果表明：横塘村水文站月平均流量与月最大洪峰流量的关系较为密切,相关系数均在0.85以上,在一定程度上可以表征洪水的变化特征;基于PRECIS生成的气候情景,未来时期西苕溪流域洪水对气候变化的响应比较明显,尤其是汛期流量增加趋势较显著;结合P-Ⅲ型分布频率分析,西苕溪流域2021~2050年发生洪水极值事件的频率及量级都较基准期增大,且A2情景比B2情景相对更容易触发较大洪水,基准期50 a一遇洪水在未来两种情景下分别缩短为27 a一遇和32 a一遇,说明流域洪水对于气候变化的响应程度增大。     

汉江上游晚冰期以来古洪水事件发生的气候背景分析

古洪水事件是地表水文系统对极端性气候突变的响应。通过收集和整理汉江上游古洪水水文学研究成果，发现汉江上游T1阶地前沿的黄土-古土壤沉积剖面中记录了晚冰期以来10期古洪水事件，分别发生在12 600~12 400、11 500~11 400、 9 000~8 500、8 500~8 400、7 500~7 000、5 500~5 000、4 200~4 000、3 200~2 800、1 900~1 700和1 000~900 a BP。与国内外气候变化研究的成果对比分析，表明汉江上游发生的这10期古洪水发生时期，正好对应末次冰期晚冰期以来全球气候突变或转折期，说明汉江上游古洪水事件是对气候突变的响应。此研究结果对深入了解我国半湿润地区河流水文系统与气候变化的相互作用具有重要意义。     

基于栖息地指标法的生态流量研究

以大渡河流域为例,根据指示鱼类对栖息地的环境要求,构建包含水深、水面宽、流速、湿周和过水面积5个参数的栖息地评价体系,选择大渡河上游具有代表性的河段,建立流量与各指标之间的关系式,确定指示鱼类不同阶段的最低流量适宜值,得到满足各栖息地指标要求的最小生态流量。计算得出,足木足河的非避冬期最小生态流量为183～785 m3/s,避冬期为66 m3/s;大金川的非避冬期最小生态流量为266～865 m3/s,避冬期为266 m3/s;梭磨河的全年最小生态流量为283 m3/s;绰斯甲河的非避冬期最小生态流量为319～382 m3/s,避冬期为319 m3/s。区域最小生态流量的确定,可为研究区鱼类的保护提供参考,进而为维系地区生态平衡,协调生态环境与社会发展提供保障     

统计降尺度在AREM模式洪水预报试验中应用初探

利用2006~2008年AREM模式预报降雨和漳河水库逐小时雨量站观测降雨及入库流量资料,对水库流域进行网格划分,建立了基于网格的空间分辨率分别为(0.25°×0.25°)和(0.5°×0.5°)的降雨预报统计降尺度模型,同时对降尺度模型了进行了模拟效果的检验,证明该降尺度模型的计算结果可以用于漳河水库洪水预报试验。从2009~2010年中选取了4次洪水过程,进行个例试验,试验结果表明,统计降尺度模型对洪水过程效率系数的改进效果不明显,但对减小预报洪峰流量相对误差有一定的效果,平均相对误差降低了10%左右,峰现时差也略有减小。     

一个新的分布式水文模型在鄱阳湖赣江流域的验证

考虑同类模型在模拟大尺度流域时存在的一些弱点,开发了基于单元网格,并且结构较为简单、参数数量较少的分布式水文模型WATLAC。为了验证该模型在大尺度流域长时间序列的模拟效果,选取鄱阳湖流域的最大子流域--赣江流域（817万km2）为验证区域。流域的空间非均匀性由单元网格离散并模拟。根据下垫面数据精度,选取4 km×4 km的离散网格尺寸,并应用ArcGIS等软件建立流域网格信息,生成模型输入数据。采用1960~1989年外洲站和峡江站的实测资料对模型进行了验证。率定期（1960~1969年）两水文站日、月和年径流确定性系数在081~093,Ens系数在079~099,年径流统计量相对误差均低于8%;校核期（1970~1989年）两水文站日、月和年径流确定性系数在076~092,Ens系数在075~091,年径流统计量相对误差均低于2%。结果显示,模拟的径流量与实测值吻合良好,模型在赣江流域得到了很好的验证。模型对赣江流域具有较强的适用性,在流域水资源管理中具有较好的应用前景。     

汉江上游郧县段全新世特大洪水事件光释光测年研究

通过对汉江上游的野外考察,在湖北郧县段河谷发现了含有典型的古洪水滞流沉积物的全新世风成黄土土壤剖面。对该剖面采集样品,进行了沉积学分析,并且应用光释光技术中的单片再生剂量法（SAR）测定获得其OSL年龄,结合地层对比和文化层考古学断代,确定由古洪水滞流沉积层记录的特大洪水事件发生在距今1 800～1 700 a之间,对应于我国历史上的东汉至魏晋时期（A.D. 200～300）。通过与汉江上游地区、国内和世界各地的多种指标气候变化记录的对比分析,揭示出特大洪水事件发生在东汉至南北朝时期的气候恶化期。由于气候状态不稳定,降水变率大,致使严重地干旱和特大洪水皆有发生。该成果对我们深刻理解区域水文系统对于全球变化的响应规律具有重要意义     

三峡水库防洪调度运行对洞庭湖区防洪减灾的贡献

位于长江中游的洞庭湖区为中国洪涝灾害频发地区之一。2010年的洪水是长江1998年大水后,也是三峡水库蓄水运用以来所遇到的首次较大洪水,在5次洪水过程中,三峡水库实施了5次防洪调度,较大程度地减轻了长江中下游地区的洪水压力。长江中游荆江既是连接三峡水库和长江中下游河道的纽带,又是沟通洞庭湖的水流通道。基于三峡水库出库流量与荆江三口、洞庭湖城陵矶的水文对应关系,以实测水情、灾情资料为依据,运用对比分析方法,揭示2010年汛期三峡水库防洪调度对减轻洞庭湖区的洪水压力及减少洪涝灾害损失的贡献率。结果表明：6~8月份三口入湖洪量减少约24261×108 m3,湖口城陵矶洪水位降低082 m;湖区减少洪涝灾害直接经济损失约19983×108元,间接经济损失约0638×108元     

淮河上游全新世古洪水沉积学特征及古洪水事件气候背景

通过详细的野外调查,在淮河上游的毛集河口发现了夹有一套淮河古洪水滞流沉积物层的黄土-古土壤剖面。对剖面进行详细观察、分层和取样,并对样品做粒度和化学元素分析,通过OSL测年进行控制点断代,进一步对该流域洪水事件与全球厄尔尼诺现象进行对比。结果认为：自8500a以来,在淮干上游至少发生了6次特大洪水,与厄尔尼诺现象有明显的响应关系。通过对沉积物不同粒级的组分含量对比,认为SWD在粗粒级范围为优势组分,而黄土古土壤在细粒级范围为优势组分,据此可以有效地对古洪水沉积物层加以识别。地球化学分析表明,剖面不同沉积单元上化学元素呈现出鲜明差异,表现为在SWD中SiO2和Th明显贫化,Fe2O3、CaO、MgO、P、V、Sr、Nb富集,Al2O3、Na2O、K2O、Cr、Zn、Rb在剖面各地层单元中没有表现出明显的区别,通过地球化学元素的富集或贫化特征亦可以很好地识别古洪水滞流沉积物层。通过对古洪水沉积物的识别得到了全新世以来淮河上游特大洪水信息,也一定程度上能够从沉积学角度佐证在该流域特大洪水的发生与全球厄尔尼诺现象密切相关。     

一个新的分布式水文模型在鄱阳湖赣江流域的验证

考虑同类模型在模拟大尺度流域时存在的一些弱点，开发了基于单元网格，并且结构较为简单、参数数量较少的分布式水文模型WATLAC。为了验证该模型在大尺度流域长时间序列的模拟效果，选取鄱阳湖流域的最大子流域——赣江流域（817万km2）为验证区域。流域的空间非均匀性由单元网格离散并模拟。根据下垫面数据精度，选取4 km×4 km的离散网格尺寸，并应用ArcGIS等软件建立流域网格信息，生成模型输入数据。采用1960~1989年外洲站和峡江站的实测资料对模型进行了验证。率定期（1960~1969年）两水文站日、月和年径流确定性系数在081~093，Ens系数在079~099，年径流统计量相对误差均低于8%；校核期（1970~1989年）两水文站日、月和年径流确定性系数在076~092，Ens系数在075~091，年径流统计量相对误差均低于2%。结果显示，模拟的径流量与实测值吻合良好，模型在赣江流域得到了很好的验证。模型对赣江流域具有较强的适用性，在流域水资源管理中具有较好的应用前景。     

太湖流域上游外源氮、磷入湖通量模拟初步研究

湖泊-流域构成的复杂系统是湖泊富营养化研究的热点。应用SWAT模型对长江下游太湖流域上游外源氮、磷入湖通量进行模拟,以反映陆源入湖氮、磷营养盐的通量、空间分布和时间变化情况。以水文模拟为基础,引入相关系数（R）和Nash Sutcliffe效益系数（Ens）评价模拟结果。水文模拟率定期月均值R多在85%以上,Ens在024~090,模拟年平均径流量相对误差为32%。验证期各站月均值R均在80%以上,模拟年总量误差为81%。模拟结果显示,流域多年平均径流量为10415×108m3,营养盐输出浓度浙西区TN、TP分别为238 mg/L、018 mg/L;湖西区分别为568 mg/L、043 mg/L;武虞锡澄区分别为614 mg/L、040 mg/L。流域营养盐多年平均入湖通量TN为42 730 t/a,TP为3 075 t/a,2000年开始,流域TN、TP的入湖通量均有下降趋势。流域营养盐具显著空间差异,陈东港-大浦口、小梅口-长兜港、武进港-直湖港是最主要的入湖通道,贡献率分别达到27%、24%和20%,应作为流域外源营养物质管理和控制的重要区域     

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。     

三峡工程运用对鄱阳湖水资源利用影响分析

三峡工程是我国有史以来建设的最大型的工程项目,具有防洪、发电、航运等方面巨大的经济和社会效益。然而,三峡工程的运用不可避免地会对原有江河湖泊水文情势产生一定影响。通过建立长江中下游（宜昌~大通）水沙模拟模型,定量分析了三峡工程运用对鄱阳湖水位的影响。三峡水库蓄水期（9月中下旬~11月）,三峡水库下泄流量比水库运用前减少3 000~6 000 m3/s,湖区各站水位最大降幅为07~19 m,平均降幅04~09 m。以此为基础,通过典型调查分析了三峡水库蓄水对鄱阳湖区农田灌溉用水和城镇供水的影响,提出了消除或降低影响的对策措施。研究结果可为鄱阳湖及长江中下游地区经济社会可持续发展和鄱阳湖综合治理提供科学依据和技术支撑     

城镇化地区水文过程实验观测与模拟——以太湖西苕溪流域安吉实验小区为例

城镇化的发展使不透水面积不断增加,往往导致地区的水文过程发生较为明显的改变。以太湖上游西苕溪流域内的安吉城镇化实验小区为例,在对研究流域50多a长系列水文气象资料和区域城镇化特征作较详细分析的基础上,结合2005~2008年短时间尺度降雨径流观测实验,通过雨量、水位以及下垫面等数据分析,选用Storm Water Management Model这一暴雨洪水管理模型对该地区的典型洪水过程进行了模拟,对其降雨径流规律进行了分析。结果表明：该模型对该区域的模拟效果较好,误差较小,可以用于该城镇化地区的降雨径流过程模拟和洪水规律定量分析;分析该实验小区降雨径流过程可知,城镇化使该地区洪水上涨过程明显加快,6场典型洪水的峰型系数均值为305,洪峰流量增大而滞时缩短,较快的汇流速度使该地区的防洪压力较大。实验观测方法及模拟分析成果将有助于对太湖地区小流域城镇洪水过程特征与规律的认识,对我国东部城镇地区的防洪、规划与管理也具有重要的借鉴意义     

三峡库区香溪河流域非点源营养盐输出变化的试验研究

综合三峡库区香溪河流域土地利用结构和水系特点,在三大支流出口处设置常规水质监测断面,于干流响滩处设置水文控制断面,通过断面水质水量监测,利用数字滤波法解析径流多源和污染多源,研究上游来流点源和非点源营养盐输出负荷变化。结果表明：受农业非点源污染影响,TN是高岚河（0788 mg/L）＞古夫河（0712 mg/L）＞南阳河（0567 mg/L）;南阳河受磷矿企业点源输入的影响,TP是南阳河（0323 mg/L）＞高岚河（0074 mg/L）＞古夫河（0053 mg/L）;断面流量与降雨量的相关系数〖WTBX〗R〖WTBZ〗2=0720 2;TN和TP非点源年负荷输出分别占总量的61%和40%的, 20100607次降雨径流监测分析发现此次降雨汇流期间营养盐TN和TP输出的非点源贡献率分别达752%和709%;营养盐负荷主要受径流量影响,TN和TP输出负荷与流量的相关系数分别是0963 6和0978 9