土地利用变化对流域水文过程时空分异的影响 ——以赣江流域为例

土地利用变化引起的水文分量时空变化对认识流域产汇流过程,优化流域土地利用结构和水资源规划具有重要意义。基于SWAT模型,本研究以赣江流域为例,结合1980、2000、2015年3期土地利用数据从水文响应单元的角度,系统分析了单纯土地利用变化对流域产流、蒸发、入渗以及径流等主要水文过程时空分布的影响。结果表明：1980~2015年间,流域内的土地利用变化主要表现为耕地和林地的减少,城乡建设用地的增加;林地的减少和城乡建设用地的增加是产流增加,蒸发和入渗减少的主要原因;总体上,土地利用变化对局部地区水文过程影响较大,但因土地利用类型之间的相互转化和其影响的叠加,流域尺度上的综合水文效应明显降低;土地利用变化导致整个赣江流域平均径流量增加了2.33×108m3,相比较近年来赣江径流的减小幅度其影响十分有限。近年来,赣江入湖径流量的下降主要是由气候变化和其他人类活动作用特别是流域工农业用水的大幅增长所致。流域水文过程模拟应充分考虑土地利用变化水文效应的时空分异,注重天然和社会水循环的耦合,才能更为真实的反映流域水文过程,更好的为流域土地利用结构优化和水资源的高效管理提供科学依据。     

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。     

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。     

长江流域土地利用/覆被变化的大尺度水文效应

土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水文过程具有重要的长期影响作用。针对土地利用覆被变化对大型流域水文过程的影响程度,利用构建的长江流域分布式水文模型分析了土地利用变化情景下的水文效应特征。结果显示:分布式水文模型综合考虑了下垫面土壤、坡度、植被等特征,可以较好的反映降水发生后水分在不同土壤、植被和地形条组合件下,蒸散、地表和地下径流等组分的运移过程。根据不同土地覆被类型的径流成分差异,以及长江流域实际可供调节的土地利用方式,流域现有土地利用格局中农林地依然具有较大的转换空间。根据典型流域中预设的农林地转换情景下的径流效应看,各种情景虽然对流域径流总量变化影响较小,但对蒸散、地表径流和基流可以产生显著影响。其中,林地增加使基流最高提升超过15%,同时可使地表径流下降近5%,两者对蒸散的改变在1%左右,对径流总量变化幅度则只有0.7%左右。不同情景下的水文响应模式反映了未来土地利用调整的水文效应,因此可以基于不同的径流效应,开展有利于综合发挥流域持水能力的空间规划,提升林地所占比重。     

丹江口库区典型小流域地表径流氮素动态变化

探明面源污染特征对制定丹江口水库水质保障体系具有重要意义。以胡家山小流域为研究对象,对村落和林 耕复合两种典型土地利用类型和流域各集水区出口地表径流氮浓度进行了连续监测。结果表明：村落降雨径流中总氮、硝态氮浓度较高,其中总氮均值超过20 mg/L,变化幅度都不大;氨氮浓度较低,但变化剧烈,这种氮浓度演变过程和降雨强度关系密切。硝态氮是村落氮输出的主要形态,占总氮输出的6031%～9655%,与总氮输出变化过程具有显著的相关性。林 耕地的氮浓度相对较低,总氮表现出上升—下降—平稳—上升的变化过程,硝态氮和总氮变化有着显著的相关性。在空间传输过程中,小流域下游氮浓度表现出稀释和富集两种效应,其中村落的氮输出对两种效应影响较大;在时间上,受耕作制度和气象变化,各集水区的氮浓度季节性变化明显,总氮浓度表现出春季>夏季>秋季>冬季,硝氮浓度表现出秋季>夏季>春季>冬季。胡家山小流域径流中氮素的含量均高于水库水体氮素含量,总氮高于地表水Ⅴ类水质标准,需要加强对小流域污染源的控制与处理,尤其是对村落径流的处理。
     

流域土地利用变化的长周期水文效应及管理策略

长周期水文效应作为不同强度暴雨事件的综合反映，对流域规划和管理决策非常重要。以太湖地区蠡河流域为研究区，通过解译1984年、1995年和2000年3个时段TM/ETM获得土地利用分布地图，分析其土地利用变化的模式，并基于研究区30年的降水序列，应用长周期水文分析模型L-THIA（Long-Term Hydrologic Impact Assessment），计算3个时段土地利用特征对暴雨地表径流的影响，分析不同土地利用类型水文效应的敏感性，在此基础上总结了减少流域水文效应的土地利用管理策略。分析结果显示，该区土地利用有明显变化，主要表现为水田、旱田向建筑用地的转化，从1984年到2002年，城镇及居民地扩展占流域总面积的4.199 4 ％，地表径流量增加了6.170 ％，不同土地利用方式的水文效应有较大差别，林地、湖滩湿地的敏感性最大，其次是水田和旱田。     

浙江省水土保持措施对水资源的影响

浙江省作为我国东部经济发达地区,在经济不断向前发展的同时,更应该保证水资源这一重要经济发展基本条件的安全性。洪涝灾害、水资源短缺和水污染问题是我国三大主要水问题。水土保持措施具有水量效应和水质效应,是解决水问题之根本性、战略性措施。水土保持措施改变了流域产流、汇流下垫面的条件,从而改变流域水文过程。同时,水土保持措施还可以吸收、过滤、迁移和转化土壤或水体中的部分有害物质,具有防治流域、区域非点源污染,改善地表、地下水水质的作用。     

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     

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%。     

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。     

川北典型小流域产流对降雨的多时间尺度响应规律

为了解川北深丘区典型小流域河川径流动态变化规律,以嘉陵江李子口小流域为研究对象,基于2005～2016年的降雨、径流等实测数据,采用相关分析、降雨弹性系数、流量历时曲线等方法探讨了径流对降雨的响应规律。结果表明:(1)径流深和降雨量年际差异性均较大,整体呈不明显上升趋势,径流深的上升幅度略小于降雨量;(2)降雨量和径流深年内分布极不均匀,6～9月分别占年值的67.4%和78.5%,夏季易产生洪涝灾害;(3)极丰水流量、平水流量和极枯水流量分别为2.9、0.2、0.01 m~3/s。极丰水事件通常由长历时暴雨导致;极枯水日则多因长期无降雨或仅少量降雨;(4)典型次降雨中,暴雨、大雨、中雨的流量过程线从尖瘦型转变为平坦型,流量峰值滞后时间依次为1.5、3.67、5 h,滞后时间随着次降雨量的减小而变长,流量过程线的增长幅度随着次降雨量减小而变小。综上,径流和降雨在各时间尺度上均呈极显著相关(P0.01),不同时间尺度响应规律表现出较大的差异性。     

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。     

基于SCS法模拟的上海郊区农田地表产流特征及原因

利用上海市近8 a的日降雨数据,采用修正的SCS模型模拟得出上海地区农田地表径流流量,分析出了上海地区农田地表产流的特征。主要结论：（1）旱地在土壤湿度为干燥、几乎饱和、饱和条件下产生地表径流临界降雨量分别为847、358、141 mm;水田的土壤湿度几乎一直为饱和状态,产生地表径流的降雨临界值为026 mm。（2）旱地和水田产流量分布形状都呈极度右偏状,旱地和水田产流最大值分别为13559和18570 mm,但是9811%的天数中旱地产流量小于10 mm,9540%的天数中水田产流量小于20 mm。年产流量在月份中分布比例大体上是以6月和8月为峰的双峰分布,这个峰有从8月向6月前移的趋势。旱地产流量相对于水田的更加集中在5～9月。（3）旱地年产流总天数在50 d左右波动,水田年产流天数在120 d上下波动。旱地连续产流的天数一般不会超过5 d,水田连续产流天数一般不会超过7 d     

贵州红枫湖大冲小流域农业面源污染负荷特征研究

为揭示红枫湖汇水区农业面源污染物氮、磷、有机物输出的一般规律,以典型农业小流域为研究对象,自2010年1~12月,对流域降雨、流域出口的径流、TN、TP、CODcr浓度进行同步监测,并对流域内各个不同土地利用类型的产污负荷进行监测分析。结果表明,流域除TP外,其他指标严重超标;监测期间小流域径流量为414×105 m3,TN、TP、CODcr入湖总量分别为2 5467、856、10 8832 kg,其日均单位排放负荷分别为577、019 、1451 kg/(km2·d);在降雨丰富、农业生产活动频繁的6~10月,TN、TP、CODcr的含量都明显高于其他月份,分别占各自总量的94.8%、73.3%、94.3%;坡耕地、天然林、疏林地产生的TN、TP、CODcr污染负荷量分别为流域入湖污染总负荷的13.38%、13.29%、13.54%,稻田、蔬菜地径流中TN、TP、CODcr含量分别为0.84~10.32、0.07~0.18、20.50~68.00;2.16~7.54、0.01~0.04、4.50~22.40 mg/L。居民生活污水中TN、TP、CODcr含量分别为13.84~50.11、3.20~5.10、35.7~207.0 mg/L,蔬菜、水稻种植、居民生活污水及禽畜养殖对流域面源污染贡献大;大冲小流域面源污染负荷与径流间存在极强的相关性     

基于模糊集合分析的汛期分期方法及其应用

在模糊集合分析理论及一般方法的基础上,充分考虑汛期的发展变化具有的模糊性、随机性和过程性,以及降雨径流响应过程的特征,以汛期正向累计雨量序列及反向累计雨量序列为基础,重新构造出一新的累计雨量序列,并作为汛期划分研究的基本研究对象,提出了出入汛最高标准（ASMAX）的概念以及消除出入汛标准影响的处理方法。最后对于桥水库控制区域汛期的分期规律进行了实际应用研究,研究结果表明：于桥水库控制流域汛期开始于6月11日,结束于9月18日,其中主汛期开始于7月21日,结束于8月4日。这基本符合海河流域主汛期在“七下八上”的统计规律。也表明累计雨量序列在一定程度上可以反应出汛期所具有的过程性,更适合汛期的分期分析。〖     

三峡山地沟谷不同坡位土壤水分特征及对降雨过程的响应

土壤水分是影响地表植被生长发育及分布格局的重要因子，也是岩石圈-水圈-生物圈-大气圈水分循环的重要环节，其动态变化能够反映土壤水文过程的信息。基于高分辨率时域反射水分探针和小型气象站连续定位监测，获取2018~2019年三峡大老岭地区典型沟谷内坡上、坡中、坡下部位0~80 cm范围内各土层含水量及大气降水数据，分析了不同坡位土壤水分在月尺度，日尺度和小时尺度的变化特征及其对降雨过程的响应。结果表明：（1）月尺度上，土壤水分含量季节性差异明显，春夏季节（5~7月）是土壤水分储蓄期，土壤平均含水率为38.40%，夏秋季节（8~10月）是水分消耗期，剖面土壤平均含水率仅为35.04%。（2）日尺度和小时尺度，不同层次土壤水分含量对降水响应存在差异。0~40 cm深度土壤对降雨响应较快（响应时间<0.5 h），土壤水分与降雨量变化趋势相似；60~80 cm深度土壤对降雨响应存在明显的滞后现象（响应时间滞后0.5~3.0 h），且随深度加深，滞后时间呈阶梯式延长。（3）不同降雨条件下，土壤水分对降水的响应差异明显。随降雨量级由中雨增至大暴雨，土壤水分对降雨的响应加快，含水量变化曲线与降雨过程同步性增强，响应深度也逐层增加，土壤水分增量变大。（4）不同坡位对土壤水分的影响存在差异，上坡位对中雨、大雨响应平稳，中、下坡位对降水响应强烈，土壤水分增加迅速。产生不同坡位间响应差异的原因是各点微地形差异导致集水面积不同。     

基于单元格网的STREAM分布式水文模型及其应用——以太湖上游西苕溪流域为例

STREAM模型是基于单元格网的分布式水文模型，可以利用易于获取的地理信息，揭示气候变化及下垫面改变对水循环的复杂影响。选择太湖上游西苕溪流域为研究区，采用1979～1999年的26个降水站实测序列和不同时段的土地利用数据，应用GIS流域分析方法与空间插值技术建立300 m的流域格网信息，并通过BLAISE脚本语言实现STREAM模型与GIS的集成，应用1979～1999年水文站实测序列对模型进行率定和验证。结果显示月径流量和年径流量模拟与实测值吻合良好，1980～1988年模型率定期，月径流量的确定性系数为078，年径流量的确定性系数为086，各年平均相对误差仅为6％；1989～1999年模型验证期，月径流量的确定性系数为075，年径流量的确定性系数为082，各年平均相对误差为95％。研究证实模型有较强的预测能力，在流域管理与决策中具有较好的应用前景。     

基于单元格网的STREAM分布式水文模型及其应用——以太湖上游西苕溪流域为例

STREAM模型是基于单元格网的分布式水文模型,可以利用易于获取的地理信息,揭示气候变化及下垫面改变对水循环的复杂影响.选择太湖上游西苕溪流域为研究区,采用1979～1999年的26个降水站实测序列和不同时段的土地利用数据,应用GIS流域分析方法与空间插值技术建立300 m的流域格网信息,并通过BLAISE脚本语言实现STREAM模型与GIS的集成,应用1979～1999年水文站实测序列对模型进行率定和验证.结果显示月径流量和年径流量模拟与实测值吻合良好,1980～1988年模型率定期,月径流量的确定性系数为0.78,年径流量的确定性系数为0.86,各年平均相对误差仅为6%;1989～1999年模型验证期,月径流量的确定性系数为0.75,年径流量的确定性系数为0.82,各年平均相对误差为9.5%.研究证实模型有较强的预测能力,在流域管理与决策中具有较好的应用前景.     

上海城市河岸带对降雨径流氮垂直去除研究

在上海市城市河岸带人工绿地建设了微区径流场,进行了5次模拟降雨径流实验,研究了人工绿地岸带下渗流中氮浓度和去除率的时空变化。结果表明：人工绿地岸带对垂直下渗流中氮有显著的净化作用,且主要集中于土壤的0~30 cm以内,TN和NH4+去除率在399%和398%以上,NO3-+NO2-去除率除11月为负值外,其余月份均在100%以上;在30~60 cm深度,由于土壤氮的析出导致径流中氮浓度增加,去除率降低;而60~90 cm深度的去除率增加。径流场内下渗流中氮浓度具有明显的水平空间变化,随距入水端距离的增加,30 cm深度下渗流中氮浓度先上升后下降;人工绿地岸带对下渗流中氮的净化作用均随淹水时间的延长呈降低趋势,且季节变化明显,在10月和4月具有较高的去除率,0~30 cm内TN、NH4+和NO3-+NO2-的去除率可分别达635%、891%和416%以上