黄土高原降雨径流调控利用潜力定量评价模型

降雨径流的调控利用是缓解黄土高原干旱缺水与控制水土流失的有效手段,研究区域降雨径流调控利用潜力的定量评价对黄土高原降雨径流合理利用的宏观决策与规划设计具有重要意义.以黄土高原为例,将可以调控利用的最大降雨径流量作为资源化潜力值,从宏观尺度上,系统分析了影响该潜力的各个因素,确定出黄土高原降雨径流调控利用潜力的各项评价指标,利用GIS技术,建立了降雨径流各个影响因素的专题图层,提取出各个影响因素专题信息.在上述基础上,引入人工神经网络建模方法,建立了黄土高原降雨径流调控利用潜力BP网络模型,并利用实际资料对网络模型进行了训练和预测,取得了较好的结果.评价模型可供黄土高原降雨径流调控利用及其生态与环境保护工作参考.     

黄土高原降雨径流调控利用应用基础研究评述

干旱缺水与水土流失是制约黄土高原经济社会可持续发展的两大瓶颈。几十年的水土保持实践表明,降水径流的利用和调控是解决这两大障碍的有效手段,是黄土高原水土保持科学理论的继承与进一步发展。从降雨径流运行规律、雨水资源潜力的计算与评价、降雨径流优化配置理论与方法、降雨径流利用的生态和环境效应4个方面分析了黄土高原降雨径流调控利用应用基础研究方面的进展。最后,提出了近中期降雨径流调控利用应用基础研究的若干重点,为有效控制黄土高原水土流失和缓解干旱缺水提供借鉴。     

流域土地利用变化对洪水径流过程的影响

大清河水系土地利用发生了较大变化,并对洪水径流过程产生了影响。选择大清河水系紫荆关流域为研究对象,在对土地利用类型分类的基础上,采用1988年和1996年两期土地利用图分析了土地利用变化情况,除林地和灌木林面积减少外,其他土地利用类型面积增加。利用1984-1996年实测降雨径流资料对SWAT模型进行了率定和验证,并对两期土地利用情况进行了径流模拟,结果表明,土地利用变化使紫荆关流域的年径流减少。     

基于情景分析的LUCC和气候变化对南盘江流域径流的影响

为揭示土地利用/土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,简称LUCC)和气候变化对南盘江流域径流的影响,基于情景分析,运用SWAT (Soil and Water Assessment Tool)模型,定量研究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、RCP8.5两种排放情景对流域未来径流的变化进行预估。结果显示:①南盘江流域SWAT模型的率定期参数R~2、Ens分别为0.68、0.67,验证期R~2、Ens分别为0.65、0.63,SWAT模型适用于南盘江流域的径流模拟;②不同土地利用类型对比情景显示,农业用地、林地、草地对产流的贡献次序分别为,农业用地最强,草地次之,林地最弱;气候变化情景显示,径流变化与气温变化成反比,与降雨量变化成正比,且径流变化对降雨量变化更为敏感。③2006-2015年间,LUCC、气候变化二者均会导致南盘江径流量的减少,但气候变化在径流变化中占主导作用。④在RCP4.5、RCP8.5两种排放情景下,南盘江径流在2021-2050年间都呈现减少趋势,减少速率分别为18.74×10~8m~3/10年和21.35×10~8m~3/10年,分别达到1974-2015年减速的1.37、1.56倍,减小趋势明显增强。     

渭河中下游泥沙产生的原因及治理方案

渭河流域降水集中,多暴雨,三门峡水库的修建使渭河下游泥沙淤塞,河口抬升,导致渭河下游成为悬河,洪涝灾害频繁.建议采取以下措施:加强水土保持,构筑减沙拦泥的"绿色屏障";建设流域上游拦沙减淤及水沙调控工程体系;调整三门峡水库的运行方式,降低潼关高程,以及进行水资源综合开发.     

基于雷达估算降雨的湖北漳河流域径流模拟研究

本文以湖北省漳河流域为研究对象,从2008-2017年中选取了16次洪水过程(10次过程用于率定参数,6次过程用于检验),分别采用了4种方法进行雷达降雨估算,并将估算结果输入到TOPMODEL和新安江模型进行了径流模拟计算。结果表明:4种雷达降雨估算方法中动态Z-I的平均相对误差最小为8.16%,其次是分组Z-I为20.1%,最优Z-I和经典Z-I分别为29.7%和29.02%;从径流模拟结果来看,动态Z-I效果最佳,分组Z-I次之,最优Z-I和经典Z-I模拟效果相对较差,且TOPMODEL模型的洪峰相对误差和峰现时差比新安江模型的模拟结果要小,新安江模型模拟结果的确定性系数与TOPMODEL模型接近。     

利用欧氏距离函数评估海河流域暴雨灾害

考虑气象数据的特点和灾后评估的时效性,针对暴雨灾害的平均降水强度、最大降水影响范围、持续时间,利用欧氏距离等数学方法,研究了海河流域暴雨灾害的气象评估模型.利用该评估模型对1960 - 2008年间的海河流域暴雨进行了评估,结果表明,等级划分合理,所评估的暴雨气象等级级别与海河流域历史上对应的洪灾事件影响程度非常吻合.     

鄱阳湖流域天然径流变化特征与水旱灾害

为探讨鄱阳湖流域河川径流的变化过程和规律,深入了解径流特征及其与鄱阳湖水旱灾害的关系,利用时间序列分析方法,对鄱阳湖流域五河水系干流河段主要控制水文测站的天然径流系列进行了研究。研究显示,鄱阳湖五河径流年内分配集中程度在0.43到0.56之间,集中期为每年的5月底6月初,比鄱阳湖汛期提前1-2个月。径流多年变化变差系数变化在0.28～0.33之间,径流年际变率较大,在年代际变化上20世纪90年代径流增加尤其突出;径流序列呈长期的增加趋势,1998年后增加趋势变缓;鄱阳湖流域五河水系出现特大枯水年和丰水年的概率较大,出现平水年的概率略小。以上结果表明,五河汛期来水是影响鄱阳湖洪水的重要因素,而其形成、发展过程还受到长江中上游洪水的控制;径流的长期变化中,气候因素是引起鄱阳湖流域径流变化主导因素,水土流失和水利工程的建设等人为因素起着一定的辅助作用;径流序列枯、丰循环周期的交替变化过程,与过去几十年间流域内出现的干旱、洪水现象具有较好的一致性。     

长江中游降雨径流演变与水旱灾害

为了解长江中游近年来水旱灾害新特征并有针对性地提出建议。基于1960—2020年长江中游降雨径流实测数据,对降雨径流演变趋势进行了分析,探讨了长江中游水旱灾害成因及特征。结果表明：长江中游年降雨量增加,春秋季降雨量年内占比减少,夏冬季降雨量占比增加;长江中游径流深在1988年和2003年发生突变,降雨量变化对径流深改变的贡献占30%左右,人类活动贡献程度约占70%;2003年后长江中游径流深的水文改变度排序为中游出口最大(36%),鄱阳湖出口(33%)和洞庭湖出口(31%)次之,汉江出口最小(21%)。长江中游水旱灾害具体表现为：2000—2020年长江中游异常降雨占据60多年来异常降雨总数的43%,且主要发生在两湖流域,极端降雨造成中游区域型洪水和春季秋季干旱;2003年后,两湖秋季水位持续下降,近10 a来,由于长江上游秋季来水持续减少,洞庭湖南咀站和鄱阳湖都昌站9月份水位分别下降了0.7 m和1.7 m。建议未来研究中注重研发大尺度多时空尺度水文水动力模型,提升极端水文事件成因识别能力及未来变化趋势预测能力。     

基于滑动相关系数法的流域径流变异诊断

为了认识水文序列变异的特征,必须对水文序列的变异性进行诊断和识别,即是否有变异,何处开始发生变异。通过对常规水文序列变异诊断方法的研究比较,提出了基于滑动相关系数法的流域径流变异诊断的方法;采用年降水与年径流序列、支流与干流径流序列、干流上下游径流序列3种方式对渭河流域进行了滑动相关系数变异诊断,得到了1995年为渭河流域径流序列变异点的结论。对渭河流域及其下游的黄河干流调查发现,三门峡水库的两次改建致使潼关高程变幅很大,到1992年汛前,比建库前抬高了5.0 m。在此影响下,主槽严重淤积萎缩,1993-1995年的3 a里,就发生数十次小流量、高水位高含沙洪水。这表明渭河流域地表过水能力减弱,下渗量和蒸发量相对增加,实际径流量相对减少。     

珠江流域极端降雨时空演变特征分析

基于珠江流域1960-2005年42个雨量站的日降雨资料,定义了3个极端降雨的指标(最大连续降雨量(MCP)、最大连续降雨天数(MCD)以及最大连续降雨强度(MCI))及通过将三者叠加得到的综合指数Z,运用线性回归模型以及Mann-Kendall法分析了珠江流域极端降雨的时空分布特征。研究结果表明:①珠江流域的MCP、MCD、MCI和Z值在总空间分布上呈东大西小的局势,全年和夏季MCP、MCD、MCI等Z值的高值出现在珠江三角洲、桂林市、百色市等地区,表明上述区域是极端降雨的高发区;②珠江流域近46年的极端降雨事件没有出现显著变异,未发现显著突变;③极端降雨事件的空间分布特征与地形有密切联系,流域内极端降水事件的多发区周围往往有山脉或高大地形环绕,由于山区或者丘陵区地势较高,因而易发生山洪等灾害。     

基于NAM模型的长白山北景区泥石流降雨阈值研究

泥石流严重影响山区生活和建筑环境安全，建立泥石流降雨I-D阈值可以有效降低泥石流灾害的影响。但是现有的建立曲线的统计方法高度依赖于大量的泥石流和降雨事件，对于缺乏观测数据的山区来说是非常困难的，且以统计方法建立起来的阈值曲线精度有限。该文采用由NAM模型和物理模型耦合的阈值模型，其中NAM模型是集总式概念性水文模型，模拟的是流域范围内发生的降雨径流过程，可以模拟出降雨所引发的径流值。该模型在长白山北景区得到验证，长白山北景区是一个典型的泥石流沟谷，历史上记载了数次泥石流事件。利用历史引发泥石流的降雨观测数据，对提出的阈值模型进行了验证，该新模型的精度被确定为85.72%,证明该模型在泥石流预测预警方面具有很大的应用潜力。     

黄土区薄层浮土道路侵蚀试验研究

为研究降雨强度和坡度对黄土区薄层浮土覆盖的土质道路产流产沙的影响,在野外调查的基础上,通过室内模拟降雨试验研究不同雨强(1.0、1.5、2.0、2.5 mm/min)和坡度(2°、4°、8°、16°)条件下0.5 cm厚度浮土道路径流和产沙特征。结果表明:1)相同坡度条件下,平均径流率随雨强增大呈递增趋势,其变化范围在0.80~2.73 L/min,且1.5~2.5 mm/min雨强条件下平均径流率是1.0 mm/min的1.34~3.04倍,各雨强条件下浮土侵蚀阶段产流量占比范围在5.22%~40.38%;2)次降雨平均含沙量随坡度和雨强的增大均呈递增趋势,其变化范围在11.75~194.25 g/L,且与坡度和雨强分别呈显著线性和指数函数关系(P<0.05),1.0~2.5 mm/min雨强下浮土侵蚀阶段产沙量占比为0.05%~71.51%,其占比随雨强和坡度的增大存在波动,且混合侵蚀阶段产沙量与坡度和雨强呈良好的线性关系(P<0.01);3)累计产沙量随累计产流量的增大而增大且满足线性函数关系,决定系数均在0.96以上。研究结果揭示了薄层浮土道路径流侵蚀规律,可为土质道路治理及道路侵蚀模型建立提供参考。     

30年来中国东北样带生态可持续性的时空分异

目前,可持续性已成为生态学者密切关注的焦点,成为国际社会的热点话题。在中国东北样带内沿降水的梯度变化方向,在不同生态类型区选取典型市(县)作为研究区,利用压力-状态-恢复力模型,选取适用于各类型区的通用指标和反映不同类型区生态环境差异的区域特征指标,构建了生态可持续性评价指标体系;运用遥感和G IS技术,获取并分析了各典型区不同时期的生态环境信息,从系统发展的演替过程评价了各典型区生态可持续性的变化趋势。研究结果表明:1986-2005年间,中国东北样带各类型区的生态可持续程度总体呈下降趋势,各类型区生态可持续指数的总体分布规律是林区农林交错区牧区农牧交错区农区;从生态可持续性的空间分布来看,1986-2005年间,各典型区变动均较大,特别是巴林右旗,而磐石市和抚松县的空间分布规律比较明显。     

神府煤田废弃堆积体新增水土流失研究

通过野外模拟降雨试验,对比分析了弃土弃渣体、煤矸石与原生地面的径流产沙规律。结果表明:(1)原生地面产流量随时间变化较小,煤矸石产流量随时间递增,弃土弃渣体产流量在产流开始后6 min内波动较大,随后趋于稳定。原生地面和弃土弃渣体的稳定产流量与雨强呈显著的线性关系;(2)原生地面及煤矸石的侵蚀发生于整个降雨过程,弃土弃渣废弃堆积体的侵蚀主要发生在产流初期。弃土体在产流开始后的0~6 min内侵蚀速率显著递增,6~15 min内缓慢递减,15 min后达到相对稳定。弃渣体的侵蚀速率分两个阶段:产流开始后0~6 min内,侵蚀速率较大,且随雨强变化波动明显,6 min后达到相对稳定;(3)原生地面、弃土体及沙少石多弃渣体的侵蚀总量与雨强、径流总量均分别呈线性函数、指数函数和线性函数关系;(4)与原生地面相比,煤矸石的侵蚀总量和径流总量分别减少了86.53%~98.41%和26.42%~71.39%,弃土弃渣体的新增侵蚀总量和新增径流总量为原生地面的2.25~631.59倍和-0.01~10.57倍。因此,矿区需要做好弃土弃渣堆积体的防护工作,以减缓其严重的水土流失。     

基于联系数和马尔可夫链耦合的山东省旱情动态预测评价

为增强区域旱情预测评价模型的合理性、可解释性和预测评价结果的准确性,以山东省1972-2001年旱情历史序列作为评价样本,选取水库蓄水量距平百分率、地下水埋深、土壤含水量和降水量距平百分率4个旱情评价指标,采用基于加速遗传算法的模糊层次分析法确定评价指标权重,通过计算评价样本的指标数联系数、指标值联系数并利用最小相对熵...     

基于SRTM DEM的月降雨量空间插值研究

在水文模型的实际应用中,常需要根据雨量站观测值来合理地模拟降雨的空间分布。选取清江流域为研究对象,利用ArcGIS地统计模块中的反距离权插值法、径向基插值法、克里格插值法和引入高程、坡度、坡向等地形信息的协克里格插值法对该流域1998年4～9月的月降雨实测值进行空间插值。在插值之前,通过数据探索性分析掌握降雨的空间分布特征,以便提高插值精度。插值结果表明：应用协克里格方法,在考虑高程、坡度、坡向等影响要素的条件下,降雨空间插值效果更优。     

陕西省延安市地质灾害气象预警信息系统研究——以“7.3”暴雨为例

基于降雨在黄土地质灾害发生过程中的关键作用,在集成地质、地理等基础数据,以及降雨等实时数据的基础上,设计并开发了延安市地质灾害气象预警系统。以Client/Server和Browser/Server模式建立系统的框架,利用信息量模型进行延安市地质灾害易发分区评价,设定三类降雨预警指标实现延安市地质灾害气象预警分级系统,应用系统的预警分析模块计算全区气象预警级别,并发布预警信息。经2013年"7.3"暴雨过程期间进行的汛期灾害调查结果验证分析,预警准确率达到94.3%,证明了系统的可靠性和准确性,该系统可作为合适的地市级地质灾害预警平台予以应用。     

汶川地震灾区小流域洪水模拟及不确定性分析

2008年汶川地震以来,灾区山洪泥石流等次生灾害频发,山区洪水不仅自身具有极大危害,也是激发泥石流等次生灾害的水源条件。采取科学有效的方法对洪水流量进行估算,对于山洪和泥石流防灾减灾具有重要科学和现实意义。本文选取震区一个具有数年监测历史的小流域（2.4 km2）为研究对象,选取具有代表性的降雨场次,利用SCS产流模型和运动波方程分别进行产流和汇流计算,模拟洪水过程,用实测数据验证该水文模型在研究区的模拟效果。结果表明,该模型可以较好地捕捉峰值流量和峰现时间等关键指标;对于数平方公里尺度的小流域,划分子流域增大了参数选择的难度,对模拟效果并无明显提升;在保持参数一致的情况下,时间步长越短,模拟效果越精确,随着时间步长的增加,峰现时间延迟,洪峰流量减小,径流过程线逐渐坦化,趋于平缓。研究对认识汶川地震灾区小流域产汇流特征和洪水计算方法有一定的科学意义。     

气候暖化对中国洪旱极端事件演变趋势影响研究

针对气候暖化加剧区域水循环、增加洪旱灾害风险这一科学问题,利用1960-2005年全国588个气象台站资料,对基于标准化降雨蒸散指数的气象洪旱时空演变特征作了深入分析,并通过Copula函数与气温构建了二维联合分布函数,揭示了气温上升对中国气象洪旱极端事件发生的可能影响。研究发现,在不同的气温上升情景下,不同重现期的极端气象洪旱事件有着不同的响应。希望该研究对气候暖化背景下的中国防洪抗旱减灾及流域水资源管理能作出积极贡献。