Calibration and Verification of SWMM for Low Impact Development

The Storm Water Management Model was used to simulate runoff and nutrient export from a low impact development (LID) watershed and a watershed using traditional runoff controls. Predictions were compared to observed values. Uncalibrated simulations underpredicted weekly runoff volume and average peak flow rates from the multiple subcatchment LID watershed by over 80%; the single subcatchment traditional watershed had better predictions. Saturated hydraulic conductivity, Manning's n for swales, and initial soil moisture deficit were sensitive parameters. After calibration, prediction of total weekly runoff volume for the LID and traditional watersheds improved to within 12 and 5% of observed values, respectively. For the validation period, predicted total weekly runoff volumes for the LID and traditional watersheds were within 6 and 2% of observed values, respectively. Water quality simulation was less successful, Nash–Sutcliffe coefficients >0.5 for both calibration and validation periods were only achieved for prediction of total nitrogen export from the LID watershed. Simulation of a 100‐year, 24‐h storm resulted in a runoff coefficient of 0.46 for the LID watershed and 0.59 for the traditional watershed. Results suggest either calibration is needed to improve predictions for LID watersheds or expanded look‐up tables for Green–Ampt infiltration parameter values that account for compaction of urban soil and antecedent conditions are needed.     

Decreased Runoff Response to Precipitation,Little Missouri River Basin,Northern Great Plains,USA

High variability in precipitation and streamflow in the semiarid northern Great Plains causes large uncertainty in water availability. This uncertainty is compounded by potential effects of future climate change. We examined historical variability in annual and growing season precipitation, temperature, and streamflow within the Little Missouri River Basin and identified differences in the runoff response to precipitation for the period 1976‐2012 compared to 1939‐1975 (n = 37 years in both cases). Computed mean values for the second half of the record showed little change (<5%) in annual or growing season precipitation, but average annual runoff at the basin outlet decreased by 22%, with 66% of the reduction in flow occurring during the growing season. Our results show a statistically significant (p < 0.10) 27% decrease in the annual runoff response to precipitation (runoff ratio). Surface‐water withdrawals for various uses appear to account for <12% of the reduction in average annual flow volume, and we found no published or reported evidence of substantial flow reduction caused by groundwater pumping in this basin. Results of our analysis suggest that increases in monthly average maximum and minimum temperatures, including >1°C increases in January through March, are the dominant driver of the observed decrease in runoff response to precipitation in the Little Missouri River Basin.     

半干旱半湿润地区HSPF模型水文模拟及参数不确定性研究

本研究选取半干旱半湿润地区北京妫水河流域2005—2007年和2008年月径流数据为率定期和验证期,建立HSPF水文模型进行径流模拟,结合人工率定和PEST自动率定程序进行参数优选,并通过GLUE方法分析模型参数不确定性.通过Monte-Carlo随机采样得到30000组参数组合,分析参数与似然值散点图,把参数分为敏感参数(LZSN、AGWRC)、区间敏感参数(BASETP)和不敏感参数(AGWETP、INFILT、CEPSC、DEEPFR、UZSN、INTFW、IRC).针对比较敏感的参数LZSN、AGWRC和BASETP分析其相关性,发现LZSN和AGWRC相关性较强.模型存在大量"异参同效"现象,表明影响结果的是参数组合而不是单一参数.进一步计算90%置信度下的不确定性范围,发现不确定性范围与径流大小密切相关,径流愈大其不确定性范围愈大,反之亦然.本文对参数不确定的分析研究可为HSPF模型在区域尺度水文预测等提供参考和依据.     

模拟降雨条件下沉积物对磷的富集机理

通过模拟降雨径流实验，在７２ｍｍ／ｈ的大暴雨备件下，研究侵蚀性颗粒从土壤中的径流流失过程及其对磷的富集作用和机理。结果表明，深积物中不同粒长团聚体的组成和原来土壤中的组成有很大差异。径流流失的沉积物主要以０．２５ｍｍ以下的团聚体为主，径流中８０％以上的磷以颗粒态形式流失，而颗粒态磷的６０％－９０％随０．１ｍｍ以下的团聚体流失。不同粒径团聚体对磷的富集作用和富集系数不同。模拟实验建立了沉积物富集系数     

干旱地区森林对流域径流的影响

森林对流域径流的影响包括森林对流域径流形成机制的影响、森林对流域径流量的调节以及森林对流域径流水质的影响3个方面。论文根据作者在黄土高原和北京土石山区多年研究的结果，并结合国内同行在森林水文方面的研究成果，就干旱地区森林对流域年总径流量、洪峰流量、枯水径流以及径流水质等方面的影响作了概括。结果表明，在干旱地区随着森林植被覆盖率的增加，流域年总径流量减少；森林植被可以大幅度地减小小流域的暴雨洪峰流量；森林植被覆盖率越高，枯水径流量随之增加；森林可以在很大程度上改善流域径流水质。根据干旱地区森林植被可以减少流域年径流总量的研究结果，初步估算目前我国干旱地区林业生态工程建设（包括天然林）的生态用水量为160亿m3左右。由于森林植被对流域径流影响的复杂性和尺度依赖性，森林在区域（或大流域）尺度的水文功能评价仍有待于进一步深入研究。     

聊城市城市地表径流污染负荷估算

基于ArcGIS软件,依据土地利用、土壤类型等遥感数据生成聊城市东昌府城区的土地利用图,统计不同土地利用类型的面积,将研究区域按不同功能分为居住区、交通区、工业区、绿化用地、公共建设用地和未利用土地,选择不同CN(Curve Number)值,采用SCS径流曲线模型计算2009年的径流深度和年径流量。结果表明:聊城市东昌府区2009年不同功能分区的降水径流深度分别为272.47 mm、465.00 mm、277.16 mm、30.68 mm、128.47 mm、167.51 mm,同时,根据研究区域内悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)等污染物的平均浓度,估算得出它们的负荷量分别为8 558.8 t、2 415.32 t、201.29 t、10.08 t。     

长三角典型村域次降雨条件下氮素非点源输出特征

研究长三角典型都市农业村镇不同土地利用下的氮素非点源输出特征,以期为治理该区域的面源污染提供科学依据.通过典型次降雨径流事件中氮形态和输出负荷变化的研究发现:监测点总氮(TN)的事件平均浓度(EMC)为20.01～22.83mg/L,其中溶解态氮(DN)占TN的比例最大;研究区非点源氮流失以溶解态为主,DN又以溶解态有机氮(DON)为主.耦合各形态氮浓度与径流量特征,发现非点源氮素输出呈现2个峰值,且出现在径流峰值之前4～55min;TN、DN和硝态氮(NO3--N)浓度随降雨时间增加呈现减少趋势;氮素负荷受其浓度和径流量的共同作用,基本上呈现与氮素浓度相同的变化特征,但起伏变化较为平缓.氮素污染负荷积累曲线分析表明,村域地表径流各形态氮素均存在初期冲刷效应.     

森林植被影响径流形成机制研究进展

径流形成机制研究在水文学领域中具有十分重要的意义,且受到越来越广泛的重视。水文环境以及水文通量的空间异质性和时间变化性导致了水文过程的尺度依赖性和非线性特征,没有对水文过程较为清晰的认识,就不能将某一地区某一流域森林植被变化水文生态效应的研究结果简单地外推到其他地区和其他流域。开发基于物理过程分布式参数水文模型可以为认识森林植被变化的生态学后效和客观评价森林植被水文生态效益提供可行的工具。但是要实现这一目标,研究森林植被影响径流形成机制是问题的核心所在。另一方面,认识森林影响径流形成机制有助于研究水文学中的尺度问题。研究森林植被影响径流形成机制的主要方法包括水文测验、同位素示踪和动力水文学计算等,研究的空间尺度则为坡面与流域相接合。从已有的研究成果来看,森林植被影响径流形成机制可以概括为:①森林流域径流形成为变动源区产流机制;②森林流域径流形成主要受饱和地表径流、亚表层径流和地下径流的控制;③森林流域径流形成机制是相互作用和相互转化的;④优先流在森林流域径流形成中起到了至关重要的作用。     

长江下游居民区降水地表径流的污染特征

城市地表径流是重要非点源污染源之一,其研究对于我国城市水环境质量控制具有重要的现实意义.本文选择我国长江下游地区典型居民区下垫面作为研究对象,采集不同下垫面的多场降雨径流,探究分析其中主要金属污染物和溶解性有机质（DOM）的分布、结构特征和污染负荷.结果发现,不同下垫面地表径流中重金属均呈现一定程度的超标现象,其浓度由高到低排序为：Zn > Cu > Pb > Sb > Cd,不同下垫面地表径流污染特征呈现了显著的差异,交通主干道的金属和DOM污染均最为严重;不同下垫面有机质结构特性也呈现出了明显的差异;地表径流DOM与阳离子金属污染物（Cu）的结合作用强烈,紫外差分光谱和傅里叶变换红外光谱显示其结合位点位于羧基、酚羟基和C＝C结构,而类金属污染物（Sb）则结合较弱,其在径流中可能以游离态存在;研究区域不同金属污染物对临近水体产生的污染年负荷依次为：Zn > Cu > Pb > Sb > Cd,无锡和南京采样区DOM的单位面积污染负荷分别为0.93 g·（m²·a）^-1和8.72 g·（m²·a）^-1.结果表明需要针对不同下垫面属性和不同污染物结构特征开展对应的污染拦截措施,相关结果可以为长江下游流域水环境质量改善提供参考信息.     

混凝-超滤处理径流雨水效果——以华南地区为例

采用超滤膜(UF)为核心,以混凝作为预处理措施,对混凝-超滤工艺处理径流雨水的特性和膜通量变化与污染现象进行了研究,并对聚合硫酸铁(PFS)单独混凝、UF、PFS-UF组合工艺进行了对比;在优化混凝基础上,考察了混凝-UF对常规水质指标及总磷、生物可同化有机碳(AOC)、可生物降解溶解性有机碳(BDOC)等生物稳定性指标的去除效果.结果表明,混凝可有效去除TOC、UV254和总磷,混凝剂投加量与污染物去除近似呈线性关系.各混凝剂除浊效能均良好.综合考虑混凝处理效率与经济性,实验采用混凝方案为10 mg·L-1的PFS.PFS、UF、PFS-UF工艺除浊率均在95%以上,PFS和UF对TOC和UV254的去除较为接近,采用PFS-UF可提高去除率13%—15%;PFS-UF处理后雨水的AOC、BDOC分别降低至61.8μg·L-1、0.19 mg·L-1,残余总磷可降至3.8μg·L-1,雨水生物稳定性明显提高.PFS、UF和PFS-UF对颗粒物的去除率分别达80.5%、99.6%和99.9%.膜通量的变化和SEM图分析表明,混凝在一定程度上减轻了UF膜污染;形成的凝胶层具有一定整体强度,水力清洗时易于清除,膜通量恢复较好;但同时凝胶层的产生也增大了透膜阻力,PFS-UF工艺的周期内膜通量衰减有增加的趋势.