张升堂[1]2004年在《考虑水土治理影响的黄土高原分布式降水径流模型研究》文中进行了进一步梳理黄土高原丘陵沟壑区是一个干旱缺水且水土流失严重的地区,生态环境极为脆弱,人类活动会引起本地区水分转化与循环的强烈响应,研究本地区各种人类活动的水文效应已成为改善本地区生态环境的前提,尤其是对近年来大规模进行的各类水土治理活动所引发的降水径流过程的变化研究更是指导流域科学治理,缓解地区水资源危机,防治洪涝、水土流失灾害,实现地区水资源可持续发展的理论依据。 由于水土治理活动所引起的流域面地理因子或水文要素的变化具有高度空间变异性,而分布式水文模型可以对研究域进行离散,对各要素的空间变异性进行定量分析,所以本论文用建立分布式水文模型的方法为水土治理影响下的流域水文过程研究提供了一种工具。 本文所建模型对流域进行二级离散,即按自然水系将流域离散为若干个子流域,然后将每一子流域栅格化,在栅格单元范围内如坡长、糙率、植被类型、覆盖度等因子无剧烈变化认为其是均一不变的,利用集总式水文模型方式模拟栅格内大气降水的植被层截留、地表入渗等水分转化与循环过程。然后,在栅格单元之间和子流域之间模拟径流汇流过程。随水土治理活动的开展与时间持续,模型可以根据下垫面变化状况通过更新栅格单元内坡度、坡长、糙率、植被类型、覆盖度等因素,考虑水土治理对流域水分转化和循环的影响作用。 论文在总结以往分布式水文模型模拟降水分布所用的空间插值方法的基础上,认为空间插值法不能模拟降水中心及降水中心降水量,而且空间插值法在模拟降水分布时会形成人为间断,不符合降水连续分布的物理现实。因此,本文建立了一种能模拟降水分布中心和中心降水量的降水分布数学模型。模型符合降水量在流域面上连续分布的特点,勿需进行繁琐的距离计算,与其它已有降水分布模型相比更简单,更易于实际操作与应用。 在栅格单元范围内的植被截留和入渗模拟中,论文采用的模型参数均具有明确的物理意义,使模型参数易于确定。模型研究域经二级离散后,具有较高分辨率,因而对降水的植被截留和入渗模拟具有较高精度。模拟过程中如果植被类型、覆盖度、坡度等对植被截留和入渗有显着影响的因子在栅格单元内具有明显空间变异时,本论文首次提出对这种情况明确的处理方法。 栅格范围内净雨形成后在向下游栅格单元汇集过程中,径流将在栅格单元之间分配,以往分布式水文模型对栅格单元之间的径流分配采用单流向或多流向等多种方法进
李常斌[2]2006年在《陇西黄土高原祖厉河流域分布式水文模拟研究》文中研究说明作为生态系统物质循环与能量流动的主要载体,水的形成演化具有一定的时空规律。这种规律与水文循环的自然或人为影响因素之间存在着格局数量上的互动调控,并且与生态系统其它资源的分布变迁息息相关。因此,考虑环境变量时空异质性的水文模型构建,是水文过程乃至其它资源过程研究的基础性工作。 上世纪八、九十年代至今,在地理信息系统、遥感和全球定位系统等先进地学技术的支撑下,水文模型的构建以“分布式”为主流和前沿。分布式水文模型有助于水文规律探索的空间化,其应用有利于区域自然资源规划管理的“分布式”展开。研发分布式水文模型有着理论研究和实践应用的双重效益,前景良好。 历年来,在黄土高原实施以调整土地利用结构、恢复植被为重点的生态建设使该地区产水产沙条件发生显着改变,对区域生态水文系统内水量平衡各要素的对比关系以及暴雨洪水与土壤侵蚀过程产生显着影响。为定量研究上述影响及变化的时空特性,论文选题于导师冯兆东教授主持的教育部重大项目“陇西黄土高原植被恢复与重建过程中水文-植被-大气耦合过程研究”,以甘肃陇西黄土高原祖厉河流域为研究区,在水文学研究与地理信息系统整合方案讨论的基础上,针对不同时间尺度,就环境要素时空变化情景下分布式水文模型构建的方式方法进行探索性研究,得到以下几点初步结论。 1.空间离散是分布式水文模型构建的基础;地理信息系统强大的空间分析能力能够满足不同时空尺度的建模需求。以测站为控制进行流域离散,有利于实现传统水文学方法和分布式水文模型理论框架与概念体系的有机结合,使区域尺度分布式水文模型的率定效率得以提高;同时,在资料充分利用的情况下,有助于模拟精度的改善; 2.SCS产流模型能够体现下垫面异质性对水文过程的影响;以流域面积治理比为参量进行净雨调控计算,能够反映流域综合治理对降水的宏观截蓄效应。上述方法使区域尺度净雨的分布式计算得到实现,净雨总量得到控制,径流模拟精度得到提高; 3.传统单位线方法是解决大尺度汇流计算问题的有效手段。小步长模拟要考虑子流域汇流,在测站稀少地区,采用地貌瞬时单位线方法比较可行;而考虑汇流计算的大步长模拟,Clark方法具有模式相对稳定,率定容易实现的优点,模拟精度比较可靠; 4.针对不同时期典型年份降水和下垫面因素影响年径流总量形成的数据实验表明,降水变化对黄土高原区域尺度径流形成的影响复杂而深远,但其河道贡献效应是随着流域治理程度的提高而削弱的,两种因素共同作用,致使1970年代以来祖厉河流域年径流总量呈现总体衰减趋势。 研究取得的主要进展: 1.基于数据实验求证了SCS产流模型应用于黄土高原区域尺度水文计算的适宜性,是时空尺度变化情形下SCS模型在应用方面的提高和改进; 2.实现了时-面曲线推求和GIS空间分析算法的有机结合。等流时面基于地形分异和流长分级进行划分。与传统方法相比,使区域尺度时.面曲线计算的问题得到较好解决,且精度和效率得到一定程度的提高; 3.就黄土高原地区大尺度流域分布式水文模型构建的方式方法进行探索性研究,丰富和发展了区域尺度分布式水文模型研究的内容; 4.基于DEM构建黄土高原区域尺度分布式水文模型,提高了水文模拟的空间分辨率,使水文环境变量的过程异质性得以体现,可为黄土高原区域尺度与水有关的其它资源过程模式的研究提供模式借鉴。
邵辉[3]2013年在《渭河流域水土流失变化对梯田措施响应的模拟研究》文中指出由于人口增加、人类活动加剧,世界上很多河流出现降雨不减少、径流锐减甚至断流,严重影响流域及区域社会经济发展,使得人类活动特别是水土保持对河流的影响这一科学问题越来越受到关注。本研究选取具有典型意义的缺水高含沙重污染渭河作为研究对象,针对水土保持措施对河流影响研究的薄弱环节,开发了具有自主知识产权的水土保持梯田措施过程模拟模型并成功嵌入世界上广泛应用的SWAT模型当中,在对模型进行系统验证的基础上,研究了渭河区域水土流失与生态基流对梯田措施的响应,提出了基于水沙耦合及经济分析相结合的渭河流域水土保持梯田措施优化配置技术,初步构建了水土保持梯田措施模拟基本理论。取得的主要成果如下:(1)初步提出了“流域自响应理论”的概念,开发了具有自主知识产权的水土保持梯田措施过程模拟模型。提出了“流域自响应理论”的概念,认为流域系统内各部分是互相联系和运动的,运动的目标是追求系统的平衡。当系统平衡受到破坏,其系统将朝着建立新的平衡方向发展。在此基础上,设计了针对不同梯田类型的概化和分坡段模拟算法,并使用FORTRAN语言编译嵌入到SWAT流域水文模型中(第488版,累计新增代码1.8万行),实现了梯田措施对流域水土流失变化影响的模拟技术,补充了大型流域模型中水土保持措施对河流影响过程模拟的不足。(2)验证结果表明,新嵌入梯田模块的SWAT模型模拟精度较高,满足评价坡面及流域水土流失对梯田响应的技术要求。采用国内外梯田及黄土高原小流域水、沙、养分及作物产量实测资料对开发模型进行验证,结果表明:平衡偏差指标均小于0.1%,模型系统各部分功能均正常运行;反映坡面水土流失模拟值与实际符合程度的纳什系数(Nash-Sutcliffe Efficiency)在大多数条件下高于0.5,表明所开发模型能够反映坡面产流产沙及养分流失过程;梯田模块模拟的流域降水产流、产沙输沙过程偏差(PBIAS)介于-16.2%-11.2%,梯田调控效应模拟与实测结果基本吻合。表明水土保持梯田措施数学模型开发较为成功,模拟精度较好,可用于坡面及流域水、沙及养分流失过程的模拟。(3)利用基于“流域自响应理论”的新嵌入梯田模块SWAT模型对渭河径流泥沙进行初步模拟,结果表明现有水利水保措施对减少渭河河床淤积意义重大。利用上世纪60年代渭河来水来沙变化较为剧烈的资料,对模型进行参数提取和验证,结果表明模型计算纳什系数(NS)以及相对偏差(PBIAS)分别介于0.52-0.93和-16.21%-28.35%之间,该模型可较好的模拟渭河中上游地区水沙剧烈变化过程。基于1960-2009共计50年气象资料模拟结果表明,渭河干流中上游集中了渭河枯水期径流量的89.4%,对生态基流保障意义重大;而且反映出汛期来沙量占全年输沙量的86.4%,水土流失主要发生在汛期;如果不对渭河流域进行治理,渭河上中下游干流区域河床年均抬升将达到4cm、10cm和20cm,约为实测多年平均值的1.5倍,河床淤积剧烈,说明现有水土保持等措施对减少渭河河床淤积意义重大。(4)利用所建立模型,在系统研究渭河流域水土保持梯田措施对流域水沙影响的基础上,重点研究了梯田措施对河流生态基流的影响。结果表明梯田措施蓄洪补枯、削减侵蚀、防止淤积、增加生态基流。2000年规模梯田(约占干流面积10%)可减少流域年均总产流量约0.37亿m3,减少咸阳站年均输沙量1620万t,但增加咸阳站最枯月径流量3.5%,减少近期和远期生态基流不满足天数3.1和5.5天,分别占不满足总天数的26.3%和27.2%。自上世纪70年代至2009年,梯田修建已累计减少渭河上游和中游干流区域泥沙淤积1.01亿t和0.66亿t,防止河床抬升9.1cm和22.8cm,对于渭河上中游干流治理、洪水防治以及河流水质的改善具有重要的现实意义。(5)基于新嵌入梯田模块的SWAT模型及水沙耦合经济分析的流域优化配置技术可为水土保持梯田措施优化、规划配置及智能决策提供技术支撑。基于对四种典型优化配置模式进行初步分析结果表明,水平梯田减沙及减少河流泥沙浓度的能力大于隔坡梯田,但隔坡梯田投入产出比显着高于水平梯田。建议在黄土高原生态环境建设过程中首先判定侵蚀关键区域,对水土保持措施进行前期优化及合理布局,同时适量建设隔坡梯田,以达到更好的治理效果和投入产出比例。
张晓明[4]2007年在《黄土高原典型流域土地利用/森林植被演变的水文生态响应与尺度转换研究》文中认为黄土高原地区水资源短缺,生态环境脆弱,特别该区土壤侵蚀不断加剧,恶化了区域生态环境,严重制约社会、经济的发展。目前,随着大规模水土保持生态建设,研究该区流域土地利用/森林植被变化的水文生态过程和协同变化规律,对于黄土区土地利用规划和管理及生态环境建设工程具有重要理论参考意义。本文以黄土高原具有长期实验基础的多尺度耦合流域为研究对象,采用3S技术、景观生态学测度方法及成熟的水文观测方法,结合多年水文气象观测资料,分析土地利用/森林植被演变及其驱动力,探析降水时空分布的异质性;研究流域土地利用/森林植被变化的理水减沙机理,解析多尺度流域耦合的水文生态对土地利用变化的响应机制。借助WEPP模型提取研究区代表性典型流域单元并对其径流及侵蚀产沙进行模拟;基于分形理论测算典型流域单元地形地貌特征分形维数,建立流域水沙运移与地貌形态耦合关系;根据自相似原理,在考虑降雨异质性基础上建立流域泥沙输移比的尺度转换模型;结合流域地形地貌、土地利用格局、降水信息,建立了描述时空变异性、多变量的耦合水文模型,探讨流域不同时、空尺度上水沙运移的转换方法。论文主要研究结果如下:研究区次降雨面与次降雨雨强分布的均匀性较差,中心站、出口站或流域内任一点的暴雨中心发生概率<25%,次降雨的相关域为7 km,相对本研究试验流域降雨表现出空间异质性。从时空变化、土地资源数量变化、土地利用程度变化、土地利用类型转移等方面,对试验流域土地利用/森林植被格局演变进行了分析,根据提取的流域土地利用景观格局指数,分析了流域景观格局动态演变过程。流域增加植被覆盖和改善土地利用格局后,年径流和输沙减少趋势具有尺度性,随年降雨量的变化,不同面积流域的径流减少率或呈线性减小、或呈单峰凹型抛物线变化、或保持在一定水平不变;输沙量减少率均呈单峰凹型抛物线变化,谷底值及对应降雨量值随面积尺度不同而不同。流域森林植被每增加五个百分点,则输沙模数可减少20%。研究了不同类型场暴雨的降雨特征值与流域洪水径流和输沙的关系,分析了不同雨型下降水过程、洪水径流过程和输沙过程的尺度分异规律,洪峰流量与洪水含沙量随尺度的协同变化规律,以及洪峰与沙峰的时滞关系。从模拟生成的气候数据精度、坡面细沟侵蚀机理方程解析验证和坡面、小流域径流侵蚀产沙模拟的校准验证等方面,探讨了WEPP模型在黄土高原地区的适用性和推广使用时注意事项。基于WEPP模型划分了研究区代表性典型流域单元并进行了径流和侵蚀产沙模拟,结果显示流域坡面径流均占流域出口径流量的98%以上,坡面侵蚀泥沙产量在坡面沉积不足3%,坡面侵蚀产沙的输移量最大约74%沉积于沟道,而流域出口泥沙输移量均来自于坡面产沙量。基于WEPP模型提取的25个代表性典型流域单元,根据分形理论计算了其地貌特征分形维数,并构建了地貌信息维数与侵蚀产沙耦合模型。基于自相似原理,分析了研究区流域泥沙输移比分形特征,并在流域年均泥沙输移比影响因素分析的基础上,构建了泥沙输移比尺度转换模型,探讨了其适用范围为500km2以下的流域。综合降雨特性、土地利用/森林植被格局和地形地貌特征,建立不同尺度流域耦合水文模型,分析了其尺度转换的条件。
豆林[5]2009年在《黄土区流域径流对水土保持措施响应的时空变化特征》文中提出黄河中游的黄土高原是世界上土壤侵蚀最严重的地区之一。严重的水土流失不仅使当地的生态环境恶化,也使黄河下游泥沙量增加,严重影响下游地区的生态安全。为遏制水土流失,提高降水利用效率,从上世纪50年代起,我国在黄土高原开展了大规模的水土保持工作,这些水保措施的实施减少了入黄泥沙量,同时也对河川径流产生了很大的影响。本文以黄土高原丘陵沟壑区的10条流域为研究对象,通过对比分析,研究了河川径流及其组分对水土保持措施的时间响应特征和流域间的差异性。研究结果对黄土高原生态恢复、水保设施布设、黄河水资源安全等实际问题,都有指导和借鉴意义。本研究的主要结论如下:(1)比较分析了叁种自动基流分割方法PART法、滤波法、滑动最小值法在黄土高原丘陵沟壑区的适用性,从分割后基流指数的稳定性及基流过程的合理性,认为滤波法适合本区基流分割。(2)研究区内基流占总径流量的比重较大,近50年平均基流指数在37%-64%之间。受水土保持措施的影响,研究区河流基流量随时间呈明显的下降趋势,基流指数则随时间呈现出阶段性增加趋势。基流的年内分配受融雪及降雨等气候因素的影响呈现出3月、8月两个高峰。在大规模水土保持活动影响下,月基流量在各年代间表现出减少趋势,且以夏、秋季变化最为明显。(3)以芦河为例定量分析了水土保持措施对径流的影响程度。相对于治理前,芦河流域年总径流、年地表径流及年基流量分别减少60%、66%和56%,水土保持措施对芦河流域年总径流、年地表径流减少的影响比例分别为81%和89%。水土保持措施的实施削减了洪峰流量,使径流的月变化更为平稳,径流过程也趋于均匀化。(4)应用小波方法分析了黄土丘陵沟壑区河川径流的时间变化规律及其影响因素。结果表明,通过db3小波趋势分析表明,流域年降水及年总径流、地表径流、基流都有不同程度的下降趋势,径流下降趋势更明显。运用Morlet小波对流域水文序列进行多时间尺度分析,认为流域降水、总径流及径流组分都存在显着的周期性,周期集中在30-31a、21-26a、9-14a、3-4a等时间尺度附近,降水序列与径流序列主导周期的不同,径流序列的局域性周期变化特征表现出水土保持措施实施的影响。(5)受水土保持治理开始的时间、措施的空间配置、治理面积和流域下垫面等因素的影响,不同流域径流对水土保持措施的响应存在很大的差异,年总径流及地表径流的相对减少量范围分别在7%-51%、6%-50%之间。但在黄土丘陵区水土保持拦蓄的地表径流均不能对流域地下径流产生补偿效应。(6)通过分析不同流域径流系数的变化初步探讨了流域面积大小对径流效应的影响,结果表明,径流系数在不同尺度的流域上对流域面积的响应不同,受水土保持措施影响后径流系数的变化主要受治理程度的影响,与流域面积的关系不明显。
杨永强[6]2007年在《无定河流域土地利用/森林植被格局演变对侵蚀产沙的影响研究》文中研究说明无定河流域位于黄土高原北部地区毛乌素沙漠南缘,是黄土高原河龙区间一条主要支流。无定河流域暴雨集中,土质疏松,天然植被稀少,自然侵蚀强烈,在不合理的人类活动如陡坡开垦、过度放牧、破坏天然植被的长期影响下,人类活动加速侵蚀十分强烈,导致了严重的水土流失,水土流失面积达2.65万km~2,占全流域面积的87.7%。资料表明,1956年至1969年无定河年输沙量为2.26亿t,约占同期河龙区间来沙量的21%(徐炯心,2004)。黄河中游河龙区间不仅是黄河水的主要来源,而且也是黄河粗泥沙的主要来源区。水土流失是我国西部地区面临的重大生态环境问题,同样,水土流失使得流域内土地退化、地力削弱、河床湖库淤积,对当地人民乃至黄河中下游人民的生活带来重大影响。森林植被具有涵养水源、调节径流、改善水质、保护土壤和水环境的巨大水文作用,因此合理的森林植被生态建设是解决西部水资源水环境问题的重要途径。论文研究的意义就在于改善西部生态环境,减少水土流失,尤其是要深化对森林植被环境效应的认识,从而为西部地区的生态环境建设和可持续发展提供重要的科学依据。论文以黄河一级支流无定河流域为研究对象,应用分布式水文模型SWAT(Soil and WaterAssessment Tool)对该流域的径流、侵蚀产沙状况进行模拟研究,并重点探讨降雨和土地利用/森林植被格局演变对侵蚀产沙的影响。论文基于地理信息系统(GIS)、遥感(RS)技术进行综合分析研究。首先利用1990年和2000年TM影像资料,解译获得无定河流域2期土地利用类型图,以及1980年纸质土地利用图现状图矢量化后,得到间隔10年的3期土地利用类型图,采用转移矩阵分析法对研究区的土地利用格局演变和驱动力进行了分析。其次建立了无定河流域的空间数据库(包括数字高程模型(DEM)、土地利用图、土壤类型图等)和属性数据库(包括降雨、气温、风速、相对温度)。然后根据DEM和水系分布图将整个研究区划分为15个子流域,结合1980~2000年实测水文资料进行了模型参数的敏感度分析以及参数的校准和验证,得出校准期的相对误差为11.57%,相关系数为0.887,确定性效率系数(Ens)为0.886,验证期的相对误差为9.89%,相关系数为0.851,确定性效率系数(Ens)为0.828。结果表明实测流量和模拟流量的线性回归系数和模型的效率系数满足模型模拟的要求,该模型适用于研究流域,实现了分布式水文模型对西部干旱地区径流产沙的水文响应模拟研究。在SWAT模型的模拟基础上,应用GIS的空间分析功能,分析了无定河流域在1980年、1990年和2000年不同时段的径流、泥沙的空间分布特征以及不同土地利用类型对侵蚀产沙的影响。结果表明,降雨和土地利用变化对径流、泥沙产生了较大的影响。年内降雨较多的月份,产生的径流和泥沙量也较大,反之年内降雨量较少的月份,产生的径流和泥沙量也较小。土地利用的变化主要表现在未利用地、耕地面积的减少和林地、草地面积的增加,相应的水文变化是径流、泥沙量的减少。通过SWAT分布式水文模型在无定河流域的建立和应用,充分反映降雨因子和下垫面条件的空间分异性,真实模拟流域的产流产沙过程,不仅有助于深入理解流域的产流与产沙过程,而且还可以用于模拟不同土地利用方式下径流泥沙的响应,为土地利用的径流泥沙响应研究提供了有效的途径。
刘卓颖[7]2005年在《黄土高原地区分布式水文模型的研究与应用》文中研究指明黄土高原地区正在大力开展的水土保持建设在取得巨大效益的同时,存在着各种措施拦水拦沙效益计算结果不一致等问题,对正确认识水土保持建设的地位和作用产生了较大的影响。近年来,充分考虑水文变量空间变异性的分布式水文模型成为研究水土保持措施对流域水文响应影响的有效工具。但现有的分布式水文模型由于尺度、计算方法等方面的原因,很难对淤地坝等水土保持措施引起的水沙变化做出较好的模拟,需要建立新的模型。本文的研究工作建立了与黄土高原地区干旱半干旱气候及水土保持特点相适应的分布式水文模型。模型以小尺度网格为计算单元,在垂向上将土壤离散化,采用数值计算方法求解Richards方程模拟土壤水分运动,同时实现了网格尺度上的水沙耦合计算。根据淤地坝的运行原理和运行方式,将淤地坝引入到模型中,实现对其拦水拦沙效益的模拟。模型在黄土高原岔巴沟小流域进行了连续8年的率定和验证计算,对径流和产沙量的模拟结果均较好,确定性系数达到0.70以上。对淤地坝建设影响下的河道水流泥沙运动模拟也取得了较高的精度。模型以0.5h为计算时间步长,将土壤表层离散为数层,模拟计算了1960~1967年岔巴沟流域相对天然状态下干支流各水文测站的径流和输沙过程,计算结果和实测结果吻合较好,洪峰出现时间的误差在1h以内;模型根据小型淤地坝和中型淤地坝及骨干坝不同的运行方式,模拟计算了1979~1981年流域的径流和输沙过程,结果表明模型对淤地坝安全运行状态下的水沙模拟具有较高的精度;对淤地坝的建设情况做了不同的情景分析,模拟了淤地坝不同库容情况下的径流和输沙过程,用以计算分析淤地坝的拦水拦沙效益。论文开发建立的分布式水文模型的各项研究及应用结果表明:模型可用于黄土高原地区天然小流域和治理小流域的水资源利用与管理、土地利用规划及管理、洪水预报等;模型对流域内产水产沙量的空间分析,可用于研究水土保持措施的拦水拦沙效益计算,为小流域坝系规划提供更好的科学依据。
付凌[8]2007年在《黄土高原典型流域淤地坝减沙减蚀作用研究》文中提出在人类活动的影响下,黄土高原地区的下垫面条件发生了很大变化,这种变化影响了流域的产流输沙特性。以黄河中游典型流域岔巴沟为研究区域,分析了20世纪60年代、70年代、80年代和90年代的水沙变化趋势及其成因。利用水文法和水保法这两种方法分析岔巴沟小流域的输沙变化趋势,并根据沙量平衡原理对淤地坝的间接减蚀作用进行了定量分析。以上内容得出淤地坝具有较大的拦沙减蚀能力特别是拦减粗泥沙的能力,所以在此基础上又进一步研究了淤地坝对泥沙颗粒级配的影响。主要得出以下结论: 采用水文法原理计算时用分布式水文模型代替以往的经验模型,计算结果表明:水土保持措施在一定条件下对较小暴雨有更好的拦蓄作用;淤地坝有一定的拦蓄作用,但对超标准洪水的拦蓄作用有限。 利用水保法计算各单项措施的拦沙量时,考虑了面积差异、质量标准、降雨水平等因素的影响,对坡面措施指标进行了一定的修正,结果表明,淤地坝以较小的配置比例取得了较大的拦沙效益。 根据沙量平衡原理,定量地计算出了淤地坝的间接减蚀量,虽然水文法和水保法在计算中均存在一定的误差,但总的来说,坝地的间接减蚀作用是很明显的。 淤地坝淤积物的颗粒级配在水平方向上存在明显的差异,表现为上游较下游粗,淤地坝具有明显的淤粗排细作用。 淤地坝淤积面有一定的纵比降,尾部存在显着的“翘尾巴”现象。并且已溃决的淤地坝其拦蓄泥沙的能力并没有立即终止,而是具有一定的滞后性。
焦学军[9]2008年在《基于高分辨率DEM的小流域分布式水文模拟》文中研究指明随着数字流域理念与分布式水文模型理论的引入,黄土高原水土流失治理更具有理论依据。而小流域分布式水文模型研究是小流域综合治理规划的需要,也是深刻理解和模拟大中流域产流产沙过程的关键所在。本文从黄土高原沟壑区小流域水沙的产生、输送等过程及机理出发,在GIS支持下,运用泥沙运动力学、水文学、地貌学基本理论和方法建立了具有物理过程基础小流域分布式水文模型;采用叁维激光扫描仪与GPS接收机等设备,采集小流域地形数据,建立高分辨率DEM,将其应用到分布式水文模拟系统中对研究区水沙运动进行模拟,取得了一系列研究进展和成果。1、实现了应用基站式叁维激光扫描仪及GPS接收机获取地形及位置信息,生成高分辨率DEM,提出了基于等高线回放的缓冲区迭加法,对DEM精度进行评估,取得了良好的效果。2、建立了具有物理基础的分布水文模型,改进了产流模式。在前人研究的基础上,针对研究区——桥沟小流域的特性,提出了超渗产流与蓄满产流动态变化的产流方式,根据土壤包气带含水量来调整产流方式,使产流更加符合实际情况。应用霍顿下渗公式、圣维南运动波理论及能量平衡原理,建立了具有物理基础的小流域分布式水文模型。3、开发了分布式水文模拟系统。根据分布式水文模型,开发了基于VB+AE的分布式水文模拟系统。该系统具有数据管理、数据预处理、模型计算、结果查询、动态反演等多个模块,能够对收集到的数据进行模拟计算和分析处理。4、采用研究区1986-2004年降水资料,对模型参数进行了不确定分析,选取10场降水与洪水泥沙数据,以其中5场作为率定场次,率定模型参数,另外5场作为校验场次,并采用高分辨率DEM和由1:1万地形图生成的DEM进行对比实验,结果显示:采用高分辨率DEM校验场次的平均NASH效率系数为0.78,而采用地形图生成的DEM平均NASH效率系数为0.69。这表明,本文分布式水文模型具有一定的实用性,采用高分辨率DEM可以进一步提高模型效率,为研究小流域水沙运动特征提供更可靠的依据。
龚珺夫[10]2018年在《无定河流域水沙变化及侵蚀能量空间分布研究》文中研究指明近年来黄河水沙显着减少,目前已不足历史均值的20%,引起了国内外学者的普遍关注,一般认为黄河水沙减少是气候变化及人类活动共同作用的结果,特别是黄土高原地区大规模的水土保持措施建设剧烈地改变了下垫面条件,导致区域水文循环发生了变化。本研究选取黄河一级支流无定河流域为研究区域,分析了无定河流域的水沙特点,并定量区分了气候变化和人类活动对流域水沙减少的贡献率;引入径流侵蚀功率的概念,将其推广至年尺度,并分析了其优越性;在对无定河流域SWAT模型的适用性进行评价的基础上,应用SWAT模型模拟分析了无定河流域的水沙过程及径流侵蚀功率的空间分布特征,并计算了径流侵蚀功率的空间阈值;进而应用SWAT模型设置不同情景,定量分析了不同情境下淤地坝建设及坡耕地退耕还林还草等人类活动对无定河流域水沙及径流侵蚀功率的影响。本文的主要研究成果如下:(1)分析了 1963~2005年无定河流域的降水、径流及泥沙序列的年内及年际变化特征。无定河流域降水、径流及输沙的年内分配不均,主要集中在汛期(6~9月);无定河流域的降水与径流序列的年际变化较为平缓,而泥沙序列的年际变化剧烈。趋势检验及突变检验结果表明:1963~2005年无定河流域降水序列无显着趋势变化且无突变点;径流序列(除青阳岔站)及泥沙序列(除绥德站)外均呈现显着下降趋势,且各站均有显着突变点。气候变化对无定河流域径流及输沙减少的贡献率分别为25%、11%,而人类活动的贡献率分别为75%、89%,因此人类活动是无定河流域水沙减少的主要原因。(2)利用无定河流域空间数据、气象数据及水文数据,验证了 SWAT模型在无定河流域的适用性,结果表明:在率定期与验证期,SWAT模型的百分比偏差、纳什系数和决定系数均满足精度要求。因此,SWAT模型适用于无定河流域,能较好地模拟流域真实的水文情势。(3)相比于传统的水沙关系方程,径流侵蚀功率与流域输沙之间的相关性更高,说明径流侵蚀功率可以更全面地反映枯水、中水及丰水时的输沙情况,证明了径流侵蚀功率作为一个综合因子在描述流域侵蚀产沙能力方面相较于其他侵蚀指标的优越性。无定河流域的径流、输沙及径流侵蚀功率均呈现“下游大,上游小;东部大,西部小;南部大,北部小”的空间分布特征。以子流域出口断面控制面积为空间尺度因子,无定河流域南部的河源梁涧区和黄土丘陵沟壑区的径流侵蚀功率与空间尺度因子之间呈幂函数关系,空间尺度效应的阈值为306km2;流域北部的风沙区径流侵蚀功率普遍较小且不受控制面积等因素的影响。(4)坡耕地退耕还林(草)措施及淤地坝建设使无定河流域水沙显着减少。坡耕地退耕还林(草)措施在全流域范围内产生了作用,使原来侵蚀严重地区(流域东南部的黄土丘陵沟壑区,包括大理河、淮宁河及无定河下游干流地区)的径流输沙大幅度减小,且减沙效果大于减水效果;淤地坝建设仅会导致淤地坝坝址下游区的水沙产生相同幅度的减小。
参考文献:
[1]. 考虑水土治理影响的黄土高原分布式降水径流模型研究[D]. 张升堂. 西北农林科技大学. 2004
[2]. 陇西黄土高原祖厉河流域分布式水文模拟研究[D]. 李常斌. 兰州大学. 2006
[3]. 渭河流域水土流失变化对梯田措施响应的模拟研究[D]. 邵辉. 西北农林科技大学. 2013
[4]. 黄土高原典型流域土地利用/森林植被演变的水文生态响应与尺度转换研究[D]. 张晓明. 北京林业大学. 2007
[5]. 黄土区流域径流对水土保持措施响应的时空变化特征[D]. 豆林. 中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心). 2009
[6]. 无定河流域土地利用/森林植被格局演变对侵蚀产沙的影响研究[D]. 杨永强. 北京林业大学. 2007
[7]. 黄土高原地区分布式水文模型的研究与应用[D]. 刘卓颖. 清华大学. 2005
[8]. 黄土高原典型流域淤地坝减沙减蚀作用研究[D]. 付凌. 河海大学. 2007
[9]. 基于高分辨率DEM的小流域分布式水文模拟[D]. 焦学军. 河南大学. 2008
[10]. 无定河流域水沙变化及侵蚀能量空间分布研究[D]. 龚珺夫. 西安理工大学. 2018
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