相似性降水条件下北洛河水沙变化特征

降水是河流径流来源也是水土流失的主要动力,通过选择相似降水年组比较河流水沙变化,可以更好揭示土地利用变化对河流水沙变化的影响。采用1954年到1996年北洛河状头水文站实测资料,根据年份差大于5年,年雨量差小于20 mm和汛期雨量差小于10 mm等三个指标确定了8个相似降水年组。通过比较相似性降水年组径流量和输沙量变化,分析了不同时间河流水沙变化特点;并通过组间比较初步探讨了北洛河水沙变化趋势。分析表明,与1980年相比,1996年除汛期径流量增加外,年径流量,年与汛期的输沙量和含沙量均增加;在其他时段,输沙量在1970年代后期以前呈减少趋势,年径流量和汛期径流量有增加趋势,而年均和汛期含沙量均有减少趋势。

径流曲线法在黄土区小流域地表径流预测中的初步应用

径流曲线法是目前国际上预测无径流观测资料地区降水地表产流的主要模型,由于气候、水文及下垫面的差异,在黄土高原地区的应用受到限制。利用黄土高原地区3个小流域的303场降雨径流资料,针对黄土高原降雨地表径流特点优化模型中的初损率λ,并提出降雨强度修正函数,将降雨强度因子引入径流曲线法。优化后的模型效率E达到0.812,实测径流深与预测径流深的线性回归决定系数R2达到0.822。改进后的SCS-CN模型可用于黄土区小流域降雨地表产流预报,对黄土高原无资料地区侵蚀产流预报、指导水土保持工程配置和设计具有重要的理论和工程实践意义。

WEPP模型坡面版在黄土丘陵沟壑区的适用性评价——以坡度因子为例

利用安塞试验站1985-1992年的气象观测数据和野外坡度径流小区径流和土壤侵蚀量监测资料,评价了WEPP模型在黄土丘陵沟壑区不同坡度条件下的适用性。结果表明,径流量的模拟值在10°、15°、20°、25°和28°五个坡度条件下,变化幅度不如实测值明显,但模拟值随坡度变化的趋势和实测值相一致;WEPP模型对次降雨、年平均和多年平均土壤侵蚀量模拟结果较好,且无论是模拟值在不同坡度之间的差值、还是模拟值随坡度变化趋势均与实测值接近。I30对WEPP模型模拟次降雨径流量有重要影响,当I30大于0.92mm/min,模型模拟误差较大。WEPP模型对次降雨土壤侵蚀量的模拟与PI30密切相关,当PI30大于129mm2/min时,模型模拟误差较大。∑PI30对WEPP模型模拟年平均径流量和侵蚀量有重要影响,当∑PI30大于150mm2/min时,模拟精度明显下降,且∑PI30对径流模拟影响较对土壤侵蚀模拟影响明显。WEPP模型对次降雨、年平均和多年平均径流量模拟的Nash-Sutcliffe有效性ME分别为0.914、0.912和0.617;对次降雨、年平均和多年平均土壤侵蚀量模拟的Nash-Sutcliffe有效性ME...

森林流域单元水文模型的构建与应用

目前全球缺水、水污染、洪涝灾害以及水土流失仍然非常严重，尤其在我国北方地区。流域水文模型可用来进行不同需水管理的情景分析，为解决我国水问题提供科学依据。分布式水文模型是流域水文模型的发展方向，具有显著特点：1）应用前景广泛，不仅可以模拟流域水文过程，还可以协助模拟泥沙或污染物的运移过程，为水利工程设计、水土保持、环境保护等领域提供技术支持；2）能够预测流域土地利用或气候变化下的流域水文响应过程变化，为管理部门提供决策支持；3）模型所需要的参数全部具有物理意义，可通过实际测量确定，适合模拟实测系列较短或是无观测流域的水文过程；4）对于目前国际水文界的前沿问题—水文尺度转换提供了一种有效的解决途径。 然而分布式水文模型还不完善，如1)真实性问题。对一些水文过程和边界条件还不确定。2)尺度转换问题。目前很少考虑尺度对参数有效性的影响。3)检验问题。还无法判断对有些难以测量的水文状态变量的模拟正确与否。4)计算时间和数据存储的问题。有些分布式水文模型虽然具有很强的水文物理基础和完善的模型结构，但是计算时间过长和(或)数据存储过大，难以应用。上述问题的核心就是对分布式水文模型的核心—单元水文模型的研究不够，需要为进一步完善单元水文模型进行研究。 本文采用饱和入渗理论、Saint-Venant方程、Richards方程、Penman-Monteith方程等等构建了以有限差分法求解的适用于森林流域的单元水文模型，并通过实验室模拟试验和坡地径流场资料进行了验证，主要结论为： 通过不同坡度和不同雨强下的室内坡面产汇流实验模拟，表明：该模型模拟的坡面流和壤中流过程与实测过程基本一致，峰现时间、径流历时、峰值流量、出流总量模拟值与实测值的相对误差均较小，基本小于10%。模型的模拟精度较高，实用性较强，为深入研究壤中流机制和改进流域降雨-径流模型提供了理论依据。 通过坡地径流观测场实测资料的验证，表明：该模型模拟的坡面流过程精度较高，累计流量的精度更高于小时过程的精度，离差系数、效率系数、确定系数均较理想，具有应用价值，有助于改善分布式水文模型在森林流域的模拟效果。

浑河上游森林变化及其对流域水文的影响

本文以浑河上游流域为研究对象，运用35技术结合野外调查，对研究区1986，1992和2001年三个时段的森林变化及流域出口断面的水文响应进行了研究。研究内容包括研究区近期森林的数量、质量和空间分布状况：研究区森林在各个时段之间变化的数量和具体方式；研究时段内，流域出口断面主要水文要素的变化与定量表达。研究结论将加深人们对该森林流域在上世纪末森林植被变化历程的了解，促进区域生态建设和恢复研究，以实现流域的生态安全。主要结论：1）现阶段研究区森林面积1.57*10~5hm2，森林覆被率达67.04％。森林以阔叶林为主，面积占森林总面积的69.46％，其次是落叶松林，常绿林只占3.17％；对森林质量评价发现研究区森林整体属于良；3）森林的面积权重随海拔增加而增加，森林在研究区平均海拔以下的面积权重是55．52％，平均海拔以上的面积权重是79.64％，差异显著。2）十五年间森林净增加1．8X10'hm，，在1986-1992年间，森林增加0.7*104hm2，1992-2001年间，森林增加1.1*104hm2，两个时期森林变化的速度接近，但变化模式并不相同；根据随机模型模拟结果，按照近期恢复情况，研究区在2010年的覆被率有望达到70％03）森林变化对流域水文要素产生比较明显的影响。流域总蓄水量增加1.5*107t；通过构造径流和泥沙的响应指数发现，1996-2001年和1986-1991年比较，流域每毫米降水在出口断面上产生的径流量减少4.4*104m3，泥沙量减少36.3t。

A finite-element algorithm for modeling variably saturated flows

A general numerical algorithm in the context of finite element scheme is developed to solve Richards’ equation, in which a mass-conservative, modified head based scheme (MHB) is proposed to approximate the governing equation, and mass-lumping techniques are used to keep the numerical simulation stable. The MHB scheme is compared with the modified Picard iteration scheme (MPI) in a ponding infiltration example. Although the MHB scheme is a little inferior to the MPI scheme in respect of mass balance, it is superior in convergence character and simplicity. Fully implicit, explicit and geometric average conductivity methods are performed and compared, the first one is superior in simulation accuracy and can use large time-step size, but the others are superior in iteration efficiency. The algorithm works well over a wide variety of problems, such as infiltration fronts, steady-state and transient water tables, and transient seepage faces, as demonstrated by its performance against published experimental data. The algorithm is presented in sufficient detail to facilitate its implementation.

Raninfall and Slope Characteristics Affecting Soil Erosion on Hillsopes

A soil erosion model including interrill erosion and rill erosion was developed for hillslope. The rainfall and slope characteristics affecting soil erosion on hillslopes was analyzed by simulation. The results show that the slope length and gradient, rainfall intensity and process have varying influence on runoff and soil erosion. The unit discharge of runoff and erosion rate increases with increases in the rainfall intensity and the slope length. The same precipitation but with different rainfall processes may cause different runoff and erosion results. The effect of the slope gradient on runoff and soil erosion can be both positive and negative. There exists a critical slope gradient for runoff and soil erosion.

城市森林研究进展

This paper gives definitions of urban forest and describes the research contents about this comprehensive subject.It provides an overview of the past and current research on urban forest from three aspects:the analysis about the structure of urban forest,the ecological values,and the planning and management of urban forest.This paper also holds a discussion about the development on this important subject.It includes urban forest and hydrology,urban forest and global climate change,analysis of urban rural ecotone interface,and the application of modern information technology in urban forest.

黄土坡面坡长对侵蚀一搬运过程的影响研究

通过不同降雨强度的模拟降雨试验,研究了15°时坡面坡长对黄土坡面侵蚀—搬运过程的影响。结果表明,坡面径流量随坡长的增加而增加,在50和75 mm/h降雨强度下,坡面径流量随坡长增加的幅度基本相同。在100 mm/h降雨强度下,当坡长小于5 m时,坡面径流量随坡长的增加幅度较小,而当坡长大于5 m时,坡面径流量随坡长增加的速率明显增大。在8 m坡长内,坡面侵蚀量随坡长变化呈波状起伏的交替变化;随坡长增加,坡面侵蚀现象呈现以侵蚀—搬运过程为主与以侵蚀—沉积过程为主的交替现象。

黄土高原地区耕作技术效益研究

黄土高原地区地形破碎 ,坡地所占比例大 ,水土流失严重。调查和试验表明 ,在坡耕地上 ,因地制宜地采取各种水土保持耕作技术措施 ,对改变坡面微地貌 ,减少水土流失 ,增加土壤抗蚀、蓄水、保土性能 ;培肥地力和提高作物产量 ,都具有显著作用。着重分析了效果明显的八种耕作技术及其特征 ,供决策部门在制订规划时参考

坡面侵蚀过程定量研究进展

坡面是土壤侵蚀最基本的地貌单元 ,定量研究坡面侵蚀能为研究土壤侵蚀规律、确定坡面重点侵蚀部位、建立土壤侵蚀预报模型提供科学依据。总结了溅蚀、片蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀的定量研究进展 ,简述了土壤侵蚀模型的研究进展 ,对目前的其它研究方法进行了评述

黄土区考虑滞后作用的坡地水量转化模型

建立了考虑滞后作用的坡地水量转化数学模型，并对模型不同情况下的定解条件进行了分析。利用陕西长武王东沟小流域坡地天然降雨－入渗－产流的实测资料对模型进行了系统检验，结果表明该模型具有较高精度，考虑滞后作用时的模拟值更加接近实测值。在降雨入渗过程中，滞后作用对土壤含水率、入渗速率、径流过程、产流量都有相当大的影响。

黄土高原地区耕作技术效益研究

黄土高原地区地形破碎 ,坡地所占比例大 ,水土流失严重。调查和试验表明 ,在坡耕地上 ,因地制宜地采取各种水土保持耕作技术措施 ,对改变坡面微地貌 ,减少水土流失 ,增加土壤抗蚀、蓄水、保土性能 ;培肥地力和提高作物产量 ,都具有显著作用。该文着重分析了效果明显的 8种耕作技术及其特征 ,供决策部门在制订规划时参考。

水文地貌关系正确DEM的建立方法

水文地貌关系正确DEM(hydrologically correct DEMs,Hc-DEM),是指符合水文地貌学基本原理,正确反映水文要素(水流方向、水流路径、水系网络、流域界线等)与地貌特征发生和位置关系的DEM。区域尺度水文和土壤侵蚀等研究中,地形因子参数只能利用DEM来提取,为了准确反映地面形态,有效提取地貌和水文特征因子,建立Hc-DEM是必需的。笔者对Hc-DEM的概念、建立方法进行了讨论和介绍;以黄土高原为例,提出了利用多种比例尺数字地形图和ANUDEM软件建立DEM的关键参数;通过与TIN方法建立的DEM的比较,对所建立的DEM进行了简要评价。研究表明,利用我国已有的数字地形图和ANUDEM软件,可以建立Hc-DEM,为流域水文和区域尺度水土流失定量分析模拟、区域尺度植被适宜性评价等研究提供更加直接的数据支持。