MIKE-SHE与MUSLE耦合模拟小流域侵蚀产沙空间分布特征

为有效认识流域侵蚀产沙来源,并探讨MIKE-SHE在中国黄土高原区域侵蚀产沙模拟的适用性,该研究采用分布式流域水文模型MIKE-SHE与修正的土壤侵蚀模型MUSLE耦合,对黄土高原典型小流域侵蚀产沙进行了空间分布模拟与评价。研究结果表明:流域侵蚀产沙主要来自于坡耕地和村庄、厂矿及居民用地,二者对于流域次降雨侵蚀产沙贡献平均为44%和34%。对于不同地貌单元,沟坡是流域侵蚀产沙的重要来源,其侵蚀产沙贡献高达68%。总体来看,73%的流域面积无明显侵蚀特征,而约17%为强度、极强度以及剧烈侵蚀区,剧烈侵蚀区多分布于沟坡和部分斜梁坡,这与现实流域植被覆被特征及侵蚀特征基本相符。沟道重力侵蚀是影响MIKE-SHE与MUSLE耦合模拟流域出口侵蚀产沙总量精度的重要因素之一。

灌溉变化对华北平原地下水可持续利用的影响

针对华北平原地下水可持续利用问题,利用校准好的分布式水文MIKE SHE模型,考虑灌溉变化对地下水利用的影响,设定3种情景(现状保持型情景MS1、灌溉水量改变情景MS2和灌溉频率改变情景MS3)对华北平原未来20 a地下水利用进行预测。结果表明:(1)3种情景下华北平原未来20 a地下水水位均呈下降趋势,MS1、MS2和MS3下地下水水位年均降幅分别为0.335~1.648、0.298~1.588和0.303~1.607 m/a,东部沿海和京津地区出现了较严重的地下水降落漏斗问题,灌溉变化对地下水降落漏斗缓解效果并不显著。(2)灌溉变化在一定程度上能促进华北平原地下水水位和含水层储量恢复,且减少灌溉频率的作用大于降低灌溉水量的作用;相对于MS1,MS2和MS3可使含水层储量在20 a后分别恢复0.06 m和0.12 m。(3)采用灌溉变化无法彻底解决华北平原地下水水位和含水层持续消耗问题,须与其它措施结合,才能从长远角度保证华北平原地下水可持续利用。研究成果可为水资源规划与管理提供科学的依据和建议。

河套灌区出让水权对天然植被影响研究

为深入研究河套灌区通过节水改造进行水权交易对灌区生态环境的影响,利用遥感和实测数据相结合的方法,探究沈乌灌域节水改造前后归一化植被指数NDVI与地下水埋深之间的关系,确定沈乌灌域地下水埋深不宜超过3.4 m。同时,基于MIKE SHE模型平台构建沈乌灌域分布式水循环模型,利用地下水观测井数据、地下水流场和排水沟监测流量完成参数率定和验证。利用模型对现状总引水量3.06亿m^(3)情况下的地下水埋深进行预测,预测结果表明,到2025年将有50%的区域地下水埋深超过3.4 m,到2030年将有78%的区域地下水埋深超过3.4 m。结合地下水埋深与NDVI之间的关系,可以推断沈乌灌域植被生长状况将受到严重影响,应针对现状取水提出生态补水方案。

开都河流域山区径流模拟及降雨输入的不确定性分析

选取塔里木河源区的开都河流域为研究区,将流域内气象水文站点数据与遥感数据相结合,利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨等资料,模拟流域水文过程,并在出山口实测径流数据的基础上对模型进行率定和验证;对降雨输入所带来的径流模拟不确定性进行分析,探讨降雨输入的空间异质性对水文预报结果的影响机制.结果表明:MIKE-SHE模型能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,但精度上仍有待提高;降雨输入的空间分布程度对径流模拟有重要影响.FY-2C遥感估算降雨资料能够更好地表达降雨时间的空间异质性,相应地对径流模拟精度也有一定程度的提高.

巴江岩溶流域水文模拟研究

岩溶地区因其多相且不规则的复杂流态使得其水循环模拟及预测较为困难.以石林巴江流域为研究区,将流域内水文气象站点数据与遥感数据相结合,利用MIKE-SHE模型来模拟巴江流域水文过程.该模型对于蒸散发及不饱和带的模拟较为详细.并使用黄家庄水文站2000～2005年的实测日径流量进行率定与验证.结果表明,验证期总水量基本保持平衡,nash-sutcliffe系数为0.84,表明该模型能够模拟短时间内的水流演变过程.在此基础上对模型参数进行敏感性分析,得出降雨量为关键变量,且其空间分布的差异对模拟结果影响较大.

干旱区资料稀缺流域日径流过程模拟

选取具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE来模拟大尺度资料稀缺地区水文过程。以塔里木河主要源区之一开都河流域为研究区域,将流域内气象水文站点观测数据与遥感数据相结合,运用GIS空间分析方法修正数据输入。利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程和降雨等资料,研究大气、陆面、地表水和地下水的相互作用机理,通过模型敏感性分析确定了5个"自由"参数,并依据出山口水文站数据对模型进行率定和验证。结果表明,MIKE SHE能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,模型效率系数达到0.7以上,率定期与验证期水量平衡误差均小于3%,模拟径流与实测径流高度相关。

绿洲农业对博湖小湖生态需水的影响研究

研究博湖县绿洲农业灌区对博斯腾湖小湖区域的补给水量,提出最优的绿洲农业种植结构。基于MIKE-SHE水文模型及水量平衡公式,以2017年为研究背景,量化不同种植结构情景下的地下水及地表水对博湖小湖补给量的变化情况,核算了区域年补给总量。结果表明:(1)模拟值与观测值的平均相关系数及纳什系数分别为0.89、0.79;(2)种植水稻地下水对博湖小湖补给量10.628×10^6m^3,种植油菜地表水对博湖小湖补给量538.023×10^6m^3,均为最高;(3)地下水对博湖小湖的补给量与灌溉期、灌溉定额、作物种类有着强烈的相关关系,地表水对博湖小湖的年补给量远远大于地下水,且与总补给量高度相关,是博湖小湖总补给量的决定性因素;(4)油菜及小麦的年补给量分别为544.939×10^6m^3、 541.158×10^6m^3,为小湖生态需水要求下区域最佳的种植作物。

基于MIKE SHE分布式水文模型的降水时间尺度对喀斯特流域径流模拟的影响研究——以红水河系六硐河流域为例

径流形成是流域系统对降水水文响应的结果,其实质也是流域对降水时间和空间上的重新分配。降水作为径流模拟中最大的不确定因素之一,其时空分布特征是影响径流模拟及一系列其它水文问题的主要控制因素。为了探索喀斯特流域降水时间尺度对径流的影响规律,本研究利用MIKE SHE模拟技术,结合喀斯特流域独特的地质、地貌、覆被类型及水文特征,对模型的相关参数进行率定,模拟了5场典型洪水的降水径流过程。并且通过改变降水资料的时间尺度,研究降水时间变异对模拟洪水过程的影响。研究表明,在相同的流域下垫面和模型条件下,若累计降水时间增加,同样数量的降水产生的径流总量也会增加,最大的流量出现时间也相对滞后。

森林流域水文模拟模型的概念、作用及其在中国的应用

在全球变化的背景下,研究森林植被与水资源相互作用的森林水文学和流域管理科学在国际上得到迅猛发展.作为一种新型的水文研究和流域管理工具,流域水文模拟模型在中国越来越为森林水文和流域管理工作者所接受和使用.该文在总结了中国在森林水文研究中的主要问题后,介绍了森林流域水文模拟模型的基本概念、分类方法以及在开展森林与水关系研究中的主要作用,总结了流域水文模拟模型的主要功能.并以分布式水文模型MIKE SHE为例介绍了模型的结构组成、开发和应用过程.最后提出该模型在中国应用中要注意的问题,包括中国土地利用的独特性、历史水文气象数据的可靠性和共享性.

基于MIKE SHE模型的干旱区节水灌溉对地下水位的影响研究

以新疆干旱区玛纳斯河流域莫索湾灌区150团为例,以2005年为基准年进行模型相关参数率定,以现状年2010年实测地下水数据进行模型验证,以2020年为规划年进行地下水预测,利用具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE模型模拟自然-人工复合水循环过程,并对比现状年与规划年节水灌溉情况及地下水模拟结果。结果表明,由节水灌溉比例的增加引起的地下水位下降值为0.021m,对地下水位下降变化的贡献比例为24.7%。

变化环境对华北平原地下水可持续利用的影响研究

针对华北平原地下水利用中存在的问题,采用分布式水文MIKE SHE模型,考虑人类活动(农业节水措施和南水北调工程)和气候变化等变化环境的影响,通过设定4大类情景(每类情景中均设定了3类气候变化子情景)模拟了2019-2028年华北平原地下水的利用状况。结果表明:农业节水措施和南水北调工程等人类活动对华北平原地下水水位、水均衡和含水层储量有较大的影响;相对于现状保持型情景(SQM),模拟期末(2028年12月31日)农业节水型情景(AWS)、南水北调工程供水型情景(SNWDP)和综合利用型情景(CU)下华北平原饱和含水层储量分别增加0.168、0.558和1.433 m;气候变化对华北平原地下水的影响量级与人类活动的影响相当,且地下水水位、水均衡和含水层储量变化的方向和大小均与未来气候条件的干湿程度呈正相关关系,到模拟期末,相对于现状保持型情景(SQM),湿润、正常和干旱的气候情景下华北平原饱和含水层储量分别为增加0.972~2.239 m、增加0.119~1.540 m和减少0.372~0.940 m;只有综合考虑各种引水和节水措施,多管齐下,才能保证华北平原地下水的可持续利用。

基于MIKE SHE模型的流域地下水水文响应

为研究在流域或盆地尺度上降雨入渗补给地下水水文响应的滞后效应,采用Arc GIS技术,并基于MIKE SHE软件数值分析的方法,建立了丹麦Skjern流域地表水-地下水耦合的分布式水文模型,运用观测值对该模型进行参数率定。通过观测值和模拟值对比,同时分析了Skjern流域气候条件和地下水埋深对地下水水文响应的影响,结果表明：丹麦属于温带海洋性气候,Skjern流域地下水补给集中在9—12月和1—3月;地下水位埋深为1m左右时,降雨入渗补给很快到达地下水面,地下水补给峰值的滞后时间很短,大约1~2 d;对于地下水位埋深在2~5 m之间的,滞后现象较为明显,峰值滞后4~5 d;对于地下水位埋深〉10 m的,峰值滞后时间则很长。该模型模拟Skjern流域效果较好,模型对于Skjern流域具有一定的适用性和应用潜力。

MIKE SHE水文模型参数的不确定性研究

为了估测水文模型的不确定性参数特征,更准确地构建水文模型,利用妫水河流域东大桥水文站径流资料,对MIKE SHE模型参数进行了不确定性分析。结果表明:选取的参数中不确定性较大的为水平传导系数、壤中流下渗常量、壤中流给水度、壤中流渗透阈值,不确定性较小的为山林地及平原耕地的饱和渗透系数、蒸散发经验系数;模型模拟结果与实测数据符合较好,校核期有55%的实测数据落入模拟径流量的置信区间内,但模拟精度仍有待提高。

基于MIKE SHE的洪水模拟与尺度效应分析

以淮河黄泥庄流域为研究对象,构建用于洪水模拟预报的分布式流域水文模型MIKE SHE,根据参数物理意义以及率定的方式确定MIKE SHE的模型参数。选用流域出口控制站黄泥庄水文站1983年～2009年间的21场洪水资料,对建立的模型进行了模拟与验证。在此基础上,研究设定了5种网格大小及5种时间步长,探究时空尺度变化对模型模拟效果的影响。结果表明,MIKE SHE模型对时间与网格尺度大小均较为敏感,且在一定尺度范围内,洪峰与洪量随网格增大而增大,随时间步长增加而减小。

基于MIKE SHE模型的华北平原水资源利用情景分析

气候变化和人类活动是影响流域水文循环和水资源可持续利用的两大驱动因素,在校准的MIKE SHE模型基础上考虑气候变化和人类活动的影响,设定8个情景对华北平原2009-2028年的水文循环及水资源利用进行预测。结果表明:考虑南水北调工程的情景在预测期末的地下水水位有较大程度(0. 06~1. 26 m)的恢复,预测期内华北平原水量总流入小于总流出会导致含水层储量的消耗和地下水的不可持续利用,但在适当情景下可以较大程度缓解这种不可持续性。气候变化对华北平原含水层储量有较大的影响:降水量减少5%,地下水储量将减少0. 27 m;降水量增加5%,地下水储量将增加0. 3 m。南水北调工程和农业节水措施的实施对华北平原地下水水位的恢复、缺水程度的缓解作用显著。

MIKE SHE分布式水文模型在广东省中小河流洪水预报中的应用展望

中小河流急需提高洪水预报的有效性与及时性。MIKE SHE是基于物理过程的分布式水文模型,具有高度灵活性、操作简单、应用范围广泛等特点。该文在分析中小河流洪水预报研究现状的基础上,提出MIKE SHE在广东省中小河流洪水预警预报中的应用展望。

干旱区地下水资源变化驱动因素分析

如何量化气候变化和人类活动对地下水的影响,不仅是当前研究的热点,还是干旱灌溉地区水资源管理的重点。本文分析了新疆准噶尔盆地近年来土地利用,气候和地下水开采趋势的变化,并利用分布式水文模型MIKE-SHE定量分析了这三个因素对地下水资源的影响。结果表明:(1)该模型可用于模拟干旱灌溉区域。(2)这三个因素导致区域平均地下水位分别下降为2.3 m、 0.24 m以及0.068 m。地下水开采由于受到更直接的影响,已成为区域地下水资源变化的主要影响因素。(3)地下水提取的影响具有很强的空间分布特征。基于以上结果,综合多学科知识建立生态环境与地下水变化之间的关系可以为地下水的可持续发展提供策略。

气候变化影响下华北平原地下水可持续利用研究

【目的】研究气候变化对华北平原地下水可持续利用的影响。【方法】在校准的MIKE SHE模型基础上考虑A1B二氧化碳排放情景下代表湿润、正常和干旱气候条件的3种大气环流模型,设定3种气候变化情景进行模拟。【结果】①地下水水位、地下水补给、含水层储量的变化均与气候的干湿程度正相关。相对于保持现状情景,湿润和正常气候情景下地下水水位分别回升0.156~0.295 m/a和0.007~0.090 m/a,而在干旱气候情景下则下降0.106~0.345 m/a;②模拟期末,相对于保持现状情景,湿润和正常气候情景下含水层储量恢复率分别为6.86 km^3/a和0.84 km^3/a,而干旱气候情景下则下降6.58 km^3/a;③湿润和正常气候情景下地下水补给量增幅分别为53.1%和8.5%,而干旱气候情景下地下水补给量降幅为69.2%。【结论】地下水可持续利用是华北平原社会发展中的关键问题,与此相关的措施包括减少蒸散发、城镇化、南水北调工程、节水灌溉技术等。只有社会各方面的综合作用,才能从根源上保障华北平原地下水的可持续利用。

塔里木河中上游土地利用变化的径流响应

为了定量分析塔里木河中上游土地利用变化对径流的影响程度,基于塔里木河流域1980-2015年土地利用数据及相关水文系列资料,利用MIKE SHE分布式水文模型客观模拟评价了流域中上游土地利用变化下的水文响应过程。结果表明:MIKE SHE模型可以较好的模拟塔里木河流域中上游的日流量过程,在研究区具有良好的适用性;1980-2015年间流域土地利用变化导致流域地表日径流量减少了4.2 m^3·s^(-1)。通过仿真模拟分析草地、林地、耕地三种土地利用情景,得到日均流量分别为147.56 m^3·s^(-1)、141.80 m^3·s^(-1),144.72 m^3·s^(-1)由此可见,该流域径流对不同土地利用类型的响应差异较大,产流量的总体趋势为草地>耕地>林地。研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。

基于BP神经网络的MIKE SHE模型参数率定

为了更精细地对水文全过程进行描述和解析,更准确地构建分布式水文模型,以丹麦Karup流域为例,对MIKE SHE模型的饱和导水率、饱和带水平水力传导系数、河床透水系数进行了参数率定,模拟流域的日径流过程。结果表明:基于BP神经网络反分析的参数率定方法比MIKE SHE模型参数自动率定计算得到的均方根误差RMSE小,模型效率系数Ens更接近1;采用BP神经网络反演率定参数后,3组测试样本的日径流模拟过程的RMSE分别为0.04,0.03,0.08 m^3/s,Ens均为0.99,且模拟结果能较好地反映径流的实际变化趋势。因此,这种基于BP神经网络反分析的参数率定方法对构建分布式水文模型具有一定的价值。