青藏高原大通河流域径流变化归因分析

大通河流域地处青藏高原东北部边缘,生态环境敏感脆弱,开展变化环境下水资源演变、归因研究对保护区域水生态环境,保障水生态文明建设具有十分重要的意义。采用线性倾向估计、集中度、集中期、有序聚类检验、小波分析等统计方法,分析了流域径流的年际变化、年内分配、周期和突变变化特征,基于累积量斜率变化率法和双累积曲线定量评估了气候因素和人类活动对径流变化的影响。结果表明:(1)近60 a大通河流域气候暖湿化明显,年平均气温、降水量、潜在蒸发量增幅分别为0.42℃·(10a)~(-1)和8.9 mm·(10a)~(-1)、5.6 mm·(10a)~(-1),年径流呈减少趋势,倾向率0.67×108m3·(10a)~(-1)。(2)径流集中度和不均匀系数呈微弱下降趋势,枯季径流增加趋势明显,年内分配更趋于均匀,集中期有推迟趋势,延迟速率为3.0 d·(10a)~(-1)。(3)年径流在44 a左右尺度上周期震荡明显,突变发生在1990年,突变后径流量减少3.52×108m3,流域冰川分布呈减小趋势,植被覆盖无显著变化。(4)气候、人类活动对大通河径流减少的贡献率分别为~(-1)7.7%和117.7%,降水量是流域来水的主要补给来源,跨流域调水是引起径流减小的主要驱动因素。

坡面径流与大孔隙流耦合作用下边坡水分场参数敏感性分析

为了揭示不同大孔隙参数取值条件下边坡水分场的变化规律,利用2个耦合的Richards方程描述大孔隙流,并联合运动波方程,建立坡面径流与大孔隙流耦合模型;基于有限元软件COMSOL的偏微分方程接口,实现所建立耦合模型的数值求解,并自行设计室内模型试验,验证数值结果,分析不同大孔隙参数对体积含水率和坡面积水深度的影响。结果表明:COMSOL软件的偏微分方程接口可以实现所建立耦合模型的数值求解,相比于无大孔隙坡面,考虑大孔隙时水分入渗深度明显更大;边坡饱和区深度与湿润锋深度均随大孔隙域占比的增大而增大,均随大孔隙域与基质域导水系数之比与经验参数的增大而减小;当降雨历时为30 min时,坡面积水深度区分度最大,表现在随着大孔隙域占比的增大而减小,均随大孔隙域与基质域导水系数之比和经验参数的增大而增大;3种大孔隙参数按照对边坡水分场影响程度由大到小的顺序为大孔隙域占比、经验参数、大孔隙域与基质域导水系数之比。

防护方式对膨胀土边坡径渗流的影响

为了研究降雨条件下防护方式对膨胀土边坡径流及雨水入渗的影响,基于防渗护壁材料对膨胀土边坡进行防护,通过开展9组不同防护方式及不同坡度的膨胀土边坡室内模型试验,对各边坡的产流时间、径流量、径流速率以及土体含水率的变化规律进行对比和分析。研究结果表明:二类边坡产流时间显著小于其他边坡,且产流时间随边坡坡度的增加而减小;二类边坡的径流量和径流速率均为最大,其径流量可快速到达稳定状态,护壁材料防护层的截水导排性能优异;降雨入渗对二类边坡土体含水率的影响最小,边坡坡度与含水率变化幅度呈反比关系。

基于数值流形法的降雨入渗与坡面径流耦合算法研究

降雨时坡地的入渗-产流分析,是降雨型滑坡、泥石流等地质灾害机理研究中的重要课题之一.为实现边坡降雨-入渗-产流的全过程数值模拟,进一步提高计算效率,考虑将降雨入渗面视作坡面径流与坡体渗流的内部域,基于一维运动波方程和二维压力水头格式的Richards方程建立耦合模型,并推导出其总体控制方程,采用数值流形法(numerical manifold method, NMM)实现其数值求解,通过编制相应的计算程序分析了边坡降雨产流过程.数值分析结果表明:所建模型的计算结果与试验数据及前人模拟结果吻合良好,验证了该文模型及计算方法的有效性与可靠性;降雨强度越大,产流时间越早,坡面积水深度越大,对坡体内的水分分布影响范围越广.研究表明,所建模型能真实反映边坡降雨-入渗-产流全过程,可为降雨诱发的各类地质灾害分析提供计算依据.

不同水保方式坡面的水土流失特征研究

降雨活动是坡面水土流失主要诱因之一,为了对比不同水保方式对坡面水土流失的影响程度,分析降雨侵蚀下各水保措施区域的土壤流失量和径流深度的变化。结果表明,除了旱地农作物之外,其余水保措施区域的径流深都小于裸地;尽管旱地农作物的径流深高于裸地,但土壤流失量较小,植被可有效预防水土流失;科学合理地运用植物篱,并与其它措施相结合,能够最大程度地发挥水保措施效果。研究成果可为水土保持治理提供参考与借鉴。

坡面降雨径流的一种数值模拟方法

根据水力学原理建立了坡面降雨径流模型，用特征线方法求解，并用所编制的计算机模拟程序对某一具体降雨过程进行了模拟计算，所得结果与用水文学方法得到的结果相近。

不同施用方式下酸性土坡地污泥氮素随径流迁移的研究

研究了以撒施和穴施方式施用于酸性赤红壤坡地上的污泥氮素在人工降雨条件下随径流的迁移情况。试验结果表明,污泥撒施后24 h径流中TN、TDN、TPN和NH4+-N的浓度和流失量最高,其中TN浓度为57.0 mg/L,TN流失量为1 086.5 mg/m2,占撒施TN累积流失量的70.6%,分别是穴施对应峰值的6.0倍和2.4倍,此后浓度和流失量均逐渐降低。穴施径流中氮素及撒施NO3--N浓度与流失量则呈先上升后逐渐下降趋势。撒施和穴施TDN/TN累积流失量分别为38.7%和65.0%,NH4+-N是TDN流失的主要形式(≥55.7%)。控制颗粒物流失是防止氮流失的重要内容,此外,污泥氮素在土壤中的转化及污泥对坡地土壤理化性状的改变均影响着径流中氮的迁移。

降雨条件下坡面薄层水流速度特征

通过在室内不同坡度和降雨强度下用电解质脉冲法对坡面水流速度进行测量。坡面长8m,宽15cm,坡度范围5°～25°。测量结果表明:在相同的降雨条件下,坡长对流速的影响不显著,而降雨强度和坡度对土壤侵蚀的影响相当显著;坡度越大,坡面产沙和冲沟发育越快;随着细沟的形成,水流速度逐渐减小。大坡度的水流速度变化揭示了细沟发育具有突发性特征。

两种不同DEM处理方法提取的水系比较

水系不但是重要的自然地理要素,而且对防洪减灾、资源开发等有着重要意义。基于DEM的坡面径流法是最为常用的水系提取方法,其提取精度直接取决于DEM中洼地的处理方法。为了比较不同DEM处理方法对水系提取精度的影响,本文以江西省潦河流域为例,利用基于DEM数据的J&D算法及基于辅助数据的AGREE方法来处理实验区DEM,然后利用坡面径流法提取水系。结果表明,经两种方法后均可以提取出连续的水系,且提取水系的等级、数量及长度相差不大;在提取精度上,在受人类活动影响较小的山地丘陵地区两种方法提取的水系比较吻合,而在平坦地区或受人类活动影响较大的地区提取的水系差异较大,且AGREE方法处理后提取的水系精度较高。

利用REE示踪法分析坡面放水冲刷的侵蚀过程

为确定放水条件下坡面侵蚀规律,采用3个坡度(15°,18°,21°)和3个流量(3.5,4.5,5.5L·min-1)交叉组合进行室内冲刷试验,并利用REE示踪法系统分析细沟发生和发展过程。结果表明:坡面上部细沟侵蚀最为剧烈,到试验结束时,坡面上部、中部和下部的沟蚀深度分别在20cm、10cm和5cm的范围内;上部和中部各层稀土元素示踪区的侵蚀率在试验过程中的变化曲线呈现单峰型或多峰型。流量对各元素示踪区侵蚀率的影响比坡度更为显著,是影响细沟侵蚀量的主要因素。水流流量不变时,在试验初始3min内,坡度对坡面下部的侵蚀影响相对较大。

坡面降雨径流和土壤侵蚀的数值模拟

利用水力学原理建立了坡面降雨径流和土壤侵蚀模型，分别采用特征线法和有限差分法对径流量和土壤侵蚀量进行了求解，并针对具体降雨事件进行了模拟计算，计算结果与试验小区实测值基本一致．本研究表明水土流失随着降雨强度和坡度的增大而加剧。

降水变化和人类活动对浏阳河流域径流的影响

定量评估降水变化和人类活动对浏阳河流域径流的影响,有助于更合理地利用流域水资源。采用线性拟合、滑动平均和累积距平等方法分析了1969—2013年浏阳河流域径流和降水的演变规律及其相关关系,应用累积斜率变化率比较法定量估算了不同时期降水变化和人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明:浏阳河流域降水量表现为增加趋势,上升率为3 mm/(10 a);年径流量表现为下降趋势,下降率为2.7(m3·s-1)/(10 a);降水和径流在1988年和1999年均发生显著性突变,经历了"减少—增多—减少"的交替变换。与基准期1969—1988年相比,1989—1998年和1999—2013年这2个时期的降水量变化对径流量变化贡献率依次为56.8%,7.62%,而人类活动对径流量的贡献率依次为43.2%,92.38%,可见人类活动已成为影响浏阳河流域径流变化的主要因素。

基于BP神经网络的坡面降雨产流预测

为预测坡面降雨产流,基于坡面降雨产流的非线性特性,引用3层BP(Back-Propagation)网络建模方法,对B市密云水库流域石匣小区水土保持监测小区的坡面降雨产流进行了研究。模型输入层变量数为5个,分别代表坡度、坡长、降雨强度、降雨历时、土壤的有效糙率,输出层变量数为坡面降雨产流量,利用野外小区实测数据,对上述网络进行了训练,学习100次后网络趋于收敛,训练样本集误差达到2.040 96×10-10,小于预设精度,预测样本的平均相对误差为1.67%。该模型的建立与实践,为坡面降雨产流预测的研究提供了新的方法。

坡面径流泥沙计算中需解决的认识问题

基于土壤侵蚀规律的研究特点，特别是坡面水蚀动力过程的研究需要，对以往传统的坡面径流泥沙计算方法进行的分析发现，传统的计算方法误将土壤中的孔隙水当作坡面径流，从而导致误将坡面的侵蚀对象及搬运物当作坡面的侵蚀动力，为进一步分析坡面水蚀动力机制带来了困难。在上述分析基础之上，提出了坡面径流泥沙的计算方法，并与传统方法进行了计算误差分析。结果表明，两种方法的计算误差随含沙量的增加而增大。当土壤容重为１．２ｔ／ｍ３时，若含沙量达３００ｋｇ／ｍ３，径流量计算误差大于２０％，含沙量计算误差接近２０％。

透水坡面降雨径流过程的运动波近似解析解

本文从坡面流运动波理论的基本方程出发 ,利用运动波特征线法和分级叠加法 ,推导出了实验条件下考虑净雨强随时间变化的坡面流运动波方程近似解析解。用实验实测资料对模拟计算结果进行了验证。结果表明 。

基于一维圣维南运动方程的黑土区坡耕地径流模型研究

在野外模拟降雨的基础上,建立基于一维圣维南运动方程的黑土区坡耕地径流模型。分析结果表明,该模型应用于小面积径流计算时精度很高,但在进行野外坡面径流量的预测时,不能忽略控制面积的大幅扩大对模型预测精度的影响。

气候变化和人类活动对淮河上游径流影响分析

以淮河流域上游漯河站为研究对象,采用Mann-Kendall法、里海哈林法和滑动游程检验法对1957—2010年的年降雨量和年径流深序列跳跃变异进行诊断,结果表明漯河站年径流深和年降雨序列分别于1985年和1999年左右发生跳跃变异。根据跳跃变异检验结果,采用降雨径流关系法与累积量斜率变化率比较法定量计算气候变化和人类活动对该研究区域径流量变化的影响。综合分析结果显示:1986—1999年较前一阶段径流的减少主要因素是人类活动的影响,而2000—2010年较前一阶段径流的增多主要因素是气候的变化。降雨径流关系法与累积量斜率变化率比较法对气候变化和人类活动的水文效应定量评估结果基本一致。

不同污泥施用方式下赤红壤坡地水土流失的特征

研究人工模拟降雨条件下,撒施、撒施+草和穴施3种污泥施用方式对赤红壤坡地水土流失的影响.结果表明,污泥施用后的前期(1和18 d)径流中,撒施、穴施与对照(不施污泥)间的径流量差异不明显,撒施颗粒物含量和流失量均达到峰值,分别为5387.7 mg.L-1和82.0 g.m-2,分别是对照和穴施对应峰值的1.1-2.0和1.2-2.0倍,此后撒施径流量、颗粒物含量和流失量均呈不同程度的降低趋势.模拟试验期间,撒施+草处理降低径流量,削减径流颗粒物和悬浮物流失的效果最为显著;撒施降低径流量和削减颗粒物流失的效果仅次于撒施+草处理,但撒施径流悬浮物流失最为严重;穴施径流量和颗粒物流失量是3种污泥施用方式中最高的,而悬浮物流失量则仅次于撒施.

降水和人类活动对黄河源区径流的影响

根据唐乃亥水文站以上的黄河源区1960-2011年的观测资料,以黄河源区的径流量及降水量为评价指标,利用线性回归分析法、累积距平法以及5 a滑动平均法对评价指标进行演变规律分析,同时利用累积距平联合滑动T检验法进行突变分析,并根据累积斜率变化率法判断降水量和人类活动对黄河源区径流量的贡献率。研究结果表明近52 a来,黄河源区的降水量和径流量均有所下降,且二者间的年代、年际变化特征基本一致。降水和径流序列存在一定的相关关系,在1990年都发生显著突变。当以1960-1990年为基准期时,定量区分降水量以及人类活动对黄河源区径流量的贡献率分别为37.96%、62.04%,说明此时的人类活动已经成为引起黄河源区径流量下降的主要影响因素,降水量变化是其下降的次要影响因素。

施用方式对赤红壤坡地上污泥铜随径流迁移的影响

研究了以撒施、撒施+草和穴施方式施用于赤红壤坡地上污泥中的Cu在人工降雨条件下随径流的迁移情况。结果表明,污泥撒施后的前期(1d和18d)径流中混匀样总Cu(MTCu)、静置样总Cu(STCu)、颗粒态总Cu(TPCu)、悬浮态总Cu(TSCu)和可溶性总Cu(TDCu)浓度和流失量均达到峰值,其中MTCu、STCu浓度和流失量峰值分别为1674.9μg·L-1、105.4μg·L-1和21.59mg·m-2、1.32mg·m-2,分别是穴施和撒施+草对应峰值的4.2～13.7倍和5.4～24.9倍;此后Cu浓度和流失量均逐渐降低。与撒施相比,撒施+草径流中各形态Cu浓度和流失量削减率可分别达72.8%～91.7%和91.4%～97.1%,穴施对应削减率则可分别达78.2%～89.9%和68.6%～82.9%。撒施、撒施+草和穴施MTCu径流流失系数分别为0.83%、0.03%和0.26%,穴施和撒施+草均可有效防止污泥Cu的流失,但以撒施+草效果最好。颗粒相Cu是Cu流失的重要形式。