基于分布式水沙模型的大夏河流域水沙过程演变机理

黄河上游水沙过程受气候和土地利用变化等因素影响,年际及年内分布差异较大。选择大夏河流域为研究区,对研究区的实测径流和输沙量进行趋势性分析,应用流域分布式水沙模型(WEP-SED)模拟流域水沙过程并采用多因子归因分析方法进行分析,探究大夏河流域在变化环境下的水沙演变规律。结果表明:大夏河流域年径流量下降速率为0.85亿m 3/10 a,年输沙量下降速率为66.25万t/10 a,趋势均为负持续性,输沙量的减小幅度是径流量的1.8倍;大夏河流域水沙过程主要受汛期降水、气温以及土地利用变化的影响,降水对径流量和输沙量减少的贡献率分别为-77.0%和-90.0%,气温对两者的贡献率分别为-29.7%和-16.5%,而土地利用变化对两者的影响呈现微增作用。

川中丘陵区小流域分布式水沙模型

以川中丘陵区的解家湾小流域为研究对象,将分布式水文模型与土壤侵蚀产沙模型嵌套,构建了解家湾分布式流域水沙模型。模型基于DEM将流域离散为"坡面+沟道"系统,利用数理方程描述流域水沙过程,坡面单元模拟了降雨、截留、蒸散发、入渗、地表径流、壤中流和地下水、侵蚀产沙过程,沟道单元模拟了汇流演算以及泥沙输移过程。在解家湾小流域的率定和验证结果表明,模型结构合理,水文模块精度良好,侵蚀产沙模块令人满意。通过对不同工况下径流过程的模拟,对径流参数的敏感性进行了检验,表明饱和导水率是模型敏感参数,植被截留影响较小,土壤前期含水量影响壤中流。

分布式水沙物理模型CASC2D-SED的应用研究

对基于栅格单元的分布式水沙物理模型在国内的应用进行研究。在介绍CASC2D-SED概念的基础上,研究其产流及产沙模块在国内半湿润地区以及产流模块在无资料地区径流模拟中的适用性。选取宁夏三关口流域以及好水川流域为典型研究流域,对三关口流域1983—1987年8场洪水进行了产流及产沙过程模拟,结果表明:模型的产流及产沙模块在三关口流域均取得良好的模拟效果,验证了模型的合理性及适用性。同时将三关口流域的参数移用于好水川流域,进行2010年及2011年4—9月的径流模拟,得到流域内15个计算点及流域出口处的日来水量,经验证,模型模拟结果可靠,可用于无资料地区的径流模拟。

黄河中游分布式水沙耦合模型研究

针对黄河中游多沙粗沙区的产流产沙特点,在建立逐网格汇流的水文模型的基础上,构建了逐网格汇沙的土壤侵蚀模型,通过水文模型和土壤侵蚀模型有机耦合,实现了泥沙的产生和汇集的分布式计算。由于模型采用逐网格汇流汇沙的方式进行模拟,使得考虑上方来水来沙对产输沙的影响成为可能。根据研究区的特点,模型在土壤侵蚀过程的模拟中,对重力侵蚀的模拟进行了尝试。经黄河中游小理河流域实测资料验证,模型具有一定的计算精度。

基于遥感数据源的大凌河分布式水沙耦合模型的构建与运用

以大凌河大城子水文站以上流域为例,将改进的垂向混合产流模型和改进的通用土壤侵蚀方程进行耦合,基于流域数字高程、土地利用及土壤类型分布等遥感数据,构建了基于水文模型的大凌河流域分布式水沙耦合模型,运用大城子水文站2001~2010年水文资料对模型参数进行率定和校验,并基于土壤侵蚀空间模拟结果,设定三种土地利用模式情景定量分析土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响。结果表明,基于遥感数据源的分布式水沙耦合模型适合于大凌河流域的水土流失模拟,在率定期和验证期模拟的年含沙量相对误差均在20%以内,确定性系数都在0.5以上,可满足泥沙模拟的精度要求;三种土地利用模式情景中旱地面积增加10.0%,土壤侵蚀模数增加12.9%,林地和草地面积增加10.0%,流域土壤侵蚀模数分别减少14.63%和6.78%,为流域水沙耦合模拟和水土流失预测和防治提供了参考。

数字流域模型淤地坝模块改进及减水减沙效益评估

淤地坝具有重要的水土保持作用,但其减水减沙效益的科学评估仍存在困难.一方面,淤地坝减水减沙的物理机制仍难以刻画;另一方面,观测资料有限且难以获取.以概化淤地坝卧管及溢洪道等部分的泄流机制及整体水沙调控机制为基础,改进和检验了数字流域模型的淤地坝模块,应用改进后的模型模拟皇甫川流域水沙过程并评估淤地坝减水减沙效益.研究结果表明:不考虑淤地坝的情况下,模型对淤地坝数量较少的近似自然状态期(1979~1986年)适用性较好,而对淤地坝数量较多的受扰状态期(2007~2012年)适用性较差,水沙模拟值明显高于实测值.考虑淤地坝的物理机制后,与原模型相比,除个别年份外,改进后的模型对受扰状态期水沙过程的模拟精度具有明显的提高,其逐日流量NSE(Nash-Sutcliffe效率系数)从-51.085~0.450提高到0.134~0.802,逐日输沙率NSE从-56.740~0.390提高到0.066~0.857.使用改进后的模型计算得受扰状态期淤地坝平均拦水量为0.142×10^(8)m^(3),减水效益为40.9%;平均拦沙量为0.050×10^(8)t,减沙效益为50.3%.研究成果可为认识淤地坝调控水沙物理机制提供模型支撑和为淤地坝建设规划提供科学指导.