基于水文要素过程的流域地下水与地表水交换径流成分定量分析

流域地表水-地下水相互作用中包括枯水季节深层地下水向河流稳定补给的基流,降雨入渗后形成的快速与慢速壤中流和洪水时期河道水位抬升引起的地表水补给地下水。目前对于地下水-地表水交换量的组成并没有清晰的定义,已有的水文实验和模拟方法不能准确辨析地下水-地表水交换组分。利用水文要素过程线,提出了综合新安江水文模型、改进马斯京根-康格(Muskingum-Cunge, MC)法和基流分割方法的技术框架,研究地下水-地表水交换量的组成情况,并以婺源江小流域出口断面为例进行了方法应用。研究结果表明:婺源江小流域的地下水-地表水交换量占出口断面总径流的43.54%~54.66%。饱和带中的浅层地下水占出口流量的8.41%~10.57%;降雨下渗进入浅层土壤补给河道的水流占6.81%~20.59%;深层地下水的稳定补给量占河道总径流的23.34%~26.54%。本研究提出了可以精细化辨析地下水-地表水交换分量的技术框架,结果可为类似流域水资源保护与管理提供理论依据。

基于SWAT模型的寒区小流域径流模拟及径流成分研究

由于冻土、降雪及融雪入渗等影响因素的特殊性,寒区流域产汇流特性都有别于非冻区,使寒区径流模拟研究较为困难,已有的研究内容对寒区小流域的径流模拟研究以及径流成分分析还比较少。为探讨寒区小流域径流模拟方法并分析流域内径流成分组成,以永翠河流域为研究区域,选取1994—2015年共22年的水文气象资料,构建SWAT模型,以决定系数(R2)和效率系数Nash-Sutcliffe(NSE)评价SWAT模型的适用性,并基于构建的SWAT模型分析永翠河流域径流成分组成。结果表明,SWAT模型能够较好的模拟寒区小流域的径流过程,各径流成分中壤中流占比最大,地表径流次之,地下水占比最小,且三种径流成分产水量总体都呈现上升趋势。

降雨过程中δ^(18)O时程变化规律及其对径流成分划分的影响

为分析降雨过程中δ18 O时程变化规律及其对径流划分的影响,分析了和睦桥流域2015年8月至2016年10月间七场降雨事件中林外降雨、穿透降雨、林外顺序降雨、穿透顺序降雨、河水的δ18 O变化规律,并利用二水源流量过程线分割模型,实时划分了径流成分。结果表明,林外降雨与穿透降雨的δ18 O均具有明显的时程变化,δ18 O时程变化导致径流划分所得旧水比例随时间的变化而变化;穿透降雨的δ18 O变化幅度小于林外降雨,但其δ18 O算术平均值和平均值整体上大于林外降雨,因此在进行径流成分划分时,需根据当地植被条件合理采样。研究结果为类似地区的径流划分提供借鉴。

考虑径流成分的雅鲁藏布江月径流模拟

通过构建雅鲁藏布江流域分布式水文模型SWAT,并以1989~1998年为率定期,1999~2005年为验证期对3个水文站(奴各沙、羊村、奴下)的月径流进行了模拟。从模型参数组里选取径流成分模拟不同的2组参数,以Nash-Sutcliffe效率系数(NS)、相关系数(R^2)及相对误差(PBIAS)为评价指标,来分析模型的模拟结果好坏。结果表明:率定期内,在径流成分1下奴各沙、羊村站和奴下站的R^2值高达0.9以上,NS系数分别为0.9、0.92和0.72,PBIAS的值为7.1%、18.5%及34.2%,但径流成分与实际情况出入较大。而径流成分2下,模拟得到的评价指标虽然不是很高,但径流成分比较合理。验证期总体结论一致。因此,建议在模型率定验证中要充分考虑径流成分的作用,从而提高模型模拟的精度。

基于SWAT模型干旱区内陆河流域径流成分的模拟分析——以玛纳斯河上游为例

干旱区内陆河流域径流主要来源于山区降水,但降雨产流和融雪产流对山前绿洲水资源的时空供给周期与强度有很大不同,因此区分径流成分对流域的水文预报和水资源配置具有重要意义。本文以西北干旱区典型内陆河流域——玛纳斯河流域上游为例,基于历史逐月径流资料(1980-2000年),应用SWAT分布式水文模型对玛纳斯河上游径流成分进行模拟分析。分析结果表明:SWAT分布式水文模型可以有效的模拟玛纳斯河的径流变化特征,在率定期和验证期,Nash-Sutcliffe效率系数以及决定系数r^2分别高于0.81和0.89,达到评价标准。基于水量平衡原理的计算结果表明:多年流域的实际蒸散发量、地表径流量、土壤对地下水补给量、地下侧流量分别占降水量的53.54%、25.51%、17.60%和3.35%,进一步分析表明雪冰融水占降水量的64.50%,说明该流域的径流量主要来自雪冰融水,但各月降水量变化趋势与地表径流量的变化趋势具有一致性,说明大部分降水转化为径流的时间较短。该研究对流域水文预报和水资源调控具有参考意义。

基于SWAT模型的那棱格勒河流域径流模拟及水量平衡分析

那棱格勒河是柴达木盆地内流域面积和流量最大的内陆河流。本文在那棱格勒河上游构建了SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行参数敏感度分析、率定和验证,对1979—2018年的月值径流量进行模拟分析。结果表明,敏感度最强的前3个参数依次为融雪基温、降雪气温及气温直减率,在率定期和验证期决定系数R^(2)和Nash-Sutcliffe效率系数分别高于0.81和0.65。水量平衡分析结果显示1979—2018年流域的蒸发量、地表径流量、地下水补给量、地下侧流量分别占降水的92.30%、17.76%、16.18%和5.84%。表明流域内径流量主要来自冰雪融水,各水量平衡分量受温度影响较大。降水量变化趋势与地表径流量变化趋势较一致,说明降水转化为径流的时间较短。本研究对那棱格勒河流域水文研究及水资源调控具有参考意义。

基于EEMD-AR模型的丹江口水库年径流随机模拟与预报

基于水库历史年入库径流序列组分分析和识别,采用线性趋势回归检验法、有序聚类法、方差线谱法等方法,推求出序列趋势项、跳跃项及周期项等确定性成分,提出基于集合经验模态分解法(EEMD方法)的水库年径流自回归随机模拟模型(EEMD-AR),并应用于丹江口水库的年径流随机模拟和预报中。通过EEMD分解,解决了当丹江口水库历史年径流序列为非平稳序列时不能直接应用自回归模型(AR)进行随机模拟和预报的问题。模拟结果表明,EEMD-AR模型能较好地模拟丹江口水库年径流序列并保持原历史序列的统计特性,且模型预报精度符合要求。

气候变化对多年冻土区径流组成的影响分析——以长江源区为例

以多年冻土为主要下垫面的寒区流域水资源对气候变化敏感,以长江源区为例,根据数字滤波法对直门达水文站1966-2015年月径流的基流分析结果,明确了长江源区径流及其不同成分的变化规律;进一步利用格兰杰因果检验和累积斜率法分别定性和定量地分析了降水和温度对径流组成的影响。结果表明:近50年来,长江源区总径流呈现增加趋势,2004年发生突变后年平均径流量增长36.49亿m~3,基流和地表径流各贡献了50%;近50年持续地增温是引起径流变化的格兰杰原因,更有助于对河道径流成分变化的预测分析;对比径流突变前后,增温不仅改变降水形式,影响了地表产流,同时也改变了下渗后土壤水的冻融过程,对基流和地表径流改变的贡献率分别为90%和76%、高于降水变化68%和57%的贡献率。气候变化背景下,持续的增温对降水产流和下渗过程的影响,是多年冻土区流域径流成分变化的主要原因。

西双版纳热带季节雨林集水区基流特征

利用西双版纳热带季节雨林集水区1996—2006年日径流序列资料,计算出逐年基流指数值(BFI);以二水源假设理论为依据,用基流指数值对日径流资料做基流分割,计算出热带季节雨林集水区基流量。结果表明:西双版纳热带季节雨林集水区年基流指数值在0.24～0.45,均值为0.322,年间变化较小;月基流指数值在0.31～0.34,干季大于雨季;径流总量与降雨量年内变化趋势较为一致。本文结果将为热带森林生态水文功能研究和热带区域水资源的规划管理提供基础数据。