煤矿开采区地表水-地下水耦合模拟

为定量评价煤炭资源大规模开发,下垫面条件改变导致的水平衡要素及地表水与地下水转化关系的改变,急需开展煤矿开采区地表水水文过程和地下水动力过程耦合模拟研究。在考虑地表水入渗补给的滞后性和在RCH程序内部实现垂向上对多层单元格补给表达的基础上,构建基于分布式水文模型(SWAT)和模块化地下水动力模型(MODFLOW)的耦合数值模型(SWATMOD),并将该模型应用于秃尾河流域——锦界煤矿采煤工程实例中。实例应用表明:耦合模型能较准确地模拟地表水水文过程和地下水动力过程及地下水动态变化过程,可用于预测秃尾河流域煤矿开采区地表水和地下水转化规律的改变。

秃尾河流域暴雨洪水产沙特性的研究

用秃尾河流域实测降雨洪水泥沙资料 ,对流域的暴雨洪水泥沙特性做了较为全面系统的分析 ,阐明了秃尾河流域泥沙来源 ,揭示了冻融侵蚀、风蚀和水蚀的共同作用是导致高含沙水流发生的机理 ,以及次暴雨洪水泥沙输移比小于 1的特性 。

秃尾河径流特性及人类活动对径流的影响分析

采用秃尾河高家川水文站1956-2005年实测月径流量,对径流年内分配不均匀性、集中程度、变化幅度进行了详细计算;利用滑动平均法和Mann-Kendall秩次相关检验法分析了年径流的变化趋势,最后定量分析了降水和人类活动对径流的影响。结果表明,自20世纪70年代以来流域径流年内分配比较均匀,其中8月份径流量最大;年径流量有明显的下降趋势,自80年代以来人类活动是引起径流急剧减少的主要因素,且影响力度一直在增加。

秃尾河流域表生生态环境评价指标体系研究

以秃尾河流域为例,从地下水与表生生态环境关系的野外调查入手,以地下水为主线,在深入分析流域表生生态环境问题的驱动力的基础上,建立了流域表生生态环境递阶层次评价指标体系,并对流域表生生态环境现状进行了评价。评价结果表明,流域生态环境现状总体较好,其中盖沙丘陵区和沙漠区是流域水资源与生态环境保护的重点。

秃尾河流域水土保持措施对河流泥沙变化的影响

水土流失治理的水沙效应研究是水土保持规划与治理实践的重要理论基础。以秃尾河流域降水、径流、泥沙等资料为基础,采用Mann-Kendall秩次相关法和距平累积方法分析降水、输沙特征及其变化。结果表明:秃尾河流域输沙量在多年变化中呈明显下降趋势;针对影响流域输沙变化的降水和人类活动因素,结合时间序列对比分析法和降水-输沙双累积曲线,定量计算出不同时段的输沙衰减量以及降水变化和水土流失治理导致的减沙量及其所占比重。分析表明:不同时段水土保持措施对秃尾河流域输沙变化的影响差异很大,流域20世纪70年代之后输沙衰减的主要驱动力是水土保持措施;水土保持措施对秃尾河流域7月、8月输沙量影响最大。

秃尾河上游流域土地荒漠化遥感动态研究

针对秃尾河上游流域土地荒漠化问题,基于地表反照率-植被指数特征空间理论,利用1989年、2002年和2011年TM、ETM遥感数据为数据源,提取该区荒漠化信息,并开展动态监测研究,从中探索该区域荒漠化动态变化特征和规律,为生态环境建设和经济发展提供参考。结果表明:1)地表反照率-植被指数特征空间方法指标简单,易于获取,有利于研究区荒漠化信息提取。2)22年来研究区荒漠化总面积持续减少,程度不断减轻,不同类型荒漠化土地动态度各不相同,并且其重心均有向西北方向移动规律。3)研究区生态环境趋于好转,主要得益于一系列积极的治理沙地措施和政策。

水土保持措施对秃尾河径流的影响

在黄土高原地区,水土保持措施是影响流域产汇流的重要因素之一。本文采用双累积曲线、时间序列分析等方法,分析秃尾河流域降水及河川径流、暴雨洪水特征变化及其对流域水土流失治理的响应。结果表明:流域多年平均降水量406.4mm,河道多年平均径流量3.4亿m3,1977年后年径流量呈显著性减小趋势。与1977年之前相比,在水土保持措施影响下,汛期径流量占年径流量比例下降,枯水期径流量比例上升,季节分配趋于均匀。相似降水条件下,场次洪水总量、洪峰流量减少,洪水过程均化。

基于污染带特征指标控制的秃尾河流域总量研究

秃尾河作为黄河上游主要一级支流,是陕西省内重要的水源及纳污河段,故开展秃尾河总量控制研究对保护流域内水环境质量及维持西北、华北区域社会经济稳定具有重要意义.提出了以污染混合带长度与污染混合均匀断面水质质量浓度等污染带特征指标作为控制因子来进行污染控制总量确定的方法,并利用已率定验证合理的秃尾河二维水环境数学模型,分别对现状排污方案、区域环评规划排污方案及后续水环境研究专题报告专家推荐削减方案等3套不同方案进行水质模拟,通过对不同方案形成的污染带特征进行分析,得到以下结论：根据秃尾河流域水质、水文同步监测数据率定秃尾河水环境数学模型,确定了二维模型参数,其中糙率R为0.029~0.033;COD的降解系数为0.10~0.14 d-1,氨氮降解系数为0.09~0.12 d-1,污染物横向扩散系数为0.88 m2/s.根据模型计算结果,确定专家推荐削减方案可满足控制条件,即基于污染带特征指标控制下的秃尾河流域控制排放总量分别为氨氮0.185 t/d,COD 1.25 t/d.

秃尾河流域表生生态环境现状评价

以地下水为主线,开展流域表生生态环境评价的方法研究尚处于发展之中。以秃尾河流域为例,紧紧围绕地下水这条主线,在建立流域表生生态环境递阶层次评价指标体系和评价标准的基础上,尝试采用模糊综合评判方法与模糊迭代自组织数据分析技术相结合,开展流域表生生态环境现状评价。评价结果表明,流域生态环境现状总体较好,其中盖沙丘陵区、河流源头和河谷阶地区及沙漠区是水资源与生态环境保护的重点,这些研究为评价生态环境脆弱区水资源开发利用对表生生态环境的影响以及保护流域水资源与生态环境提供了科学依据。评价结果与流域生态环境实际更为吻合,规律性更明显。

基于分形模糊集对分析方法的洪水分类

针对目前洪水分类方法复杂、难以实施和在分类中难以客观确定分类指标权重的问题,基于集对分析原理提出了分形模糊集对分析方法,以反映指标复杂程度的分维来刻画指标权重,同时考虑分类标准边界的模糊性,并将该方法应用于黄河支流秃尾河流域的洪水分类中。与其他分类方法的比较结果表明,分形模糊集对分析方法客观、精确、有效,分类结果符合实际情况。

秃尾河年径流变异点综合诊断研究

研究流域水文水资源的演变规律,可为流域水资源开发利用和保护以及区域社会经济的可持续发展提供重要的决策依据。本研究以秃尾河流域出口水文站高家川站1956—2004年年平均流量和年降水量资料为主,对该流域径流和降水的趋势性和跳跃性进行了分析诊断,结果表明该流域降水的趋势性和跳跃性不显著;而径流具有非常显著的减小趋势,经多种方法综合诊断,最终确定了该流域径流在1978年发生跳跃变异,最后结合实际水文调查资料从成因上对结果进行了合理性论证。综合诊断有效地解决了单一检验方法检验结果可信度较差,多种检验方法检验结果不一致的问题,对复杂的时间序列变异点的识别与检验有一定的效果。

沙地地区水文过程及模拟——以秃尾河流域为例

根据气候条件的不同,沙漠可分为沙质荒漠和沙地两种类型。其中沙地地区降水相对丰富,具有降水、蒸发、下渗、产流及汇流等过程的相对完整的水文过程,但已有研究较少。以黄河中游沙地地区的秃尾河为例,分析了沙层水分分布及演化特性,进而将整个水文过程进行概化,得到物理意义明确,结构简单的概念性水文模型。该模型应用方便,精度较高。研究定量地阐明,研究区域沙层孔隙特征决定了沙层水分易保存而不易蒸发,使该地区径流深相对较大,而地下水丰富,调节能力强,是该地区河流径流年内分配均匀,年际变化小的重要原因。流域的非闭合性是该类地区水文研究中需要重点考虑的问题。

基于航空影像的秃尾河流域土壤侵蚀评价

为了掌握秃尾河流域土壤侵蚀强度和分布情况,在外业调查的基础上,基于2011年9月分辨率为0.38 m的航摄影像和比尺为1∶1万的DEM,在Arc GIS10.0环境下,通过人机交互,提取了流域水土保持措施数量及植被覆盖度、土地利用类型、地面坡度、沟壑密度等土壤侵蚀影响因子,生成各专题图并进行叠加分析,依据水利部发布的《土壤侵蚀分类分级标准》,分别对水力侵蚀、风力侵蚀强度进行了判别、分析、评价。结果表明,截至2011年9月,秃尾河流域轻度以上土壤侵蚀面积3 076.33 km2,占流域面积的93.39%,其中:轻度侵蚀面积490.74 km2,占流域面积的14.90%;中度侵蚀面积724.30 km2,占流域面积的21.99%;强烈侵蚀面积634.23 km2,占流域面积的19.25%;极强烈侵蚀面积558.69km2,占流域面积的16.96%;剧烈侵蚀面积668.37 km2,占流域面积的20.29%。该流域强烈和极强烈侵蚀多发生在风蚀区,而以沟道侵蚀为主的剧烈侵蚀主要发生在水蚀区,上游风蚀区侵蚀强度远小于中下游水蚀区侵蚀强度。

秃尾河流域径流对降水变化的响应特征

利用双累积曲线法、相关分析法分别对年和季降水径流关系进行了分析,探讨了径流与不同时段降水的响应关系,并通过多元线性回归法定量分析了径流对降水变化的响应程度。结果表明:(1)秃尾河流域年径流呈显著减少,年降水呈先减少后增加的趋势。(2)秃尾河流域四季径流均显著减少,夏季径流变化与年径流变化趋势一致;降水量则春季增加,夏季减少,而秋季和冬季降水先减少后增加,年降水变化主要受夏季和秋季降水变化的影响。(3)秃尾河流域夏季径流对同期降水的相关程度最强,冬季最弱;年径流与最大一个月降水的相关程度最高,其次为夏季。(4)相比于基准期,水土保持效应时期(1978—1998年),径流对降水变化的响应比重为27.4%,人类活动等其他因素的比重为72.6%,其中取用水比重为13.9%;资源开发期(1999—2000年),年径流对降水的响应比重为21.4%,人类活动等其他因素比重78.6%,其中取用水活动比重为17.4%。自人类大规模活动以来,人类活动始终是径流减少的主要影响因素,其中取用水比重有所增加;降水因素对径流减少的作用减小。

秃尾河流域水沙突变及其驱动因素

由于近年来秃尾河流域入黄径流量和输沙量锐减,基于高家川水文站1956-2011年56 a实测水文泥沙数据,综合分析了流域水沙演变规律,采用滑动t检验法和Mann-Kendall检验法对年径流量和年输沙量序列突变情况进行了检验,利用建立水沙双累积曲线模型,定量估算了人类活动的减水、减沙量。结果表明:流域年径流量和年输沙量均呈显著减少趋势;高家川站年径流量序列和输沙量序列突变年份分别在1976年和1996年。人类活动是影响流域入黄水沙量锐减的主要因素,受人类活动影响,径流量减少49.45亿m^3,占累积总径流量的35.94%;输沙量减少3.07亿t,占累积总输沙量的86.42%。

秃尾河、窟野河、孤山川流域土壤侵蚀类型区划分及泥沙来源分析

通过运用模糊聚类分析与综合分析相结合的方法，将毗邻的秃尾河、窟野河、孤山川三条河流域，划分为１１个基本土壤侵蚀类型区，分析了各类型区的泥沙来源及分布特点，为本区因地制宜地进行水土保持提供科学依据．

秃尾河流域水沙变化特性分析

为深入了解秃尾河流域水沙的演变特征和变化趋势,利用Kendall和Spearman秩次相关法分析了高家川站1956—2016年年降水量、年径流量、年输沙量的演化趋势;采用小波分析法提取年径流量和年输沙量的振动周期,利用滑动t检验法、有序聚类法和双累积曲线法分析了年径流量和年输沙量序列的突变年份。结果表明:秃尾河流域年降水量没有显著减少变化,年径流量、年输沙量均呈显著递减趋势;年径流量、年输沙量序列呈现以5、14、28 a左右为主的变化周期;年径流量、年输沙量在1979年、1996年发生突变,资料序列均划分为1956—1979年、1980—1996年、1997—2016年3个系列。

窟野河、孤山川、秃尾河 近期入黄泥沙及未来变化趋势分析

窟野河、孤山川、秃尾河三流域,是黄河中游多沙粗沙区的核心部分。三条河自1953年有观测资料以来,平均每年输入黄河的泥沙量为1.65亿t,其中粗沙量为0.89亿t。三条河各站1970年以来输沙量均为减少,其主要原因并非水土保持发挥了作用,而是由于降雨总量和降雨强度减少所致。神府煤田开发,至公元2000年平均每年将增加入黄泥沙量450万t。随着全球的增温,流域内的降雨量将会增加,植被的生境条件将得到改善,侵蚀产沙强度会随之减弱。但是,由于人口的增加,土地利用结构与垦殖指数都不会有明显的变化,所以流域的产沙不可能有大幅度的减少。

韭园沟与秃尾河流域淤地坝坝内泥沙粒径分析

淤地坝是韭园沟与秃尾河流域重要的水土保持工程之一，淤地坝所处流域和工程结构的不同，淤积物的粒径大小存在差异。通过钻孔取样法采集了韭园沟流域21座淤地坝和秃尾河流域36座淤地坝淤积物样品623个，根据样品的颗分结果，分析得出韭园沟流域淤地坝坝内粗泥沙粒径主要为0．05 mm，秃尾河流域淤地坝坝内粗泥沙粒径主要分布于0．05～0．10 mm之间，说明淤地坝能有效拦截流域内的粗泥沙；两流域淤地坝均呈现库尾泥沙粒径总体大于坝前，库尾泥沙粒径的大小取决于入库泥沙粒径的大小，入库泥沙粒径越大，淤地坝对其分选效果越明显。

秃尾河流域降水量权马尔可夫链模型预测研究

针对降水过程存在着大量不确定性、不精确性的特点,采用均值—标准差分级法将降水量分为雨涝、偏涝、正常、偏旱和干旱5个状态;针对降水量为相依随机变量的特点,采取规范化的各阶自相关系数为权重,用加权马尔可夫链模型预测未来降水的变化状况;最后以黄河中游秃尾河流域为例对该方法进行了检验,分析了其未来情况下降水的可能变化趋势。结果表明,2002年秃尾河流域降水量预测状态与实际相吻合。