东北黑土区融雪径流侵蚀力时空分布

[目的]融雪侵蚀是东北黑土区主要土壤侵蚀形式之一,是该区土地退化的重要作用力,融雪径流侵蚀力是计算融雪径流侵蚀量的关键因子,因此研究融雪径流侵蚀力具有重要意义。融雪径流侵蚀力主要受积雪深度、辐射强度及升温速率影响,其主要驱动力包括融雪速率和地表径流作用。[方法]通过计算近31年日均融雪径流侵蚀力,分析东北黑土区融雪径流侵蚀力时空分布特征,并利用地理探测器辨析各区域融雪径流侵蚀力的主要影响因子。[结果]3个黑土亚区1990—2020年日均融雪径流侵蚀力均呈现先增大后减小态势,近些年逐步趋于稳定,多年日均融雪径流侵蚀力为0.01(MJ·mm)/(hm ^(2)·h·a);空间上多年日均融雪径流侵蚀力在0~0.21(MJ·mm)/(hm ^(2)·h·a)范围内,基本呈现中间小、四周大规律。融雪径流侵蚀力影响因子空间上表现为积雪深度北部大、南部小,太阳辐射强度呈现由西向东递减,升温速率值从北部向南部递减。通过地探测器辨析融雪径流侵蚀力影响因子作用强弱发现,升温速率对蒙东黑土亚区作用最强,而积雪深度对松嫩黑土亚区及三江黑土亚区作用最强。[结论]通过分析1990—2020年东北黑土区融雪径流侵蚀力时空特征及其影响因子,对于深化研究区融雪径流侵蚀特征及融雪侵蚀防控具有一定的理论和实践意义。

分布式融雪径流模型研究进展

融雪径流在寒区、干旱区对当地的水资源起着十分重要的作用,但融雪同样也会带来融雪性洪水、山体滑坡等自然灾害,因此对融雪径流的模拟一直是寒旱区的重要热点,针对近些年来融雪径流模拟研究的发展趋势,介绍融雪径流模拟的主要类型,一类是基于能量平衡的物理模型,另一类是基于气温指标的度日模型。重点阐述分布式融雪径流模型的应用情况及其进展,并对分布式融雪径流模型进行讨论与展望。

东北寒区SWAT模型融雪径流空间异质性参数率定方法及应用——以白山流域为例

融雪水是东北地区春季径流的重要来源,融雪径流过程的可靠模拟及预报可为科学管理和调度春汛期水资源提供参考。东北寒区年度内存在融雪径流和降雨径流两种产流模式,流域物理空间属性差异对融雪径流产流模式影响显著,为了解决东北寒区融雪径流空间异质性问题、提高SWAT模型模拟及预报精度,提出对SWAT模型采用单站点和多站点联合参数率定的策略。首先,利用白山水库入库流量进行单站初步参数率定,进而,采用多站点对融雪径流参数进行率定,并将该参数移植到单站初步率定参数集。结果表明:单站初步参数率定后模拟得到年度(1—12月)、夏季汛期(6—9月)、春季融雪期(3—5月)验证期月尺度确定系数(R^(2))分别为0.76、0.74和0.58,日尺度R^(2)分别为0.71、0.75和0.51;单站和多站点联合参数率定后模拟得到年度、夏季汛期、春季融雪期验证期月尺度R^(2)分别为0.80、0.74和0.79,日尺度R^(2)分别为0.74、0.78和0.61。在月尺度和日尺度上,单站和多站点联合参数率定较单站参数率定后春季融雪期的模拟精度分别提高了20%和10%。

HBV模型在玛纳斯河流域的适用性

新疆天山北坡山区流域水文气象资料稀缺,融雪径流模拟比较困难。为研究HBV模型在新疆天山北坡玛纳斯河流域径流模拟的适用性,通过分析流域积雪覆盖率与径流的相关性,并基于中国地面降水与气温日值0.5°×0.5°格点数据集,经空间插值得到研究区多年平均降水和气温的空间分布,运用HBV模型模拟了玛纳斯河流域2000—2013年日尺度和月尺度径流过程,与SRM的模拟效果进行对比分析。结果表明:①多年月平均积雪覆盖率与多年月平均流量呈负相关,相关系数R^(2)=0.67,流域内积雪融水对径流的补给作用明显;②数据集经空间插值得到研究区多年平均降水和气温的空间分布能基本反映流域的垂直气候差异性,数据集可作为玛纳斯河流域缺乏气象资料的高山区径流模拟的输入数据;③HBV模型与SRM在玛纳斯河流域日尺度和月尺度的径流模拟效果评价等级均为良好,且HBV模型对洪峰流量模拟效果更好,整体的模拟值与实测值偏差更小,HBV模型在玛纳斯河流域具有较好的适用性。

西北山区流域融雪水资源“四预”应用系统技术研究

我国西北山区流域融雪性径流是当地宝贵水资源,为提高融雪水资源综合管理业务工作效率,就具有融雪径流预报、来水极值预警、来水情势预演模拟分析、预案查询等“四预”功能的应用系统相关技术开展研究。分析西北山区流域管理机构和水库管理部门实际工作需要,提出系统功能需求,明确设计原则要求,结合最新信息化技术应用分析,提出采用主计算控制循环模式的系统处理过程控制形式,将人机交互界面设计为基于左右屏幕互动的交互式双屏显示方式,切实强化系统功能、性能等对业务工作实际需要的反映和对接,为开发实现良好的用户应用系统打下坚实基础。

气候变化对中国西北地区山区融雪径流的影响

选择祁连山黑河流域作为中国西北地区山区积雪流域的典型代表 ,分析了 195 6— 1995年 40a以来气候、积雪变化的状况和特点以及春季融雪径流的波动趋势 .利用融雪径流模型 (SnowmeltRunoffModel SRM)和卫星遥感数据模拟气温上升框架下的融雪径流变化情势 .结果表明 :中国西北地区山区的气候变化主要表现在年平均气温的缓慢上升而降水基本平稳 ,年内气温的上升幅度以 12月份比较强烈 ,而 36月融雪期的气温并没有大的变化 ,导致融雪期在时间尺度上的扩大 ,融雪径流呈慢增加趋势且受径流周期变化控制 。

SRM融雪径流模型在长江源区冬克玛底河流域的应用

冬克玛底河流域作为青藏高原腹地长江源区典型代表性高寒山区流域,有较大面积的冰川、积雪存在。本文以冬克玛底河流域2005年5￣10月的实测水文、气象资料为基础,运用SRM融雪径流模型对不同分带数对融雪径流模拟效果的影响和不同测站气温分别作为气温驱动变量对融雪径流模拟效果的影响分别进行了模拟试验。结果表明:不同分带会对SRM模型融雪径流量模拟产生一定的影响;而不同的气温作为驱动变量对模拟的效果影响很大,这表明SRM模型对气温驱动变量非常敏感。同样根据流域内径流与气温降水的相关分析看到日径流量与气温相关性较好,线性相关系数最好达到0.72,而径流与降水线性相关系数为0.20。根据以上模拟实验和相关分析选择合适的分带和具有代表性的站点气温,SRM模型模拟的两个优度指标最好可达到Nash-Sutcliffe系数(R2)=0.83和体积差(Dv)=0.95%。考虑到SRM模型对气温的敏感性,利用最终选择的模拟方案并结合气温升高1oC气候情景假设来考虑气温、降水和径流之间的关系。模拟结果表明:气温升高1oC后,(1)模拟时期内的径流总量由原来模拟的25.5×106m3增加到33×106m3;(2)冰川物质平衡线从原来的5600上升到5750米,冰川消融区从5.8km2增大到13.5km2,冰川消融量增加,对径流量的贡献明显增大。(3)气温的升高加速积雪融化并改变降水形态是径流在5￣6月变大的主导因素。7￣10月份的径流变大则主要是由于冰川消融。

SRM融雪径流模型在乌鲁木齐河源区的应用研究

乌鲁木齐河源区发育现代冰川7条,冰川面积5.6 km2,并有大范围的积雪,冰雪消融期融雪径流对乌鲁木齐河贡献显著。应用SRM(snowmelt runoff model)融雪径流模型来探讨乌鲁木齐河源区融雪期径流情况,利用度日方法,由流域本身特征及参变量获取方法的深入分析来率定模型参数,应用模拟指标Nash-Sutcliffe系数R2=0.702和积差Dv=6.81%来评价模型表现,研究发现:(1)气温、降水作为该模型的直接驱动变量对模型的模拟较为敏感。尝试对乌乌鲁木齐河源区的气温、降水数据进行IDW插值并进行修正,使得模型模拟精度提高,对模型变量的输入精度问题上提供了新的思路;(2)不同高度带上积雪的度日因子并不是稳定的,而度日因子的选取与调整对模型也非常重要;(3)模型本身的局限性也导致模拟精度的降低。结果表明SRM模型可在乌鲁木齐河流域推广应用,这必将对认识和利用乌鲁木齐河流域冰雪水资源具有重要意义。

遥感和GIS支持下的分布式融雪径流过程模拟研究

基于遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,设计和构建了一个分布式融雪径流模型,整个分布式融雪径流过程的模拟计算基于能量平衡和水量平衡,由分布式栅格融雪过程、分布式栅格产流过程以及分布式栅格汇流过程组成,融雪以及产汇流过程全部基于栅格尺度,全面实现了融雪过程的分布式模拟。分布式栅格融雪过程中对"度日法"加以改进,引入了"单元时段"的概念,从而得到了"度分融雪模型";针对融雪过程中颇为复杂的冻融反复性难题,提出了旨在解释积雪冻融反复性物理机制的"冻融系数"的重要概念,对于准确把握融雪过程的物理机制具有重要意义。同时基于G IS开发了分布式融雪径流模拟系统,为分布式融雪径流模型的运行提供了平台和技术支持,二者均为融雪洪水预警决策支持系统的核心模块部分。基于由MODIS等遥感数据得到的积雪信息、地表温度等下垫面信息,基础地理信息数据如DEM及其空间分析数据和大量野外同步观测数据(积雪信息、气象数据),对典型研究区新疆军塘湖流域2006年春季典型融雪期(2006-03-06,11:00—2006-03-10,11:00)内的洪水过程进行了模拟,模拟结果精度较高,平均精度0.82,达到了融雪洪水预警预报的业务需求标准。

黑龙江省东部森林中雪的水文效益的初步研究

为了定量研究雪的水文过程．采用冬季野外直接观测法，研究森林对降雪、截雪、积雪、融雪的影响及森林融雪径流的特点。结果表明，森林的截雪率与林冠郁闭度关系密切．针叶林的截雪率是落叶林的２～３倍；人工红松林内积雪厚度最小，融雪持续的时间最长，而落叶杂木林内积雪厚度最大、融雪持续的时间较短，针阔混交林则介于二者之间；天然次生林的融雪径流占年径流量的２１．７％，河道径流主要以降雨径流补给为主、占年轻流量的７０％以上，森林融雪径流的大小主要取决于林内积雪量的大小；融雪径流一般从４月初开始到５月底结束，在４月下旬达到最高峰；降雪有助于森林养分的积累。

黑河流域上游融雪径流时间变化特征及成因分析

以黑河流域上游莺落峡水文站和札马什克水文站1959-2008年及祁连水文站1967-2008年的天然径流序列为基础数据,通过计算水文站的流量质心时间来表示融雪径流时间,研究了黑河流域上游融雪径流时间变化的特征.结果表明:莺落峡站和札马什克站自20世纪70年代起,融雪径流时间表现为提前的趋势,祁连站自20世纪80年代起融雪径流时间提前.野牛沟站和祁连站10月至次年4月降水量增加或4-7月气温升高,会使得莺落峡站融雪径流时间提前,札马什克站融雪径流时间的提前与野牛沟站10月至次年4月降水量的增加具有较高的相关性,祁连站融雪径流的提前与祁连气象站4-7月气温升高的相关性较强.通过分析莺落峡站融雪径流时间与年径流及各季节径流的相关性,可知如果融雪径流时间提前,莺落峡站观测到的年径流量和夏秋季的径流量均会减少,而同时冬春季的径流量会增加,这对合理安排流域水资源配置和管理具有重要的指导意义.

SWAT模型融雪模块的改进

水土评价工具模型(SWAT)是一个具有物理基础的分布式水文模型,利用SCS径流曲线数方法计算地表径流,而采用相对简单的度日因子方法计算融雪径流。因此在湿润半湿润、雨量丰富的平原地区应用SWAT模型进行径流模拟时可以得到较好的模拟结果,但是在干旱半干旱、降水稀少,且春汛期间融雪径流是重要补给来源的高寒山区,模拟的融雪径流明显偏小,不能很好的反映这些地区的融雪过程,导致河道径流模拟精度偏低。FASST模型是具有物理机制的陆面过程模型,其采用能量平衡的方法计算融雪径流,能够较好的模拟复杂地形山区流域的融雪径流。以黑河山区流域为研究区,将FASST模型集成到SWAT模型,改善SWAT模型融雪径流的计算方法。通过对比SWAT模型集成前后莺落峡出山口的河道月径流、融雪径流和地表径流对河道的贡献等几个方面,表明了集成FASST融雪模块的SWAT模型能更好的反映黑河山区流域的融雪径流过程,从而提高河道径流的整体模拟精度。

塔里木河源区托什干河流域积雪动态及融雪径流模拟与预估

利用已被广泛使用的MODIS积雪数据,获得了塔里木河源区之一的托什干河流域积雪变化信息.结果表明：流域积雪覆盖率时空差异显著,在积雪丰富的年份,1月积雪覆盖率可达90%以上,但在积雪少的年份,则只有50%;2000年以来流域积雪呈现微弱增加的趋势,积雪变化趋势呈现明显的时空差异.相对于其他季节,流域冬季积雪增加更为明显;与其他高度带相比,作为主要积雪覆盖区的海拔3 000~4 000 m高度带积雪的增加趋势也更为明显.以流域所在的气象格网数据和积雪覆盖率变化曲线作为输入数据,应用融雪径流模型（SRM）模拟了流域春季融雪径流过程,率定了模型主要参数,获得了较好的结果.以CMIP5的3种RCP情景为驱动数据,应用模型预估了流域2021-2050年的融雪径流状况,结果显示4月之前径流变化不明显,之后径流峰值增大显著,不同气候情景对径流的影响不明显.

水箱模型在北方寒冷湿润半湿润地区的应用探讨

依据北方寒冷地区水文特性，将水箱模型功能进行了扩充，通过在几个流域验证显示这种扩充是有效的，能够用于北方湿润半湿润地区的多年连续径流模拟，也为春汛的径流预报提供了一条途径。

卫星雪盖监测与玛纳斯河融雪径流模拟

根据国家“九五”重点科技攻关项目“冰雪水资源和出山口径流量变化及趋势预测研究”专题( 96- 91 2 - 0 1 - 0 2 )的部分研究内容 ,运用改进后的融雪径流模型 ( SRM) ,通过天山雪盖的卫星遥感监测和流域模型参数的研究 ,实现了对玛纳斯河肯斯瓦特水文站春季逐日流量的数值模拟 ,结果表明 ,模拟的确定系数可达 0 .89,模拟积差为 5.1 ,满足应用精度 。

不同类型原始红松林对降雪融雪过程的影响

为了定量研究森林的雪水文过程,采用冬季野外直接观测法,从2009年11月至2010年5月以凉水自然保护区内不同类型原始红松林内13次降雪为研究对象,探讨了不同类型原始红松林内雪的变化过程。研究结果表明:(1)森林对降雪的截留作用和林内积雪的影响主要与林分组成和郁闭度有关,在不同类型的原始红松林中,云冷杉红松林对降雪的截留作用最大,截雪率为40%左右,是枫桦红松林和椴树红松林的近2倍。不同类型原始红松林之间的截雪量大小与降雪量有关,降雪量越大,差异越显著。(2)云冷杉红松林内积雪厚度最小,3月中旬达最大值32 cm,而枫桦红松林和椴树红松林分别为42 cm和40cm。(3)不同类型的原始红松林内积雪完全融化的时间在45 d左右,云冷杉红松林对积雪的保持时间相对较长,而无林地融雪时间仅为25 d。因此,原始红松林,尤其是云冷杉红松林可以有效防止春季融雪洪峰的产生,延长春季融雪径流时间,对于增加春季枯水期河水流量,减轻下游春旱具有重要意义。

融雪径流研究的理论与方法及其在干旱区的应用

融雪径流是干旱区河流的重要补给水源,融雪径流研究是干旱区水资源管理及分配的重要组成部分。基于国内外大量研究成果,本文从理论和方法入手对干旱区融雪径流研究现状进行分析和总结。理论研究是融雪径流发展及应用的基础,理论研究部分包括气候变化对融雪径流的影响、融雪径流水过程与物质迁移研究及融雪径流模拟研究;研究方法是融雪径流研究得以进行的数据和技术条件,研究方法部分包括基于站点数据和传统统计分析方法的融雪径流研究和站点数据与遥感数据相结合的分布式或半分布式融雪径流研究。最后,结合现有研究理论和研究方法,本文简要分析了干旱区融雪径流研究存在的主要的问题和展望融雪径流研究的趋势,包括融雪径流对气候变化的响应模式、积雪遥感监测和分布式融雪径流的模拟。

APHRODITE降水数据驱动的融雪径流模拟

针对流域内气象观测站点稀少和融雪径流过程的特点,利用APHRODITE降水数据进行插值,应用日有效活动温度改进度日数;依据季节性冻土受有效活动积温影响的特点,建立有效活动积温与径流系数的关系,提高模型中融雪速率和径流系数的计算精度。结合气象、水文资料和MODIS遥感积雪产品,应用改进的融雪径流模型(SRM)对开都河流域2000年与2006年融雪期的径流进行了率定和验证模拟。改进模型在率定期和验证期的模拟结果远远优于用日平均温度作为度日数的结果。结果表明,用APHRODITE降水数据及改进的度日数和径流系数作为SRM模型参数输入,能够较好模拟开都河流域融雪径流过程,大大提高模型模拟精度。

基于MODIS和SRM的拉萨河流域融雪径流模拟研究

积雪融水是高海拔地区重要的水资源补给,开展高海拔地区的融雪径流模拟研究具有重要的理论价值和现实意义.拉萨河流域是典型的高海拔地区,本文借助遥感和GIS技术,结合MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)遥感数据和DEM资料分析拉萨河流域不同高程的雪盖分布状况和雪盖衰退曲线,基于SRM(snowmelt runoff model)构建了拉萨河流域融雪径流模型,对流域2002—2003年融雪径流过程进行了模拟,确定性系数达0.80,模拟结果较好,基本反映了拉萨河流域融雪期的径流过程,初步探讨了缺资料地区融雪径流的模拟方法.

分布式融雪径流模型的设计及应用

融雪径流模型的研究对洪、旱灾害的监测与预报，对水文水资源的管理都具有重要的实用价值。本丈设计和构建了一个基于“3S”技术和DEM技术的分布式融雪径流模型，整个分布式融雪模型的计算基于能量平衡和水量平衡，由分布式栅格融雪过程到分布式橱格产流，最后是基于GIS的橱格汇流过程。融雪以及产汇流过程全部基于橱格尺度，全面实现了模型的分布式特性并具有严格的物理机制。文中提出了“单元时段”的重要概念，从而得到了“度分融雪模型”，为水文时间尺度转换难题的解决提供了新的思路；针对融雪过程中颇为复杂的冻融反复性难题提出了旨在解释积雪冻融反复性物理机制的“冻融系数”的重要概念，对于准确把握融雪过程的物理机制具有重要意义。另外，开发了B／S与C／S相结合的分布式融雪径流模拟系统，利用获取的大量实测、遥感以及气象等资料，基于橱格尺度全面实现了模型的算法，完成了对融雪径流的可视化、可控性模拟。最后。对典型研究区新疆军塘湖流域2006年春季融雪期（2006年3月6日11：00—2006年3月10日11：00的洪水过程进行了模拟．模拟结果精度较高。平均相对误差在0．18以下，达到了融雪洪水预警预报的业务需求。