水田氮素径流-侧渗-下渗流失特征模拟

基于水氮耦舍平衡理论和田间实际观测,开发了一套既简单又综合的水田氮素流失特征模拟模型.模型模拟结果表明:氮转化速率常数经率定后能够准确表征水田尿素氮施入后在径流、侧渗和下渗等途径上的流失速率变化特征;同时由于氮素径流流失受自然环境干扰较大,其模拟准确度较低于下渗和侧渗.对黄斑土水田,在各个途径上单季累积模拟流失通量与田间观测结果较为吻合,误差均在20%以下,其中侧渗和下渗的误差小于10%.因此,可认为模型能对水田氮素多个途径的流失速率及通量进行有效模拟.     

不同农地利用方式下地表径流中氮的输出特征

选取太湖流域典型小流域,通过长期观测,研究了自然降雨过程引起不同农地利用方式下的地表径流氮流失特征.坡地上玉米—油菜轮作和蔬菜种植条件下氮的流失途径主要为土壤侵蚀,两种利用方式下的土壤侵蚀和径流氮流失都大大高于竹园和板栗园.土壤侵蚀和氮流失主要发生在6~9月降雨集中分布的梅雨和台风季节.稻田水旱轮作条件下,氮主要随农田排水流失,降雨时间和施肥等农事活动的间隔长短在很大程度上决定了氮的年流失量,3次最大的流失事件中氮的流失量可达到全年氮流失的70%以上,总体上稻田水旱轮作方式下氮的径流输出低于坡地旱地.     

格林-安普特降雨径流模型改进及初步应用

将基于土壤及降雨资料计算得出的具有物理基础的下渗能力分布曲线引入格林-安普特降雨径流模型,选择中国和美国2个半干旱流域作为研究区域,将改进后的格林-安普特模型与原模型及新安江模型进行模拟对比,研究改进后模型的应用效果及其在半干旱地区的适用性。结果表明:在2个半干旱流域,改进格林-安普特模型模拟结果均好于原始格林-安普特模型及新安江模型;增加的具有物理基础的下渗能力分布曲线能够更好地反映流域内各位置下渗能力随降雨和时间变化的特点,更加精确地计算出流域内下渗量及产流量;半干旱地区洪水多由短时强降雨引起,产流主要以超渗地面径流为主,降雨观测精度和降雨强度对模型模拟精度影响较大;改进格林-安普特降雨径流模型能够在半干旱地区洪水预报中发挥作用。     

三峡库区小江流域溶解态氮素污染模拟

小江是三峡库区中部北岸流域面积最大的一级支流,农田以紫色土坡地为主,随降雨形成的地表径流和壤中流流失的非点源溶解态氮是水体中氮素污染的主要来源.根据小江流域地形、土壤等特性,构建流域溶解态氮素污染模型,并将具有物理机制的SLURP分布式水文模型引入污染模型中地表径流和壤中流的模拟,借助GIS技术,对小江流域2000～2007年溶解态氮的输出量与负荷的时空分布进行了模拟与定量计算.结果表明:土地产生的负荷占总负荷的68.3%～76.8%,农村居民点产生的负荷占23.2%～31.7%;土地产生的负荷中85%以上来源于农田.     

香根草植物篱地上-地下部分对三峡库区紫色土坡耕地氮素流失的影响

植物篱能影响坡面产流产沙过程，进而影响其携带的氮素流失，但植物篱地上及地下部分对氮素流失的影响尚不明确.通过设置1个降雨强度(60mm/h)、2个坡度(15°和25°)和3个坡面条件(裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系),开展人工降雨试验，分析坡面侵蚀量和径流量及其携带的硝态氮(NO^-₃-N)、氨态氮(NH⁺₄-N)和全氮(TN)含量与流失量的变化特征.结果表明：植物篱可以减少坡面侵蚀量和径流量的产生，坡面土壤氮素主要以泥沙为载体而流失；植物篱可以降低坡面径流携带的氮素含量却增加了侵蚀泥沙中氮素含量，并能够有效地减少坡面径流和泥沙所携带氮素流失量；植物篱通过地上部分和地下部分共同发挥作用减少坡面氮素流失量，其中地上部分和地下部分对减少坡面NO^-₃-N、NH⁺₄-N、TN流失量的平均贡献率分别为43.97%和56.03%、44.12%和55.88%、46.91%和53.09%.以上结果加深了香根草植物篱对坡耕地氮素流...     

基于大孔隙下渗理论的产流模型及其应用

闸述了大孔隙下渗机理和大孔隙流产生的条件,并结合土壤基质下渗以及大孔隙和土壤基质水分交换过程,建立了超渗产流模型．将该模型应用于滦河水系的柳河流域,估算了流域的产流量,推求了流域的径流过程．在模型的率定期和检验期,径流总量相对误差大部分在20％以内,Nash效率系数大部分超过70％,说明该模型可以用于以超渗产流模式为主要产流方式的流域径流模拟．     

太滆运河流域水稻田径流污染试验研究

选择太滆运河流域水稻田开展非点源类型源试验,监测水稻生长期田间水深和水质,以及降雨-径流-产污过程,并调查水田灌溉及施肥等农田管理措施.基于观测的降雨量、水田出流流量及水质数据,计算次降雨平均质量浓度(EMCs),并结合田间水深和水质变化规律及农田管理措施,分析水稻田径流污染特征及其影响因素.结果表明,降雨量、降雨强度与EMCs之间没有明显的相关关系,EMCs与稻田中污染物质的质量存在正相关关系.在水稻生长期,水稻田水质变化较大的时间点主要发生在施肥后.水稻田田埂最低出口高度在水稻生长期存在变化,增加了水稻田非点源污染流失的复杂性,模拟水稻田的产流和非点源流出过程不能忽略这一重要因素.     

农田氮素非点源污染模型及年负荷估算研究

研究了农田中氮素随径流动力输出的过程，并依据径流特征和农田氮肥施用情况，将全年区分为水田施肥期、水田生长期和非水田期.按试验时的天气条件，分别采用人工模拟降雨或农田实测降雨的资料，分析农田非点源污染回归模型.水田施肥期采用人工模拟集中降雨情形，降雨强度为2 mm&;#8226;min^-1，模型氮素浓度范围为28~45 mg&;#8226;L^-1；水田生长期和非水田期采用天然降雨，降雨强度为0.037 6~0.075 1 mm&;#8226;min^-1，模型氮素浓度为0.2~4.0 mg&;#8226;L^-1.在分析长系列降雨资料的基础上，综合运用修正SCS（Soil Conservation Service）法、单位线法和相关分析法，估算得到农田径流过程排放的氮素量，再加上地下水渗漏流失的氮素量，取得上海地区一般降水年份农田的氮素非点源污染年负荷量为26.5 kg&;#8226;ha^-1.     

野外模拟降雨条件下水土流失与养分流失耦合研究

降水是土壤侵蚀和养分流失的主要驱动力.本文利用野外模拟人工降雨试验,研究不同土地利用类型下水土流失和养分流失.结果表明:林地蓄水保土效果显著,初始产流时间在25m in左右,土壤侵蚀速率仅为裸地的8%.累积径流量和产沙量均与时间呈线性增加,关系为Y=aX-b,径流系数a表现为:裸地>撂荒地>草地>林地.径流和泥沙的迁移导致土壤肥力下降;泥沙结合态是养分流失的主要途径,其养分含量显著高于径流中养分浓度.与裸地的碳、氮和磷养分流失总量相比,撂荒地分别占47.9%、60.8%和46.1%,草地占22.5%、14.4%和17.4%,林地占1.4%、2.8%和2.6%.林地和草地水土保持效果显著,能有效减少养分流失,控制面源污染.     

九龙江典型流域氮磷流失的模拟研究

农业非点源污染是水质下降与环境恶化的主要原因,对地表径流营养盐输出的定量研究有助于掌握流域内非点源污染的来源与贡献,迁移与转化规律.选择福建省九龙江上游两个典型农业流域,在GIS技术支持下,综合采用实地观测、经验参数等方法来确定模型参数,利用2002年5月至8月所有降雨事件全过程实测的水文参数、营养盐氮、磷负荷,对AGNPS(AgriculturalNon PointSourceModel)模型进行调试,使得氮、磷的模拟Nash Sutcliffe效率系数E值都在0.8以上;再利用2002年9月两场降雨全过程数据验证了模型的适用性,验证结果是氮、磷的模拟值相对误差均在7%以下,表明该模型可以较好地估算流域氮、磷输出负荷.应用验证后的模型估算了流域2002年的氮、磷流失,年负荷为总氮27.51kg·hm-2,总磷0.75kg·hm-2;同时发现氮、磷流失主要集中于7～9月暴雨和特大暴雨集中时期,该期间从流域输出的总氮、总磷分别占全年总量的95%、87%.利用AGNPS模型可以有效地估算或预测降雨过程通过径流输送到河流的营养盐,为流域水环境规划管理提供科学依据.     

不同水文模型在半干旱地区的应用比较研究

分别采用新安江模型、HEC模型和TOPMODEL模型对滦河宽城流域进行洪水模拟计算,认为蓄满产流模型可以进行半干旱地区洪水模拟和预报分析,在计算时段为3 h的情况下,采用历史水文资料无法区别出产流模式.如果采用超渗产流一类的模型,计算时段要小于0.5 h.     

抚仙湖集水域径流过程的观测与模拟

抚仙湖集水域的径流过程包括河道径流、坡面散流和地下径流,各径流间发生水量交换,且同时向湖泊输送污染物。针对这一特点,提出以整体水文过程思路建立径流及物质输移模型,以完整统一的模型模拟整个集水域的径流过程及污染物入湖路径。模拟方法考虑各径流之间的水量交换,能定量区分各径流量及各径流分别向湖泊输送的物质数量,可望深层次地揭示湖泊集水域的径流系统及物质输移路径。设计了相应的野外观测方案,对各径流及降雨量作同步连续观测。观测数据显示,该集水域降雨强度分布不均匀;河道径流量与降雨相关性强,表现出暴涨暴落的特点,反映了山区河道径流特征;北岸农田区地下水埋深较浅,表层土体松散,接受良好的降雨补给。这些成果为观测方案的进一步细化和模型建设提供了可靠的依据。     

太湖地区水稻节水灌溉与氮素淋失

通过田间试验探讨有效的农田氮素水体污染防治途径。研究表明,节水灌溉（湿润灌溉）情况下渗漏水中总氮浓度、氮素渗漏量、氮素渗漏损失代价均随着施氮量的增加而增加,渗漏水中3种形态的氮素（硝态氮、铵态氮和有机氮）以硝态氮为主,铵态氮和有机氮占的比例较低;和常规灌溉相比,相同施氮处理（264.75kg/hm^2)采用节水灌溉时稻谷增产4.1%,氮肥当季利用率提高3%、氮素渗漏量下降8.9kg/hm^2,水稻节水灌溉是当前降低太湖地区水体氮素污染行之有效的重要措施之一。     

基于物理机制的分布式水文模型对三峡区间径流的模拟

基于物理机制的分布式水文模型是无水文资料区域的径流模拟的一种有效手段,在对模拟效果的评价中,区间流域水文资料的短缺成为限制条件。针对此问题,该文以三峡区间径流模拟的效果评价为实例,借助区间模拟入流对干流洪峰的模拟作用,对其进行分析和评价。基于三峡区间GBHM(geomorphology-based hydrological model)分布式水文模型,模拟1989~2000年期间的区间径流,为三峡库区河道的HEC-RAS(hydrologic engineering center-river analysissystem)洪水演进模型提供侧向入流资料。比较计入和不计入区间模拟径流2种情况下库区河道洪峰流量的模拟误差,分析GBHM水文模型对区间径流的模拟效果。结果表明:在库区河道洪峰中区间径流占50%的洪水场次中,基于GBHM模型模拟的区间径流,可使洪峰的模拟精度提高到90%以上。基于物理机制的分布式水文模型对三峡区间径流的模拟,具有明显的作用。     

流域分布式水文模拟中的模型网格尺度效应

分布式水文模型建模过程中,DEM网格大小选择非常重要．以美国伊利诺伊河流域为例,分析了DHSVM模型DEM在多尺度下（100m×100m、200m×200m和500m×500m）的洪峰、洪量、地表、地下径流等水文要素和参数敏感性的响应．结果发现,网格大小对汇流影响较大,网格划分越大,洪峰流量增加,峰现时间提前,地表径流占总径流比例越大,网格水量滞蓄作用越大．研究还发现,模型参数在不同尺度下的敏感性也不相同,其中侧向传导率的参数尺度效应较大．为了得到合理的模拟效果,模型应用过程中需要考虑网格大小的影响,选择合适的网格尺度．     

太湖流域典型丘陵区分布式水文模拟

针对水文过程对降雨、土壤、植被、地形等参数的空间变化十分敏感且具有很强的时空变异性的特点,应用基于物理机制的分布式水文模型系统模拟太湖流域典型丘陵区的次降雨事件水文响应过程.该模型耦合了垂直方向的水流运动(土壤水、河道-地下水水量交换)与水平方向的水流运动(坡面流、河道汇流、地下水流)过程.在产流模块中分别采用了经验的SCS曲线数方法和具有物理机制的Green-Ampt方法.结果表明,模型能较好地模拟研究区域降雨事件的水文响应过程,Green-Ampt方法的模拟结果优于SCS曲线数方法的模拟结果.     

真空渗流场作用下的渗透固结

对真空预压法的机理进行研究.研究结果表明:真空预压是真空渗流场作用下的渗透固结,它从顶部抽真空,所产生的真空度在沿竖向排水通道向下传递过程中随深度递减,其作用是在沿各竖向排水通道产生无数动态完整井,并以各完整井为中心产生无数凸面向下的降落漏斗,各降落漏斗即形成真空渗流场.其中土体将以各完整井为中心产生渗透固结,并使整个土体强度得到改善.采用真空预压法有效加固的深度小于动态完整井所能达到的深度、其残余沉降量大于其竖向回弹量.     

基于土壤地形指数和下垫面水文分区的流域模型参数率定

针对流域水文响应会受到地质、地形、地貌、植被、土壤等自然地理因素以及土地利用等下垫面因素综合作用的特点,根据流域下垫面的地理特征进行水文响应分区。借助遥感资料对流域下垫面进行分类并获取土地覆盖/土地利用信息,结合流域土壤类型数据与地形指数推求流域的土壤地形指数。进一步地,利用遥感分类信息和土壤地形指数进行流域的水文分区,率定各个水文分区SCS模型的参数CN值并进行水文模拟,结果表明,屯溪流域21次和东湾流域32次洪水径流模拟相对误差均比传统方法的小。     

不同水文模型在Broken流域的比较研究

流域水文模型对流域产汇流计算、洪水分析与预报以及水资源优化配置与调度等具有重大意义.本文选用三种比较常见的流域水文模型,介绍了各模型的结构、计算过程、应用范围等;随后将三个模型运用在澳大利亚Broken流域并且利用1966-1995年的日降雨、径流和蒸散发数据进行降雨产流分析.结果表明:Nash-Sutcliffe 的效率系数均达到了80%以上,径流总量相对误差系数RE对于萨克拉门托模型和SIMHYD模型均在10%以内,而Tank模型的检验期超出了10%.通过对三个模型运用结果的分析和比较,SIMHYD模型是适合于该流域的最理想的流域水文模型.     

洮儿河流域平原区气候变化情景下浅层地下水水位动态响应分析

利用研究区降水、气温、地表水径流和地下水埋深数据,使用Mann-Kendall非参数检验法,分析水文气象要素变化趋势,结合研究区水文地质概况,建立地下水数值模型,对未来气候变化下的地下水水位动态进行预测．结果表明:研究区地下水埋深呈显著增加趋势,降水量增加不显著,气温呈升高趋势,地表径流显著减少;通过建立的Visual MODFLOW模型,对基准情景（基准期平均降水量条件）和3种气候情景（SSP126、SSP245、SSP585）下研究区未来地下水位进行预测:基准情景和3种气候情景下研究区北部浅层地下水埋深持续增加,南部地下水埋深有所减少;3种气候情景下地下水埋深均大于基准情景下地下水位埋深．