降雨坡面径流汇集模型及其在茅坪滑坡中的应用

采用运动波理论，并基于地形对坡面流流向的控制作用，建立了一种能够模拟坡面流集中汇流过程的数值计算模型，该模型得到了人工降雨试验的良好验证.将该模型运用于茅坪滑坡实际情况，得到了茅坪滑坡的表面产流特征，尤其是较好地显示了茅坪滑坡表面的径流汇集路线，可为合理设计茅坪滑坡表面排水工程提供科学依据.     

不同雨强下土壤大孔隙对坡面流水动力学参数的影响

以室内试验槽为平台,利用人工模拟降雨试验,定量分析了坡度为5°时,在30mm/h,60mm/h和120mm/h降雨强度下,有大孔隙试验槽和无大孔隙试验槽坡面流的水动力学参数的异同点.结果表明,各场次降雨的两坡面流的流态均为层流,除降雨强度为30mm/h时,无大孔隙坡面的坡面流为急流外,其他场次的水流均为缓流;在同一降雨强度下,相对于无大孔隙坡面,有大孔隙坡面的坡面流流速、单宽流量、弗劳德数和雷诺数较小,径流深、径流切应力、水流运动阻力以及坡面糙率较大;随着降雨强度的增大,两坡面的径流深和单宽流量增加,坡面流流速、径流切应力和雷诺数均增大,阻力系数和曼宁糙率均呈现先增大后减小的趋势,弗劳德数则呈现先减小后增大的趋势.     

城市暴雨径流计算模型的建立和检验

基于城市降雨径流规律的研究，建立了城市暴雨径流计算模型（包括城市产流、地面汇流和管渠汇流三个部分）。在产流计算中，不透水区用变径流系数法，透水区用下渗曲线法；地面汇流用非线性运动波法；管渠汇流用动力波法。经北京和西安三个小区的实测资料检验，证明模型精度较高，可用于城市雨水控制和管理等场合的径流模拟。     

密云水库流域坡面降雨侵蚀的计算机模拟

以B市密云水库流域为例,用计算机数值模拟技术模拟坡面降雨侵蚀过程,考虑到坡面流的流速及非线性双曲型方程,采用迎风有限差分显示格式来离散坡面侵蚀方程、坡面水流连续方程、水流运动方程,并编制了计算程序,进行了计算机模拟.研究成果可以描述动态坡面降雨侵蚀及水土流失过程,且可将研究成果扩展到整个流域,从而为治理水土流失保护生态环境提供依据.     

港区雨水径流模型的建立及检验

针对港区的情况建立了港区雨水径流模型,包括了地表产流计算模块、地表汇流计算模块和管网汇流计算模块,其中地表产流采用霍顿下渗公式计算下渗量;地表汇流采用瞬时单位法计算;管网汇流模块采用运动波法求解.经长沙市港区的实测资料检验,证明该模型在港区小流域的雨洪分析中有较高的精度,洪峰流量和径流总量最大相对误差分别为2.8%、7.563%,最小相对误差分别为0.7%、0.408%.可用于港区雨水排水的径流模拟.该模型的建立可以为港区的雨水排水系统的设计、校核及管理提供科学依据.     

草被覆盖对坡面流流态影响的人工模拟试验研究

草被覆盖是影响坡面流流态变化的重要因素之一.本研究旨在通过室内放水冲刷试验,揭示黄土丘陵区坡沟系统坡面不同草被覆盖对坡面流流态的影响.试验共涉及坡面5种草被覆盖面积比、3种空间配置和2种放水冲刷流量.结果表明,坡面流流态与放水流量和草被覆盖关系密切,随流量的增大草被覆盖断面坡面流流态由层流-缓流转变为过渡流-缓流,而无草覆盖断面的流态几乎都处于过渡流-缓流或急流状态;沟坡径流大都属于过渡流-急流状态.试验过程中,草被覆盖断面的径流雷诺数和弗汝德数变化很小,无草被覆盖断面径流的雷诺数呈逐渐增加趋势,而弗汝德数呈逐渐减小的变化趋势.     

黄土坡面水蚀动力与侵蚀产沙临界关系试验研究

坡面水蚀动力与侵蚀产沙关系是水蚀预报的关键问题之一.本文通过光滑水槽试验和模拟冲刷试验,对坡面水流动力学特性(径流流速、剪切力以及能耗)及其与侵蚀产沙关系进行了系统研究.结果表明,坡面薄层水流呈滚波流特征,坡面流流速沿程变化呈波动趋势,随流量和坡度的增加而增大;坡面单宽径流剪切力、单宽径流能耗和坡面径流单宽输沙率随流量的增加而增加,随坡度呈抛物线趋势变化,说明坡面土壤侵蚀过程存在临界坡度,在本试验条件下,临界坡度位于21—24°之间.坡面单宽径流输沙率和单宽径流剪切力、单宽径流能耗之间均存在良好的线性关系.     

人类活动对清水河上游水资源的影响

应用MIKE11水文模型研究人类活动对清水河水资源的影响,为保护水资源提供参考.依据清水河1995—2008年实测降水径流资料,率定建立的清水河上游降雨径流模型参数,并借助经过验证的降水径流模型,分析人类活动对清水河上游水资源的影响.结果表明,通过对清水河1995—2008年实测径流进行模拟,模拟平均径流深与实测径流深拟合程度较好,相对误差为3.7%;逐日径流过程线形状吻合;模拟与实测流量的峰值吻合;低流量平水期吻合较好;二者总体拟合较好.人工开采地下水造成区域地下水位下降,引起组成径流的坡面流、壤中流和基流减少,尤其是基流显著减少,是清水河上游径流减少的主要因素.     

下渗对坡面流流态及动力学参数的影响

为了从理论上分析下渗对坡面流动力学参数的影响,基于Navier-Stokes方程,将坡面流视为平面恒定非均匀流,考虑下渗影响,推导出缓坡、陡坡坡面流断面速度分布,探讨了下渗对坡面流雷诺数、沿程阻力系数、滚波波幅的影响,基于相关试验资料对理论分析结果进行了验证.结果表明,缓坡条件下,坡面流流态为层流或紊流,试验过程中有必要区分初渗、稳渗阶段判别流态.陡坡条件下,不同下渗率及水深的坡面流均为紊流.坡面流黏性影响厚度接近水深或大于水深,不会产生类似明渠水流的外流势流区域.同时考虑下渗和表面张力作用,沿程阻力系数与雷诺数成反比.滚波波幅受水深、下渗率、水流运动黏度、坡降的影响.该研究结论为坡面水流运动特性试验研究及理论分析奠定了一定基础.     

不同雨强下植被对坡地产汇流和溶质运移的影响

以室内试验槽为平台,采用人工模拟降雨试验,研究了在3种雨强下有无植被的试验槽坡面流流速、地面径流以及地面径流中Br-,NH4+和NO3-质量浓度变化.结果表明,随着降雨强度的增大,植被对降雨的截留作用明显减弱,对坡面流流速的延缓作用则呈现先增大后减小的趋势;植被对地面径流中NH4+的质量浓度变化过程影响较大,对NO3-的质量浓度影响较小;Br-质量浓度随着降雨历时的增加呈现幂函数递减趋势,且这种趋势随着降雨强度的增大趋于减缓.     

Changes in overland flow and sediment during simulated rainfall events on cropland in hilly areas of the Sichuan Basin, China

Water and soil loss are the major causes of the land degradation in the hilly area of the Sichuan Basin, China, where purple soil (FAO, Calcaric Regosols) is widely distributed. Little research has been conducted on changes in overland flow and sediment during rain events on sloping cropland in this area. In this study, 45 artificial rainfall events were applied to five runoff plots with slopes of 9%, 18%, 27%, 36%, and 47%, respectively. Results showed that erosion processes on purple soil of sloping cropland are complex, because the sediment concentration changes with time under different situations. According to correlations between runoff discharge and sediment concentration, all erosion events were classified into three types: (1) positive correlation; (2) negative correlation; and (3) no correlation. Positive correlations were dominant, accounting for 60% of all events. Rainfall intensity, slope gradient, and tillage treatment were the main factors that influenced erosion events.     

基于韧性理论的丘陵岗地雨洪管理模式建构研究

【目的】基于韧性理论构建丘陵岗地雨洪管理模式,计算研究区的承洪能力并提出相应的雨洪管理构建模式。【方法】根据演进韧性理论结合仿生学原理,选取南京栖霞山东片丘陵岗地为研究区,借助GIS空间分析计算,利用矢量地形数据,对其地形地貌、坡度、坡向、流向和汇水进行分析,提取自然洪泛区范围,在此基础上进行雨洪格局的划分。【结果】研究区洪泛区内可洪泛地约32.57 hm²,地表可洪泛比为55.38%,虽可浸性较高,滞渗能力较强,但可洪泛地分布较分散,连续性较弱,因此对雨洪的转移能力较差。基于此,创建了具有丘陵岗地特色的“掌状复叶”结构的雨洪管理模式,即适用于丘陵岗地的三级“脉序”结构的径流网络、三级“基部”结构的汇水中心和三级“叶肉”结构的自然洪泛区的雨洪管理模式; 提出了研究区内三级径流网络、三级汇水中心和三级自然洪泛保护区的“掌状复叶”结构的韧性雨洪管理格局。【结论】基于韧性理论的丘陵岗地“掌状复叶”结构雨洪管理模式可以有效渗透、转移和控制雨洪,有利于保护丘陵岗地的生态系统,可为构建类似地形地貌区的城市雨洪管理模式提供参考。     

三峡库区坡耕地土壤侵蚀治理效益分析

为了防止和减少三峡库区坡耕地严重的水土流失和土地退化对库区农业可持续发展带来的威胁,探求坡耕地合理开发利用和保护的途径显得十分必要.由于不同耕作模式对坡耕地水、土、肥流失的影响很大,针对三峡库区坡耕地利用现状和存在的问题,利用不同的耕作模式与坡耕地水土流失关系,详细分析了坡耕地不同耕作模式的特点与各自的适宜性,综述了不同耕作模式下坡耕地水、土、肥流失的研究方法,并对坡耕地的开发利用和保护进行了展望.     

福建省坡地资源利用与山区农村经济发展研究

福建省山地丘陵面积占全省总面积87.5%,坡地资源具有水热资源丰富、生产潜力高,类型多、结构、格局复杂,但水土流失严重,地力水平低,自然灾害频发等特点.坡地资源在福建山区农村经济中占有重要地位,是保障粮食安全和重要的林业生产基地,也是种植果、经作物,增收富民的重要资源.福建省坡地资源利用中林业面积占比例最大;耕地绝大部分分布在山区丘陵区;果、茶园地基本分布在坡地,占有相当比例,仍有很大发展潜力.实现福建省坡地资源可持续利用,确保农村经济稳定发展,首先要以林业为重点的山地综合治理,其次要整治侵蚀坡地果园,第三要调整产业结构,实现农林牧综合发展,此外,还要加强坡地资源利用方面法制建设和动态监测.     

西苕溪流域城市化对径流长期影响分析研究

利用基于GIS平台的长期水文影响模型(long-term hydrological impact analysis, L-THIA GIS),选取太湖上游的西苕溪流域作为研究区域,在验证L-THIA模型在该流域径流模拟有效性的基础上,利用不同时期(1985年和2000年)土地利用状况变化分析城市化对径流的影响;并应用情景分析的方法预测未来不同的土地利用变化所导致的径流变化情况。研究结果表明：城镇用地产生的径流量要大于非城镇用地;1985?2000年城市建设用地面积扩张75%,径流系数相应增加了1.4% ;未来城市建设用地的不断扩张;当城市面积分别达到流域面积的25%和45%时,径流系数将可能达到0.68和0.79。因此,城市扩张导致的不透水面积的增加将成为改变区域水文效应主要因素之一,需要进行合理的城市和土地利用规划限制城市的盲目扩张。     

城镇化对径流的长期影响研究

由于城镇化水平的提高，地表状况的改变，不透水面积的增加，对径流的产生过程有很大的影响．选取浙江临安市南笤溪以上流域为例，利用L-THIA城市水模型对流域35年的日雨量记录进行模拟分析，确定城镇化地区降雨径流的关系，探讨了城市化对径流的长期影响，并在此基础上，模拟预测了城市规模扩大对流域径流的影响．研究结果表明，在相同雨量情况下，下垫面条件的变化是导致径流变化的主要因素，随着城市化的发展，径流深度和径流系数将会有显增加．     

西辽河源头流域径流变化趋势及影响因素分析

利用1977—2008年老哈河流域与沙拉沐沦河流域水文数据,采用Mann-Kendall检验法、有序聚类分析和线性回归方法分析其降水量、径流量近32 a的年内和年际变化规律及其影响因素.结果表明:1977—2008年2个流域年降水量和径流量均呈现下降的趋势,径流量下降幅度明显高于降水量;沙拉沐沦河流域降水量下降趋势不明显,稳定的泉水补给使得径流量受降水量减少和土地利用/覆被变化影响较小;老哈河流域径流量减少幅度远远高于降水量,在雨季下游有断流现象,该流域1977—1998年降水量是径流量变化的主要影响因素,1999—2008年流域内土地利用/覆被变化和水库水坝修建、河道外取水等人类活动共同作用使得该流域径流量减少了70.3%.     

深圳河流域城市化对河流水文过程的影响

深圳河流域是典型的高速及高度城市化区域。基于1988?2006年长时间序列降雨资料, 借助RS和GIS技术, 通过SCS模型对该流域降雨径流关系进行模拟, 并结合流域内常住人口污水排放分析, 研究城市化对流域天然径流深、下垫面径流系数和年径流总量的影响。研究结果表明: 20年来深圳河流域土地利用结构由农业用地迅速向城市建设用地转化, 流域人口增加导致排河污水量增幅达到2.56倍; 天然径流深呈现逐年上升趋势, 并且与降雨量表现出较高的相关性, 依据M-K突变分析得到1993年为天然径流深突变年份; 土地利用导致径流系数向高值发展, 但强降雨弱化了径流系数对于径流量的影响; 年径流总量整体呈现增大趋势, 主成分分析表明降雨是影响径流总量的主要因素, 但流域土地利用和人口的城市化效应不可忽略。     

三峡库区紫色土坡耕地土壤侵蚀研究：进展与方向

紫色土坡耕地是三峡库区粮食经济作物的主产载体,也是库区水土流失的主要源地和入库泥沙的主要来源。结合野外调查和相关报道,对三峡库区紫色土坡耕地土壤侵蚀研究方法、侵蚀强度、泥沙颗粒形态以及侵蚀引起的养分流失等方面进行综述。结果表明,坡耕地土壤侵蚀研究方法主要包括径流小区法、人工模拟降雨法和侵蚀针法等直接观测方法和核素示踪、模型模拟和遥感监测等间接观测方法;库区紫色土坡耕地土壤侵蚀速率达3464～9452t／km2,其中15°～25°坡度范围的土壤侵蚀最为严重,是今后坡耕地土壤流失防治的重点坡段;流失泥沙主要以〈0．02mm的团聚体和〈0．002mm的粘粒为主,其中粉粒（0．002~0．02mm）和粘粒（〈0．002mm）携带的养分流失较多;植物篱、垄作和坡改梯等措施理水效果明显,均对坡耕地侵蚀产沙具有较好的控制作用。今后应在模型方法、埂坎结构和功能、水土保持措施适宜性评价等方面拓展研究。     

土地利用对流域除雨—径流关系的影响——SCS模型在深圳市的应用

以深圳市为例,应用SCS流域水文模型对该市部分流域进行降雨－径流过程的模拟,分析了土地利用变化对流域降雨－径流关系的影响,结果表明,随着人类活动的加剧,土地利用的变化使径流量趋于增大;降雨强度越大,前期土壤湿润程度越大,土地利用变化对径流量的影响就越小,降雨－径流的空间分布随土地利用类型、土壤类型、前期土壤湿润程度而发生变化,CN值的高值区主要集中在城市用地和水体,低值区主要出现的林地、灌草地、果园等海拔相对较高的地区。