考虑空间变异性的统计产流模型研究

针对控制产流过程的降雨等主要因素在空间分布不均匀的特征,提出了考虑空间变异性的统计产流模型．引入一个新的概率密度函数描述每个时段降雨的空间变化,采用土壤下渗容量曲线描述流域土壤下渗能力的空间变化,利用土壤水蓄水容量曲线表征土壤蓄水容量空间分布不均匀性．采用超渗产流模式根据降雨与下渗能力的联合概率分布计算地表径流的空间统计分布,通过推导得到计算地表产流量的准解析表达式;采用蓄满产流模式根据下渗与土壤蓄水容量曲线计算地下径流．选用黄河支流伊河东湾流域的资料对模型进行了验证,并将其结果与新安江模型产流结果进行对比,表明模型在该半湿润地区具有一定的适用性．     

基于流域蓄满产流理论的林冠截留降雨新模型

根据林冠截留降雨的物理现象,借鉴流域蓄满产流理论建立了一个林冠截留降雨新模型.结合两片林分的实测资料,介绍了该模型参数的确定方法,并且对模型进行了有效性验证.结果表明:计算值与观测值吻合,表明该模型可揭示林冠截留降雨的基本特征,如果已知模型参数,可以用于林冠截留降雨的预测计算.     

太湖流域平原地区田间尺度产流机理试验研究

为定量化评估区域产流的影响因子,构建野外试验基地,对太湖流域2个不同试验区的降雨、蒸散发量、土壤含水量、地下水位和地表水动态进行野外监测,通过对不同降雨径流过程的水量平衡分析可得：Dunne产流是太湖流域平原区产生径流的主要机制,红旗圩试验基地的总降雨量和径流量呈良好的线性关系,其确定性系数R2=095;土壤蓄水量与初始地下水埋深之间存在良好线性关系,反映了浅层地下水和土壤水之间的强相互作用,因此可以将地下水初始埋深作为前期土壤水分估算的指标;根据各次降雨过程的水量平衡分析,得到洼地蓄水量范围为4.72～8.03mm,说明在计算平原区产流过程时不应忽略洼地蓄水量。     

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.     

基于网格的精细化降雨径流水文模型及其在洪水预报中的应用

以正交网格降雨径流模型研究为基础,提出了用于洪水预报的精细化基于网格蓄满与超渗空间组合的降雨径流模型(Grid-XAJ-SATIN)。从模型的原理与结构、地理信息空间处理、参数空间分布估算、模型的驱动场分析、模型流域状态同化几个方面对该模型进行讨论,分析模型在湿润、半湿润流域的实际应用情况。结果表明,无论是湿润流域还是半湿润流域,所提出的精细化模型均能取得良好的模拟预报精度,且模型在输出流域出口断面流量过程的同时,可实现对流域内任意网格单元流量过程的精细预报。     

水循环综合模拟系统的降雨产流模型研究

重点阐述国内自主研发的水循环综合模拟系统(HIMS,hydro-infomatic modelling system)降雨产流模型的新发展。HIMS原有产流计算主要是基于降雨动态入渗机制的LCM模型,该产流模型是通过大量野外小流域观测试验提出的经验模型。为进一步揭示其物理机制,HIMS研究团队基于物理机制清晰的Green-Ampt模型,提出了新的GAF模型。从理论上通过GAF模型可以直接推导出LCM模型,以及SCS-CN模型,并证明了LCM模型是GAF模型的高精度幂指数近似,而SCSCN模型是GAF模型的倒数线性近似解简化;通过对GAF模型解析解的深入分析,提出了两参数SCS-CN修正模型,使之包含了雨强的影响。     

基于蓄满超渗时空动态组合的网格新安江模型

为使网格新安江(Grid-XAJ)模型更好地应用于半干旱半湿润地区洪水模拟及预报,通过降雨和土壤含水量动态产流因子之间的判定关系,动态识别产流过程中网格的主导产流模式,构建基于蓄满超渗时空动态组合的网格新安江模型(Grid-XAJ-SIDE),并以半干旱的绥德流域为研究区域,将Grid-XAJ-SIDE模型与Grid-XAJ模型和网格格林安普特模型(Grid-GA)进行对比验证。结果表明:3个模型径流深模拟结果都较好,合格率均在80.0%以上;Grid-XAJ-SIDE模型的洪峰合格率(66.7%)比Grid-XAJ模型(53.0%)和Grid-GA模型(40.0%)有明显提升;Grid-XAJ-SIDE模型能更好地考虑降雨、土壤含水量对产流时空分布的影响。     

分布式格林-安普特降雨径流模型研究

构建了一种基于网格计算流域蒸散发及产汇流的分布式格林-安普特降雨径流模型,并选择陕北黄土高原地区两个半干旱流域为研究区域,研究该模型在半干旱地区的应用效果。结果表明：在两个半干旱流域,分布式格林-安普特降雨径流模型的应用效果好于GA-PIC模型和格林-安普特模型,尤其对于洪峰的模拟精度更高;分布式格林-安普特降雨径流模型中基于网格的坡面汇流与河道汇流模块能够更准确地计算出径流汇集到流域出口断面的时间;分布式格林-安普特降雨径流模型能更精确地计算出流域不同位置的产流过程,并准确地模拟流域产流面积分布情况;半干旱地区降雨时空分布不均,超渗产流主要受降雨强度的影响,降雨观测精度对径流预报精度影响较大。     

华北地区分布式蓄超空间动态组合TOKASIDE-D模型研究

为探究我国华北地区由于下垫面和降水时空分布不均匀产生的地下水超采严重和产流机制混合多变(蓄满与超渗产流随着时间和空间发生交替主导)等问题的解决办法,在基于物理基础的分布式模型TOKASIDE的基础上,通过降雨和土壤含水量之间的判定关系,动态识别蓄满产流和超渗产流网格,构建分布式蓄超空间动态组合模型(TOKASIDE-D),并选择华北地区的北辛店流域进行验证和分析。结果表明,与原模型相比,TOKASIDE-D模型在北辛店流域的洪水模拟精度有较为明显的提升,径流深误差合格率由44%提升至56%,洪峰误差合格率由44%提升至78%;TOKASIDE-D模型能够准确捕捉降雨、土壤含水量等动态因子对产流模式的控制效应。     

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。     

太湖流域平原河网区往复流河道水环境容量研究

首先建立太湖流域平原河网区水环境容量模型,然后据此计算苏南地区往复流河道典型水文年的水环境容量COD值,最后结合污染源削减预测,分析太湖流域苏南地区部分河道未来水质的达标情况．结果表明,所计算的太湖流域苏南河道剩余环境容量基本上为负值,其中苏南各运河为苏南河网水域的主要纳污河道．     

太湖平原河网系统生态环境需水量组成及计算方法研究

从维持和保护河网生态系统正常的基本功能角度出发，根据流域地理位置及河网地区河流自身的特点，探讨河网系统生态环境需水量的内涵和构成，指出平原河网系统生态环境需水量是在特定的时间和空间组合条件下，在合理开发和高效利用系统淡水资源的同时，为了维持和改善河网系统正常的生态结构与生态环境功能所必须蓄存和消耗的水量．在此概念的基础上，对适合于河网系统中各项生态环境需水量的计算方法进行研究，并对定量化研究的影响因素进行了分析．     

太湖流域营养物质输移的模拟评估研究

以太湖流域上游来水区作为研究区,利用1995年、1998年和2002年实测的气象、水文水质资料和社会经济统计资料,以SWAT模型为模拟工具,对土壤本底营养盐、城镇农村居民生活排污、牲畜养殖排放、农业化肥使用、工业点源排放等5种营养来源进行了敏感性模拟.模拟结果表明:生活污水和工业点源是最重要的营养物质来源;农业化肥、牲畜养殖、生活污水、土壤本底营养盐及其他面源等非点源营养物质来源是太湖外源输入的主要形式;在营养盐入湖总量中,大约86%的总氮和88%的总磷与人类活动密切相关;总氮、总磷入湖量的贡献份额具有明显的空间差异,湖西区和武虞区是营养物质外源输入的主要贡献地区.     

环太湖地区历史村落的环境适应性及特征

【目的】环太湖地区作为文明发展较早且长期存续的地域,人类为适应历史进程中复杂变化的地理环境付出了极大的成本,基于此,本研究分析环太湖不同历史时期乡村聚落的分布特征,探讨其内在影响因素与适应机制。【方法】选择环太湖的“苏锡常嘉湖”5市为研究范围,筛选363个历史村落为研究对象,借助GIS的空间分析方法,引入最邻近点指数、Kernel核密度、标准差椭圆方法,分析环太湖不同历史时期乡村聚落的分布特征。【结果】按照乡村聚落的分布特征,太湖历史村落发展可划分为选址生存期、自发适应期、自觉适应期、叠级扩张期与无序整合期5个阶段;环太湖乡村聚落在各阶段的空间分布格局均呈明显的集聚分布,数量与密度逐渐增大,空间分布中心向东北转移,且存在区域内“西北—东南” 轴向扩散的趋势;各阶段的自然原生环境、农田水利环境与社会文化环境3个方面因素对环太湖乡村聚落的影响力处于长期动态变化的状态。【结论】从长时段的历史纬度看,自然原生、农田水利与社会文化3个方面的环境驱动因素体现了人类对区域环境的持续适应能力,环太湖乡村发展协同的过程包含了多尺度、多过程的复杂性。     

太湖富营养化生态学数学模型研究

建立了描述太湖藻类生消的富营养化生态学数学模型,模拟变量为藻类、氨氮、硝酸盐氮、无机氮、BOD、溶解氧、有机氮、有机磷8项;利用气象、水文、水质的同步监测资料对模型中的参数进行了率定.根据1993年实测气象、水文、水质监测值,对模型计算结果进行了验证,计算值和实测值不论从数值大小还是从分布趋势看,都较为接近.另外,对影响环境比较重要的叶绿素和氨氮高浓度区,模式预测结果较好,从总体上看所建模型能够描述太湖叶绿素和氨氮的时空分布特征.     

坡度对坡面降雨产流规律的影响

通过建立概化坡面模型,设置不同坡度下的单层无限深均质各向同性梯形壤土剖面,在不考虑蒸散发和土壤水分滞后效应的前提下,假定若干初始土壤含水量,借助Hydrus软件,在给定时空分布均匀降雨的条件下对Richards’方程进行数值计算以探索坡度对霍顿型降雨产流过程的影响。结果显示产流基本随坡度增加而减小,而初始土壤含水量增加将抑制坡度对产流的影响,用幂函数可以较好地近似产流和坡度之间的关系。     

江苏省太湖地区1999年暴雨分析

针对江苏省太湖地区1999年汛期的暴雨,进行暴雨成因、雨情、与典型年暴雨比较及各历时暴雨重现期的分析,进一步认识该地区暴雨特性,为太湖流域防洪规划提供依据.     

苏州太湖湖滨湿地生态恢复模式与对策

湖滨带湿地是水生和陆地生态系统之间的一个重要生态交错区。按照太湖流域综合治理总体规划要求,根据度假区湖滨湿地生态现状和生态恢复的总体目标,提出了苏州太湖国家度假区湖滨带生态恢复与重建的基本模式。结合太湖流域的社会经济发展水平及苏州太湖国家度假区环境综合整治方案的要求,将苏州太湖国家度假区湖滨带划分为3个功能区段进行分区恢复与重建,并提出了苏州太湖国家度假区湖滨带生态恢复与规划的技术方案。     

太湖流域生态文明城市建设量化指标体系的初步研究

生态城市是现代城市达到自然、社会、经济三类子系统协调复合的唯一途径,生态文明城市是生态城市建设的高级阶段并开始成为我国城市环保工作的新潮流和新目标,建立一套成熟可行的生态文明城市量化指标体系具有重要意义。以太湖流域某城市的实践为例,在分析生态城市与生态文明内涵的基础上,结合城市复合生态系统和人类生态学理论,认为环保模范城市、生态市、生态文明市是我国生态城市建设工作的低、中、高三个层次和阶段,生态文明城市指标应具备先行成果的承续性和创新领域的先进性,以此提出太湖流域生态文明城市量化指标的设计原则、基本框架和建议指标。     

太湖流域平原水网区面源污染现状与控制对策

通过对2005年与2000年入河污染物总量的分析表明,点源在入河污染物总量中的占比逐年下降,面源的占比迅速增加,尤其是TP（总磷） 入河量已经超过点源;面源污染呈“总量持平,结构调整”态势; 面源污染物总量构成中,农村居民生活位居第一,其次是水产养殖、水田径流等。在面源污染成因分析基础上,相应提出了太湖流域平原水网区面源污染控制的对策建议。