基于SWMM模型的城市排水区域降雨及地表产流特征

以上海市中心城区典型排水区域为研究对象,基于SWMM模型连续模拟2009—2011年降雨径流,分析区域235场降雨及地表径流特征.结果表明: 该区域发生频率较高的降雨具有雨量小、强度低的特点,雨量为0～10 mm、平均降雨强度为0～5 mm·h^-1、降雨峰值为0～10 mm·h^-1的降雨发生频率最大,分别占所有研究降雨场次的66.4%、88.8%和79.6%,这对于该区域应用低影响开发措施削减小雨量或低强度降雨下的径流和面源污染具有重要意义;径流量总体随着降雨量增大而增大,区域降雨产流临界值不仅与降雨量有关,还与平均降雨强度和降雨历时有关,2 mm以下的降雨基本不产流;2～4 mm的降雨如降雨强度在1.6 mm·h^-1以下,产流量不到1 mm,当降雨量在4 mm以上、平均降雨强度大于1.6 mm·h^-1时,区域基本产流.基于SWMM径流模拟结果,建立适合该区域的径流量与降雨因子的回归方程,其调整R²均大于0.97,能较好反映该区域径流量与降雨因子的关系.研究结果可为该区域更好地规划低影响开发措施和削减排水系统溢流污染提供计算基础,并为类似区域的径流研究提供参考.     

聚丙烯酰胺对坡地苹果园水土流失和土壤养分流失的影响

为了改善坡地苹果园的土壤环境,遏制水土流失和土壤养分流失,探寻聚丙烯酰胺适宜的干撒施用量,2010—2012年在陕北丘陵沟壑区的坡地苹果园,以不施聚丙烯酰胺为对照,分别撒施0.6、0.8、1.0、1.2、1.4和1.6 g·m^-2的聚丙烯酰胺,监测果园地表产流、土壤流失、养分流失和苹果植株生长状况.结果表明: 坡地果园的径流量和5—7月的产流次数均随聚丙烯酰胺撒施量的增加呈“V”型变化,其中撒施量为1.0 g·m^-2时最低,但果园侵蚀泥沙量则随聚丙烯酰胺撒施量的增加而降低.地表径流和侵蚀泥沙中的铵态氮、速效磷和速效钾的浓度均随聚丙烯酰胺撒施量的增加而降低;聚丙烯酰胺可显著降低地表径流中的硝态氮含量,对侵蚀泥沙中的硝态氮含量则无显著影响;侵蚀泥沙中的有机质、全氮、全磷和全钾含量均随聚丙烯酰胺撒施量的增加而降低.聚丙烯酰胺提高了苹果单果质量及产量,但对苹果植株生长及果实风味品质无显著影响.聚丙烯酰胺在坡地苹果园中的适宜撒施量应为1.0 g·m^-2.     

流域土地利用变化对不同重现期洪水的影响——以奉化江皎口水库流域为例

土地利用变化对流域洪水过程产生显著影响,并导致设计洪水发生变化。为进一步指导流域防洪及水库洪水设计,以浙东沿海奉化江皎口水库流域为例,应用HEC-HMS水文模型模拟分析土地利用/覆被变化(LUCC)对不同重现期暴雨洪水事件的影响。结果表明,流域内1985—2003年土地利用变化引起不同重现期洪水过程与洪水量级发生改变,其中,洪量和洪峰均增加,洪量较洪峰变化明显。LUCC对小洪水过程影响更明显,5年一遇以上洪水的洪峰和洪量分别平均增加3%和7.6%,而小于2年一遇洪水的洪峰和洪量分别平均增加5.41%和11.91%。同时,LUCC使100年、50年和25年一遇洪水重现期分别提前了15、6a和2a,即其对量级最高的特大洪水的重现期影响最大。此外,不同的土地利用转变方式对洪水的影响程度不一,其中,林地向裸地转变对洪水影响最大,林地向灌草地转变次之,林地向耕地变化对洪水影响最小,且这种差异性在低重现期洪水表现更明显。     

杉木人工林水量平衡和蒸散的研究

 本文根据我们严密设计的小集水区径流场连续6年的水文测定数据,进行了杉木人工林水量平衡和蒸散的研究。结果表明：集水区年平均降雨量1065.5mm, 在林冠作用面降雨量的分配中,林冠截留雨量264.6mm,截留率24.8%;穿透过林冠层的雨量799.82mm,树干径流量1.08mm,分别占降雨量的75.1%和0.1%。林内降水到达林地时,在枯枝落叶层这个作用面上净降水进行再分配,其中,地表径流量9.27mm,地下径流量203.00mm,总径流系数0.199。土壤蓄水量月变化较大,但年变化很小,占降雨量的1.2%。系统水量最大的输出是蒸散,每年以气态形式返回大气的水量866.03mm,占降雨量81.3%。在蒸散的水量中,林冠截留雨量的直接物理蒸发量为264.6mm,占总蒸散量的31.6%。     

马占相思人工林和果园地表径流规律的对比研究

基于连续 5年的观测 ,对比研究了马占相思人工林和果园两种地表类型上地表径流的各自特点 ;讨论了季节性地表径流的差异与系统水分结构问题 ;探讨了根据实际资料求取发生地表产流的降雨量临界值的方法 ,此方法以综合考虑未发生产流的最大降雨量和已发生产流的最小降雨量为基础 ;并得到了如下的一些结果 :1)本区域不同强度的大气降水频度分布比较均匀 ,但降水量主要由少数几场特大降水带来 ,并且降水量的季节分配极不平均 ,湿季 (4～ 9月 )降水量占全年的 85 .5 %。 2 )地表径流的季节差异更大 ,果园在湿季的地表径流量占全年的93.8% ,马占相思林占 95 .1% ,作者认为在降水量存在较大干湿季差别的地区 ,对于越难于发生地表径流的下垫面 ,这个值会越高。3)马占相思地表径流系数在逐年减小 ,果园的变化较大。4)一次性降雨量对地表径流量的影响在这两种地表类型上都很明显 (r>0 .85 ) ;一次性降雨强度对地表径流的影响只有在中等降雨量 (6～ 16 mm)下才表现明显 (r>0 .87) ,对于较小和较大降水量 ,径流量与降雨强度关系都不大 ;径流系数受一次性降雨强度的影响很明显 (林地 r>0 .92 ,果园 r>0 .77)。 5 )马占相思和果园一次性“最大可能”地表径流产流的雨量临界值 ,分别为5 .1m m和 2 .8mm。     

Age of arboreous Tamarix austromongolica and its growth response to environment in Tongde County of Qinghai,China

Aims The objectives were to identify the age of the arboreous Tamarix austromongolica in the flood plain area of the Qinghai Plateau and clarify the response patterns of T. austromongolica’s growth to the environmental factors. We focused on social issues about whether the T. austromongolica should be protected and how to protect in the reservoir area of a hydropower station. Methods In this study, arboreous T. austromongolica in both reservoir submerged and non-submerged areas were sampled and measured based on the dendrochronology method. The ages were estimated based on the geometrical characteristics of the pith and the identified age of the inner ring. The correlation and response analysis showed the relationship between T. austromongolica’s growth and environmental factors. Important findings We accurately determined the age and historical growth dynamics of the T. austromongolica with large diameter at breast height (DBH). The results showed a special accretion phenomenon in arboreous T. austromongolica, which accelerated the DBH increasing, i.e. no direct relationship existed between the plants’ DBH and ages of the individuals. Radial growth of T. austromongolica, increased rapidly in the 1970s and 1980s and began to stabilize in the late 1980s, and mainly responded to the runoff in July and August of the Yellow River. Increasing runoff would promote the radial growth of T. austromongolica. The growth of the immaturate plant showed significant negative correlation with the wind speed in the growing season. The results will be of theoretical significance to the formation of the special morphology of the T. austromongolica, and will provide scientific practical guidance in designing the protection schemes.     

湿地生态水文结构理论与分析

针对水土资源开发利用引发的湿地消退问题,通过研究湿地水分运动与补给规律,分析湿地和径流进退的关系、湿地生境和生物的扩展关系,分析湿地水文连接度下降引起的湿地消退效应.根据湿地水循环原理和湿地生境空间分布规律,建立湿地径流场与生物多样性场的概念,从而提出湿地生态水文结构理论.以维持湿地存在、保障湿地生物多样性为目标,通过湿地径流场与生物多样性场的耦合关系,将湿地划分为中心区和适宜活动区,以维持湿地生态水文结构所需要的水分条件定义为湿地生态需水.湿地生态需水问题的核心为确定湿地生态水文结构,并以湿地中心区和适宜活动区为边界条件,通过地表水地下水转化的水量平衡模型对湿地生态需水量进行分析计算.以维持中心区的水分条件作为最小生态需水;维持适宜活动区的水分条件作为适宜生态需水.湿地生态水文结构更对湿地管理提供生态安全阈值.根据湿地生态水文结构的稳定程度,建立湿地生态安全危机管理机制,进行不同级别的预警管理.     

星星草(Puccinellia tenuiflora)人工草地氮素积累对松嫩盐碱草地植被演替的影响

通过对星星草(Puccinellia tenuiflora)生长不同年数盐碱土壤氮素营养状况的比较,研究氮素积累作用的机理,并探讨其在植被演替中的可能作用.结果表明:在一维生态位空间(土壤氮含量)星星草和羊草(Leymus chinense)之间具有较小的生态位分离值和较大的生态位重叠值,表明羊草对土壤高含氮量具有较强的竞争能力.这些也许是羊草以及其他植物在星星草生长一定年数后能够侵入碱斑土壤的机制.星星草作为盐碱土壤改良和植被恢复的先锋植物,它的生长增强了盐碱草地土壤氮素的矿质化作用和生物固氮强度,并减弱了氮素随地表径流的损失.最终促进了盐碱草地的氮素沉积,达到了适合于其它物种(如羊草)生长的水平,从而使碱斑植被得以恢复.     

森林转换对地表径流可溶性有机碳输出浓度和通量的影响

米槠次生林转换成米槠人工幼林和米槠人工促进天然更新幼林(以下简称"人促幼林")后,以这三种森林类型为研究对象,连续监测每次降雨后地表径流量及径流水中可溶性有机碳(DOC)的含量及通量,比较不同森林类型观测结果的差异,并分析降雨对实验结果的影响。结果表明:米槠人工幼林单次产流量是米槠次生林的1.5—19.0倍,观测期间总径流量为5.9倍;米槠人促幼林单次径流量和总径流量均与米槠次生林无显著差异(P0.05)。观测期间米槠次生林、人工幼林、人促幼林径流水DOC浓度值范围为5.9—18.4 mg/L,4.3—13.5 mg/L和3.2—9.9 mg/L,米槠次生林径流水浓度均值(12.6 mg/L)分别是米槠人促幼林(7.6 mg/L)和米槠人工幼林(5.3 mg/L)的1.6和2.4倍。回归分析表明,径流水中DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著相关;降雨前土壤含水率20.8%是一个临界值,含水率低于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前含水率呈显著正相关(P0.05);高于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著负相关(P0.05)。米槠人工幼林地表径流DOC输出通量是米槠次生林的0.7—5.4倍,观测期间总输出通量为2.1倍;米槠人促林DOC单次通量和观测期间总通量均与米槠次生林差异不显著(P0.05)。三种森林类型DOC输出通量均与降雨量呈显著相关(P0.05)。可见,米槠次生林转变成米槠人工幼林后DOC输出浓度降低,但径流量显著增加,导致DOC输出通量增加;而转变成米槠人促幼林后DOC输出浓度也降低,但径流量并未增加,因而并未增加DOC输出通量。     

SWAT模型在气候变化对水资源影响研究中的应用——以河南省中部农业区为例

为了研究气候变化对水资源的影响,应用具有物理基础的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,针对河南中部农业区(淮河上游沙河周口水文站上游区域)的特点,构建了该区域气候变化影响水资源(径流)评估模型。通过加载1∶4000000电子河系数据,消除了SWAT在平原区从1∶250000 DEM自动提取河系的误差;在对模型参数敏感性分析的基础上,将1999—2002年作为校准期,2003—2006年作为验证期,对模型的参数进行了校准和验证,模型校准期Nash-Sutcliffe效率系数Ens=0.96,r2=0.95,验证期Ens=0.81,r2=0.87,表明模型应用于该区域的月径流模拟精度较高。将1966—2007年的气象资料应用于模型进行模拟,分析结果表明,地表径流、基流年内变化趋势与降水量变化趋势一致,蒸散发是该地区水量的主要输出项,地表径流是基流的2倍左右,地表径流相对于降水有滞后性,基流滞后于降水3个月时间。