基于HEC-HMS模型的八一水库流域洪水重现期研究

不透水率是不透水层面积与总用地面积的比值,它是研究城市水文的一个重要指标.以福州市晋安区八一水库流域为例,应用WMS 7.1软件构建流域结构,将流域分为A,B两个子流域,基于相关数据建立HEC-HMS水文模型对降雨-径流进行模拟,从而构建起不透水率与洪水重现期的关系.结果表明:(1)随着城市化的进程,19a间全流域不透水率持续增长,变化区间在5％-10％之内;(2)子流域A重现期为100、50、25年一遇的洪水随着不透水率的增长,分别提前了20、8、3a;(3)子流域B的重现期为100、50、25年一遇的洪水随着不透水率的增长,分别提前了25、10、4a.     

物种组成对高寒草甸植被冠层降雨截留容量的影响

高寒草甸退化减少地上生物量、叶面积指数(LAI),因而减少冠层降雨截留容量(S)。但是,未有研究评价物种组成改变对S的影响。用水浸泡法和水量平衡法研究青藏高原高寒草甸3个不同退化阶段下(未退化、轻度退化、中度退化)的S变化规律,并评价物种组成改变对S的影响。结果表明:高寒草甸退化显著减少S(P<0.05)。在未退化、轻度退化、中度退化的高寒草甸,水浸泡法测得的S分别为0.612 mm,0.289 mm 和0.217 mm;水量平衡法测得的S分别为0.979 mm,0.493 mm 和0.419 mm。物种组成改变对S的影响表现为:随着高寒草甸的3个不同退化阶段,S减少的幅度先大于后小于LAI减少的幅度。原因是:(1)在未退化的草甸,鹅绒委陵菜(Potentilla arserina)的叶面积占有显著优势,占总叶面积的31.18%;在轻度退化的草甸,禾本科植物(Graminoid)的叶面积占有显著优势,占总叶面积的44.41%,而鹅绒委陵菜是稀有种,仅占总叶面积的3.76%;在中度退化的草甸,鹅绒委陵菜的叶面积占有显著优势,占总叶面积的19.91%;(2)鹅绒委陵菜的叶单位面积吸附水量(S_L)是禾本科植物的大约2.5倍。     

沈阳市降雨径流污染物排放特征

城市降雨径流作为污染物迁移转化的主要驱动力,是城市非点源污染研究的热点和重点。本文以沈阳市典型区域为例,研究了坡顶屋面、平顶屋面和路面3种下垫面降雨径流的总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn)共10种污染物的排放特征。结果表明:污染物的浓度峰值提前于径流峰值;路面径流的污染程度重于屋面径流,TN是屋面径流的主要污染物,TSS、TN、TP、Pb和Cr则是路面径流的主要污染物,TSS超过了国家污水二级排放标准,其余污染物均超过了国家V类地表水标准;径流中TSS与除TN以外的其他8种污染物有较强相关性,氮、磷营养元素与降雨量和雨强大小呈显著正相关,COD则易随着降雨时间的延长而逐渐释放到径流中;与其他国家和城市对比发现,沈阳屋面径流中TSS、TN、TP和COD较少,但却有一定的重金属污染;路面径流中TSS和TP浓度较高,但TN和COD浓度较低,且重金属中Pb、Cr、Cu和Zn的污染较严重。     

模拟降雨下黄土坡面水沙过程对3种灌草植被垂直结构变化的响应

植被对坡面产流产沙过程的影响随植被类型及其垂直结构组分的变化而变化,然而这些因素如何影响坡面水沙过程却缺乏定量分析。利用野外径流小区和人工模拟降雨试验,研究了黄土丘陵区3种典型灌草（沙棘、柠条、苜蓿）及其不同垂直结构组分（叶、茎、枯落物、根系）对坡面产流和产沙过程的影响。结果表明：3种灌草均具有较好的减流减沙效益,且减沙作用强于减流作用,与裸地相比,灌草植被减少径流量32.49%-44.86%,减少侵蚀量72.99%-80.63%,降低坡面流速29.17%-45.83%。苜蓿的减流效益最佳,为44.86%,柠条的减沙效益最佳,为80.63%。3种植被的减流效益在不同产流时期差异明显,从产流初期到中期和后期逐渐减少,减沙效益在不同产流时期则没有明显变化。植被垂直结构不同组分对于减流减沙效益的相对贡献与其形态特征以及其空间分布方式有着密切的关系。地上部分对于减流效益和减速效益有较大的相对贡献率,平均为75.42%和68.38%,而不同植被茎、叶和枯落物的相对贡献具有一定的差异。根系则发挥较大的减沙作用,平均相对贡献为78.44%。植被垂直结构组分越完整,减流减沙效益越显著。研究对黄土丘陵区水土保持、植被恢复和建设提供重要的科学依据和理论指导。     

黄土高原北洛河流域林地枯落物特征及水分吸持效应

明确黄土高原不同林分类型枯落物的时空变化特征,理解其水土保持功能,为流域土壤侵蚀模拟和预测提供基础数据和理论支撑。野外实测了北洛河流域内山杨、刺槐和沙棘3种人工林分以及乔木初期（白桦）、中期（辽东栎-油松混交林）、亚顶级（油松）和顶级（辽东栎）4个次生演替阶段林分枯落物盖度、厚度和蓄积量。用浸泡法对枯落物持水能力和过程进行了研究。流域各林分类型枯落物厚度介于4.55-1.38 cm,蓄积量介于17.24-4.99 t/hm²,24 h持水深和有效拦蓄深分别介于2.73-0.96 mm和2.45-0.81 mm,表现为辽东栎-油松混交林 > 油松/辽东栎 > 山杨 > 刺槐 > 沙棘 > 白桦。枯落物持水量与浸泡时间存在对数函数关系（R²≥0.85,P<0.01）,2 h以内迅速增加,8 h基本饱和。半分解层厚度、蓄积量、持水量和吸水速率均大于未分解层。流域内次生演替林分水分吸持能力和拦蓄作用总体上优于人工林分。植被演替过程中,辽东栎-油松混交林枯落物盖度、蓄积量和持水能力表现最优,建议在黄土高原造林及林地抚育管理过程中重视混交林的建设和保护。     

黄土丘陵沟壑区黄土坡面侵蚀过程及其影响因素

降雨强度、坡长、坡度是影响坡面产流产沙的重要因素。为定量分析降雨强度、坡长、坡度对黄土丘陵沟壑区安塞黄土坡面侵蚀过程的影响,本研究基于室内人工模拟降雨试验,分析2个坡长(5、10 m)、3个坡度(5°、10°、15°)、2个降雨强度(60、90 mm·h^-1)下安塞黄土坡面产流产沙规律。结果表明: 初始产流时间随坡长增加呈减小趋势,但总体变化不大;初始产流时间随降雨强度增加而减小,与60 mm·h^-1相比,90 mm·h^-1下缩短5.7～18 min;10°坡度上的径流起始时间最快。随降雨历时延长,产流率先快速增加,最终逐渐稳定在某一产流率值上下波动;产沙率在产流初期短时间内突然升高,达到最大值后减小,再逐渐达到稳定。产流率和产沙率随坡长和降雨强度的增加而增加,但随坡度变化规律不明显。随着降雨强度、坡长和坡度的增加,总产沙量相应增加。在降雨强度90 mm·h^-1时,坡长和坡度分别为10 m和15°的坡面产生了细沟,导致总侵蚀量最大(11885.66 g)。降雨强度为60 mm·h^-1时,随着坡长增加单位面积侵蚀量减小,在5～10 m坡段存在临界侵蚀坡长。坡长、坡度和降雨强度对坡面径流过程均有促进作用,降雨强度、坡长和两者之间交互作用对产流率和总侵蚀量的贡献率较大,其中,对产流率贡献最大的影响因素是降雨强度,贡献率为49.8%;坡长对总侵蚀的贡献率最大,为37.8%。     

降雨对高寒沙地不同林龄中间锦鸡儿水分利用特征的影响

为明确不同林龄中间锦鸡儿水分来源对降雨的响应,利用稳定同位素技术测定青海共和盆地不同林龄的中间锦鸡儿(4 a、9 a、17 a和31 a)在降雨前后土壤水、木质部水、地下水和雨水的δ²H、δ¹⁸O组成,运用Iso-Source模型计算植物对各潜在水源的利用比例。结果表明: 各林龄中间锦鸡儿的浅层(0～40 cm)土壤水δ²H、δ¹⁸O组成对降雨的响应最明显;降雨前后各林龄中间锦鸡儿的木质部水、土壤水分和地下水同位素值均位于当地大气降水线(LMWL)的右下侧,其截距和斜率均小于LMWL和全球大气降水线(GMWL),且降雨后中间锦鸡儿的木质部水和土壤水的同位素组成更趋近LMWL;降雨前,4 a和9 a中间锦鸡儿主要利用浅层土壤水,17 a中间锦鸡儿主要利用中层(40～90 cm)土壤水,31 a中间锦鸡儿主要利用深层土壤水;降雨后,各林龄中间锦鸡儿的吸水层位均为降雨补充的浅层土壤水;各林龄对地下水的利用率仅有1.8%～11.9%。说明不同林龄中间锦鸡儿的水分来源对降雨的响应方式相同,均优先利用降雨补充的浅层土壤水,对地下水的利用减少。     

基于ICEEMDAN方法的黄土高原植被覆盖变化及其对气候变化的响应

地理数据和遥感数据的长期序列中包含噪声和周期性波动信息。本研究基于ICEEMDAN方法对黄土高原1982—2015年归一化植被指数(NDVI)、降雨和温度进行逐像元分解,分解后得到的残差项减少了原始数据中的噪声和周期性波动,并利用残差项研究NDVI的变化趋势以及NDVI与气候因子之间的关系。结果表明: 1982—2015年,黄土高原NDVI以上升为主,残差项NDVI变化趋势的显著性(95.9%)大于原始NDVI变化趋势的显著性(72.3%),并且存在一定的空间差异性。温度和降雨的变化可以在很大程度上解释植被覆盖的变化。其中,温度与黄土高原NDVI之间呈极显著正相关的区域占83.7%,极显著负相关区域占13.9%;降雨与黄土高原NDVI之间呈极显著正相关的区域占54.4%,极显著负相关区域占37.2%。黄土高原植被对气候变化的响应存在明显的空间差异性,不同气候因子对不同植被覆盖类型的影响程度不同。总体上,黄土高原生长季不同植被与温度之间的相关性强于降水,温度是影响黄土高原植被覆盖变化的主要因素。     

降雨量和降雨时间共同调控黄河三角洲典型盐沼湿地土壤碳矿化

研究降雨格局(如降雨量和降雨时间)对滨海盐沼湿地土壤碳矿化的影响,对于深入理解土壤碳的稳定性和积累机制具有重要意义。本研究选取远离海岸且不受潮汐影响的黄河三角洲原生盐地碱蓬盐沼湿地为对象,通过野外原状土柱的控制试验,分析土壤碳矿化(CO₂和CH₄通量)在不同时期(干旱期和湿润期)对降雨事件的响应。结果表明: 降雨时间和降雨量对土壤CO₂通量的影响存在交互作用。在干旱期,大降雨事件显著降低了土壤CO₂通量;而湿润期的降雨事件对土壤CO₂通量没有显著影响,这可能与盐沼湿地的水盐运移有关。降雨量、降雨时间及其交互作用均对土壤CH₄通量没有显著影响。降雨时间和降雨量对CH₄/CO₂比率均没有显著影响,但是相关分析表明随着土壤含水量和盐分的升高,CH₄/CO₂比率呈升高趋势。随着降雨量的增加,土壤含水量和土壤盐分都显著增加,且两因素呈现显著的正相关关系。因此,未来该地区降雨体系改变将可能通过调控土壤水盐运移等条件对该滨海湿地土壤碳矿化和碳汇功能产生深远影响。     

干热河谷区不同坡位土壤水分对降雨的响应特征

研究干热河谷地区土壤水分在降雨过程中的短时动态变化,有助于揭示该地区的土壤水文功能。本研究选取贵州花江干热河谷作为研究区,运用原位监测法,获取不同坡位的高频土壤水分监测数据,分析土壤水分对降雨的短时动态响应特征。结果表明: 在整个监测期间,无论是坡上还是坡中,研究区各层土壤水分均为中等变异水平(15.2%≤变异系数CV≤29.7%),坡上土壤水分的波动幅度(CV=21.1%)大于坡中(CV=19.1%),0～5 cm土层(CV=26.2%)大于20～40 cm土层(CV=16.5%)。与坡中相比,坡上土壤水分对降雨的响应速度更快,降雨对土壤水分的补给量大、补给速率快;坡上的土壤水分补给速率与消退速率之差(2.3%·h^-1)大于坡中(1.8%·h^-1)。随土层深度增加,下层土壤水分对降雨的响应早于或同步于上层,降雨对土壤水分的补给量减少、补给速率减慢,土壤水分的消退速率也减慢。与坡中相比,坡上土壤水分入渗能力更强,保水能力更优。干热河谷的微观环境和小气候影响土壤水分对降雨的响应特征,而岩-土界面优先流的快速补给则会加快下层土壤水分对降雨的响应速度,使得该地区的坡面更容易形成混合产流机制。