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利用水文模型研究下垫面变化对洪水的影响

水力发电学报 2012年第3期31卷 5-10页

作者：李致家姚玉梅戴健男张建中胡春岐姚成河海大学水文水资源学院南京210098 海委科技咨询中心天津300170 河北省水文水资源勘测局石家庄050031

近年来由于人类活动对下垫面的影响加剧,研究下垫面变化对洪水的影响对减少灾害损失有重要的意义。对于海河流域中紫荆关、邱庄、阜平三个流域分别用新安江模型进行洪水模拟,并把洪水按照年代不同分时段,分别进行参数调试。通过比较模... 详细信息

近年来由于人类活动对下垫面的影响加剧,研究下垫面变化对洪水的影响对减少灾害损失有重要的意义。对于海河流域中紫荆关、邱庄、阜平三个流域分别用新安江模型进行洪水模拟,并把洪水按照年代不同分时段,分别进行参数调试。通过比较模拟得到的参数发现,海河流域的调蓄作用有增强的趋势。同时根据流域下垫面的具体情况改进新安江模型,构造了增加补给深层地下水的新安江模型,该模型产流模拟更符合海河流域下垫面的实际情况。以紫荆关流域为例通过对参数S0的调试,说明地下水漏斗对洪水的影响情况。

关键词：水文预报下垫面变化洪水模拟增加补给深层地下水的新安江模型

雅鲁藏布江流域气候和下垫面变化对径流的影响研究

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冰川冻土 2022年第1期44卷 275-287页

作者：刘金平任艳群张万昌陶辉易路华北水利水电大学测绘与地理信息学院河南郑州450046 中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 西湖大学工学院浙江省海岸带环境与资源研究重点实验室浙江杭州310024

典型高原寒区雅鲁藏布江流域径流变化是反映该区域气候和下垫面变化的重要指标。在全球升温背景下,由于观测资料稀缺,导致缺乏针对整个流域的气候和下垫面变化对径流影响的研究。因此,本研究基于1986—2010年的气象数据和奴下水文站月... 详细信息

典型高原寒区雅鲁藏布江流域径流变化是反映该区域气候和下垫面变化的重要指标。在全球升温背景下,由于观测资料稀缺,导致缺乏针对整个流域的气候和下垫面变化对径流影响的研究。因此,本研究基于1986—2010年的气象数据和奴下水文站月尺度、动态土地利用数据等,利用改进的水文模型并结合不同的模拟策略厘清了流域1991—2010年不同时段间气候和下垫面变化对径流的影响。结果表明:在1991—2010年期间,不同时段间气候和下垫面变化对径流变化的贡献率差异较大,气候变化对径流变化的贡献率高于下垫面变化,且使径流量增加。从空间上看,气候变化对流域产流的贡献率在上游和中游都较大,在下游东北部的贡献率较小,而在该区域下垫面变化的贡献率较大。雪冰融水径流呈增加的趋势,对年径流的平均贡献率在21.1%~48.6%范围内,多年平均贡献率为33.6%;雪冰融水径流一般从4月开始增大,8月达到最大,10月达到消融末期。本研究的开展和发现既是雅鲁藏布江流域水文、水资源基础性研究的需要,具有重要的理论研究意义,同时也可为该流域的水资源保护、规划与管理提供科学理论和决策依据,具有重要的现实意义。

关键词：气候变化下垫面变化径流雪冰径流雅鲁藏布江流域

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下垫面变化对宁夏水资源量影响研究

人民黄河 2007年第3期29卷 33-34页

作者：黄晓荣杨立彬张新海彭少明黄河勘测规划设计有限公司博士后科研工作站

对下垫面产汇流条件变化造成的区域水资源量的变化,在区域水资源评价与中长期规划中应予以充分考虑。以TM遥感影像为基础资料,运用GIS软件,对宁夏1985年和2000年各类土地面积的变化情况及对水资源量的影响进行了研究,结果表明:2000年与1... 详细信息

对下垫面产汇流条件变化造成的区域水资源量的变化,在区域水资源评价与中长期规划中应予以充分考虑。以TM遥感影像为基础资料,运用GIS软件,对宁夏1985年和2000年各类土地面积的变化情况及对水资源量的影响进行了研究,结果表明:2000年与1985年相比,水地、旱地、高覆盖草地、城镇用地面积明显增加,中、低覆盖草地和水库、沼泽、滩地面积减少;全区水资源量减少了0.9亿m3。

关键词：水资源量人类活动下垫面变化宁夏

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下垫面变化条件下合河流域设计洪水修订

水力发电 2015年第11期41卷 9-13页

作者：姚成孙如飞李致家刘开磊张梦婕河海大学水文与水资源学院江苏南京210098

基于新安江-海河模型,选取合河流域为研究对象,开展下垫面变化对设计洪水影响的研究。将合河流域的洪水系列分为1980年前、后两个部分,针对两个系列分别率定模型参数;再根据1980年后的参数来重新模拟1980年前的洪水,通过模拟出的次洪径... 详细信息

基于新安江-海河模型,选取合河流域为研究对象,开展下垫面变化对设计洪水影响的研究。将合河流域的洪水系列分为1980年前、后两个部分,针对两个系列分别率定模型参数;再根据1980年后的参数来重新模拟1980年前的洪水,通过模拟出的次洪径流深和洪峰的变化幅度来反映下垫面变化对设计洪水的影响;同时,利用径流深的模拟结果修订设计洪水,并计算设计洪水的变化幅度。结果表明,合河流域的自由水蓄水容量和河网水消退系数均变大,流域的调蓄能力变大,设计洪水的洪峰值在减小;地下水过度开采与水利工程的建设是导致该流域设计洪水减小的主要因素。

关键词：新安江-海河模型洪水模拟下垫面变化设计洪水修订频率计算

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气候与下垫面变化对叶尔羌河源流径流的影响

干旱区地理 2021年第5期44卷 1373-1383页

作者：任才龙爱华於嘉闻尹振良张继石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 中国科学院西北生态环境与资源研究所内陆河流域生态水文重点实验室甘肃兰州730000

以叶尔羌河流域上游河源区为研究区,构建嵌入了冰川模块的SWAT分布式水文模型,对卡群水文站1968—2017年逐月径流进行模拟,评价该模型在研究区内的适用性,基于模拟结果分析研究区冰川径流年际变化与年内分布情况,并定量核算气候和下垫... 详细信息

以叶尔羌河流域上游河源区为研究区,构建嵌入了冰川模块的SWAT分布式水文模型,对卡群水文站1968—2017年逐月径流进行模拟,评价该模型在研究区内的适用性,基于模拟结果分析研究区冰川径流年际变化与年内分布情况,并定量核算气候和下垫面变化对径流变化的贡献率。结果表明:该模型在研究区径流模拟中具有良好的适用性,校准期(1968—1992年)与验证期(1993—2017年)的决定系数(R2)分别为0.77和0.86,纳什系数(NSE)分别为0.76和0.85,均方根误差与实测值标准差的比值(RSR)分别为0.49和0.38,偏差百分比(PBIAS)分别为-7.4%和0.6%。经模拟,研究区近50 a冰川径流量总体呈增加趋势,且其占总径流量的比重约为51.1%;年内冰川产流主要发生在6—9月,占全年冰川径流量的90.0%以上。气候和下垫面变化分别使月径流量增加6.62 m^(3)·s^(-1)和0.41 m^(3)·s^(-1),其中气候变化的贡献率为94.2%,即气候变化对研究区径流的影响占主导地位。研究成果可为理解研究区的历史径流变化成因及预测未来径流的演变趋势提供科学依据。

关键词：气候变化下垫面变化 SWAT模型冰川径流模拟叶尔羌河流域

气候和下垫面变化下骤旱形成演变机制研究进展

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地球科学进展 2024年第9期39卷 877-888页

作者：袁星周诗玙马凤王钰淼郝奕梁妙玲陈李楠中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用重点实验室北京100029 南京信息工程大学水文与水资源工程学院江苏南京210044 南京信息工程大学水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室(筹) 江苏南京210044 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

近年来以快速暴发为主要特征的骤发干旱(骤旱)在全球范围内频繁发生,给社会经济和生态环境造成了严重影响。通过回顾骤旱形成与演变机制的研究进展,发现骤旱形成的主要原因是高强度降水亏缺,而蒸散发增加使得干旱暴发加速,进而触发骤旱... 详细信息

近年来以快速暴发为主要特征的骤发干旱(骤旱)在全球范围内频繁发生,给社会经济和生态环境造成了严重影响。通过回顾骤旱形成与演变机制的研究进展,发现骤旱形成的主要原因是高强度降水亏缺,而蒸散发增加使得干旱暴发加速,进而触发骤旱。这些气象要素异常与海温异常模态(如厄尔尼诺—南方涛动、北大西洋三极子、印度洋偶极子等)及其相关的大气环流异常密切相关,同时局地和非局地陆面异常在骤旱暴发与维持过程中的作用也不容忽视。加之气候和下垫面变化协同影响海—陆—气耦合过程,使得骤旱发生发展过程更为复杂,演变趋势存在较大不确定性。因此,未来研究亟须在骤旱暴发与维持的大尺度环流背景以及关键陆面和海洋信号的影响、骤旱—植被相互作用、骤旱演变对环境变化的响应机制等方面取得突破。

关键词：气候变化下垫面变化骤旱海—陆—气耦合

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下垫面变化条件下桓仁水库洪水预报研究

下垫面变化条件下桓仁水库洪水预报研究

作者：代金辉大连理工大学

学位级别：硕士

洪水灾害作为自然界最常见、最严重的自然灾害之一,在历史上给人类带来了不可估量的损失。洪水预报作为最重要的防洪非工程措施之一,在防洪过程中起着重要的决策支持作用。近年来,随着人类活动的加剧,改变了流域的下垫面条件,进而影响... 详细信息

洪水灾害作为自然界最常见、最严重的自然灾害之一,在历史上给人类带来了不可估量的损失。洪水预报作为最重要的防洪非工程措施之一,在防洪过程中起着重要的决策支持作用。近年来,随着人类活动的加剧,改变了流域的下垫面条件,进而影响流域产汇流特性,降低了原有洪水预报方案的预报精度。本文以桓仁水库为背景,开展下垫面变化条件下流域洪水预报研究。首先分析桓仁水库原预报方案及存在问题,然后研究洪水影响因素的变化趋势,最后开展下垫面变化条件下桓仁水库洪水预报方案研究。取得的主要研究成果如下:（1）洪水影响因素的变化趋势研究。首先利用趋势分析法和MK非参数秩次相关检验法分析了对桓仁水库洪水特征变化趋势,结果显示,场次洪水各特征并无明显变化趋势;然后利用遥感资料,研究分析了桓仁流域1980s以来的土地利用时空变化特征,发现桓仁流域内主要土地利用类型为林地和耕地,占比90%以上,其各种土地利用类型的总体变化非常小;最后,统计分析了1950s以来桓仁流域内水利工程数量、库容及空间分布,结果表明,桓仁流域中上游水利工程变化相对较大,可以认为影响场次洪水预报精度的主要因素是流域内中小型水利工程。（2）不考虑水利工程影响的桓仁水库洪水预报方案研究。根据桓仁流域特点,选取新安江模型作为洪水预报模型,利用1967～2013年77场历史洪水进行不分单元和分单元模拟。结果表明,分单元新安江模型考虑了降雨时空的不均性,模拟效果更好,产、汇流预报合格率分别为79.2%和68.8%,但检验期汇流预报合格率较率定期大幅降低。经分析可知,其原因为上游修建了大量的水利工程,导致了不同年代产汇流特性不一致。（3）考虑水利工程影响的桓仁水库洪水预报方案研究。针对桓仁水库流域下垫面时空变化特点,将历史场次洪水分为1967～1977年、1997～2004年、1978～1996年、2005～2013年4个不同年代。首先基于聚合水库的思想,把流域上游各子流域的水利工程分别聚合成不同的水库;然后根据各水利工程的基本调蓄规律制定聚合水库的蓄泄关系曲线;最后将聚合水库的蓄泄关系曲线与新安江模型相结合,构建考虑上游水利工程影响的桓仁水库洪水预报模型,分别模拟四个年代的洪水,挖掘上游中小水库工程的蓄放规律,并分析流域内水利工程对的洪水过程影响过程。结果表明,所制定的水库蓄泄关系曲线基本符合上游中小水库工程的蓄放规律,模拟精度得到较大幅度的提高。

关键词：桓仁水库洪水预报新安江模型下垫面变化水利工程影响水库蓄泄曲线

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下垫面变化对城市内涝的影响研究

下垫面变化对城市内涝的影响研究

作者：朴希桐中国水利水电科学研究院

学位级别：硕士

目前,我国的城镇化率已达到52%～53%,根据发达国家的经验,城市加速发展时期为城镇化率在30%～70%之间,这意味着我国将长期处于快速城镇化阶段。城镇化发展最突出的特点是下垫面改变。城市下垫面的变化导致城市地区的水量、水质循环与自... 详细信息

目前,我国的城镇化率已达到52%～53%,根据发达国家的经验,城市加速发展时期为城镇化率在30%～70%之间,这意味着我国将长期处于快速城镇化阶段。城镇化发展最突出的特点是下垫面改变。城市下垫面的变化导致城市地区的水量、水质循环与自然区域迥异,同时也改变了城市区域的次级环流条件,而这些改变与城市内涝的产生有着密不可分的联系。城市内涝是当降雨强度超过城市排蓄滞水能力时出现的部分区域积水的现象。近年来,我国的内涝呈现愈演愈烈的趋势,一、二线城市及省会城市相继频发暴雨内涝,南方城市逢暴雨就能“看海”。在这样的背景下,本文着眼于内涝,选择下垫面变化对城市内涝的影响为研究课题展开研究。城市内涝的原因包括气候、区位、下垫面、排水系统等多个方面。本文对这几方面展开具体分析,并着重介绍了城市排水除涝系统、雨水管渠设计重现期、防涝治涝设计重现期和防涝治涝法制标准体系等概念。防治城市内涝的措施按照是否改变水流条件分为工程与非工程两类,本文对两类措施进行了简要梳理。论文对内涝分析模型的构建原理进行了系统的阐述,重点介绍了产流过程、地表汇流、管网汇流分析,水文学和水动力学方法。为研究模型的建立进行了理论铺垫。根据上述建模原理,选择蚌埠市为研究对象,建立了城市雨洪分析模型,采用SCS模型计算产流,选择二维非恒定流模型计算汇流,概化了等效排水管网计算排水,并将产流、汇流和排水模型加以耦合。通过土壤和下垫面资料的分析处理,将2006年与2014年两年份的土地利用类型分为六大类,16小类,2006年土地利用对象516个,2014年土地利用对象595个,利用建立的蚌埠市雨洪分析模型,计算20年、50年、100年重现期降雨条件下的城市积水情况,对比分析了下垫面变化对内涝的影响。本文对海绵城市的概念进行了阐释,具体介绍了低影响开发措施,选取雨水调蓄池和绿化屋顶进行LID方案设计,并将设计的LID措施添加到模型中,进行计算,对比分析了有无LID措施的内涝计算结果,以此说明如何利用雨洪分析模型评估内涝治理措施,以及LID措施的效果。

关键词：城市内涝土地利用下垫面变化积水分析低影响开发

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下垫面变化对泾河流域洪水的影响研究

下垫面变化对泾河流域洪水的影响研究

作者：宋益涛长安大学

学位级别：硕士

洪水过程对下垫面变化的响应研究是当前流域水文学的热点和难点问题。本文以泾河流域为研究区,系统收集泾河流域历史降雨、径流、洪水、土地利用和工程建设等资料,应用统计方法分析过去60年间泾河流域降水、径流、洪峰序列的变化特征;采... 详细信息

洪水过程对下垫面变化的响应研究是当前流域水文学的热点和难点问题。本文以泾河流域为研究区,系统收集泾河流域历史降雨、径流、洪水、土地利用和工程建设等资料,应用统计方法分析过去60年间泾河流域降水、径流、洪峰序列的变化特征;采用Budyko假设理论定量分析气候因素和下垫面因素对径流变化的贡献率,探究径流变化的主要驱动力;利用历史时期土地利用资料分析流域土地利用变化和空间转移,并结合工程建设情况探讨流域下垫面变化情况;在泾河流域研究区域上构建RRI水文模型,分别对基准期和变化期的模型参数进行率定和验证,评价该模型在泾河流域进行场次洪水模拟的效果,分别模拟下垫面变化前后两种水文环境下的洪水过程,探讨下垫面变化对洪水过程的影响程度;基于PLUS模型对未来两种情景下的土地利用状况进行预测,并应用RRI模型模拟未来两种情景下的洪水过程,探讨洪水过程对未来土地利用情景的响应机理。根据本研究结果,可以了解泾河流域历史水文序列的变化趋势、径流变化的主要驱动因素及流域各类土地利用的变化和转移情况;掌握场次洪水对下垫面变化的响应情况,以及未来土地利用情景下洪水的变化特征,可为研究区流域水资源管理、防洪减灾和未来土地利用规划提供科学指导。主要结论如下:(1)近60年泾河流域年降水序列年际变化呈不显著上升趋势,平均增加速率为1.64mm/10a,降水年内分配不均;年径流序列年际变化呈显著下降趋势,流域径流深以0.534mm/a的趋势减少,径流年内分配不均,径流序列于1996年发生突变;年最大洪峰流量序列年际变化呈显著下降趋势,其年均减少约为28m/s,高位洪峰出现频率降低,低位洪峰出现频率增高。径流变化定量分析结果表明:降水、潜在蒸散发和下垫面参数n对径流变化的贡献率分别为29.33%、-34.39%和-92.76%,其中下垫面变化对张家山站径流变化贡献率最大,并起削减作用,其次为潜在蒸散发,降雨的贡献最小。由此可知,下垫面状况的改变对流域的产汇流过程产生了深刻的影响。(2)泾河流域土地利用方式主要以草地和耕地为主,1980-2020年土地利用面积变化情况表现为:耕地类型面积比重随时间减少,林地、草地和建筑用地类型面积占比均增加;水域、建筑用地及未利用土地面积基本保持稳定。不同土地利用类型之间存在明显的空间转移,尤其在2000年,较历史时期各类土地利用空间转移显著。泾河流域工程建设情况主要集中于水土保持工程淤地坝的建设,此外水库、梯田工程建设速度随时间明显加快,1980-2020年间,泾河流域上的人类活动强度不断增加,在短时间内对流域土地利用类型造成影响,尤其在2000年以后土地利用空间转移程度明显增加,使流域的下垫面条件发生了明显的变化。(3)应用RRI模型对泾河流域场次洪水模拟结果可知,基准期与变化期的模拟洪峰相对误差均在±10%以内,模拟次洪量相对误差均在±15%,模拟洪水的Nash效率系数均大于0.80,表明该模型可较好地适用于泾河流域进行场次洪水模拟。下垫面变化对洪水的影响表现为削峰减量,下垫面变化对中雨洪水的影响程度最大,其次是大雨洪水,对暴雨洪水影响最小,下垫面变化后暴雨、大雨、中雨洪水的洪峰流量衰减率分别为13.42%、17%、29.99%,次洪量衰减率分别为14.65%、22.02%、41.96%,故泾河流域下垫面的变化对流域洪水产生了削峰减量的作用。(4)未来A1情景下洪水的模拟结果表明,该情景下洪水过程线整体呈现陡涨陡落的态势,洪峰流量和洪量较实测值有所增加,洪峰流量、洪量分别平均增加17.46%、6.99%。未来A2情景下洪水的模拟结果表明,该情景下洪水过程线呈平坦态势,洪峰流量和洪量相较于实测值有所减少,洪峰流量、洪量分别平均减少12.24%、19.77%。

关键词：泾河流域下垫面变化 RRI模型次洪模拟定量分析土地利用