下载文档原格式
山地城市典型下垫面径流系数研究近年来,硬质下垫面急剧增加,城市对雨水滞留能力大幅降低。
暴雨来时,入渗雨水减少,产流量大,排水不及时,多地频频“看海”。
国家在开展城市排水防涝工程体系建设的同时,极力推行自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”的建设。
山地城市地势高低不平,起伏大,降雨时产流迅速,汇流量多,潜在危害性也更大,因此开展山地城市降雨产、汇流过程及径流系数的研究对内涝问题解决、海绵城市建设以及雨洪利用都有着重要意义。
本论文以重庆园博园内草地、透水砖地面、沥青路面为研究对象,采用人工模拟降雨实验分析不同坡度下垫面在不同降雨强度下的产汇流过程及径流系数的变化规律,并以实测数据为基础拟合出不同降雨情况下径流系数与各影响因素的函数关系式,研究成果和结论如下：①草地下垫面产流出现在降雨开始的5-10min,雨强越大,产流越早出现。
坡度为8。
,雨强由0.63mm/min曾至1.62mm/min时,场次径流系数取值范围0.098-0.169；相近雨强下,坡度为25。
时,场次径流系数变化范围：0.118-0.217。
同雨强下,场次径流系数随坡度增大而增大,大雨强时两种坡度下的场次径流系数差值为0.048。
②透水砖地面产流时间出现在降雨的7-12mmin,瞬时径流系数和场次径流系数随雨强增大而增大,降雨强度为0.68mm/min-1.301mm/min 时,场次径流系数变化范围：0.208～0.423。
雨强为0.68mm/min时,降雨46min后,瞬时径流系数增加明显。
③沥青路面产流快,产流出现在降雨的1min-2min。
雨强和坡度对初始产流时间及瞬时径流系数影响较小。
坡度对场次径流系数的影响为：场次径流系数随坡度的增大而稍有增大。
④草地下垫面瞬时径流系数Ψt与降雨历时t的关系可用Ψt=a-be-ct和Ψt=a-bt-0.5表示。
Ψt自产流形成时刻开始逐渐增大,增长速率随t改变,降雨历时t无限大时,Ψt趋近于常数a,两种函数拟合中a的取值范围分别为0.130-0.278、0.217-0.423。
尺度效应对景观组分,景观结构和功能的影响
尺度效应指的是空间尺度对景观组分、景观结构和功能的影响。
不同尺度的研究可以揭示出景观变化的不同特征和规律。
在景观组分方面，尺度效应表现为尺度的不同会影响观测到的景观要素的数量和类型。
较小的尺度能够更准确地捕捉到细节特征，例如小型建筑物、小溪流等；而较大的尺度能够更全面地观测到景观的总体特征，例如大型建筑群、湖泊等。
在景观结构方面，尺度效应表现为不同尺度下景观的空间格局和空间关联性的变化。
较小的尺度下，景观的结构通常会表现为零散的、离散的特征，例如分散的建筑物或点状的植被；而较大的尺度下，景观的结构则更可能呈现出连续的、集聚的特征，例如聚集的建筑区域或块状的林地。
在景观功能方面，尺度效应表现为不同尺度下景观对生态系统功能的影响程度不同。
较小的尺度下，景观功能通常体现为局部的、点源性的功能，例如局部的生物多样性维持；而较大的尺度下，景观功能则更可能体现为整体的、面源性的功能，例如水资源调节和空气净化等。
总之，尺度效应在研究景观组分、景观结构和功能时起到重要的作用，不同尺度的研究可以提供全面的理解和管理景观的依据。
《晋西黄土坡面径流侵蚀产沙试验研究》篇一一、引言晋西地区作为我国黄土高原的重要组成部分，其地形地貌、气候条件等自然因素使得该地区成为径流侵蚀和产沙的重要区域。
近年来，随着人类活动的不断增加，晋西地区的土地利用方式和强度也发生了显著变化，导致该地区的土壤侵蚀和产沙问题日益严重。
因此，对晋西黄土坡面径流侵蚀产沙的试验研究具有重要的理论和实践意义。
本文旨在通过对晋西黄土坡面的径流侵蚀产沙进行试验研究，分析其影响因素及作用机制，为该地区的土壤侵蚀防治提供科学依据。
二、研究区域与方法1. 研究区域本研究选取晋西地区具有代表性的黄土坡面作为研究对象，该地区地势起伏较大，坡度变化多样，具有典型的黄土高原特征。
2. 研究方法（1）野外调查与观测：通过实地调查和观测，了解研究区域的自然环境、土地利用状况及坡面径流侵蚀产沙情况。
（2）试验设计：设计不同坡度、不同降雨强度、不同植被覆盖等条件下的径流侵蚀产沙试验，以探究各因素对径流侵蚀产沙的影响。
（3）数据采集与分析：通过收集试验过程中的径流量、侵蚀量、产沙量等数据，运用统计分析方法对数据进行处理和分析。
三、试验结果与分析1. 坡度对径流侵蚀产沙的影响试验结果表明，坡度是影响径流侵蚀产沙的重要因素。
随着坡度的增加，径流量和侵蚀量均呈现增加趋势，产沙量也相应增加。
这主要是由于坡度增加导致水流速度加快，水流对土壤的冲刷作用增强，从而加剧了径流侵蚀和产沙。
2. 降雨强度对径流侵蚀产沙的影响降雨强度对径流侵蚀产沙具有显著影响。
在相同坡度条件下，随着降雨强度的增加，径流量、侵蚀量和产沙量均呈现增加趋势。
这是因为降雨强度增加导致单位时间内降雨量增大，从而加剧了地表径流的产生和土壤侵蚀。
3. 植被覆盖对径流侵蚀产沙的影响植被覆盖是减少径流侵蚀和产沙的重要措施。
试验结果表明，植被覆盖能够显著降低径流量、侵蚀量和产沙量。
这主要是因为植被能够减缓地表径流速度，增加土壤表层的稳定性，从而减少土壤侵蚀和产沙。
雨水及库水作用下滑坡模型试验研究一、内容简述本研究旨在探讨雨水及库水作用下滑坡模型的试验研究。
滑坡是中国常见的地质灾害之一，对人民生命财产构成严重威胁。
研究滑坡的形成机理以及预测、防治措施具有重要意义。
研究背景表明，滑坡的形成受到多种因素的影响，其中降雨和水库水位变化是重要的触发因素之一。
大量研究表明，长时间持续降雨或库水位的蓄升与滑坡的发生具有密切的关系。
目前对于雨水及库水作用下滑坡的试验研究仍存在不足，缺乏系统的研究方法和理论支持。
为了更好地理解雨水及库水作用下滑坡的内在机制，本研究提出了一个综合性的试验模型。
该模型通过模拟真实的地质条件，重现滑坡的形成过程，并对不同条件的降雨和库水位变化进行控制，以探究它们对滑坡发生的贡献。
本研究还采用了先进的测量技术，对滑坡过程中的土体变形、应力分布等关键参数进行了精细的观测和分析。
在试验过程中，我们首先对模型进行了详细的布置和安装，确保了试验的准确性和可靠性。
我们逐步改变降雨强度和库水位高度，观察并记录滑坡过程中模型的各项响应。
通过对试验数据的收集和分析，我们揭示了雨水及库水作用下滑坡的动态过程和关键影响因素。
本研究的成果不仅为滑坡预测和防治提供了新的思路和方法，也为相关领域的研究提供了有益的参考和借鉴。
未来我们将继续深入研究，以期为滑坡预警和防治提供更加科学有效的手段。
1.1 研究背景与意义滑坡作为自然界中的一种常见且具有严重危害的现象，长期以来一直备受关注。
我国地质条件复杂，降雨量大、强度高，加之人类活动影响，滑坡灾害频繁发生，造成了巨大的生命财产损失。
开展滑坡形成机制及防治措施的研究显得尤为重要。
随着科学技术的不断发展，对滑坡的研究也从定性描述向定量分析转变。
模型试验作为一种重要的研究手段，在滑坡研究中发挥着重要作用。
目前对于雨水及库水作用下滑坡模型的研究还不够深入，缺乏系统性和完整性。
本文以雨水及库水作用下滑坡模型试验为研究对象，旨在揭示其形成机制和防治方法，为防灾减灾提供科学依据和技术支持。
模拟降雨条件下自然堆土流失特征研究苏芳莉;林佳旭;乔琳;蒋晓娇;谢艾楠;胡绍刚【摘要】探讨沈阳草甸土区不同植被类型与降雨强度对自然堆土产沙量、径流量的影响,为研究区水土流失防治与土地利用规划提供理论依据.采用两因素、三水平、三重复平行试验,利用人工降雨装置对3种植被类型(农田、荒地、林地)自然堆土进行3种降雨强度(0.64,1.05,1.52mm· min-1)的降雨试验,并对自然堆土泥沙侵蚀量、径流量进行对比分析.结果表明:在植被类型相同时,降雨强度与产沙量、径流量呈显著正相关(与产沙量相关系数分别为0.718,0.639,0.644;与径流量相关系数分别为0.676,0.682,0.628);在降雨强度相同时,不同植被类型堆土流失量差异明显,呈农田＞荒地＞林地,农田径流量最大,土壤侵蚀也最剧烈,相关分析表明产沙量与容重、黏粒含量具有显著正相关(与容重相关系数分别为0.593,0.724,0.692;与黏粒含量相关系数分别为0.592,0.729,0.704),产沙量与孔隙度、入渗率具有呈显著负相关(与孔隙度相关系数分别为-0.590,-0.715,-0.679;与入渗率相关系数分别为-0.582,-0.699,-0.658),说明影响土壤理化性质的植被类型是流失量差异的主要原因.因此,沈阳草甸土区自然堆土流失易受降雨强度与植被类型的影响,合理的规划利用土地能够有效控制水土流失.【期刊名称】《沈阳农业大学学报》【年(卷),期】2015(046)002【总页数】6页(P198-203)【关键词】自然堆土;植被类型;降雨强度;水土流失【作者】苏芳莉;林佳旭;乔琳;蒋晓娇;谢艾楠;胡绍刚【作者单位】沈阳农业大学水利学院,沈阳110161;沈阳农业大学水利学院,沈阳110161;沈阳农业大学水利学院,沈阳110161;沈阳农业大学水利学院,沈阳110161;吉林大学环境与资源学院,长春130000;国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司,辽宁鞍山114014【正文语种】中文【中图分类】S157.1大规模的生产建设项目在施工过程中往往对原地貌造成剧烈扰动，并产生大量自然堆土，扰动和人为堆积使其结构发生变化[1]，抗蚀性下降，且在堆积的过程中形成较陡的坡面，极易失稳[2]，在降雨条件下会造成严重的水土流失[3-4]。
第１９卷第２期２０２１年４月水利与建筑工程学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．１９Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０２１ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－１１４４．２０２１．０２．０３７收稿日期：２０２０ １２ １５ 修稿日期：２０２１ ０１ １０基金项目：重庆市社会民生科技创新专项（ｃｓｔｃ２０１６ｓｈｍｓｚｘ３００１９）作者简介：雷晓玲（１９６７—），女，教授，研究生导师，主要从事水污染控制与水环境保护研究工作。
Ｅ ｍａｉｌ：１３６２００２９４９＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯作者：魏泽军（１９８５—），男，硕士，高级工程师，主要从事水污染控制与水环境保护研究工作。
Ｅ ｍａｉｌ：１２４４５３１５７＠ｑｑ．ｃｏｍ重庆市典型下垫面ＳＣＳ ＣＮ模型基于坡度修正的径流曲线数优化雷晓玲１，２，卫 娇１，魏泽军２，刘 宁３（１．重庆交通大学，重庆４０００７４；２．重庆市科学技术研究院，重庆４０１１２３；３．重庆市设计院，重庆４０００１５）摘 要：以重庆市渝北区和巴南区的典型下垫面为研究对象，基于ＳＣＳ ＣＮ模型原理和坡度修正公式，通过开展人工模拟降雨实验，优化了不同植被覆盖程度的紫色土和黄壤下垫面在不同坡度（５°、１０°、１５°和２０°）下的ＣＮ值，同时采用模型评价参数对优化前后的模型预测精度进行对比。
结果表明：地形坡度变化对径流深有显著影响，地表径流深随坡度的增大大体呈现增加的趋势。
同一类型下垫面的ＣＮ值随坡度的增大而增大，同一坡度下的ＣＮ值存在黄壤＞紫色土，自然草地（稀疏）＞自然草地（浓稠）。
从模型评价参数来看，由Ｈｕａｎｇ坡度修正公式修正后的模型效率系数最高且平均相对误差最小。
因此，在山地城市应用ＳＣＳ ＣＮ模型时，建议使用Ｈｕａｎｇ坡度修正公式对ＣＮ值进行优化，以便更精准地预测径流。
关键词：ＳＣＳ－ＣＮ模型；径流预测；坡度修正中图分类号：ＴＶ１２１；ＴＵ９９２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—１１４４（２０２１）０２—０２１５—０７ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣｕｒｖｅＮｕｍｂｅｒｓＢａｓｅｄｏｎＳｌｏｐｅＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳＣＳ－ＣＮＭｏｄｅｌｏｎｔｈｅＴｙｐｉｃａｌＵｎｄｅｒｌｙｉｎｇＳｕｒｆａｃｅｉｎＣｈｏｎｇｑｉｎｇＬＥＩＸｉａｏｌｉｎｇ１，２，ＷＥＩＪｉａｏ１，ＷＥＩＺｅｊｕｎ２，ＬＩＵＮｉｎｇ３（１．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００７４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１１２３，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｉｎｇｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｓｏｆＹｕｂｅｉＤｉｓｔｒｉｃｔａｎｄＢａｎａｎＤｉｓｔｒｉｃｔｉｎＣｈｏｎｇｑｉｎｇａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂ ｊｅｃｔｓ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＳＣＳ－ＣＮｍｏｄｅｌａｎｄｓｌｏｐｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｓ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓｉｍｕｌａｔｅｄｒａｉｎｆａｌｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅＣＮｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｔｙｐｅｓａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒａｇｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｐｅｓ（５°，１０°，１５°ａｎｄ２０°）ｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｎｕｓｅｄｍｏｄｅｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｃｃｕ ｒａｃｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｅｒｒａｉｎｓｌｏｐｅｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｓｏｎｒｕｎｏｆｆｄｅｐｔｈ，ａｎｄｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆｇｅｎｅｒａｌｌｙｓｈｏｗｓａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｌｏｐｅ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅＣＮｖａｌ ｕｅｓｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｓａｍｅｔｙｐｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｌｏｐｅａｎｄｔｈｅＣＮｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｓｌｏｐｅ：ｙｅｌｌｏｗｓｏｉｌ＞ｐｕｒｐｌｅｓｏｉｌ，ｎａｔｕｒａｌｇｒａｓｓｌａｎｄ（ｓｐａｒｓｅ）＞ｎａｔｕｒａｌｇｒａｓｓｌａｎｄ（ｔｈｉｃｋ）．Ｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｍｏｄｅｌｅｖａｌｕａ ｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅＳＣＳ－ＣＮｍｏｄｅｌｃｏｒｒｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅＨｕａｎｇｓｌｏｐｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｈａｄｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｍｏｄｅｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｓｔａｖｅｒａｇｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｗｈｅｎａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅＳＣＳ－ＣＮｍｏｄｅｌｉｎｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓｃｉｔｉｅｓ，ｉｔｉｓｒｅｃｏｍ ｍｅｎｄｅｄｔｏｕｓｅｔｈｅＨｕａｎｇｓｌｏｐｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅＣＮｖａｌｕｅｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｅｄｉｃｔｒｕｎｏｆｆｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＣＳ－ＣＮｍｏｄｅｌ；ｒｕｎｏｆｆｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；ｓｌｏｐｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ “海绵城市”的提出为解决水资源短缺和城市内涝问题提供了新思路［１－２］，地表径流量是海绵城市建设中最重要的控制指标。
SWAT模型参数不确定性对黄河上游径流模拟的影响周帅;王义民;郭爱军;周凯;李紫妍【摘要】[目的]探究水文模型参数独立及交互作用对径流模拟的影响,为SWAT模型在我国干旱区的应用提供参考.[方法]采用拉丁超立方方法(LH-OAT)对SWAT模型中的参数进行敏感性分析,以黄河唐乃亥水文站以上流域和唐乃亥至兰州区间流域1960-2010年(1977-1981年为率定期,1982-1986年为验证期)的月径流资料为研究对象,利用SUFI-2方法评价模拟参数平均坡度(HRU SLP)、土壤饱和容重(SOL_BD)、土壤蒸发补偿系数(ESCO)、土壤饱和水力传导度(SOL_K)、土壤表层到底层的深度(SOLZ)、径流曲线数(CN2)、浅层含水层渗透到深层含水层的阈值深度(REVAPMN)、基流alpha因子(ALPHA_BF)、平均坡长(SLSUBBSN)和土壤层有效含水量(SOL_AWC) 10个模拟参数的不确定性对流域径流模拟的影响;并以方差指标作为模型评价指标,定量评估参数交互作用对径流模拟的影响.[结果]唐乃亥和兰州水文站的月径流模拟与实测水文过程拟合效果较好,率定期和验证期纳什效率系数NSE(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient)与相关系数R2均大于0.81,且相对误差|Re|均小于20％;唐乃亥水文站以上流域参数SLSUBBSN和ALPHA_BE 与唐乃亥至兰州区间流域参数SLSUBBSN、HRU_SLP和SOL_K的不确定性对目标函数值的影响较大,其余参数的不确定性影响较小;参数ALPHA_BF与SOL_Z和参数CN2与SLSUBBSN的交互作用对径流模拟影响较大,表明参数的交互作用给径流模拟影响带来的不确定性大.[结论]探究参数的不确定性对径流模拟的影响,有利于模型参数的选取,进而减少径流模拟过程中的参数不确定性.【期刊名称】《西北农林科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(047)008【总页数】11页(P144-154)【关键词】SWAT模型;参数敏感性;参数不确定性;水文模拟;黄河上游【作者】周帅;王义民;郭爱军;周凯;李紫妍【作者单位】西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西西安710048;西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西西安710048;西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西西安710048;西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西西安710048;西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】P333.1水文模型是模拟和分析流域水文过程的重要工具，但模型参数、模型结构以及输入数据中的随机误差，将导致径流模拟结果较差。
第26卷 第6期2010年11月地理与地理信息科学Geog ra phy and Geo-Infor matio n Science V o l.26 N o.6N ovember 2010收稿日期:2010-07-20; 修订日期:2010-09-17基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目 基于遥感的流域尺度土壤水分反演 (2009);国家重点基础研究发展规划项目(2010CB428804);中国水科院科研专项 基于星载主动微波遥感的地表土壤水分反演研究 (2010)作者简介:冷佩(1986-),男,硕士研究生,主要从事水文模拟、土壤水遥感定量反演等研究。
E-mail:lengpei2005@坡度的尺度效应及其对径流模拟的影响研究冷 佩,宋小宁,李新辉(中国科学院研究生院资源与环境学院,北京100049)摘要:研究不同尺度的数字高程模型所带来的坡度差异对水文模型径流模拟的影响。
从坡度的尺度效应出发,讨论了相同DEM 条件下不同格网大小造成的坡度差异,通过模拟研究发现,随着格网的增大,流域平均坡度在整体上虽然呈减小的趋势,但在不同的格网范围,流域平均坡度的变化趋势并不一致,对平均坡度与不同阶段变化的DEM 格网大小采用不同的曲线进行拟合后发现,在某个范围平均坡度的变化比较缓慢,进而可以得到研究区水文模型最佳的DEM 格网大小。
研究表明,合适的DEM 尺度对于水文模型的研究和应用具有重要作用。
关键词:平均坡度;尺度效应;SW AT 模型;径流深中图分类号:P334+.91 文献标识码:A 文章编号:1672-0504(2010)06-0060-030 引言SWA T(Soil and Water A ssessment T ool)模型是一个优秀的分布式水文模型,其以强大的功能、先进的模型结构及高效的计算,在国内外的洪水过程、水文模拟、土壤侵蚀、农业非点源污染研究和流域水文管理中得到了广泛而成功的应用[1-8]。
CN(Curve Num ber)值是SWAT 模型中关于径流的最敏感参数之一,其与坡度密切相关,而坡度直接由DEM 得到。
因此,由不同尺度的DEM 得到的坡度也存在尺度上的差异,并导致CN 值的变化,从而影响SWAT 的模拟结果。
坡度的尺度效应对SWAT 模型的影响主要表现在两方面:一是采用同一比例尺的DEM 生成不同格网大小的高程数据时,格网大小不同导致提取的坡度不同,从而对SWAT 模型产生影响;二是用不同比例尺的DEM 数据采样成相同格网大小的高程数据时,比例尺不同致使提取的坡度也会产生差异,从而对SWAT 模型的模拟产生影响。
Zhang 等[9]研究了陆面过程模拟中参数的尺度问题,认为10m 大小的格网比较合适;Chaplo t [10]的研究表明,DEM 格网大小对SWAT 模型径流模拟结果几乎没有影响;任希岩等[11]认为DEM 格网大小对流域坡度的影响较大,DEM 格网越小,坡度越大,而坡度会影响流域的产流量;Cho 等[12]研究了不同比例尺的DEM 对新泽西州Bro adhead 流域产流的影响,发现比例尺小的DEM 提取的坡度较缓,从而导致产流量较小。
模型的空间输入数据对流域相关特征的准确描述决定着水文模拟的结果,输入数据的准确设定是影响模型模拟成功与否的关键因子之一。
事实上,SWA T 模型输入数据的比例尺、精度以及如何确定某些阈值等并没有统一的标准,模型的使用者只能根据具体的情况进行分析选择,这就增加了模型模拟的不确定性。
关于SWAT 模型输入数据的不确定性研究中,当前多涉及子流域划分、土壤和土地利用数据精度以及气象数据的分布不均匀性方面,而在坡度的尺度效应方面,尤其是对于不同比例尺的DEM 数据采样成相同的格网大小对模拟的影响涉及相对较少。
对于复杂山区环境,坡度的尺度效应表现得更为突出。
由此,本文针对复杂山区流域环境中的小流域!!!北京市房山区大石河流域,从同一比例尺的DEM 采样成不同格网大小对径流模拟的影响出发,研究了坡度的尺度效应对SWAT 模型径流模拟的影响。
1 研究区与基础数据研究区位于北京市房山区中部大石河的漫水河水文站控制流域,河长约50km,漫水河水文站以上为山区河谷段,汇水面积为660km 2。
研究区内地表状况复杂,岩溶区为284km 2,非岩溶区为376km 2,多年平均降雨量645m m,平均气温10 8∀。
大石河流域山区段及周围环境主要以中低山为主,山区地貌峡谷相间,其中百花山、大安山、大房山等海拔在1000m 以上,坡度50#~60#,坡面上沟谷发育,纵坡度20#~40#。
这些山体岩体因受物理风化作用,常常分布着巨大的风化石块,崩塌现象较普遍,部分山体地形倒置,背斜构造为谷地或凹地,向斜部分反而成为高起的山地。
低山地貌分布较多,其海拔高度小于800m,切割较强烈,坡度为15#~45#,沟谷密度较大。
河谷间距常在1km左右,以单面山为主,其次为桌状山、馒头状山,有岩溶地貌。
在抗风化较强的灰岩地区,呈陡坡或陡壁状;抗风化较弱的岩地,地貌起伏缓和,单面山形态不明显,谷地较开阔。
大石河出山口主要为丘陵地带,海拔在300m以下,地形平缓,坡度10#~25#,相对高度为30~100m∃。
大石河流域复杂的地质地貌环境致使其成为北京山区泥石流最为集中的地区之一。
本文DEM数据源自30m(1%&1%)DEM∋,采用1(100万的土壤分布图和1(20万的土地利用图,模拟1993-1997年平均径流深。
利用GIS软件将DEM、土壤分布图和土地利用图统一成相同格网大小。
考虑到研究区内河流主要为东西向,而AL BERS投影非常适合于东西向延伸的地形,这对于水文过程模拟非常重要[13],因此选择ALBERS等积圆锥投影。
2 坡度的尺度效应分析方法SWA T模型具有很强物理机制且适用于复杂大、中尺度流域环境的动态水文模拟。
该模型采用径流曲线法模拟产流,首先对输入的DEM采用D8算法、最陡坡度原则和最小汇水面积划分河网,定义流域范围,划分子流域和计算流域参数[14];然后输入土地利用图和土壤分布图,定义其阈值以划分水文响应单元(计算产流的最基本单位)。
本文对研究区1%&1%的DEM重采样,生成了11种不同格网大小的DEM,分别为10、25、50、75、100、125、150、175、200、225和250,以此研究同一比例尺的DEM采样成不同格网大小对径流模拟的影响。
由于研究区流域面积相对较小,设置土地利用类型面积和土壤分布面积阈值为5%。
研究表明,DEM分辨率对坡度的影响较大,而对其它的流域特征参数影响较小[13]。
为避免降雨空间分布的不均匀性对径流模拟的影响,本文采用同一气象台站的气象资料,同时为消除模型参数的最优化方法对实测资料的依赖性,部分参数采用了模型默认参数[14]。
将1%&1%DEM重采样后,不同的格网大小下流域参数如表1所示。
表1 不同DEM分辨率时流域特征参数变化T able1 The characteristic parameters of basin changed with the different DEM resolution格网大小(m)10255075100125150175200225250最大高程(m)19151915189219151915191518871901190119011882最小高程(m)7575767578787879797979平均高程(m)662.6 662.6 662.6 662.7 666.8 666.6 667.4 672.5 672.8 671.0 672.9 最大坡度(#)80.8374.864.858.1455.2150.6846.55847.8944.2640.7144.73最小坡度(#)0.00.00.00.140.00.00.00.00.00.00.13平均坡度(#)23.4822.3821.4220.4818.7218.0317.1515.3414.8814.4618.72河道总长度(km)144.1146.1145.7143.7143.9143.0141.0133.7137.5134.6132.1流域面积(km2)645.1645.0642.5639.7641.3638.8635.5636.1635.1632.9628.7从表1可知,DEM格网大小对平均坡度的影响较大。
其余的流域特征参数中,最大坡度虽然变化较大,但它无法反映流域的整体变化状态,而其它的流域特征参数变化不定,且相对变化较小。
3 平均坡度对径流量的影响3.1 最佳格网大小的确定从整体上看,平均坡度随DEM格网增大而减小,但当DEM格网大小处于不同的范围时,平均坡度的变化趋势并不一致。
因此,本文按照表1的不同DEM格网情形下的平均坡度,对DEM格网大小划分了3个不同的变化区间,分别用不同的曲线对平均坡度与格网大小进行了拟合(图1)。
图1 平均坡度与格网大小的关系Fig.1 T he relation between average slope and grid size研究发现,当DEM格网从10增到100时,平均坡度与DEM呈良好的线性关系,即随着DEM格网的增大,平均坡度逐渐减小;当DEM格网从100增页61第第6期 冷 佩等:坡度的尺度效应及其对径流模拟的影响研究∃∋h ttp:///z hcw j/24.asp数据来源于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站(http://datamirr ).到175时,平均坡度与格网大小间呈近似的抛物线关系,平均坡度减小得较慢;当DEM 格网从175增到250时,平均坡度与格网大小用线性方程拟合效果非常好。
一般随着DEM 格网的增大,地形越来越平缓,平均坡度也随之减小,这是总趋势,实际研究中也如此。
从图1中看出,当DEM 格网从100增到175时,平均坡度减小得较缓慢,而格网越大,地形越模糊,因此,可将100作为最佳的DEM 格网大小。
3.2 平均坡度对径流量的影响通常在水文模型中,流域的坡度对于径流量的计算至关重要,在SWAT 模型中,径流曲线CN 值便是坡度的函数。
当前在水文模型的研究与应用中,空间数据的尺度、精度的选择以及某些阈值的确定等并没有统一标准,而这些问题又会增加模型的不确定性。
某一流域的多年平均径流量一般相对容易得到,而由于使用的DEM 不同,其 真实坡度 难以确定。
因此,如果得到了径流与平均坡度的变化规律,便可以找到径流与DEM 格网大小的关系,在利用水文模型进行模拟研究时,可以预先确定一个比较合适的DEM 尺度,从而大大减少工作量,而且能够在一定程度上控制模拟结果的范围,保障最终流域水文模拟的精度。
