本书以流域降雨径流过程为基础,从水文区划、降雨径流时空变化特征分析、新安江模型、SHAT模型和CASC2D模型5个方面开展阐述,将多种水文模型在宁夏回族自治区三河源地区的多个流域进行了建模和应用,形成了一个水文模拟理论研究与模型应用的完整体系。本书内容涵盖水文相似性分析及水文区划、降雨径流历史演变过程分析、分布式水文模型构建与应用,是一本体系完整的水文模拟著作。
宁夏三河源地区是清水河、泾河、葫芦河的河源区,水资源问题长期制约该地区经济社会的发展。
在自然和人类活动的共同影响下,旱区水资源系统更加敏感和脆弱,表现为极端水文事件增加、水资源不确定性加大以及水循环规律改变等。分析降雨、径流、下垫面等特征的水文响应影响因子及时空分布变化规律,利用水文模型模拟流域降雨径流过程,是区域水资源时空分布特征及规律研究的技术与方法。而面对不断加剧的人类活动和气候变化对水资源时空分布的影响,旱区水文模拟又是一个亟待解决的难题。
作者结合近年来开展的各类科研项目成果,吸收国内外可应用于该地区的成熟理论与方法,编著了本书。本书重点介绍了水文要素的计算方法和分析方法、水文相似性分析方法、主导性产流机制评价方法、新安江模型的次洪模拟与日洪模拟研究、分布式水文物理模型SWAT和CASC2D的架构与应用等内容,可作为高等院校水文与水资源相关专业的本科生、研究生的教材,也可供相关领域的科研和技术人员参考使用。
本书的具体分工如下:第1章由朱旭东编写;第2章由张汉辰编写;第3章的3.1~3.2节由张维江编写,3.3~3.5节由马轶编写;第4章的4.1~4.2节和4.4节由张汉辰编写,4.3节由马轶编写;第5章的5.1~5.2节由张维江编写,5.3节由马轶编写,5.4节由张汉辰编写;第6章由张汉辰编写。此外,李娟、黄艳、王永良、蒋春源、徐小涵、钱昆仑、陈文轩等也参与了本书的编写工作。本书得到宁夏高等学校一流学科建设项目(NXYLXK2021A03)、宁夏回族自治区重点研发计划重大(重点)项目(清水河流域生态经济林小降雨资源可持续利用与应用研究)(2023BEG02054)、宁夏自然科学基金项目(2021AAC03033)、宁夏回族自治区重点研发计划项目(引才专项)(2020BEB04027)、宁夏回族自治区重点研发计划重大(重点)项目(2018BEG02010)等基金项目的资助,在此表示感谢。
因时间和水平所限,书中难免存在疏漏,欢迎读者批评指正。
前言
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 三河源地区概况
1.2.1 自然地理
1.2.2 气候气象
1.2.3 水文水资源
1.2.4 生态环境
1.3 水文模型研究进展
第2章 宁夏水文区划分析
2.1 研究区概况及相似性分析方法
2.1.1 研究区概况
2.1.2 相似性分析方法
2.2 基于水文相似性的宁夏水文区划研究
2.2.1 宁夏DEM图像的预处理
2.2.2 自然子流域区划研究
2.2.3 聚类分析
2.2.4 宁夏水文区划划分结果
2.3 基于主导性产流的宁夏水文区划研究
2.3.1 地形指数分布曲线
2.3.2 地形曲线数
2.3.3 宁夏产流机制的综合确定
2.4 本章小结
第3章 三河源地区降雨径流时空变化特征分析
3.1 水循环要素时空变化特征分析
3.1.1 降水特征分析
3.1.2 气候变化下极端降水事件变化规律
3.1.3 蒸散发特征分析
3.1.4 流域地表径流分析
3.2 地表水资源利用潜力评价
3.2.1 流域地表水资源评价
3.2.2 径流变化及其影响因素分析
3.3 降雨时间尺度研究
3.3.1 数据统计与分析
3.3.2 函数构建
3.3.3 降雨时间尺度插值
3.4 降雨空间尺度插值方法对比
3.4.1 空间插值结果对比分析
3.4.2 插值精确度分析
3.5 本章小结
第4章 新安江模型
4.1 模型介绍及参数分析
4.1.1 模型的发展历程
4.1.2 参数介绍及自动优化算法
4.2 次洪过程模拟对比
4.3 逐日径流过程模拟
4.3.1 新安江模型逐日径流过程模拟
4.3.2 考虑潜在蒸散发的新安江模型
4.3.3 未来气候变化影响下的径流模拟研究
4.4 本章小结
第5章 SWAT模型
5.1 模型介绍
5.1.1 陆地水文循环过程
5.1.2 河道水文循环过程
5.1.3 地表径流计算
5.1.4 坡面汇流计算
5.1.5 壤中流计算
5.1.6 地下径流计算
5.1.7 蒸散发计算
5.2 好水川流域SWAT模型建模方法
5.2.1 基础数据准备
5.2.2 模型数据库构建
5.2.3 结果分析
5.3 三河源地区SWAT模型应用
5.3.1 张家山流域SWAT模型应用
5.3.2 秦安流域SWAT模型应用
5.3.3 泉眼山流域SWAT模型应用
5.4 本章小结
第6章 CASC2D模型
6.1 模型介绍
6.1.1 降雨截留和蒸散发
6.1.2 下渗计算
6.1.3 坡面汇流计算
6.1.4 河道汇流计算
6.1.5 模型流程图和参数
6.2 参数敏感性分析及误差和变量分析
6.2.1 参数敏感性分析
6.2.2 误差和变量分析
6.3 三关口流域建模方法
6.3.1 输入信息处理
6.3.2 模型参数及模拟结果
6.4 好水川流域建模方法
6.4.1 输入信息处理
6.4.2 无资料地区研究方法
6.5 本章小结
参考文献
附录A 流域相似性分析表