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森林覆盖率变化对流域洪水特性影响的数值模拟

姚原 顾正华 李云 辜樵亚 范子武

姚原,顾正华,李云,等. 森林覆盖率变化对流域洪水特性影响的数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2020(1):9-15. doi:  10.12170/20190501003
引用本文: 姚原,顾正华,李云,等. 森林覆盖率变化对流域洪水特性影响的数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2020(1):9-15. doi:  10.12170/20190501003
(YAO Yuan, GU Zhenghua, LI Yun, et al. Numerical simulation on flood characteristics under different forest coverage rates of watershed[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(1): 9-15. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190501003
Citation: (YAO Yuan, GU Zhenghua, LI Yun, et al. Numerical simulation on flood characteristics under different forest coverage rates of watershed[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(1): 9-15. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190501003

森林覆盖率变化对流域洪水特性影响的数值模拟

doi: 10.12170/20190501003
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2016YFC0401507,2016YFC0401503);国家自然科学基金资助项目(51579216)
详细信息
    作者简介:

    姚 原(1994—),男,安徽安庆人,硕士研究生,主要从事水资源与水环境方面研究。E-mail:02701211621@zju.edu.cn

    通讯作者:

    顾正华(E-mail:WISE@zju.edu.cn

  • 中图分类号: X43

Numerical simulation on flood characteristics under different forest coverage rates of watershed

  • 摘要: 为研究森林覆盖率变化对洪水特性的影响,建立小溪流域的分布式水文模型,通过实测水文资料对模型重要参数进行率定和验证,并对其适用性进行评价。选取7日同次降雨序列,利用率定并验证后的数学模型对森林覆盖率从0到100%共11组工况的流域洪水过程进行模拟。结果表明,森林覆盖率的变化对小溪流域洪水特性产生一定影响,森林覆盖率越大,影响效果越明显;相比无森林覆盖条件,森林覆盖率达到最大时减小洪峰流量约13.2%,延缓洪峰到达时间约4 h,延长洪水历时约13 h;当森林覆盖率低于40%时,森林对洪峰的削减作用非常有限;当森林覆盖率大于40%时,森林覆盖率平均每增长10%,可削减洪峰流量约2%;并且随着森林覆盖率增长,洪水过程形态呈现从单峰到双峰的变化特点。
  • 图  1  小溪流域方位及水文站空间分布

    Figure  1.  Spatial distribution of Xiaoxi watershed and hydrological stations

    图  2  率定模拟径流量

    Figure  2.  Calibration of simulated runoff

    图  3  验证模拟径流量

    Figure  3.  Validation of simulated runoff

    图  4  不同森林覆盖率下小溪流域洪水模拟过程

    Figure  4.  Runoff simulation of Xiaoxi watershed flood under different forest coverage rates in Xiaoxi basin

    表  1  模型参数

    Table  1.   Parameters of model

    模块参数取值(范围)率定结果
    截留/蒸发(ET)Cint(mm)0.10.1
    叶面积指数(m2/m266
    根系深度(mm)800800
    坡面漫流(OL)滞洪蓄水量(mm)0~5010
    初始水深(mm)00
    曼宁系数(m1/3/s)10~4030
    饱和带(SZ)水平水力传导率(10–5 m/s)1~105
    垂直水力传导率(10–4 m/s)1~105
    单位产水量(mm)0.20.2
    单位储水率(1/m)0.000 10.000 1
    初始潜水头(m)–1–1
    非饱和带(UZ)蒸散发深度(m)0.10.1
    饱和含水率(m3/m30.30.3
    田间持水率(m3/m3
    0.20.2
    凋萎含水率(m3/m30.050.05
    河道汇流(OC)河床糙率(m1/3/s)10~4025
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    表  2  森林覆盖率变化对流域洪水特性影响

    Table  2.   Influence of different forest coverage rates on basin flood

    森林覆
    盖率/%
    洪峰流
    量/(m3·s–1)
    洪峰流量
    削减比例/%
    洪水
    历时/h
    洪水历时
    变化率/%
    峰现
    时间/h
    洪峰延迟
    时间/h
    森林覆
    盖率/%
    洪峰流
    量/(m3·s–1)
    洪峰流量
    削减比例/%
    洪水
    历时/h
    洪水历时
    变化率/%
    峰现
    时间/h
    洪峰延迟
    时间/h
    02 370/57/80/602 1927.56413.0822
    102 388–0.8593.5800702 1698.56819.3822
    202 3500.8617.0800802 1509.36819.3822
    302 3431.1617.0811902 09111.86819.3833
    402 3391.36310.58111002 05813.27022.8844
    502 2783.96514.0822
    下载: 导出CSV
  • [1] WIJESEKARA G N, GUPTA A, VALEO C, et al. Assessing the impact of future land-use changes on hydrological processes in the Elbow River watershed in southern Alberta, Canada[J]. Journal of Hydrology, 2012, 412-413: 220-232. doi:  10.1016/j.jhydrol.2011.04.018
    [2] 邹鹰, 程建华. 典型人类活动对洪水特性的影响[J]. 水利水运工程学报,2010(1):37-41. (ZOU Ying, CHEN Jianhua. Impacts of human activities on floods[J]. Hydro-Science and Engineering, 2010(1): 37-41. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1009-640X.2010.01.006
    [3] 李文华, 何永涛, 杨丽韫. 森林对径流影响研究的回顾与展望[J]. 自然资源学报,2001,16(5):398-406. (LI Wenhua, HE Yongtao, YANG Liyun. A summary and perspective of forest vegetation impacts on water yield[J]. Journal of Natural Resources, 2001, 16(5): 398-406. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-3037.2001.05.002
    [4] 陈军锋, 李秀彬. 森林植被变化对流域水文影响的争论[J]. 自然资源学报,2001,16(5):474-480. (CHEN Junfeng, LI Xiubin. The impact of forest change on watershed hydrology-discussing some controversies on forest hydrology[J]. Journal of Natural Resources, 2001, 16(5): 474-480. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-3037.2001.05.014
    [5] 张蕾娜, 李秀斌. 用水文特征参数变化表征人类活动的水文效应初探——以云州水库流域为例[J]. 资源科学,2004,26(2):62-67. (ZHANG Leina, LI Xiubin. Assessing hydrological effects of human activities by hydrological characteristic parameters: A case study in the Yunzhou Reservoir Basin[J]. Resources Science, 2004, 26(2): 62-67. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1007-7588.2004.02.009
    [6] 吴时强, 吴修锋, 周辉, 等. 淮河临淮岗洪水控制工程洪水调度数学模型应用[J]. 水利水运工程学报,2009(3):1-7. (WU Shiqiang, WU Xiufeng, ZHOU Hui, et al. Application of a flood control operation numerical model for Linhuaigang Project on Huai River[J]. Hydro-Science and Engineering, 2009(3): 1-7. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1009-640X.2009.03.001
    [7] 王中根, 刘昌明, 吴险峰. 基于DEM的分布式水文模型研究综述[J]. 自然资源学报,2003,18(2):168-173. (WANG Zhonggen, LIU Changming, WU Xianfeng. A review of the studies on distributed hydrological model based on DEM[J]. Journal of Natural Resources, 2003, 18(2): 168-173. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-3037.2003.02.007
    [8] IM S, KIM H, KIM C, et al. Assessing the impacts of land use changes on watershed hydrology using MIKE SHE[J]. Environmental Geology, 2009, 57(1): 231-239. doi:  10.1007/s00254-008-1303-3
    [9] ZIMMERMANN B, ELSENBEER H, DE MORAES J M. The influence of land-use changes on soil hydraulic properties: implications for runoff generation[J]. Forest Ecology and Management, 2006, 222(1/3): 29-38. doi:  10.1016/j.foreco.2005.10.070
    [10] FOHRER N, HAVERKAMP S, FREDE H G. Assessment of the effects of land use patterns on hydrologic landscape functions: development of sustainable land use concepts for low mountain range areas[J]. Hydrological Processes, 2005, 19(3): 659-672. doi:  10.1002/hyp.5623
    [11] 田开迪, 沈冰, 贾宪. MIKE SHE模型在灞河径流模拟中的应用研究[J]. 水资源与水工程学报,2016,27(1):91-95. (TIAN Kaidi, SHEN Bing, JIA Xian. Application of MIKE SHE model in runoff simulation of Bahe river basin[J]. Journal of Water Resources & Water Engineering, 2016, 27(1): 91-95. (in Chinese) doi:  10.11705/j.issn.1672-643X.2016.01.16
    [12] SAHOO G B, RAY C, DE CARLO E H. Calibration and validation of a physically distributed hydrological model, MIKE SHE, to predict streamflow at high frequency in a flashy mountainous Hawaii stream[J]. Journal of Hydrology, 2006, 327(1/2): 94-109. doi:  10.1016/j.jhydrol.2005.11.012
    [13] DOUMMAR J, SAUTER M, GEYER T. Simulation of flow processes in a large scale karst system with an integrated catchment model (MIKE She) - Identification of relevant parameters influencing spring discharge[J]. Journal of Hydrology, 2012, 426-427: 112-123. doi:  10.1016/j.jhydrol.2012.01.021
    [14] 李静, 焦树林, 梁虹, 等. 基于MIKE SHE分布式水文模型的降水时间尺度对喀斯特流域径流模拟的影响研究——以红水河系六硐河流域为例[J]. 中国岩溶,2012,31(4):388-394. (LI Jing, JIAO Shulin, LIANG Hong, et al. Research on the impact on runoff by time-scale of the precipitation in karst basin in view of MIKE SHE model: a case in Liudong river of the Hongshuihe system[J]. Carsologica Sinica, 2012, 31(4): 388-394. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1001-4810.2012.04.006
  • [1] 张文皎, 刘磊, 武彩萍, 吴腾, 罗立群, 胡能明.  开敞式宽大单泄槽溢洪道水力特性及优化布置研究 . 水利水运工程学报, 2022, (6): 1-10. doi: 10.12170/20210609001
    [2] 张铭, 谢红, 杨宇, 王晓刚, 赵建平.  崔家营枢纽下游流场模拟与鱼类水力特性偏好研究 . 水利水运工程学报, 2021, (5): 40-47. doi: 10.12170/20201128001
    [3] 刘明维, 曾丽琴, 陈刚, 沈立龙, 牟治忠, 王明镜.  内河框架码头桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟 . 水利水运工程学报, 2020, (1): 74-83. doi: 10.12170/20181204005
    [4] 周舟, 曾诚, 周婕, 王玲玲, 丁少伟.  等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟 . 水利水运工程学报, 2020, (1): 32-39. doi: 10.12170/20190501005
    [5] 黄佑鹏, 王志亮, 毕程程.  岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析 . 水利水运工程学报, 2018, (5): 95-102. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.014
    [6] 李昌良, 蓝晓俊.  水平斜插板透空式防波堤消波性能数值模拟 . 水利水运工程学报, 2018, (4): 75-80. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.011
    [7] 王欣, 王玮琦, 黄国如.  基于MIKE FLOOD的城区溃坝洪水模拟研究 . 水利水运工程学报, 2017, (5): 67-73. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.05.010
    [8] 陈琼, 李云, 刘本芹, 王小东.  高水头船闸一字闸门水动力特性数值模拟 . 水利水运工程学报, 2017, (1): 87-94. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.012
    [9] 祝龙, 周冬卉, 李云, 宣国祥, 王晓刚.  土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟 . 水利水运工程学报, 2017, (5): 1-8. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.05.001
    [10] 王敏, 程文, 施练东, 黄晶, 闵亮, 郑建刚.  汤浦水库泥沙冲淤分布数值模拟 . 水利水运工程学报, 2015, (6): 107-111.
    [11] 邓成进, 袁秋霜, 侯延华, 贾巍.  基于FLUENT的库区涌浪数值模拟 . 水利水运工程学报, 2014, (3): 84-91.
    [12] 陈艳梅, 牟献友, 成兰艳, 李春江.  环翼式桥墩挡板形状对垂向水力特性的影响 . 水利水运工程学报, 2014, (1): 33-39.
    [13] 高江林, 陈云翔.  基于渗流与应力耦合的防渗墙与坝体相互作用的数值模拟 . 水利水运工程学报, 2013, (2): 58-63.
    [14] 周作茂, 陈野鹰, 杨忠超.  双线船闸引航道水力特性数值模拟 . 水利水运工程学报, 2013, (4): 67-72.
    [15] 邹鹰,程建华.  典型人类活动对洪水特性的影响 . 水利水运工程学报, 2010, (1): -.
    [16] 刘汉涛,常建忠,安康.  基于SPH的自由表面流动数值模拟 . 水利水运工程学报, 2009, (1): -.
    [17] 莫思平,辛文杰,应强.  广州港深水出海航道伶仃航段回淤规律分析 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 42-46.
    [18] 何杰,辛文杰.  潮汐河口汊道治理的数值模拟 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 61-66.
    [19] 潘存鸿,鲁海燕,曾剑.  钱塘江涌潮特性及其数值模拟 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
    [20] 陈为博,杨敏.  用VOF方法数值模拟溢流堰流场 . 水利水运工程学报, 2004, (4): 42-45.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-01
  • 刊出日期:  2020-02-01

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