通过室内试验设置5种积雪处理(对照组CK为无积雪覆盖;B为大粒径雪层;BL为大粒径覆盖在小粒径雪层上;LB为小粒径覆盖在大粒径雪层上;L为小粒径雪层),探究融化期冻融循环下雪层结构差异对土壤物理特性的影响。结果表明:不同结构的积雪完全融化时间接近,CK处理受冻融循环的影响最大,有无积雪覆盖下土壤温湿度差异显著。试验中期,覆雪处理间土壤容重、团聚体稳定性接近;试验结束,B、BL处理土壤容重、团聚体稳定性,显著高于L、LB处理。B、BL处理蒸发量较高、出流时间较晚、出流量较小,但泥沙比、融雪侵蚀参数高于L、LB处理。而L、LB处理的融雪水利用率较低,融雪侵蚀参数也较低。L、LB处理有利于融雪水出流、土壤解冻,可减少土壤侵蚀,适宜实际农业生产。
近年来,季节冻土区滑坡灾害的发生频率逐渐增加且危害加重,引起人们的广泛关注。相对于非季节冻土区,季节冻土区的积雪消融和土体冻融的物理过程是否对滑坡产生影响,有待进一步研究。2002年5月9日发生在中国天山伊犁地区的一个巨型黄土滑坡群(加郎普特滑坡群)为本研究提供了一个理想案例。本研究基于实地勘察、遥感影像判识、气象数据分析和黄土特征试验等方法,探究加朗普特滑坡群的形成过程,揭示其破坏模式和失稳机理。研究表明,加朗普特黄土滑坡群由3个滑坡构成,总堆积方量约1 735.5×104 m3,滑动过程断断续续持续了2天,其形成与发展是多级、多次的推移式滑动破坏过程。加朗普特滑坡群的发生是早期融雪和后期暴雨耦合触发的结果。春季气温异常升高驱动的积雪融水影响斜坡前期变形演化,极端暴雨是滑坡发生的激发因素。另外,特殊坡体结构和地层组合为黄土滑坡发生提供了物质结构基础。结合斜坡变形过程我们建立了考虑降水入渗和冻融循环作用的黄土斜坡变形破坏模式,并提出了黄土斜坡滑面静态液化和坡脚滑动液化的联合是诱发黄土滑坡发生的重要机理。随着气候变化驱动的异常升温事件增多,未来天山季节冻土区发生大型黄土滑坡的风险极高。本...
基于融雪性洪水发生机理,选取积雪深度、高程、地势起伏度、坡度、水系距离和土地利用类型6个关键因子,结合历史灾情数据,应用信息量模型对春季融雪洪水危险性进行定量评价和区划。结果表明:(1)额尔齐斯河流域春季融雪洪水多发生在海拔1 500 m以下山前平原和河流附近的草地、耕地和居民用地区域;(2)积雪深度和水系距离是影响春季融雪洪水危险性的重要因素。积雪深度在40~50 cm、水系距离在1~2 km的区域洪水发生风险显著(;3)5组随机实验模型平均AUC值为0.86,验证了基于选定的6个关键指标因子,应用信息量模型评价额尔齐斯河流域春季融雪洪水危险性的有效性。
寒区侵蚀产沙过程受到冰川消融、融雪及土壤冻融的影响。气候变化下该过程存在极大不确定性。完善现有分布式水沙模型以量化冰冻圈要素的影响是解析该过程的重要方向。基于广泛的文献调研,总结这3类要素如何影响侵蚀产沙过程及相关模型算法,并比较多个模型在寒区的适用性。发现:1)冰川主要通过冰川径流(其计算包括冰川动态算法、冰川融水量的计算及不同分配方式)和基岩侵蚀(其计算可采用经验方法得到冰川区总输沙量后与水沙模型耦合)2方面影响侵蚀产沙过程;2)融雪过程增加地表产流,因此融雪量常被视为动能为0的降雨参与侵蚀计算;3)土壤冻融作用包括冻融深度影响产流量、冻融循环增加土壤可蚀性以及冻融深度对土壤可侵蚀范围的限制;4)现有模型对冰冻圈径流过程的考虑较完善,但对冰川消融和土壤冻融影响下的侵蚀产沙考虑不足。为此,建议在现有模型基础上补充相关算法完善模型结构,从而提高模型在寒区的适用性,以期采用改进后的模型量化冰冻圈要素对侵蚀产沙过程的影响,帮助明确寒区侵蚀产沙过程机制及未来变化规律。
新疆天山北坡山区流域水文气象资料稀缺,融雪径流模拟比较困难。为研究HBV模型在新疆天山北坡玛纳斯河流域径流模拟的适用性,通过分析流域积雪覆盖率与径流的相关性,并基于中国地面降水与气温日值0.5°×0.5°格点数据集,经空间插值得到研究区多年平均降水和气温的空间分布,运用HBV模型模拟了玛纳斯河流域2000—2013年日尺度和月尺度径流过程,与SRM的模拟效果进行对比分析。结果表明:(1)多年月平均积雪覆盖率与多年月平均流量呈负相关,相关系数R2=0.67,流域内积雪融水对径流的补给作用明显;(2)数据集经空间插值得到研究区多年平均降水和气温的空间分布能基本反映流域的垂直气候差异性,数据集可作为玛纳斯河流域缺乏气象资料的高山区径流模拟的输入数据;(3)HBV模型与SRM在玛纳斯河流域日尺度和月尺度的径流模拟效果评价等级均为良好,且HBV模型对洪峰流量模拟效果更好,整体的模拟值与实测值偏差更小,HBV模型在玛纳斯河流域具有较好的适用性。
通过2022年2—4月在长白山地区定点逐日采集雪样,对季节性积雪中主要化学离子的浓度特征和变化规律进行了分析,并与2010—2012年同一地点的样品进行对比,使用海盐示踪法和后向轨迹聚类分析,研究了不同离子的年代际变化及其原因.分析结果显示,长白山积雪中离子的浓度大小为:NO3->Ca2+>SO42->NH4+>Cl->Na+>K+>Mg2+>F-,最主要的阳离子是Ca2+,最主要的阴离子是NO3-.采样时间段内积雪持续融化,离子浓度下降速度在融化初期最快,随浓度下降逐渐放缓.与2010—2012年相比,NH4+和Na+浓度分别上升了107%和46%...
融雪水是东北地区春季径流的重要来源,融雪径流过程的可靠模拟及预报可为科学管理和调度春汛期水资源提供参考。东北寒区年度内存在融雪径流和降雨径流两种产流模式,流域物理空间属性差异对融雪径流产流模式影响显著,为了解决东北寒区融雪径流空间异质性问题、提高SWAT模型模拟及预报精度,提出对SWAT模型采用单站点和多站点联合参数率定的策略。首先,利用白山水库入库流量进行单站初步参数率定,进而,采用多站点对融雪径流参数进行率定,并将该参数移植到单站初步率定参数集。结果表明:单站初步参数率定后模拟得到年度(1—12月)、夏季汛期(6—9月)、春季融雪期(3—5月)验证期月尺度确定系数(R2)分别为0.76、0.74和0.58,日尺度R2分别为0.71、0.75和0.51;单站和多站点联合参数率定后模拟得到年度、夏季汛期、春季融雪期验证期月尺度R2分别为0.80、0.74和0.79,日尺度R2分别为0.74、0.78和0.61。在月尺度和日尺度上,单站和多站点联合参数率定较单站参数率定后春季融雪期的模拟精度分别提高了...
结合新疆地区宁家河流域水文站实测洪水资料及附近气象站点资料,对宁家河融雪洪水特征及主要成因进行探讨。结果表明:不同年代际宁家河流域春季融雪洪水量总体呈现弱递增变化,线性倾向率为0.08×10~8m3/10a,气温变化是其春季融雪洪水变化的主因,其次为积雪量及积雪深度,初春降水总体和其融雪洪量具好关联性。宁家河流域春季融雪洪水年份对应的冬季冻土深最高平均值在130cm左右。
冬季积雪时间长,温度低,降雪量大,随着气温回升,积雪融化形成融雪径流。理论研究是对融雪径流发展及应用做好基础;研究内容是对融雪径流的进一步理解主要包括融雪径流在径流中的占比、径流时段的划分、对气候的响应等;研究融雪径流的方法主要是通过基于物理、数学原理建立模型对融雪径流分析,在寒区春季融雪径流对河流的补给量可达30%,因此融雪径流的模拟对寒区河流春季洪水预报研究有重要意义。最后对我国寒区融雪径流研究中存在的一些问题进行总结并结合研究的理论、内容、方法分析未来的研究趋势。
国内外对寒区冻土水文特性研究较为薄弱,尤其是冻土期产流机制研究更少,本文以黑龙江省汤旺河春季融雪径流为例,探讨了寒区冻土影响下中小河流的产流机制和规律,用实际成果资料分析了冻土期与洪水期产流对比关系,为冻土情况下中小河流水文预报、春季来水量分析计算提供了参考依据。