华北地区山前典型包气带单元的产流机制试验研究

The research on runoff yield mechanism is crucial to the hydrologic cycle theory. The mechanism of runoff yield and hydrologic cycle in North China has not been illustrated due to the complex of the unsaturated zone, the variety of the precipitation characteristics and frequent influence of the human activities, which desiderates the related research.. In this research, the typical piedmont unsaturated zone of Yongnian county in North China is selected as the runoff experiment site and the different typical precipitation processes as the artificial design precipitation are selected in the lots of hydrologic data. The different runoff experiments which is in bare soil and the other in the maize-wheat rotation field in different precipitation processes is order to interpret the sorts of runoff mechanisms in different scenarios and their difference and illuminate the runoff yield mechanism influenced by the maize-wheat rotation. These runoff yield mechanism would develop the hydrological cycle theory in the piedmont plain of North China. And based the related mechanism, the original hydrologic model, MODCYCLE is corrected. In a word, the research would discuss and develop the hydrologic cycle theory and improve the construction of fitting hydrologic model in North China.

产流机制研究是水文循环机理研究的基础、核心和难点，由于华北地区包气带的复杂性、降雨特性的多变性以及人类活动的强烈扰动，该区域的产汇流机制尚未明确，水文循环机理还未明晰，亟待对其进行深入研究。. 本项目以华北地区永年县山前典型包气带单元为原型试验场，选取典型降雨过程作为人工设计降雨，分别开展裸土及小麦-玉米轮作情景下的径流精细观测试验，通过分析地表径流、壤中流、土壤含水量、地下径流以及蒸发等各项试验数据，拟辨析不同降雨过程和土地利用情景的产流机制；揭示小麦-玉米轮作对产流影响的作用机制，深入探讨华北地区山前包气带水文循环机理，并以此为依据对原有水文模型MODELCYCLE进行改进。项目研究成果将促进和完善华北地区水文循环基础理论的发展，有力推进华北地区适用性水文模型的构建。

产流机制研究是水文循环机理研究的基础、核心和难点，由于华北地区包气带降雨特性和土壤岩性的多变性，该区域的产汇流机制尚未明确，需要进一步深入探讨。本项目依托河北工程大学人工降雨径流试验场，选取典型降雨过程作为人工设计降雨，分别开展了裸土及玉米种植情景下的径流试验及永年区野外墒情试验，取得如下结果：.（1）统计了华北地区降雨的主要类型为大雨强、短历时降雨，设计了区域典型人工降雨过程，解析了不同降雨过程的产汇流变化。得出了降雨径流的主要成分为地表直接径流，其平均占比超过80%。.（2）不同土壤岩性介质的径流滞时对雨强响应具有差异性。粉质粘性土壤的径流过程较壤土和沙壤土的径流滞时对雨强的响应更加显著。在降水总量较大时，土壤介质岩性差异对各层壤中流退水过程中影响较大，呈现下层粘性壤土径流过程的退水值较上层壤土径流过程的退水值高的异常现象。.（3）玉米种植情景下，试验区域人工降雨径流仍以直接地表径流为主。尽管不同的降雨类型，其土壤下渗曲线各有不同，但其下渗过程均能用Horton入渗公式进行概化，且最终土壤的稳定下渗率都趋近于约0.10 mm /min左右。.（4）基于上述产汇流机制，分别采用Horton入渗模型和Tank模型模拟了人工降雨的直接地表径流过程和上层壤中流过程，并就不同降雨径流过程的模拟效果进行了对比分析。基于产汇流过程的模拟和模型描述和土壤墒情实验数据，改进了MODCYCLE模型，并在邯郸东部地区进行了农业干旱预估的应用。.（5）迄今为止，本课题出版专著2部，发表学术论文7篇，其中SCI检索期刊3篇、EI会议检索1篇，撰写专利2个（均已进入实质性审查阶段），参加国际学术会议3人次、参加国内学术会议10人次。.研究成果对细化区域水文单元、改进产汇流过程模拟、精细化分析区域水循环提供了依据，模型的改进增加了分布式模型在华北地区的适用性。