基于数字流域的雨量站网空间布设研究

在数字流域平台构建的基础上，将雨量站的雨量信息与子流域单元进行空间匹配，避免了过去以流域面平均雨量值作为水文模型输入的弊端；同时依据地形条件相似性原理，在分析流域内各雨量站日雨量相关性的基础上，运用数字水文模型对传统雨量测站布设的合理性进行了探究。计算结果表明：在地形条件复杂和没有雨量站的子流域单元内增设雨量站十分必要；水阳江流域内应用13个代表性最好的雨量站的日雨量模拟的日流量过程，与应用原先布设的26个雨量站模拟的结果非常接近，但用这13个雨量站1h雨量信息模拟次洪流量则不如26个雨量站的模拟效果好。     

分析TRMM卫星降水在径流模拟中的输入不确定性

具有较高时空分辨率的卫星降水估计（satellite precipitation estimate,SPE）越来越多地被应用于水文模拟。但是由于包含误差,SPE在水文应用中会带来输入不确定性,相关问题尚未研究清楚。本研究旨在量化两种降水输入:卫星降水产品(热带降水观测任务 tropical rainfall measurement mission,TRMM)和相应的站点降水,分别驱动两个水文模型（集总式Ge′nie rural (GR)模型和分布式coupled routing and excess storage (CREST)模型,进行降雨-径流过程模拟时的多源不确定性。使用方差分解法对多源不确定性组分进行划分。为验证所提框架的有效性,选择赣江流域外洲水文站的径流进行模拟。结果表明:卫星降水和站点降水驱动下CREST模拟所得总不确定性,均低于对应情况下GR模拟所得结果;且在两种降水产品和两个水文模型结合的四种情景中,卫星降水驱动CREST模型模拟所得输入不确定性最低。上述结果表明,分布式CREST模型比集总式GR模型能更好地利用TRMM卫星降水的空间分布信息。      

基于物理机制的分布式水文模型对三峡区间径流的模拟

基于物理机制的分布式水文模型是无水文资料区域的径流模拟的一种有效手段,在对模拟效果的评价中,区间流域水文资料的短缺成为限制条件。针对此问题,该文以三峡区间径流模拟的效果评价为实例,借助区间模拟入流对干流洪峰的模拟作用,对其进行分析和评价。基于三峡区间GBHM(geomorphology-based hydrological model)分布式水文模型,模拟1989~2000年期间的区间径流,为三峡库区河道的HEC-RAS(hydrologic engineering center-river analysissystem)洪水演进模型提供侧向入流资料。比较计入和不计入区间模拟径流2种情况下库区河道洪峰流量的模拟误差,分析GBHM水文模型对区间径流的模拟效果。结果表明:在库区河道洪峰中区间径流占50%的洪水场次中,基于GBHM模型模拟的区间径流,可使洪峰的模拟精度提高到90%以上。基于物理机制的分布式水文模型对三峡区间径流的模拟,具有明显的作用。     

黑河流域上游山区径流模拟及模型评估

探讨了2个不同复杂程度的水文模型在黑河流域上游山区径流模拟方面的适用性.结果表明,在模拟莺落峡站月流量过程时,集总式水文模型WASMOD能够给出与半分布式水文模型SWAT同等精度的模拟结果.另外,WASMOD还具有所需数据量少、模型参数少、模型结构简单等优势.当然,WASMOD只能在周、月或年尺度上进行模拟,而对于口径流模拟无能为力,且只能模拟流域出口断面的流量过程,对流域内部其他站点的模拟无能为力;SWAT在这些方面具有优势.与其他模型应用结果比较,WASMOD和SWAT都表现出了同样甚至更优的径流模拟性能,能够为研究区域的径流模拟与预报提供良好的手段和工具.     

分布式降雨径流模型率定的多目标分析方法

利用多目标方法，对自主研制的具有物理基础的分布式降雨径流模型进行了参数的多目标分析和模型有效性探讨．通过对参数的敏感性分析，确定糙率系数和土壤饱和水力传导率为率定的主要参数，选择效率系数、模拟洪峰的相对误差和洪峰达到时间的绝对误差为目标函数．在模型率定过程中，首先利用多目标最优化方法获得模型参数的非劣解集，然后又利用离散型协调规划从非劣解集中选出满意的模型参数，最后通过对非劣解集模拟的过程线的范围及形状的分析，对模型的有效性进行了评价．研究结果表明，多目标模型率定方法综合考虑了水文过程的各种要素，获得的满意解优于传统的单目标优选结果，非劣解集的聚合程度及模拟的过程线的范围能够反映模型的有效件．     

考虑人类活动影响的流域水文模型参数的确定

结合石头口门水库，详细阐述了考虑人类活动影响流域水文模型参数的确定方法。以时间、累积净雨量和径流修正系数来描述径流的人类活动影响；从调查流域基本情况入手，由人机交互方式模拟确定流域水文模型参数和人类活动影响参数。将人类活动影响纳入流域水文模型参数确定过程中，可更深刻地了解流域水文规律和认识人类活动对径流的影响。     

HEC-HMS模型在不同水文气象分区中的改进

采用前期影响雨量P_a替换前5 d降水量以评估前期土壤湿润程度、线性内插增加CN值的分级以及根据不同水文气象分区选用适宜初损率λ等改进措施对HEC-HMS半分布式水文模型产流模块中的SCS-CN方法进行改进，并于县北沟、呈村、平和3个中小流域进行验证，探讨了反算法率定SCS模型参数的局限性；通过率定不同流域前期影响雨量下的最适宜CN值(C_x)并回归C_x-P_a关系，分析了实际湿润程度随前期影响雨量变化的规律。研究结果表明，当湿润区和半湿润区流域初损率取值0.05和0.20时HEC-HMS模型能取得较好的模拟精度。     

雷达估测降水模拟史灌河流域径流

运用雷达联合少量雨量计方法估测流域面雨量,结合GAME/HUBEX国际合作项目1998年加强观测期在史灌河流域获取的水文观测资料和TOPMODEL进行降水径流模拟,并与稠密雨量计站网测量的面雨量进行流域出口流量模拟的对比试验.在1500小时时间序列的比较试验表明,雷达估测面雨量和雨量计测量的面雨量都能较好地模拟每小时流域出口蒋集的出流量,数值试验还表明,雷达估测面雨量在某一时段上的均值误差作为一个指标可以较好地反映其应用于降水径流模拟时的精度;总雨量和强降水的估测精度是雷达估测面雨量能否用于径流模拟的关键.     

SCE-UA算法在TOPMODEL参数优化中的应用

以江西修水万家埠流域为例,用SCE-UA算法对TOPMODEL参数进行了优化,并对优化结果进行了检验.结果表明:SCE-UA算法不仅可以用于概念性水文模型和分布式水文模型,还可以用于半分布式水文模型———TOPMODEL;TOPMODEL参数上下边界需根据参数的物理意义和研究流域特性来确定;在SCE-UA算法中,目标函数的建立对于参数优化具有重要作用,在次洪模拟时,目标函数应突出高水过程和洪峰对模拟效果的影响;SCE-UA算法的绝大部分参数取值都可以采用已有研究成果的默认值,只有复合型个数p需要根据具体问题确定.     

下垫面变化对洪水影响的水文模型分析

滦河流域下游冷口站以上流域下垫面条件发生了明显的变化,导致洪峰和洪量均有减小的趋势.根据冷口站以上流域水文气象及下垫面特征,结合流域的超渗-蓄满产流机制,建立了考虑下垫面条件的流域水文模型,并对模型进行了参数率定和模型验证,结果表明模型具有一定的精度.利用该模型分别模拟了1980年前后下垫面条件下的若干场次洪水,经过对比分析,下垫面变化导致洪峰平均减小16.9%,洪量平均减小9.9%,且洪峰和洪量减小程度随洪量的增加而减小,通过模拟1980年前后土地利用条件下的各场次洪水,分析了土地利用变化和水土保持工程分别对洪峰和洪量的影响程度,结果表明冷口站以上流域洪峰和洪量的减小主要是由水土保持工程引起的.     

基于水文模型的缺资料流域设计洪水计算

从流域降雨径流物理机制出发，选取不同水文气象分区的4个缺资料小流域，基于暴雨衰减公式进行设计降雨过程计算，结合流域下垫面特征推求模型参数，构建流域水文模型实现设计洪水计算，并将水文模型法计算结果与推理公式法进行比较。结果表明：水文模型法得到的设计洪水与推理公式法相似(洪峰、洪量相对误差均不超过30%);水文模型法考虑了土壤下渗能力随着降雨过程的变化情况和流域内各点汇流过程的不确定性；水文模型参数的时空分布不均匀性更加符合流域实际的产汇流规律，提升了复杂情况下设计洪水计算的可靠性。     

GTOPMODEL模型与TOPMODEL模型比较

构造了名为GTOPMODEL用于洪水模拟基于栅格的分布式水文模型．通过假设土壤饱和水力传导率随着深度的增加呈指数递减和地下水面平行于地表面,推导出了基本方程;介绍了植物及根系截留、蒸散发、地下水补给、基流以及汇流的计算方法,并与TOPMODEL进行了比较．采用因特网提供的数字高程模型、土壤组成和土地覆盖等资料,选用流域面积4716km^2的黄河支流-洛河卢氏以上流域,应用两个模型进行了洪水模拟比较．结果表明,在该流域GTOPMODEL比TOPMODEL模拟更好．     

基于递推最小二乘改进算法的洪水预报模型研究

由递推最小二乘算法估算出的自回归系数在一定条件下具有最佳的统计特性,但在实际应用中,这种方法往往难以动态地把握水文现象的动态特性.为提高自回归洪水预报模型的精度,分别用衰减记忆、有限记忆及2种算法相结合的方法对基本的递推最小二乘算法进行改进,并利用这几种改进算法对白马寺水文站的实测径流序列进行了模拟演算.结果表明,这3种改进的递推最小二乘算法,都可以使自回归洪水预报模型取得较好的预报效果,但实际应用时应根据不同预报的侧重点选择相应的算法.     

华北地区分布式蓄超空间动态组合TOKASIDE-D模型研究

为探究我国华北地区由于下垫面和降水时空分布不均匀产生的地下水超采严重和产流机制混合多变(蓄满与超渗产流随着时间和空间发生交替主导)等问题的解决办法,在基于物理基础的分布式模型TOKASIDE的基础上,通过降雨和土壤含水量之间的判定关系,动态识别蓄满产流和超渗产流网格,构建分布式蓄超空间动态组合模型(TOKASIDE-D),并选择华北地区的北辛店流域进行验证和分析。结果表明,与原模型相比,TOKASIDE-D模型在北辛店流域的洪水模拟精度有较为明显的提升,径流深误差合格率由44%提升至56%,洪峰误差合格率由44%提升至78%;TOKASIDE-D模型能够准确捕捉降雨、土壤含水量等动态因子对产流模式的控制效应。     

基于径流模数的LSTM模型在无资料嵌套流域的应用

针对LSTM模型参数在无资料嵌套流域移植效果不佳的问题,以屯溪流域为研究对象,以其嵌套子流域为参证流域,综合考虑面积因素对参数移植法的影响,建立了基于径流模数的LSTM模型(RM-LSTM模型),并采用参数移植法进行流域洪水过程模拟。结果表明:RM-LSTM模型在研究流域应用效果较好,模拟结果的确定性系数达0.87,洪峰、洪量及峰现时间合格率均在85.0%以上;在参证子流域内,RM-LSTM模型参数移植后模拟结果的确定性系数及洪峰、洪量、峰现时间合格率较LSTM模型参数移植结果均有明显提升;RM-LSTM模型能够更好地考虑流域面积变化对参数移植方法的影响。     

线性扰动模型在洪水随机模拟中的应用

将线性扰动模型用于模拟多站洪水过程线，提供了多水库长系列洪水，扩大了线性扰动模型的应用领域。模型的概念清楚，操作方便，具有足够的精度，改善了现行设计洪水的计算方法，对我国两个洪水特性不同的流域进行了科学的论证检验，模拟的洪水系列能够反映该地区洪水的重要随机特性，合格率达９０％以上。     

基于SWMM的管网变化对城市水文特征的影响分析

城市排水管网的变化对其控制区域内的产流量、下渗量以及洪峰流量有着较大影响．利用ArcGIS水文分析模块将研究区域划分为若干自然汇水区域,考虑道路和大型建筑物对水流约束作用,再对研究区域细分为更多的子汇水区域,率定SWMM（雨洪管理模型）模型参数,在研究区域上建立起了基于两套不同管网条件的SWMM工程,以南京市P为30％的24h降雨过程为降雨输入,进行模拟分析．结果表明受管网增加影响的子汇水区域下渗量有所减少,径流量有所增加,洪峰流量增大,且洪峰出现时间提前．     

小流域洪水预报新安江模型参数优选方法及应用研究

针对小流域洪水降雨强度大、历时短、汇流速度快的特点,提出了一种应用新安江模型进行小流域洪水预报及模型参数优化率定的方法.该方法以最小二乘法作为模型参数优选的准则,并采用逐次渐进网格寻优法优选模型参数.由于该方法同时优选所有模型参数,不需要对实测径流进行分割,从而可避免人工分割径流而出现的参数率定误差.最后,按照该方法,应用二水源、三水源新安江模型对广东省黄京塘流域进行了研究计算,优选出了模型参数.模型验证结果表明,二水源新安江模型效果比三水源新安江模型好.     

Mike Flood在中小河流洪涝风险分析中的应用

为了加强对中小河流的洪水管理,分别构建中小河流域水文学模型、Mike11模型以及Mike21FM模型,运用Mike Flood对一、二维模型进行耦合计算,对中小河流进行洪涝风险分析。以徐州市丰县复新河左岸地区为例,建立洪水演进数值模型,分析复新河的防洪能力以及不同暴雨情况下研究区内涝情况。结果表明:研究区域基本满足20年一遇防洪能力,部分中小河流排涝能力不足,导致部分地区内涝较严重。