基于人工神经网络的降雨径流模拟研究

针对水库径流难以预测的问题。采用改进的动量．自适应学习率调整BP神经网络方法，以南告水库作为研究对象，对水库的日资料进行径流模拟。并对该模型在径流模拟中的方法和难点问题进行分析和探讨。改进的BP模型模拟的结果与三水源新安江模型的模拟结果相比较，探讨改进的BP模型应用于水文模拟的可行性。研究结果表明，改进的BP模型用于水文模拟是可行的。     

淮河流域参考蒸散发量变化分析

利用淮河流域26个气象观测站的观测资料,采用Penman-Monteith法计算流域的参考蒸散发量,结合参考蒸散发对气象因子的敏感性分析以及气象因子在1960—2008年的变化,定量评估气象因子变化对蒸散发的贡献程度,进而分析流域近50 a来参考蒸散发量的变化及其原因.结果表明:淮河流域绝大部分地区的年参考蒸散发总量呈下降趋势,淮河以北地区的下降趋势比淮河以南地区更为显著.造成这种变化的主要原因是太阳辐射量的减少和风速的降低,淮河以南地区受相对湿度变化的影响,下降幅度小.     

未来气候情景下海河流域参考蒸发蒸腾量预估

开展未来气候情景下海河流域参考蒸发蒸腾量的预估研究,揭示流域未来气候变化背景下的水文响应规律,有助于更好地为水资源分配和管理提供科学基础和理论依据.根据海河流域及其周边共40个气象站1961—2010年逐日气象资料,基于FAO Penman-Monteith法计算参考蒸发蒸腾量(RET),通过统计降尺度模型(SDSM)实现HadCM3输出RET数据网格到站点的尺度降解,进而生成未来情景下RET并分析其时空变化规律.结果表明,基于SDSM模型的模拟效果较好,可以用于未来情景下海河流域GCM输出RET的降尺度应用;虽然过去50年流域大部分站点的RET年值呈下降趋势,但SDSM模型预测的未来气候情景下大部分区域却呈增加的趋势,其中H3A2情景下增加量略高于H3B2情景,且随着时间的推移增加量越来越大,以流域西北部边缘区域、滦河上游和下游以及徒骇马颊河流域的增加趋势最为明显,RET减少的区域在2020s时期主要位于流域中部,随着时间的推移逐渐缩小到京津塘地区;RET季节值的变化同样具有很强的时空特性,而除了春季时在流域南部、秋季在2020s时期滦河流域下游和海河北系的东部部分区域、冬季在流域的西南部和东北部RET呈减小趋势外,其余RET则主要呈增加的趋势;同时研究表明未来情景下RET增加主要由温度的上升导致.     

极端土地覆被情景下的水文响应模拟

 以淮河流域为研究对象,选择分布式水文模型HMS,结合GIS技术,构建了分布式陆面-水文耦合模型（LSX-HMS）。利用实测水文资料进行参数率定和模型验证,确定性系数达0.791~0.854,表明该耦合模型在淮河流域具有较好的适用性,能进行土地覆被变化下的水文响应研究。采用极端土地利用/覆被法构建了5种土地覆被情景,利用LSX-HMS模型分析了各情景下的水文过程。结果表明：常绿阔叶林覆被情景下的蒸散发量和径流量变化最为显著,年均蒸散发量增加5.6%,年均径流深减少16.7%;草地覆被情景对增加径流量作用较为显著,年均径流深增加6.9%;在枯水年,草地覆被情景下的土壤含水量变化较为剧烈;对径流量的空间模拟表明：各情景下径流量的空间分布差别较大。研究成果为淮河流域水土资源合理开发利用、调配和管理提供依据。     

降雨-径流关系的区域规律

以湿润、半湿润、半干旱以及干旱地区的15个典型流域为研究对象,分别建立其P+Pa～Rs相关关系,然后对其中3个嵌套流域的P+Pa～Rs相关关系进行分析与验证,比较各流域嵌套前后的P+Pa～Rs相关关系变化。采用相对平均误差和Cv为评定指标,对不同自然地理条件下降雨径流相关关系的区域性规律进行探讨。研究发现,嵌套流域的P+Pa～Rs相关关系线适用于该嵌套流域内的任何子流域。以蓄满产流为特点的降雨径流相关预报方法在湿润和半湿润地区的精度较高,在半干旱和干旱地区的精度较低。在半干旱流域,如果相对平均误差大于20%,Cv>1.1,流域的降雨-径流相关关系较差。     

江苏省农产品水足迹与虚拟水流动及其环境影响

在量化江苏省农业生产水足迹、消费水足迹及虚拟水流动基础上，分析与水资源消耗相关的环境影响，以及对人类健康、生态质量及资源的影响。江苏省农业生产水足迹、消费水足迹、虚拟水流出及流入分别为110.97亿m³、37.98亿m³、74.99亿m³和2.00亿m³，前三者主要受水稻和小麦的影响，后者主要受奶类、油料和牛肉的影响；其相关的人类健康影响分别为26.02万DALY、9.30万DALY、17.58万DALY和0.87万DALY，生态质量影响分别为19.02亿m²·a、6.69亿m²·a、12.85亿m²·a和0.53亿m²·a，资源影响分别为0、1.47亿MJ、0和1.47亿MJ。分析结果表明:节水技术应用及节水品种培育有助于减小生产水足迹，消费模式转变有助于降低消费水足迹，贸易结构调整及贸易地区选择有利于改变现有虚拟水流动模式；水足迹及虚拟水流动量值是影响江苏省水资源消费相关环境影响的重要因素，减少水资源消耗，降低农业用水比重，改变产品调入区域等均有助于减小环境影响。     

淮河流域典型洪水年流量空间分布的季节特征

为了分析淮河流域洪水过程空间分布的季节变化特征,提高对典型洪水过程的认识,以TRMM 3B42卫星降水数据为驱动资料,利用分布式陆面-水文模型(LSX-HMS)模拟淮河流域典型洪水年(以2003年为例)的流量过程.结果表明:TRMM 3B42卫星数据能够较好地反映淮河流域降水的时空分布;LSX-HMS模型对流量时间变化过程的模拟精度较高;逐月流量空间分布给出了流域洪水过程的季节变化特征,准确反映了流量从南向北推进进而消退的空间演变过程.分布式水文模型对流量空间分布的模拟预测有助于流域洪水事件的预警与管理.     

基于氡同位素的河水与地下水水力交换研究

选取氡同位素(²²²Rn)作为地表水与地下水水力交换过程的天然示踪剂，探明不同河段多水源水力关联关系及海陵区水循环特征。对新通扬运河海陵段进行河水及附近地下水采样，定性分析河水与地下水水力联系过程，建立河道氡一维稳定流模型及流量平衡模型，定量辨识地下水入流和河水渗漏机制。结果表明，新通扬运河海陵段的地下水补给主要发生在R3~R4、R7~R9河段，支流汇入、汇出对干流影响较小。模拟的地下水入流和河水渗漏结果显示河道中存在河水和地下水相互作用。利用河道氡一维稳定流模型得到详细的河水与地下水的水力联系情况，所得结果与定性分析结果一致。河道氡一维稳定流模型中，上下游流量为特别敏感参数，上下游河水内氡活度浓度为比较敏感参数。     

考虑空间变异性的统计产流模型研究

针对控制产流过程的降雨等主要因素在空间分布不均匀的特征，提出了考虑空间变异性的统计产流模型．引入一个新的概率密度函数描述每个时段降雨的空间变化，采用土壤下渗容量曲线描述流域土壤下渗能力的空间变化，利用土壤水蓄水容量曲线表征土壤蓄水容量空间分布不均匀性．采用超渗产流模式根据降雨与下渗能力的联合概率分布计算地表径流的空间统计分布，通过推导得到计算地表产流量的准解析表达式；采用蓄满产流模式根据下渗与土壤蓄水容量曲线计算地下径流．选用黄河支流伊河东湾流域的资料对模型进行了验证，并将其结果与新安江模型产流结果进行对比，表明模型在该半湿润地区具有一定的适用性．     

考虑次网格水文过程的区域气候水文耦合方法

针对气候-水文耦合模型采用的计算网格较粗,不能很好地描述小尺度陆面水文过程的不足,以美国萨斯奎那西支子流域为研究区域,构建了考虑水力传导度和降雨次网格空间非均匀性的区域气候-水文耦合模型,从而在较粗的计算网格中描述较细的小尺度次网格水文过程.数值模拟结果表明,考虑次网格水文过程的耦合模型精度更高,模拟径流过程与实测过程拟合更好,并且提高了模型对水文物理过程的代表性.