基于分布式水文模型DHSVM的平通河流域水文模拟

中小河流域水文预报时,由于流域水文资料缺乏,洪水发生时间短,传统的水文模型难以取得良好的效果.基于平通河流域研究了分布式水文模型DHSVM的建立过程、建模方式以及模型的结构和参数,探讨了分布式水文土壤植被模型在平通河流域的适用性.并结合平通河水文资料进行了数值模拟研究.结果表明,采用DHSVM模型能够较好的反映流域日径流水文过程,模拟的相对误差均在10%以下,模型在平通河流域具有一定的适用性;从模型的结构角度对结果产生的误差进行了探讨.     

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。     

基于水文倒推法的中小洪水过程模拟

为了改善传统的中小洪水模拟方法中对洪水过程模拟精度较低的问题,用水文倒推法对研究区域出口断面的流量过程进行模拟。鉴于流域枯季径流缓慢变化的特点,基于水量平衡方程,对时段平均的径流量与径流变化量的相关关系进行推导,建立了基于水文倒推法的中小洪水模拟方程,并推出方程的适用范围。通过清江流域1989—1995年的场次洪水过程模拟,结果表明:洪水过程模拟效果较好,涨水和退水趋势与实测流量基本无差异,退水过程的拟合程度优于涨水过程;模拟洪峰精度符合要求。与传统洪水模拟方法和枯季径流预报方法相比,该方法计算简单,并能以过程线的方式描述中小洪水的洪峰量级,为水库调度提供科学的决策依据。     

CASC2D模型与GSSHA模型在栾川流域的径流模拟

为研究半干旱半湿润流域复杂产流机制下不同模型结构对于径流模拟的影响,选取栾川流域为研究对象,在采用相同的DEM、土地覆盖以及土壤资料的前提下,利用基于超渗产流机制的CASC2D模型以及在其模型结构基础上改Green-Ampt方程为理查德方程计算下渗并增加地下水径流的GSSHA模型对1964—2000年间的8场洪水进行径流模拟。结果表明,GSSHA模型在栾川流域获得较好的模拟效果,除峰现时差外,GSSHA模型在洪峰、径流深模拟以及确定性系数方面均比CASC2D模型有较大提升。     

基于SWAT模型的缺资料流域径流模拟研究

为实现流域水功能区水质目标管理,需要知道河道各控制断面的径流情况,然而中小河流常因水文站点缺乏而难以满足要求,为此,本文以赣江袁河流域为例,利用袁河上游芦溪、茅洲两站的实测资料构建了分布式SWAT水文模型,以月径流模拟的相对误差、相关系数和Nash-Suttcliffe效率系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定和验证.然后,利用已建立的袁河流域分布式SWAT模型模拟分析了下游无资料地区的径流数据.结果表明:以流域内有资料的区域为基础构建分布式SWAT分布式水文模型推求中下游无资料地区径流过程的方法具有物理成因、能够充分考虑流域的水循环特征,是一种缺资料流域推求径流比较实用的方法.     

基于Holtan产流的分布式水文模型

基于GIS与DEM技术,构建基于Holtan产流的分布式水文模型(Grid-Holtan模型)。模型以栅格为计算单元,栅格产流采用基于Holtan下渗方法的超渗产流计算,坡面汇流和河道汇流均采用逐栅格的一维扩散波水流演算模型模拟。将Grid-Holtan模型、陕北模型与新安江模型应用于半干旱的沁河孔家坡流域。结果表明,Grid-Holtan模型、陕北模型的模拟效果好于新安江模型,GridHoltan模型洪峰模拟效果更好。     

基于激光雷达数据的小流域暴雨山洪二维数值模拟研究

为精确分析小流域暴雨洪水坡面汇流过程,以湖南省宝盖寺小流域为研究对象,基于高精度激光雷达点云数据,构建二维水动力学模型,对2012年场次洪水过程进行模拟,并将模拟结果与分布式水文模型模拟结果和实测结果进行对比分析．同时为解决网格数量多、运算速度慢的问题,该模型采用GPU并行算法．研究结果表明:1）采用的高分辨率地形数据,可以较好地模拟小流域坡面降雨径流过程,且可得到整个流域上的洪水汇流过程;2）二维水动力学模型的计算结果和分布式水文模型计算结果与实测值吻合较好,水动力学模型计算洪峰出现的时间误差1 d,洪峰流量误差为23%,且可应用于高分辨率地形数据;3）采用的GPU并行算法,可使模型的计算效率提高近50倍,使得计算时间小于小流域汇流时间．该模型可用于暴雨山洪的预报预警和三维推演工作．      

淮河上中游复杂流域洪水预报

为了提高淮河洪水预报的精确度,以鲁台子和鲁蚌区间作为研究区域,选取2000—2017年之间的13场洪水资料,在降雨径流方面采用新安江三水源模型进行模拟预报,分别将鲁台子以上和鲁蚌区间分为9个和4个自然子流域,进行参数率定;对具有行蓄洪区的淮河干流河段进行节点概化,结合分流比法和马斯京根法,建立了具有行蓄洪区流域的洪水预报模拟方法,取得较好的模拟预报效果。研究结果表明:在洪量相对误差方面,鲁台子和鲁蚌区间的预报合格率都达到100%;在洪峰相对误差方面,鲁台子流域的合格率达到100%,而鲁蚌区间则达到92. 3%。2003年和2007年这2场大洪水的洪峰相对误差和确定性系数方面都得到显著改善。     

分布式格林-安普特降雨径流模型研究

构建了一种基于网格计算流域蒸散发及产汇流的分布式格林-安普特降雨径流模型,并选择陕北黄土高原地区两个半干旱流域为研究区域,研究该模型在半干旱地区的应用效果。结果表明：在两个半干旱流域,分布式格林-安普特降雨径流模型的应用效果好于GA-PIC模型和格林-安普特模型,尤其对于洪峰的模拟精度更高;分布式格林-安普特降雨径流模型中基于网格的坡面汇流与河道汇流模块能够更准确地计算出径流汇集到流域出口断面的时间;分布式格林-安普特降雨径流模型能更精确地计算出流域不同位置的产流过程,并准确地模拟流域产流面积分布情况;半干旱地区降雨时空分布不均,超渗产流主要受降雨强度的影响,降雨观测精度对径流预报精度影响较大。     

太湖流域洪水过程水文-水力学耦合模拟

太湖流域洪水灾害日趋频繁、洪灾损失越来越大.针对太湖流域河网水系复杂等特点,本文将流域分为山区和平原区,分别构建分布式水文模型VIC和水力学模型ISIS.其中,上游山区划分为9个子流域,19个流量节点,构建了太湖流域山区分布式VIC水文模型,为平原区ISIS模型提供山区边界入流;平原区河网概化为795条河道和2 394个河道断面植入ISIS模型.选取1999年大洪水为典型,对所建水文-水力学耦合模型进行验证.结果表明:VIC模型在上游山区适用性较好,湖西和浙西山区总水量的模拟相对误差分别为9.73%和-11.18%,N-S效率系数达到0.81和0.72,ISIS模型模拟的6个站点汛期最高水位与实测值的绝对误差大多控制在±10cm以内,模拟的各站峰现时间也与实测值基本吻合,平均误差为2d,基本可以满足平原河网地区洪水模拟的精度要求.     

SCS模型在黄河中游次洪模拟中的分布式应用

针对SCS模型存在的空间描述能力有限等问题,使用概念性源汇(source-to-sink)汇流方法,替换原有的无因次单位线汇流方法,建立基于栅格的分布式SCS模型,并引入2个参数对SCS模型的径流量计算方法进行修正.选择黄河中游八里胡同水文站控制小流域检验了模型.检验结果表明:建立的分布式SCS模型不仅较好地再现了5场典型洪水的径流过程,还能给出分布式径流深等数据供空间分析参考;改进后的参数确定方法使得SCS模型的CN值既能反映区域间类似下垫面组合之间的差异和土壤初始含水量对产流的影响,又无需利用大量的观测资料重新对其进行率定,可供无资料地区的水文模拟参考.     

珠江流域1981—2020年水文干旱时空特征分析

基于VIC模型和汇流模型生成的1981—2020年5 km×5 km网格模拟流量数据,构建了长历时、网格化的标准化径流干旱指数(SRDI),对珠江流域水文干旱时空演变特征进行了评估。结果表明：基于模拟流量构建的网格化SRDI能够较好地模拟珠江流域干旱时空演变过程;珠江流域水文干旱的时间演变特征明显,干旱集中发生在夏季,秋季可能发生大范围的水文干旱,季节尺度上一年四季均有可能发生极端干旱;珠江流域水文干旱在空间格局上呈现为自东向西由干旱高频区向干旱长历时、高烈度区过渡分布。     

由DEM确定Nash汇流模型的参数

针对推求Nash汇流模型参数的传统方法中需要有足够数量的流域降雨径流资料，而目前在大部分地区并没有足够的水文资料这一情况，提出了一种确定Nash模型参数的新方法．首先由DEM提取地形地貌参数，然后推算Nash模型的参数．选择长江三峡沿渡河流域为例进行模拟计算，取得了较好的效果，表明本文方法在实用上是可行的，完全避开了大量降雨径流资料的处理和分析，有助于进一步深化缺少资料情况下汇流计算方法的研究．     

基于河流出水量的区域水文干旱特征及其水文频率分析——以黔中水利枢纽工程区为例

为了加强区域水文干旱预测预报系统,对区域水文干旱特征变化规律作进一步分析,基于河流出水量这一视角,以黔中水利工程区1960—2016年的逐月径流数据为基础,通过河流出水量估算,采用径流距平百分率及P-Ⅲ(PearsonⅢ)型曲线、适线法等水文频率分析法进行水文干旱特征研究。结果表明:近57年来,黔中水利工程区河流年出水量波动较大,1989年达到历史极低值,出水量总体呈递减趋势;水文干旱主要发生于黔中地区的中部区域,进入21世纪之后区域水文干旱发生得较为频繁,主要以中旱为主,各干旱程度的频率趋势依次为:轻旱中旱重旱特旱;根据P-Ⅲ型水文频率数学模型,河流出水量最小1个月低于52.70 m~3/s,最小3个月低于169.36 m~3/s,最小5个月低于313.90 m~3/s,最小7个月低于543.48 m~3/s时区域内发生20年一遇(P=95%)的水文干旱。     

缺乏实测径流资料的模型试验水沙设计研究 ----以某抽水蓄能电站下水库为例

在缺乏实测径流资料的地区开展河流模拟试验,径流、泥沙等参数的合理选取尤为重要。以某抽水蓄能电站下水库模型试验为例,对其坝址处的水文泥沙设计进行了研究。在进行径流系列设计时,采用水文比拟法对同流域有资料的水文站及设计水文站径流系列依次进行延长,得到坝址处1959~2012年54年的径流系列设计成果。在进行泥沙系列设计时,利用参证站泥沙实测资料与设计站少许资料,采用水文比拟法和经验公式法,分别对悬移质和推移质泥沙进行分析,推得参证站水沙关系式,再结合实际采样成果,推演出坝址处1959~2012年54年的泥沙系列设计成果。研究成果为动床物模试验与水沙数值模拟提供了必要的基础数据,采用的研究方法对缺乏实测径流资料地区的水文泥沙设计具有一定参考价值。     

人工神经网络用于水文资料的插补延长

水文资料的插补延长一直是水文计算中的一个难题。采用人工神经网络建立两个水文相似流域之间的耦合模型，用一个流域的资料来推求另一个流域的径流量。另外人工神经网络还用来捕捉降雨与径流间潜在的关系，从另一个途径解决水文资料的插补延长问题。大量的数值实验表明，人工神经网络可以成功地用于水文资料的外插或无资料地区的径流模拟预测。     

一个耦合水文模型的区域气候模式的模拟研究

将一个区域气候模式和一个水模型耦合，模拟研究了降水及入渗能力非匀性对区域气候模拟的影响。结果表明，陆面气候的模拟对两种非均匀性是敏感的，特别是入渗能力非匀性考虑后，较大地提高了我国湿润地区的径流比，与实际观测较为一致。     

基于EnKF法的径流数据同化对SWAT模型参数优化效果评估

基于集合卡尔曼滤波(EnKF)法,在合理量化模型模拟和径流观测误差、有效处理模型参数演变及过拟合问题的基础上,以淮河上游淮滨水文站以上流域为研究区,构建了基于径流数据同化的SWAT分布式水文模型参数优化方案,就站点实测径流数据同化对模型参数的优化效果进行了评估.结果显示,数据同化过程中,被更新的模型参数集合逐渐收敛并趋...     

雅鲁藏布江奴下水文站以上流域水文过程及其对气候变化的响应

以雅鲁藏布江奴下水文站以上流域为研究对象,针对缺资料流域的水文计算和预测问题,采用流域水文模型THREW,用地面气象观测、遥感植被覆盖和积雪面积等资料,基于断面水文监测数据对模型进行率定,应用CMIP5数据对径流演变进行预估。结果表明:对于雅鲁藏布江奴下水文站以上流域,THREW模型对1991—1995年率定期月径流模拟的纳什效率系数为0.75,对1996—2000年验证期月径流模拟的纳什效率系数为0.76;IPCC AR5所设置在CO2排放量最大的情况下,径流明显增加。     

高寒流域水文模拟与径流水源解析——以雅鲁藏布江帕隆藏布上游流域为例

为深入研究高寒流域河川径流的水源解析,选取雅鲁藏布江帕隆藏布上游流域为研究区,采用月流量、遥感积雪面积数据、实测冰川径流数据等多目标率定方法,改进单一依靠流量数据率定模型的方法,基于SPHY(Spatial Processes in Hydrology)水文模型开展水文模拟及径流组分研究,提高了总体建模质量.结果表明：在率定期和验证期Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.95和0.94,模型具有较好的适用性.降雨径流、融雪径流、冰川径流和基流作为径流来源,占总径流的比例分别为10%、25%、45%和20%,冰川径流和融雪径流是最重要的补给来源.月尺度上,冰川径流在7-8月占比最大,融雪径流在4-6月占比最大,降雨径流在各月占比最小.冰川径流占比最高,短期内可提供更多水资源保障社会经济发展,长期而言冰川径流将逐渐减少,造成水资源短缺.因此,当地需提高应对径流变化潜在风险的策略.