基于栅格垂向混合产流机制的分布式水文模型

根据已有产流机制的研究结果,提出了当土壤含水量大于栅格蓄水容量时会产生径流的栅格蓄水容量概念,以及通过栅格植被根系层深度和田间持水量计算流域内各点栅格蓄水容量的栅格蓄水容量计算方法,并在充分考虑流域内植被类型、土壤类型和土壤水分参数对流域蓄水容量分布影响的基础上,应用栅格垂向混合产流机制描述植被根系层的水量变化,从而避免了对复杂的土壤水运动过程的直接描述.甸子流域的应用结果表明,基于栅格垂向混合产流机制的分布式流域水文模型对多年连续序列模拟的效率系数达到0.744,年均径流深误差为1.18-mm,相对误差为2.18%.此模拟结果对于寒旱区的水文过程模拟来说是可以接受的.     

垂向混合产流模型在无资料地区山洪灾害临界雨量计算中的应用

临界雨量是山洪灾害预警的重要指标.采用垂向混合模型进行净雨过程计算减小了流域降雨分布及流域下垫面不均匀对山洪灾害临界雨量计算的误差,尤其在短历时高强度暴雨或流域前期影响雨量不大的条件下,更有适用性,更能真实地反映实际情况,计算成果优于新安江三水源模型和基于初损稳损的暴雨洪水查算手册方法.采用上述3种方法计算临界雨量,典型流域——湖北省巴东县沿渡镇罗溪河2014年9月2日发生的山洪灾害实际降雨量与垂向混合模型计算成果最接近,后者比前者偏大23%,另外两种方法偏大约40%.采用垂向混合模型进行净雨过程计算,所得临界雨量与蓄水容量抛物线指数B、反映下渗空间分布特征的参数BF变化成反比,与反映下渗率影响的系数KF成正比,但这些产流参数对模型影响均不敏感.在无资料地区难以进行参数率定的情况下,根据经验确定参数引起的临界雨量值不确定性不显著.     

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。     

喀斯特流域地貌产流机制与产流特征

本文运用喀斯特流域水文地貌系统的观点［３］，把喀斯特地貌形态特征作为影响流域产流机制的重要因素之一，较深入地探讨了流域地貌产流机制、产流模式、产流面积及其产流特征之间的关系。最后，利用喀斯特流域径流试验场实测水文资料，验证了文献［１２］提出的喀斯特流域地貌产流模型在实际应用中的可行性，为无实测水文资料的中小喀斯特流域的产流量预报开辟了一条新的途径。     

新安江-海河模型的构建与应用

为研究海河流域下垫面变化对洪水的影响,对新安江模型进行修订,得到新安江-海河模型。选择海河6个典型流域作为研究对象,分别用新安江模型与新安江-海河模型进行产汇流模拟计算,结果表明:洪水分年代、分量级模拟精度较高,但此时新安江模型参数取值不合理,SM值偏大;新安江-海河模型与新安江模型精度相当或稍有提高,参数取值更加合理。     

新安江模型的根据及模型参数与自然条件的关系

本文着重研究了模型参数与自然条件的关系．参数分为蒸散发、产流、分水源与汇流四个层次，各决定于气象、气候、地质与地貌条件．用分层次分目标函数加结构性约束的方法可优化得出唯一解．结果表明，参数SM(表土自由水容量)对水源划分起决定作用，并初步找到了它与岩性之间的关系．本文还研制了集总性时变线性系统流域汇流模型。其两个参数可根据河网地貌推理计算出来。以上成果为无水文资料地区提供了模型应用的条件．     

基于蓄满超渗时空动态组合的网格新安江模型

为使网格新安江(Grid-XAJ)模型更好地应用于半干旱半湿润地区洪水模拟及预报,通过降雨和土壤含水量动态产流因子之间的判定关系,动态识别产流过程中网格的主导产流模式,构建基于蓄满超渗时空动态组合的网格新安江模型(Grid-XAJ-SIDE),并以半干旱的绥德流域为研究区域,将Grid-XAJ-SIDE模型与Grid-XAJ模型和网格格林安普特模型(Grid-GA)进行对比验证。结果表明:3个模型径流深模拟结果都较好,合格率均在80.0%以上;Grid-XAJ-SIDE模型的洪峰合格率(66.7%)比Grid-XAJ模型(53.0%)和Grid-GA模型(40.0%)有明显提升;Grid-XAJ-SIDE模型能更好地考虑降雨、土壤含水量对产流时空分布的影响。     

新安江模型参数不确定性分析

以东苕溪流域和息县流域为例,运用基于贝叶斯理论的GLUE方法对新安江模型参数不确定性进行分析评价.结果表明,两个流域都存在大量“等效性”参数,不同的参数组能模拟出相同的效果,验证了GLUE方法的重要观点:模型模拟结果的好坏是由参数组合决定的.根据参数与似然值散点分布图,可将研究的7个参数分为不敏感参数(KG,KI,CG...     

基于新安江水文模型的东江流域枯水径流模拟

为了探讨新安江流域水文模型模拟流域枯水径流的可行性及精度,采用该模型对东江流域中的4个子流域进行日径流过程模拟.在采用常规的评价指标对模拟结果进行初步分析的基础上,以描述枯水径流特点的枯水特征值,例如连续多日最小平均流量、基流分割结果、枯水期模拟结果和流量历时曲线等为研究对象,探讨该模型模拟枯水径流的能力.4个子流域的研究结果表明,不论对于常规的评价指标,还是枯水特征值,用新安江流域水文模型来模拟枯水期的流量均能达到较高的精度,因此可采用该模型进行东江流域枯水径流的预测.     

栅格型新安江模型的参数估计及应用

根据新安江模型与一维扩散波模型理论,构建了基于栅格的新安江(Grid-Xin’anjiang)模型.该模型以DEM栅格为计算单元,将每个单元的产流量划分为地表径流、壤中流以及地下径流3种水源,最后再根据栅格间的汇流演算次序,利用扩散波汇流方法依次将各种水源演算至流域出口.模型在进行产汇流计算时,考虑了栅格之间的水量交换以及河道排水网络的影响.以流域地貌特征、土壤及植被类型等下垫面条件为基础,研究了模型参数的估计方法,并对其进行了验证.将模型用于安徽省屯溪流域的洪水模拟,取得了良好的应用效果.     

SWAT模型在伊河上游径流模拟中的应用

为了探讨SWAT模型在中国半湿润半干旱地区的适用性,依托GIS软件平台,将模型应用于中国伊河流域潭头以上地区,同时与新安江模型的同系列模拟结果进行了比较.结果表明,研究流域属于混合产流区,以蓄满产流为主的年份的模拟效果要好于以超渗产流为主的年份.     

甘肃葫芦河流域径流变化的SWAT模型模拟

利用SWAT模型模拟研究了甘肃葫芦河流域过去9年的径流变化.结果表明:20世纪80-90年代流域径流减少的主要原因是气候变化.在此基础上,根据未来不同气候情景的变化趋势,模拟了葫芦河1985年的径流变化.得出气温影响相对较小,降水变化对葫芦河流域径流量的影响较大,径流量随降水的增加而增大,随气温的升高而减小.在气温降低配合降水增加的情况下,径流响应最剧烈,且呈明显增加趋势;相反,气温升高且降水减少不利于径流的产生,减少了实测值的61%.     

新安江模型与衰减记忆最小二乘法耦合洪水模型的应用

利用新安江模型进行流域产流计算,采用扩散波方程推得的汇流状态方程描述流域汇流过程,由衰减记忆递推最小二乘法实现参数估计实时化,从而使新安江模型与衰减记忆递推最小二乘法耦合,实现洪水实时预报。利用耦合模型对矶头水库76场入库洪水进行模拟,模拟结果表明,耦合模型适合中小水库入库洪水实时预报,预报精度比独立使用新安江模型得到了大大的提高。     

基于系统理论的新安江模型分析

利用系统建模理论对新安江模型的假设、模型的结构和参数进行了全面的分析,指出了新安江模型在湿润半湿润地区成功应用的原因,为今后干旱半干旱地区水文模型的建立提出了系统理论建模的方法。     

基于LMBP算法的崇阳溪流域降雨径流预报模型研究

采用泰森多边形法对流域进行划分,分别确定崇阳溪上游流域6个雨量站控制子流域的面积权重.选择1997至2014年的14场流域降雨径流过程为训练样本,以上游6个雨量站的时段雨量和武夷山水文站前期流量为输入,武夷山水文站相应流量为输出,采用3层网络,其中隐含层节点数采用试算法确定,建立崇阳溪上游流域LMBP神经网络降雨径流预报模型.利用余下的7场降雨径流过程对模型进行检验,结果表明,模型运算速度快、时效性好,预报精度符合要求,可以用于流域的降雨径流预报.     

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.     

A model for assessing effects of climate change on runoff in China

A model is established for assessing the effects of climate change on runoff in China based on the land surface parameterization scheme variable infiltration capacity (VIC). The entire area of China is represented by 2604 cells with a resolution of 60 km×60 km for each cell. Forcing data, soil and vegetation parameters needed by the VIC model for the entire area of China are prepared. Daily forcing data, which are obtained from 740 stations between 1980 and 1990, are interpolated to the 60 km×60 km grid system. The VIC model is run on every grid cell over the whole China, and a routing scheme is run offline with daily input of surface runoff and drainage from the VIC to get hydrograph at basin outlets. The spatial patterns of simulated runoff and mean annual precipitation are consistent very well. The results of monthly streamflow simulations over the Huaihe and Weihe River basins indicate that there is a good agreement between the observed and simulated values, and also initially indicate the rationality and feasibility of the evaluation model.     

径流序列的相空间重构神经网络预测模型

在水文水资源领域中引入混沌理论，将相空间重构理论与神经网络理论相结合，提出了径流时间序列预测模型．通过相空间重构，把一维径流时间序列拓展为多维序列，而多维序列可挖掘更为丰富的信息，有利于神经网络的训练．研究表明，利用神经网络建模可以较好地解决非线性问题，使预测更符合实际．以汉江石泉水库逐月平均入库径流序列为例，建立了径流时间序列相空间重构与神经网络耦合预测模型，计算结果表明，模型有较高的预测精度．     

基于EWT-PSO-Elman耦合模型在径流预测中的应用

由于径流序列的非线性和非平稳性,单一预测模型能力有限,难以做出准确预测。因此,论文基于澄碧河流域坝首站1979-2019年共41a的实测月径流序列,引入经验小波变换分解(EWT)、粒子群算法(PSO),建立一种基于Elman神经网络的组合月径流预测模型(EWT-PSO-Elman),并采用纳什效率系数(NSE)、平均相对误差绝对值(MAPE)和均方根误差(RMSE)对测试集的预测结果进行评价与分析,并将预测结果与EWT-PSO-BP、PSO-Elman、PSO-BP、Elman、BP模型进行比较。结果表明：EWT-PSO-Elman模型的纳什效率系数为0.9135,均方根误差为19.4511,预报等级为甲级,具有较好的预测精度和泛化能力;EWT-PSO-Elman模型的预测精度优于EWT-PSO-BP、PSO-Elman、PSO-BP、Elman、BP模型。可见,EWT-PSO-Elman模型具有更好的预测精度,可应用于径流预测研究中。