石羊河流域无观测资料地区径流模拟

基于水文模型管理和调配石羊河流域无资料地区的水资源,首先要解决模型的参数问题.为了使模拟结果更贴近实际观测值,基于变异系数法量化流域水文相似度,选取参证流域,构建SWAT水文模型,移植其模型参数进行水文模拟.以西营河为参证流域,将金塔河作为验证流域,移植参数进行径流模拟,结果表明模拟值与实测值平均相对误差、相关系数及效率系数分别为9.3%、0.80、0.78,其拟合精度满足模拟要求.在此基础上,构建无观测资料东大河流域的SWAT模型,移植西营河流域的模型参数进行径流模拟.结果表明,东大河多年平均径流量模拟值为3.345×108 m3,与实际观测值的平均相对误差为3.38%,可满足径流模拟的要求.有效地提高了西北内陆河流域无观测资料地区水文模拟精度,较好地解决了径流模拟中的不确定性问题.     

基于气象水文水动力耦合模型的流域尺度洪水预报方法： 以北江流域为例

针对中小流域目前径流和淹没预报难度较大且精度偏低的问题,本文以北江流域为研究对象,构建降雨径流-洪水淹没模型。在非耦合情况下,基于WRF-Hydro模式构建北江流域水文模型,通过对主要参数率定,优化了WRF-Hydro水文模型,模拟了流域的产流、汇流等水循环关键要素。在耦合情况下,将WRF-Hydro模式模拟的径流过程作为CaMa-Flood模型的边界条件,从而实现对整个流域的洪水淹没模拟。研究结果表明：在经过参数率定的WRF-Hydro水文模型中,针对验证期的5场典型洪水事件,皮尔逊相关系数均高于0.8,纳什效率系数在0.52至0.71之间,在预报期的三个洪水事件中,洪峰的平均误差为22.2％。在水文水动力模型耦合后,能够准确地捕捉洪水淹没与降雨强度、洪水流量变化之间的关系,进而提供洪水发生后洪泛区的淹没深度和范围等关键信息。本文构建的降雨径流-洪水淹没模型能够适用于地形复杂、降雨时空分布不均匀的北江流域,为类似半湿润流域的洪水预报提供了有益参考,同时也为水文水动力模型耦合的研究奠定了基础。     

黄土高原祖厉河流域日降雨-径流过程模拟

以陇西黄土高原祖厉河流域为研究区,采用松散耦合方式集成SCS模型和Clark方法,就区域尺度日降水-径流过程进行模拟研究.SCS模型参数空间化基于土地利用、土壤类型、坡度和前期水文条件等实现,Clark单位线的计算基于最大汇流时间和流域滞时两个关键参量进行.模拟结果表明:SCS模型能够实现黄土高原净雨的分布式模拟,产流总量误差为2.61％;净雨经Clark方法调蓄后,模拟的流域出口断面的流量精度在0.80以上(Nash系数和复相关系数).较好的模拟精度表明两种方法结合应用于黄土高原区域尺度日降雨-径流过程的分布式模拟是可行的.研究可为半干旱黄土高原区域尺度水文循环时空动态量化工作提供模式借鉴.     

飞来峡水库入库洪水计算模型探讨

在分析北江流域暴雨洪水特性的基础上,针对飞来峡水库流域洪水的特点和复杂性,采用水文学和水力学相结合的方法,构建了飞来峡水库入库洪水计算的耦合模型,整个模型由区间洪水计算的流域水文模型和河网水力学数学模型组成,模型的计算结果表明,洪水模拟与实测过程拟合较好,精度较高.其成果可作为飞来峡水库入库洪水分析和水库动库调洪计算的基础,为水库防洪调度的设计提供依据.在流域洪水模拟的过程中,采用了移用邻近参证流域资料进行水文参数率定和降雨径流模拟,取得了满意的结果,对无资料区间的洪水计算进行了有益的尝试.     

中尺度WRF模式在资源环境评估领域的应用进展研究

中尺度WRF模式是由美国国家自然科学基金和NOAA共同支持的新一代中尺度预报模式和同化系统.它采用高度模块化、并行化和分层设计技术,具有更为合理的模式动力框架、先进的三维变分资料同化系统、更丰富的内部参数化方案.介绍了WRF模式的动力学框架、WRF模式的各种参数化方案、近15年来WRF模式在气候资源预报领域的应用.最后,对WRF数值模拟存在的问题进行了阐述,并展望了WRF数值模拟今后的发展趋势.     

水文响应指数及其在TOPMODEL参数区域化中的应用

提出一个描述流域单元地表特征的指数,该指数由TOPMODEL的地形指数(TI)和SCS的径流曲线数(CN)组成.以黄河中游的洛河流域为研究区,应用遥感和地理信息系统技术构建了水分响应指数(HRI),在分析其地学意义的基础上,提取了流域的水分响应单元(HRU).应用TOPMODEL率定了模型参数,建立了HRI和单元特征与主要模型参数的统计关系.利用该关系反演的参数验证流域的径流模拟,取得了较好的效果.试验结果表明,该指数可以用于流域的空间离散和水文模型参数的区域化分析,为资料缺乏地区的水文模型参数移用提供了新的方法.     

三峡库区小江流域AnnAGNPS模型参数分析

AnnAGNPS是一个批处理、连续模拟流域尺度的分布式农业模型,其根据水文特征将流域划分成若干同质分室或集水单元,模拟流域内每个水文单元和流域整体输出的径流、泥沙、养分和农药的负荷.本文以三峡库区小江流域为例,介绍了构建该模型所需要的气象、地形、土地利用、土壤、作物、非作物、作物管理、施肥、农药、径流曲线等参数的方法.     

基于SWAT模型的柴河水库流域径流模拟研究

SwAT模型能与GIS结合模拟复杂流域不同土地利用条件下的水文和非点源污染过程.采用ArcSWAT对柴河水库流域进行径流模拟,利用2002-2003年的实测水量、降水数据进行参数率定,应用2004-2005年的实测数据进行模型验证.模拟结果表明,SWAT模型在柴河水库流域径流模拟中的适用性和可靠性良好,可为流域水文过程的预测提供可靠的模型基础.     

分布式实时洪水预报方案构建范式

以数字流域平台为依托,提出了一整套分布式实时洪水预报方案构建的方法.以自然流域为单位划分单元面积,通过流域解构,将流域离散成产汇流分区的集合,解决了流域下垫面的空间变异性和模型参数的空间分布;通过流域全程解析,将产汇流分区解析为水文模拟分区,完成了流域离散与水文模型的耦合;通过流域离散单元的拓扑重构,建立了水文模拟分区间的水力联系,构建了实时洪水预报方案的体系结构.将提出的方法应用于长江上游流域、珠江流域和闽江流域等多个流域的洪水实时预报方案编制中,结果表明,该方法能较好地体现出分布式流域水文模型在实时洪水预报中的实际应用,研制的软件系统实用性和通用性强,较好地满足了实际防洪决策会商的技术要求.     

物理性分布式水文模型参数灵敏度分析在Bukuro流域的应用

以日本Bukuro流域为例,运用Morris筛选法结合误差评价基准,对自主构建的径流-融雪耦合分布式水文模型中物理参数进行灵敏度分析.结果表明:影响降水-径流过程的土壤参数灵敏度由大至小依次为土壤垂直剖面第一层层厚、横向透水系数、垂向渗透系数、糙率;影响融雪过程的融雪参数灵敏度由大至小依次为容积传输系数、温度修正系数、积雪层表面漫反射因数;土壤垂直剖面第一层参数主要影响径流量的计算值,而土壤第二层参数值会影响模拟结果与观测值之间的时间差.本研究方法可为物理性分布式水文模型构建、验证及其在中小尺度流域应用中的参数率定提供借鉴.     

考虑积融雪的BTOPMC模型及其在岷江上游流域的应用

对于有积雪覆盖地区的径流预报来说,积雪融雪模型至关重要,它直接影响着水文模型的适用范围和模拟精度.建立了一种基于温度指标的可用于缺资料流域的积融雪模型,并与分布式水文物理模型BTOPMC进行耦合.通过在岷江上游流域的应用发现,考虑积融雪过程的BTOPMC模型平均纳希效率系数达到75.26%,而原BTOPMC模型平均纳希效率系数仅69.58%,提高了5.68%.通过比较径流模拟曲线发现,考虑积融雪后的BTOPMC模型在积雪期和融雪期的模拟流量与观测流量更为接近.     

概念性水文模型HYMOD在雅砻江流域的适用性研究

雅砻江流域蕴藏丰富水能资源,是我国水电开发的重点流域.长时间序列水文数据是水电站设计、水电开发生态效益评估的重要基础数据.当前雅砻江流域水文站点密度稀疏,水文数据较为缺乏.分布式水文模型是估算长时间序列河川流量的常用工具.本研究以雅砻江流域甘孜上游地区为研究区域,探讨使用数据较少的概念性水文模型HYMOD在雅砻江流域的适用性.采用通用似然不确定法GLUE作为HYMOD自动校正及不确定性分析方法.模拟结果表明,模型率定与验证结果 NS系数值均超过0.74,该模型在研究区域的应用效果较好,能够用于估算雅砻江流域长时间序列河川流量.     

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.     

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.     

WRF模式不同陆面过程方案模拟兰州新区低空气象场特征

利用WRF模式中3种陆面过程(Noah、RUC和SLAB)参数化方案对兰州新区2014年1月近地面温度场和风场进行了模拟,与兰州新区测风塔和区域气象站观测资料进行对比,研究了不同陆面过程参数化方案模拟低空气象场特征的差异.结果表明,3种陆面过程参数化方案都能较好地模拟兰州新区冬季温度场和风场特征,温度场模拟效果优于风场.3种方案对土壤湿度的不同处理,影响到感热通量、潜热通量和土壤热通量的分布,使得3种方案对近地面温度的模拟产生差异.统计分析结果表明,WRF模式陆面过程参数化方案为SLAB时模拟的兰州新区冬季近地面温度场和风场与观测结果最为接近.由于受温度模拟结果的影响,SLAB方案对大气稳定度的模拟效果最好,对兰州新区冬季近地面风场的模拟结果最稳定.     

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.     

基于神经网络与半分布式水文模型相结合的缺资料区径流估计模型 ——以莺落峡流域为例

针对黑河上游莺落峡流域海拔较高区域降水缺测问题,基于半分布式水文模型TOPMODEL,利用神经网络(ANN)融合海拔较高区模拟降水与流域稀疏站点观测作为降水输入计算产汇流,并利用粒子群优化算法进行参数全局优化以同时率定TOPMODEL与ANN参数,从而构建基于ANN与半分布式水文模型TOPMODEL相结合的径流估计模型P-NN-TOP.利用1990—1995年莺落峡水文控制站观测日径流进行模型进行参数率定,利用1996—2000年的相应观测进行模拟验证,并借助所发展模型P-NN-TOP对2001—2010年的日径流进行估计与分析.结果表明:在模型率定和验证期,新发展的P-NN-TOP模型较其他模型表现出明显的优势,在观测站点稀疏情况下能较好地融合站点观测和模式模拟信息;并在兼具输入数据可获取性的同时提高了径流模拟的精度.此外,结果还显示2001年为模拟与观测日径流相关性的年突变点并从2004年开始明显降低,与上游水电站的开发使用在时间上基本一致,表明所发展的P-NNTOP模型能较为合理描述2001—2010年出山流量日变化,在探索径流估计新方法的同时也为类似流域的洪涝预警和水资源调配提供一定参考.     

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。     

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.     

流域水文模型的参数全局敏感性分析

基于LSPC构建内蒙大佘太流域水文模拟模型, 利用Morris和Sobol两种全局敏感性分析方法, 识别水文敏感参数及敏感下垫面类型, 评估不同敏感性分析方法和模型输出度量方法对敏感性分析结果的影响。主要结论如下: 1) 模型对日、月两尺度的径流模拟效果好, 模拟值与观测值的决定系数R²>0.6, 纳什系数NSE>0.5, 说明LSPC模型适用于对内陆干旱半干旱地区的流域水文模拟; 2) 两种敏感性分析方法对参数敏感指数排序和敏感参数识别均有影响, 而MAE和MSE两种度量方法的影响主要体现在敏感参数识别方面; 3) 敏感水文参数为下层土壤含水量(LZSN)和地下水蒸发系数(AGWETP), 敏感下垫面类型为草地、耕地、林地和水域, 与大佘太流域的降水和土地利用类型有关。