HSPF模型及其在非点源污染研究中的应用

HSPF（Hydrological SimulationProgram-Fortran）模型是将数学方法应用于水文计算和预报形成的流域水文模型,可对陆地表面、亚表面和地下水的水文路线以及污染物的输移进行模拟,广泛应用于不同尺度流域的非点源污染模拟研究,为流域管理措施的制定和实施提供有力的依据．本文总结了HSPF模型的发展过程、模型的结构特点,分析了该模型在国内外应用实例中的可靠性以及存在的问题．最后根据该模型的限制因素,指出了应用中的改进方向．     

基于HSPF的绿色基础设施水文效应模拟—— 以大浪河流域为例

以广东省深圳市大浪河流域为研究对象, 利用HSPF模型模拟研究区不同绿色基础设施设定情景对降雨径流的水文效应。结果表明, 按照功效最大化、经济型、适中型原则设定的3种情景,产流率分别比背景情景低34.9%,14.2%和28.5%; 最大峰值分别比背景情景低40.5%, 19.8%和33.0%; 基流分别比背景情景高88.9%, 11.1%和44.4%。经济型情景的水文效果不佳, 适中型情景的水文效果处于功效最大化情景与经济型情景之间。     

SWAT模型流域径流模拟研究进展

分析国内外应用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟流域径流的研究现状,以及流域模型构建,包括流域基础数据和模拟算法的选取、敏感性参数的分析和模型输出的验证.提出模型的应用研究存在3个问题:(1)模型模拟效率受到基础数据和主观因素的综合影响,而已有的成果参数选取缺乏可比性,大多侧重某个因素如何影响模型效率的研究.(2)流量是各种水文过程综合作用的结果,已有模型验证方法研究多是采用流域出口总径流量模拟效率来检验模型的适用性,这使得模型在水文过程模拟中缺乏可靠性.(3)模型应用研究主要进行土地覆被变化和气候波动的水文效应研究,且多是建立在虚拟情景和简化影响因素基础上.因此,在模型的应用研究上需要综合考虑影响因素,以提高模型模拟效率问题.     

洪水预报水文水力学模型研究

针对平原地区洪水预报特点，建立了以水动力学方法为主的河道一维洪水预报水文水动力学模型以及无资料地区以水文学方法为辅的洪水预报水文水力学模型。模型中河道洪水演算采用基于圣维南方程的差分解法，流域降雨径流预报采用新安江三水源模型。模型采用变动边界技术，将河网与两侧的地形联系起来，能准确计算出逐时段河网各断面的水位与流量。该模型在浙江省诸暨市城关至湄池河段洪水过程的模拟与预报结果表明，预报水位与实测水位吻合良好。     

城市暴雨内涝水文水动力耦合模型研究进展

城市地表是暴雨内涝水文与水动力过程的共同载体,水流运动是水文与水动力过程的共同形式,故暴雨内涝水文与水动力过程存在极为复杂的耦合关系.从城市暴雨内涝水文水动力耦合模型构建的角度,综述了城市暴雨内涝水文水动力学机制、数学模型及其求解方法的研究进展,总结了各种模型及方法的优缺点,指出了水文驱动水动力模型与水文水动力耦合模型的本质区别,并探讨了城市暴雨内涝水文水动力自适应耦合建模方法及高性能计算技术.     

气候变化对重庆岩溶地区水文水资源的影响

分析了重庆岩溶区水文水资源对气候变化的响应。结合水文数据与气象数据，运用数学分析的方法研究了气温和降水对水文水资源要索的影响。结果表明：岩溶区降水变化对径流量影响显著，呈显著正相关，并且年均降水量与年均径流量存在指数增长关系。同时由于降水的变化，导致重庆岩溶区干旱、洪涝和正常年交替出现，且旱涝持续时间长。气温是影响蒸发的重要因子。可能蒸散随着气温的变化呈现出明显的季节变化和年际变化，气温升高，则蒸发量增加，反之则减少。从空间上，可能蒸散量大体上西部大于东部，北部大于南部。     

赣江流域径流模拟分析研究

为了分析赣江流域径流对1980-2013年以来土地利用变化的响应以及气候变化对其的影响,以外洲水文站控制的流域范围为研究对象,建立SWAT模型,对赣江流域径流进行模拟研究分析。研究结果表明:1)SWAT模型对赣江流域模拟精度较高,其中Ens均大于0. 84,R2均大于0. 85,模拟效果较好; 2)不同土地利用情境下模拟的赣江流域月径流略有变化; 1980-2000年,月径流变化率最大为1. 16%,最小为0. 41%; 2000-2015年,月径流变化率最大为0. 17%,最小为0. 01%; 1980-2015年,月径流变化率最大为1. 33%,最小为0. 42%。总体来说,3个时期的变化率均在1. 5%以内; 3)降水量与气温对流域径流影响较大,其中降水量与径流呈正相关性,气温与径流呈负相关性,且在夏季,径流对温度敏感性最大。     

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.     

水文水力学结合的秦淮河流域洪水模拟与实时校正

针对以栅格新安江模型为代表的分布式水文模型在秦淮河流域洪水模拟预报中下游感潮河段应用精度受限的问题,以前垾村(秦)站为节点,上游采用栅格新安江模型计算产流,下游采用水动力学模型对受闸泵调度影响的感潮河段水位进行模拟,并采用K最近邻(KNN)法和反馈法对模拟结果进行实时校正。结果表明,采用KNN法校正后确定性系数为0.718～0.975,达到了乙等预报精度要求,可用于秦淮河流域洪水模拟预报。     

气候变化对水文水资源影响的研究进展

随着经济社会的迅猛发展,人类对资源的开发和利用效率逐步上升,导致气候发生明显变化。人类社会进入21世纪以来,气候问题成为了全世界环境问题的焦点,对于气候问题,国际社会和各国政要引起更多的关注和重视。对于气候变化对水文水资源的影响进行研究和分析,能够帮助人类更加清楚地认识到水文水资源系统的结构和体系,更好地将农业、工业、城市发展等问题与经济发展有效地结合起来,对水文水资源进行更好地开发利用、规划管理和运行管理。     

河流水质模拟问题的探讨

根据研究对象的不同特点选用相应的理论及方法建立恰当的数学模型是河流水质模拟研究的关键所在。文章针对河流水质数学模型的空间维数的确定、参数估计、模型求解的计算方法和常用水质模型软件这几个建模求解的要点、难点问题,结合现有研究成果,就各自优缺点及适用范围进行了详细的对比、分析和归纳,并从模拟内容和模拟方法进展方面探讨了今后的发展趋势,从而为建立、应用河流水质数学模型进行水质模拟提供思路和依据。     

基于改进的两参数月水量平衡模型的月径流模拟

对熊立华等提出的两参数月水量平衡模型进行了分析,辨析了模型参数的物理意义,针对模型计算公式中的不合理之处,对原模型作了改进:首先,考虑到降水和流域前期蓄水量对流域蒸散发的共同作用,将两者同时作为影响因子,构造了新的蒸散发计算公式;其次,根据有关参数的变化范围,用线性函数近似双曲正切函数,改进了月径流量计算公式.运用改进后的模型模拟、验证了北运河通县站控制流域1980~1991年的月径流和蒸散发过程.结果表明,较之原模型,改进后的模型精度更高,月径流计算过程与实测过程拟合效果较好,年内最大洪峰流量相对误差明显减小,模拟的月蒸散发和流域蓄水量过程更加合理.     

同位素水文学的若干回顾与展望

从降水径流、非饱和带水分运移、地下水来源及年龄测定、古洪水研究等方面回顾了同位素水文学研究的现状,认为同位素示踪技术可以从更微观的角度研究径流形成、流域汇流过程中的水分转换关系等;概述了河海大学近年来在同位素水文学研究方面的相关进展,指出其研究主要包括同位素水文数学模型、平原区同位素径流组分划分试验、同位素在地下水中的应用、"引江济太"水量分配、流域氮源示踪等方面。在综述同位素水文学研究进展基础上,对当前同位素水文学研究存在的问题进行了分析,并对同位素方法在水文学中的应用前景进行了展望。     

基于CLUE-S模型的拉萨市土地利用情景分析

选取拉萨市城区作为研究对象,结合拉萨市相应的城市规划政策与土地利用变化趋势,制定了自然增长、经济发展和生态保护三种土地利用需求情景策略.结果表明:2001年和2008年两期的模拟总体精度分别为83.27%和79.26%,且Kappa指数均大于0.75,证明CLUE-S模型针对拉萨市的土地利用情况具有较好的拟合程度;到2022年拉萨市耕地面积持续下降,建设用地逐年增长,且林地和草地面积在不同的情景中均有微弱的增加,水体与未利用地相对变化较小,三种模拟情景中,研究区西部及东部变化较为明显;拉萨市建设用地扩张是景观破坏的主要原因,倡导"低碳、环保、绿色"的旅游生态旅游模式才是未来实施可持续发展的主旋律.今后政府相关决策部门可利用研究结果为拉萨市的土地可持续性发展管理提供有力的决策支持.     

西安市沪河下游湿地水文水质特征的初步分析

目的 针对西安浐河下游地区进行的湿地恢复工程,调查研究湿地恢复区的生态环境状况以及湿地水文水质特性,为中国西北地区湿地的恢复与重建提供基础数据和实践经验.方法 采用野外实地观测获得水文资料和湿地恢复区的水质监测数据,分析研究湿地恢复区的水文水质变化情况.结果 湿地水文过程受到浐河径流特性的影响,需要工程清淤措施来调控补给水源,湿地出水流量6×106 m3/y,湿地水位在进水流量变化的影响下,呈现出阶段性涨落变化的趋势;湿地对浐河水质改善明显,总氮、总磷、化学需氧量等6项监测指标从原来的V类或劣V类水质改善达到或接近Ⅲ类地表水水质标准.结论 以浐河为水源,将分布在河道外侧的采砂坑重建为湖泊湿地的方案可行,在恢复湿地地表径流的基础上,湖泊湿地得以重建,恢复区生态环境效益显著,为西北地区的湿地恢复提供了参考.     

城市给水管网水质研究动态

从生长环对水质的影响、去除生长环改善水质、给水管网污染源的确定、并行算法分析给水管网和建立管网水质动态模型等五方面分析了国内外给水管网水质研究的最新动态。提出了需要解决的几个问题:从微生物和化学原理建立管网水质模型;优化水力条件改善管网水质;研究管网微生物反应机理的影响因素;寻找更高效算法分析管网和水质监测点的优化布置。     

土地利用演变元胞自动机仿真系统设计与实现

元胞自动机模型是土地利用演变模拟与预测的重要工具.文章基于组件式GIS平台SuperMap Objects,利用微软C#语言构建了一套土地利用演变元胞自动机模型仿真系统:LUCC-CA,用于城市土地利用演变的模拟与预测分析.该软件主要包括简单的数据预处理、模型数据输入、各种模型参数设定、模型运行控制、结果精度评价以及模型仿真结果输出等几部分功能.以广东省广州市花都区为例,利用LUCC-CA系统对花都区1995～2005年土地利用演变模拟进行了实证研究.通过精度分析得出2005年模拟结果与该年实际土地利用现状的平均符合度为75.23%.结果表明该模型系统能够较好地反应区域土地利用演变动态,可为相关研究提供参考.     

气候变化对乌江流域水文水资源的影响

利用贵州省36个国家标准气象站1960—2008年实测日降水、日气温资料和1956—2000年实测月流量资料以及IPCC第4次评估报告发布的24个GCMs月气温和降水资料,采用基于ArcGIS的地理分析模块建立的气温-降水-径流关系及双参数气候径流弹性指数方法,分析了气候变化对贵州省思南以上乌江流域水文水资源的影响.结果表明:如降水增加20%,在气温保持不变时,径流将增加22%左右;在气温升高0.8℃时,径流仅增加17%;在气温降低0.5℃时,径流则增加27%以上.可见,贵州省思南以上乌江流域径流与降水显著正相关,与气温微弱负相关,而且径流对降水减少更敏感.气候径流弹性指数分析表明:降水增加1%时,径流相应增加1.15%~1.69%,降水减少1%时,径流则相应减少1.46%~1.69%.     

土地利用/土地覆被变化模型方法分析

土地利用／土地覆被变化(LUCC)是研究全球变化问题中的一个热点，模型方法作为研究土地利用／土地覆被变化的重要方法之一．在区域土地利用变化规律总结上发挥了重要作用．本文对LUCC模型的发展趋势、模型构成和模型分类作了系统的介绍．并将当前广泛使用的模型从变化的程度、变化的方向和变化的空间形式分析等角度加以分析．最后指出了LUCC模型存在的问题，提出了相应的建议。     

GIS与数模集成的水污染突发事故时空模拟

根据水污染事故发生、发展具有诸多时空和污染源类型不确定性的特点，以及污染事故控制与处理的时效性和最大限度减少损失的原则，采用弹性组织出事现场信息的方法，分析污染事故的基本状况，实现河流水污染突发事故影响状况的高效模拟，将GIS与水污染模型技术相结合，开发了适合长江三峡水环境决策管理的水污染事故模拟子系统，系统可反映污染事件造成的水污染状况及其时空变化过程，能为突发性水污染事故处理提供强有力的决策支持。