流域汇流的等流时单位线方法初探

由于等流时线方法的固有缺陷,它计算出的流量过程线难以达到需要的精度.本文使用分布式瞬时单位线的思想来改进等流时线方法,将产流场和传播场结合起来,使用纳什线性水库模型为每一个等流时面积建立各自的单位线,以描述河槽调蓄对径流的作用,弥补了等流时线法的缺陷.同时它利用一组线性水库之间的相似关系,缩减建立单位线所需的参数,继而建立等流时单位线.该方法可以便于根据流域下垫面特性和径流进行参数调节,最后找到适合该流域的参数.等流时单位线方法用于白溪流域五场洪水的实际计算结果说明,它可以较好地综合等流时线法和单位线法的优势,改进计算的精度.等流时单位线法是等流时线法和单位线法的有效结合,方法中各参数能够较容易地与实际物理模型相联系,更有利于应用在缺乏资料的流域.     

SWAT模型流域划分方法在平原灌区的改进及应用

不准确的子流域定义会影响土壤和水评估工具(SWAT)模型在平原灌区的模拟结果。针对SWAT模型流域划分,提出基于数字高程模型(DEM)预处理和SWAT模型自动与自定义划分方法联用的改进方法,并以内蒙古河套灌区九排域为例进行应用。结果表明:相较于SWAT原有自动划分方法,改进方法能够生成案例区域特定级别排沟对应的所有子流域,子流域边界识别率、河网识别率、总流域覆盖率分别提升61%、4%、4%;基于改进划分方法构建的SWAT模型水文模拟结果与实际情况吻合良好。改进方法能够有效提升SWAT模型在平原灌区特定级别的水文管理中的适用性。     

基于DEM的分布式水文模型前处理程序开发及应用

作为水文模型不可或缺的一部分,前处理工作的质量在很大程度上影响着水文模型的模拟效果.为了简化前处理工作步骤,提高执行效率,本文开发了一个能够独立运行并具有可视化界面的水文模型预处理程序.该程序能够对数字高程模型(DEM)数据进行河网提取、子流域划分等工作,其特色在于:基于图论编写了无需填洼的水流方向确定算法;提出了"树叶裁剪法"的子流域划分方法;集成了自下而上的汇流顺序演算算法.将该程序应用于拉萨河流域,取得了较好的效果,为分布式水文模型的开发奠定了基础.     

基于TOPMODEL模型漓江流域洪水预报方案构建与应用

针对漓江流域上游洪水灾害严重,根据水系特征、雨量站网等情况将流域划分为11个子流域,通过DEM提取了各子流域地形指数与等流时线,构建了漓江流域上游的TOPMODEL模型洪水预报方案。通过2008年~2014年32场洪水的模拟计算,结果分析表明:率定期和验证期洪水预报合格率均大于80%、平均确定性系数大于0.81,达到乙级预报精度。     

气候变化影响下的流域水循环：回顾与展望?

随着全球气候变化的影响日益加剧,气候变化对流域水循环影响的研究成为普遍关注的焦点.数理统计和水文模拟两大手段的运用贯穿于过去30余年的研究当中,本文就其中所涉及的水文气象要素趋势分析、大气环流模式(GCMs)评估、降尺度技术及其选择、水文模型及其选择、不确定性分析5大内容的研究成果进行回顾与展望,以拉萨河流域为例综合运用前述技术分析区域气候变化特征及其对流域径流的影响.结果表明,在未来经济社会发展与气候变化情景下,流域径流时空分布不均匀性更加显著,具体表现为集中性增强,这给区域防洪抗旱与水资源配置等都带来了巨大挑战.通过系统阐述如何开展气候变化对流域水循环的影响研究及所包含的关键问题,可为后续相关研究和区域水资源管理提供科学依据与决策支撑.     

流域洪水数字模型标准化研究

为了模型之间数据交互,制定了一套覆盖流域洪水数字模型各个物理过程的标准化接口,通过对各种代表水文学模型和常用GIS软件的对象进行分析,剖析其共性与独特性,并在此基础上进行对象的抽象化,提炼各抽象对象的数据交换标准化接口.在流域洪水数字模型模拟应用中,对于流域水循环的各个物理过程,可以择优选用实现标准化接口模型,从而提高模型的通用性,减少重复开发,促进良性的竞争,为流域洪水数字模型的推广和使用降低门槛,促进流域洪水数字模型的发展.     

大尺度流域高分辨率河网提取的多叉树耦合方法

大尺度流域分布式水文模型的构建是揭示全球水循环运动机理的重要工具,而流域河网拓扑信息则是分布式水文模型最重要的基础输入之一.针对现有国内外各种软件平台对大尺度流域高分辨率河网提取能力不足的现状,提出了多叉树耦合方法,通过先分块提取、后重新耦合的方式,可以获取全流域一体化的高分辨率河网拓扑信息.该方法不受流域尺度和数据精度的限制,其河网提取过程可充分结合使用现有各种软件平台,适用性很强.将该方法应用到中国西藏境内3.2×104km2的拉萨河流域,实现了9子块河网的一次性集成,共获取147994个坡面单元,平均坡面面积0.22km2,表明了多叉树耦合方法技术可行,并为后续大尺度水文模拟提供了重要的技术支撑.     

基于数字高程模型的流域轮廓自动提取方法与应用

流域轮廓提取通常指提取流域的边界和河网.对这两个流域要素的提取是进行精确的流域水文模拟的基础.由于传统的基于地形图的手工方法效率低,精度差,因此研究了如何使用Arc-GIS软件进行流域轮廓的自动提取.研究所使用的数据是栅格格式的数字高程模型,根据水流方向的最速下降原则(D8算法),对原数据按下列顺序进行处理:数据预处理-水流方向网格图层生成-水流累积网格图层生成-河道分段-子流域辨识-子流域边界矢量化,最后获得矢量化的河网和子流域边界.在此过程中,通过对河道分段的阈值的选取,可以获得不同密度的河网和不同尺寸的子流域.将该方法应用于长江的一条支流-清江流域,结果显示该方法是可行和有效的.     

基于网格水滴的汇流模拟计算方法

为探究网格水滴汇流方法的预报精度及物理性质,并验证其在缺资料或无资料地区的适用性,以蓄满产流为原理,结合网格新安江模型进行产流计算,构建了基于网格水滴的汇流模型。以湿润地区屯溪及其嵌套子流域和半湿润地区东湾及其嵌子套流域为研究对象,假设嵌套子流域为缺资料地区,在不重新率定参数情况下对屯溪和东湾内部嵌套子流域进行模拟验证。结果表明：相同流域内,基于网格水滴的汇流模型综合模拟精度随着子流域面积减小而降低;模型在屯溪流域模拟精度达到甲级,其嵌套子流域模拟精度基本满足需求;在东湾流域模拟精度达到乙级,其嵌套子流域模拟精度除洪峰合格率外均达丙级;模拟结果验证了网格水滴汇流模型在缺资料流域的适用性。     

概念化水资源系统及其面向对象构架设计

该文提出概念化水资源系统模拟的面向对象设计方法,对概化元素属性及其在水循环过程中的功能进行描述,从而将系统划分为相互关联的功能模块。通过对系统基本元素的划分和功能的归纳,设计了相应的类及其子类,并以水量运动和利用过程为基础建立了类之间的交互关系。不同模块的计算可以通过实例化后的类对象实现,并借助主控程序完成系统的整体模拟,实现了模块间分层次的耦合。以该设计方法构建的模型对海南岛水资源配置进行模拟计算,得出了不同方案的水资源供需态势和水量平衡变化趋势,检验了其有效性和可行性。     

Integrated simulation and assessment of water quantity and quality for a river under changing environmental conditions

The water cycle and water resources within river basins under changing environmental conditions undergo profound changes, which have significant effects on the water environment of the river. Owing to the water resources demanded for economic and social development, water quantity and quality are becoming the core constraints of water resources development and utilization. In this paper, the dual attributes of water resources, progress into research regarding water quantity and quality joint assessment and simulation and the shortcomings associated with these techniques are summarized and described with respect to water quantity and quality. The results indicated that under the current environmental conditions, the method used for traditional water quality assessment of single water bodies cannot meet the requirements for water resources management. Moreover, a coupled hydrodynamic and water quality numerical model for river networks and lakes that applies to the river water environment system was developed for the river network flow and pollutant migration and transformation process and validated. This validation revealed that the error between the simulated values calculated by the model and the monitored values was small, meeting the application requirements and realizing the integrated and dynamic simulation of water quantity and quality of the river water environmental system. On this basis, the integrated simulation model was applied to the Luanhe River Basin.     

概念化水资源系统及其面向对象构架设计

该文提出概念化水资源系统模拟的面向对象设计方法,对概化元素属性及其在水循环过程中的功能进行描述,从而将系统划分为相互关联的功能模块。通过对系统基本元素的划分和功能的归纳,设计了相应的类及其子类,并以水量运动和利用过程为基础建立了类之间的交互关系。不同模块的计算可以通过实例化后的类对象实现,并借助主控程序完成系统的整体模拟,实现了模块间分层次的耦合。以该设计方法构建的模型对海南岛水资源配置进行模拟计算,得出了不同方案的水资源供需态势和水量平衡变化趋势,检验了其有效性和可行性。     

淮河上游地区降雨径流分析及模拟

为了掌握淮河流域的水情信息,对淮河干流王家坝以上流域的降雨径流进行分析和模拟。采用流域内1985-2007年的站点历史资料对降雨径流进行分析,并且应用分布式SWAT模型,采用SCE-UA算法进行参数自动校准并进行检验,建立降雨径流月尺度模拟模型。分析发现流域年降水量50%集中在6-8月,并且淮南山区息县及潢川子流域的月平均径流和径流系数都大于属于淮北平原区的班台子流域。息县、潢川、班台及王家坝月径流的模拟结果确定性系数分别达到0.77、0.81、0.69和0.80。淮河上游地区的降雨存在明显的季节集中性,并且淮南山区和淮北平原区因地势不同使产流特征不同。流域中水利工程设施的应用对天然降雨径流过程的改变产生很大影响,使班台子流域的模拟结果差于其他子流域。研究区属于径流资料短缺地区,分布式水文模型的建立充分反映了下垫面的已知信息,弥补了径流资料短缺的不足之处。     

基于等流时带的水资源大系统优化分配模型

针对供水部门与各用水部门之间水量传输的滞后性,提出了一种基于等流时带的流域水资源分配模型．将供需部门之间的时滞性用空间显示来表述,并利用大系统优化理论对该模型进行了求解．以黄河流域为背景,进行了实际应用。给出了黄河流域低用水的水资源分配方案．计算结果表明,兰州站每年11月至次年3月,流量从700m^3／s到500m^3／s均匀递减,三门峡水库1月至2月出流从500m^3／s到300m^3／s递减,可保证黄河流域不断流,满足生态需求,表明此法的可行性．     

永定河流域健康评估及其变化分析

人类社会的高速发展导致流域水资源短缺和水环境污染等问题日益严重。永定河流域作为海河流域的重要组成部分,流经内蒙古、山西、河北、北京、天津5个省(自治区、直辖市),其健康发展状况对所在地区具有重要影响并值得深入研究。本研究在综合分析国内外流域健康评价方法的基础上,构建永定河流域健康评价指标体系,采用综合指数评价法和层次分析法对永定河流域18个子流域2005-2020年的健康状况进行评价。研究结果表明,永定河流域在2005-2020年整体健康状况无明显变化,个别子流域健康状况在前期有小幅度恶化的现象,但整体在2020年得到改善。通过分析流域健康变化原因认为,水资源量匮乏、经济发展不平衡以及人类活动剧烈干扰是导致永定河流域健康状况一般及局部恶化的主要原因,并据此给出了永定河流域健康管理的对策和建议,为永定河流域的合理开发利用与保护提供参考。     

Multi-dimensional overall regulatory modes and threshold values for water cycle of the Haihe River Basin

In this study, a multi-dimensional critical regulatory criteria and decision-making mechanism based on the scientific cognition of multi-dimensional attributes and characteristics of the water cycle was proposed. This system was functioned by deeply discriminating the nature-society binary characteristics of the five-dimensional characteristics of the water cycle system of the Haihe River Basin (water resources, economy, society, ecology, and environment) under the influence of high-intensity human activities and hydrological changes and by analyzing the organic interactive relationships between the five dimensions and their overall effect on the water cycle. A GDP calculation model was constructed in this study by adjusting the water environment for water resources, after which five-dimensional normalization objective functions were established for multi-objective analysis to carry out trade-off analysis of multi-dimensional regulatory indexes. In addition, synergetic theory, entropy theory and dissipation structure theory were introduced to construct an evaluation model for multi-dimensional regulatory schemes. A water cycle multi-dimensional critical overall regulatory model system was also established. This system consisted of a multi-objective macroeconomic model (DAMOS), water resource allocation model based on rules (ROWAS), evaluation model for WEDP (EMW) and multi-dimensional regulatory scheme evaluation model (SEAMUR) as the main body. To address the national demands faced by the Haihe River Basin as a result of combinatorial schemes for different hydrological series and water amounts diverted by the south-to-north water diversion project, this study adopted a hierarchy progression method to set up the technologies, investigated multi-dimensional overall regulatory methods, proposed an overall regulation threshold value for the water cycle of the Haihe River Basin, and recommended corresponding five-dimensional regulatory schemes.     

Integrated simulation of the dualistic water cycle and its associated processes in the Haihe River Basin

Water resource shortages, water environmental deterioration, and water ecological degradation are becoming increasingly prominent in the Haihe River Basin under the effects of global climate change and intense human activity. Finding ways to solve these problems reasonably is an urgent task in basin water resources management. The water cycle describes the formation and transformation of every water drop, while it interacts with associated water ecology and water environment processes. Therefore, to fundamentally solve the above problems, the three processes must be combined and the evolutionary trends of the ecology and water environment driven by the water cycle must be determined. To comprehensively diagnose and solve the problems of water resources, ecology and water environment in the basin, an integrated simulation platform of the dualistic water cycle and its associated processes in the Haihe River Basin was established by fully analyzing the "natural-social" dualistic characteristics of the evolution of the basin water cycle in this study. Accordingly, it is a supporting tool to evaluate the future trends of water resources, ecology and the water environment by setting scenarios based on the predictions of a climate mode and water control conditions. The results show that with climate change, the water consumption, groundwater overexploitation, and the amount of water flowing to the sea could develop soundly and satisfy the requirements of national economic growth in the future planning year 2030 through the implementation of water consumption control management and the South-North Water Diversion Project. Meanwhile, associated water environmental deterioration can be alleviated, and a growing trend for production capacities of the natural ecosystem and agro-ecosystem is seen. The above results provide a foundation for implementing basin water resources regulation and the most strict water resources management.     

水资源系统模拟中的自优化问题

水资源系统由于自身复杂性，数学规划方法难以推广，而模拟方法在许多领域得到成功应用。根据近年来人们期望模拟模型具有自优化功能的思路，提出一种模拟自优化的新方法，即根据控制论的反馈原理和方法，在模拟中引入反馈系统，通过对它的调整实现模拟模型自优化。实际应用表明反馈自优化方法大大扩展了模拟方法的功能，能够推广应用于水资源系统的其他领域。     

城市水资源水环境系统多阶段灰色动态仿真模型

本文依据城市人口,经济,水资源和水环境之间的相互影响,相互制约关系,建立了城市水资源水环境系统阶段灰色动态仿真模型,以预测不同仿真方案下城市水资源与水环境系统的变化。