基于SWAT模型的锦绣川流域土地利用和覆被变化的水文响应分析

为了解决济南锦绣川流域土地利用变化显著的问题,保护济南泉水的重要补给区,研究流域土地利用和覆被变化的水文响应,构建建立SWAT模型所需的流域的土地利用数据库、土壤数据库以及2006—2012年的水文气象数据库,利用SWAT模型模拟流域径流过程并率定模型参数;通过遥感影像分析1988、1996、2002、2009、2014年夏季的系列土地利用和覆被变化,利用率定后的模型模拟降水条件相同而下垫面条件不同时的流域径流过程,定性评价流域土地利用和覆被变化的水文响应,并分析其影响因素。结果表明:SWAT模型可以较好地模拟研究区的径流过程,具有较强的适用性;土地利用变化会引起流域年径流总量与年内流量过程的变化,1988—2002年及2002—2014年流域地表径流分别增加了0.92%、0.66%;水体、道路、居民点用地面积大幅增加与草地面积减少是流域径流变化的主要原因。     

应用遥感资料分析流域下垫面地理因素的方法及其对地表水资源估算的意义——以山西省文峪河流域为例

一、引言应用遥感资料分析水文过程,这是当前水文学及水文地理学发展中的一个重要方向。就水文学而言,应用遥感资料的目的着重在于确立水文站网的观测资料与流域自然条件之间的相互关系,以求较准确地确定水文模型中的参数,提高水文分析计算、水文预报和水资源估算的精度。流域下垫面是一个结构复杂的自然综合体。它受地质、地貌、植被、土壤等自然地理因素以及土地利用等人为因素的综合作用,并且随环境的变化而改变其自身的特性。流域下垫面特性的差异,直接影响到迳流的形成过程。因此,深入研究流域下垫面的地理特征及其与水文过程的关系,这对于水文学及水文地理学的发展,无疑具有十分重要的意义。     

考虑基岩裂隙作用的流域水文过程模拟

利用分布式水文-土壤-植被模型( DHSVM),根据枯期径流2段退水规律,建立基岩裂隙水运动的计算方法,实现了DHSVM的改进。根据东江星丰流域地形、土壤、植被及水文地质特征,采用现场观测、遥感资料分析及室内试验等手段,确定星丰流域植被、土壤、基岩裂隙特征参数。利用2003-2008年实测气象、水文资料进行参数率定和模型验证。采用扰动分析法分析改进的DHSVM参数对径流、蒸散发影响的灵敏度。结果表明：改进的DHSVM实现了裂隙含水层对径流的调节,能更好地模拟枯期基流,提高了流域水文过程的模拟精度。     

虚拟环境中水文数据时空展布和三维等值线生成算法研究

为实现海量数据的信息快速挖掘和直观表达,提出了基于数字流域仿真平台的水文数据三维可视化方法.该方法利用顾及地形特征生成的流域离散点作为数字流域仿真平台与观测数据和分布式水文模拟结果集成的基础;研究了流域水文数据时空展布和三维等值线生成算法与分区透明度和颜色值相结合增加视觉敏感性来虚拟表达水文时空信息;并引入计算机动画技术实现水文数据时空演变过程.最后将以上算法与数字流域仿真平台集成应用于长江上游降雨过程的动态三维可视化系统的构建,取得了良好效果.     

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。     

SWAT分布式水文模型在黑河干流山区流域的改进及应用

在集成地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的SWAT(Soil and Water Assessment Too1)分布式水文模型改进的基础上，对黑河干流山区流域出山径流进行了模拟。SWAT-GIS按不同的地形、土壤类型、土地利用或覆盖类型将整个流域划分成157个具有相似水文特征的水文响应单元(HRU)。通过模拟结果比较，表明浅层蓄水层回归因子(基流回归因子)、海拔高度带的划分分别对黑河干流山区流域地下径流和融雪径流过程有重要的影响，是该模型模拟精度高低的关键。通过参数的调整，1990～2000年月平均径流模拟结果显示，莺落峡站出山径流模型效率系数R^2达到0．88，相关系数r^2接近0．91。     

基于数字流域的雨量站网空间布设研究

在数字流域平台构建的基础上，将雨量站的雨量信息与子流域单元进行空间匹配，避免了过去以流域面平均雨量值作为水文模型输入的弊端；同时依据地形条件相似性原理，在分析流域内各雨量站日雨量相关性的基础上，运用数字水文模型对传统雨量测站布设的合理性进行了探究。计算结果表明：在地形条件复杂和没有雨量站的子流域单元内增设雨量站十分必要；水阳江流域内应用13个代表性最好的雨量站的日雨量模拟的日流量过程，与应用原先布设的26个雨量站模拟的结果非常接近，但用这13个雨量站1h雨量信息模拟次洪流量则不如26个雨量站的模拟效果好。     

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。     

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.     

基于SWAT模型的细河流域径流模拟研究

分布式水文模型能够准确地反映降雨时空和下垫面等条件变化下的流域水文响应特征.运用SWAT分布式水文模型,将辽宁省细河流域划分为28个子流域,2 061个水文响应单元,对流域水文循环过程进行了模拟.模型校准期R~2、Ens分别为0.92、0.92,验证期R~2、Ens分别为0.89、0.90,均满足适用性标准.SWAT模型对于细河流域径流模拟的准确度较高.     

基于径流模数的LSTM模型在无资料嵌套流域的应用

针对LSTM模型参数在无资料嵌套流域移植效果不佳的问题,以屯溪流域为研究对象,以其嵌套子流域为参证流域,综合考虑面积因素对参数移植法的影响,建立了基于径流模数的LSTM模型(RM-LSTM模型),并采用参数移植法进行流域洪水过程模拟。结果表明:RM-LSTM模型在研究流域应用效果较好,模拟结果的确定性系数达0.87,洪峰、洪量及峰现时间合格率均在85.0%以上;在参证子流域内,RM-LSTM模型参数移植后模拟结果的确定性系数及洪峰、洪量、峰现时间合格率较LSTM模型参数移植结果均有明显提升;RM-LSTM模型能够更好地考虑流域面积变化对参数移植方法的影响。     

华北地区分布式蓄超空间动态组合TOKASIDE-D模型研究

为探究我国华北地区由于下垫面和降水时空分布不均匀产生的地下水超采严重和产流机制混合多变(蓄满与超渗产流随着时间和空间发生交替主导)等问题的解决办法,在基于物理基础的分布式模型TOKASIDE的基础上,通过降雨和土壤含水量之间的判定关系,动态识别蓄满产流和超渗产流网格,构建分布式蓄超空间动态组合模型(TOKASIDE-D),并选择华北地区的北辛店流域进行验证和分析。结果表明,与原模型相比,TOKASIDE-D模型在北辛店流域的洪水模拟精度有较为明显的提升,径流深误差合格率由44%提升至56%,洪峰误差合格率由44%提升至78%;TOKASIDE-D模型能够准确捕捉降雨、土壤含水量等动态因子对产流模式的控制效应。     

基于地理信息的渭河流域陕西片降雨径流模拟

径流模拟通常基于流域地形、土地利用、土壤类型等信息数据,以及水文气象资料。以渭河流域陕西片为计算实例,分析了流域地形、土壤类型、土地利用、前期土壤湿润程度等地理信息参数,按照地理信息层叠加方法划分径流模拟计算单元,应用SCS模型模拟径流过程。同时,结合降雨特性及主要降雨形式分析,给出降雨量与径流量的相关关系。结果表明:径流模拟值与实测径流趋势具有较好的一致性,说明模型确定的地理参数较为合理,可以应用于关中平原典型流域的径流模拟。     

流溪河模型I：原理与方法

 提出了一个流域洪水预报的分布式物理水文模型——流溪河模型。模型分成流域划分、蒸散发计算、产流计算、汇流计算、参数推求5个模块。流域划分模块将一个研究流域沿水平方向划分成一系列的单元,沿垂直方向划分成植被覆盖层、地表层和地下层;蒸散发计算模块根据单元流域上的降雨量及土壤前期湿润指标,计算确定各个单元流域上的蒸散发量;产流计算模块根据单元流域上的降雨量、蒸散发量,计算确定各个单元流域上的产流量,并划分成地表径流、壤中流和地下径流。地表径流根据蓄满产流模式计算,壤中流则根据Campbell公式计算;汇流计算模块将地表径流汇流分成边坡汇流、河道汇流和水库汇流三种类型,对各单元流域上产生的径流量进行逐单元的汇流计算;参数推求模块将模型参数分成不可调参数和可调参数,对不可调参数根据DEM直接计算,对可调参数提出一个逐步迭代求精的过程对参数进行调整。流溪河模型还提出了一整套基于DEM及遥感影像对流域进行单元划分及对河道单元断面尺寸进行估算的方法,解决了目前在大部分流域不能应用分布式物理水文模型的难题。     

基于GIS栅格数据的洪水风险动态模拟模型及其应用

以GIS栅格数据为基础,建立了二维水动力洪水动态演进模型．以湖北省荆江分洪区为实验区,在数字地形模型和Landsat ETM遥感影像等数据的基础上,根据分洪区1954年分洪情况和规划运用设计,模拟了不同分洪方案下的洪水淹没范围、水深和相应的洪水淹没地物面积及其可能损失等．模拟结果表明,基于GIS栅格数据的洪水淹没风险模拟模型,可以对长江流域分洪区运用预案的制订、土地利用的规划及洪水科学管理提供定量的科学依据．     

GTOPMODEL模型与TOPMODEL模型比较

构造了名为GTOPMODEL用于洪水模拟基于栅格的分布式水文模型．通过假设土壤饱和水力传导率随着深度的增加呈指数递减和地下水面平行于地表面,推导出了基本方程;介绍了植物及根系截留、蒸散发、地下水补给、基流以及汇流的计算方法,并与TOPMODEL进行了比较．采用因特网提供的数字高程模型、土壤组成和土地覆盖等资料,选用流域面积4716km^2的黄河支流-洛河卢氏以上流域,应用两个模型进行了洪水模拟比较．结果表明,在该流域GTOPMODEL比TOPMODEL模拟更好．     

土地利用变化对阜平流域的径流影响研究

选取不同年份Landsat遥感卫星图像,分析了阜平流域土地利用变化;以SWAT模型为工具,利用1968-2010年的水文气象资料,针对土地利用情况研究土地利用变化对流域径流的影响。结果表明,近几十年来,多年降水量变化不显著,而径流量呈显著下降趋势;流域林地增加(草地转林地)是径流减少的主要原因,从1993年的926 km2增加到2004年的1 119 km2,径流量减少6.46%;不同情景下模拟的多年平均流量总体呈现减少的趋势;林地的增加和草地的减少能够导致径流的减少;林地和草地的变化通过影响蒸散发量影响水文循环;径流量的变化趋势与蒸散发量相反。     

基于遥感和GIS的黄土丘陵区土壤侵蚀变化监测分析--以静宁县水保世行贷款二期项目区为例

基于遥感融合影像和GIS技术,采用通用土壤流失方程RUSLE作为评价模型,计算了静宁县世行贷款二期项目区1998和2004年的土壤侵蚀量,并结合土壤侵蚀强度分级标准,生成土壤侵蚀强度等级图.结果表明,项目区2004年土壤侵蚀面积237 km2,侵蚀级别属强度侵蚀;项目区76.6%的泥沙来自于占总面积仅38%的极强度和剧烈侵蚀区域;6年间项目区平均侵蚀模数从1998年的9 559.4 t/km2下降到2004年的9 340.3 t/km2,侵蚀面积减少了1.62%;土壤侵蚀强度类型的主要转化过程是轻度和中度转化为微度.经分析,项目区25°以上的坡度土壤侵蚀量大于15 000 t/km2,是水土流失治理的关键;在不同的土地利用类型中,耕地侵蚀量最大.     

土壤水分遥感反演研究进展

土壤水分是陆面生态水文循环的重要组成部分.及时、准确地获取土壤水分数据,对研究全球气候问题、构建流域水文模型、监测干旱等具有极其重要的意义.遥感技术具有范围广和信息传输快等优点,为土壤水分监测提供了全新的手段.本文梳理了可见光–近红外遥感、热红外遥感、可见光–近红外–热红外遥感、主动微波遥感、被动微波遥感的发展现状及对应的土壤水分反演方法,介绍了结合主被动微波遥感的GNSS-R技术,对土壤水分反演研究中的热点问题进行了归纳和总结,并展望了土壤水分遥感反演的发展趋势.