考虑地表水地下水交换的分布式水文模型GISMOD开发与应用

详细介绍了一个基于网格、考虑地表水-地下水转换的分布式水文模型GISMOD.该模型由预处理程序、空间插值模块、蒸散发模块、参数设置和径流模拟5个部分组成.GISMOD不仅考虑了蓄满产流和超渗产流2种产流机制,而且提供了3种空间插值方法和8种蒸散发计算方法,具有良好的适用性.该模型将流域在水平方向上划分为若干相同大小的网格,在垂向上把土壤概化为3层,并根据不同土地利用、土壤和岩石类型设置参数,按照水位流量关系式计算不同土层间的水流交换量.黑河流域的实例研究表明,模拟结果与实际情况基本一致,即黑河流域上游地区以表层水下渗为主,在中游地区地下水反补河流.从季节上看,补给水量和下渗水量呈现出相反的变化规律,当下渗水量较高时,补给水量相应减少.最后,将模拟径流量与莺落峡实测结果进行对比,不论在日尺度还是月尺度GISMOD均取得了较好的模拟效果.     

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。     

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。     

分布式冰雪融水雨水混合水文模型

在以冰雪融水雨水混合补给为主的流域中，产流空间分布的不均匀性十分突出。为此，建议一种基于数字高程模型（DEM）和地理信息系统（GIS）的网格式空间分布水文模型。该模型可在分别考虑不同网格的热量和水分状态的基础上计算产流和汇流，并在乌鲁木齐河山区流域上得到应用，取得了良好效果。     

基于VIC-3L的塔里木河流域源流区水文要素特征分析

基于不同分辨率,在塔里木河流域三源流区应用大尺度分布式水文模VIC_3L,探讨人类活动对流域水文要素的影响,并分析不同模型分辨率对模拟结果的影响.结果表明模型在该地区应用效果基本满意,但灌溉期(4、5月份)的模拟流量明显高于实测值;模型在受人类活动影响较大区域模拟效果较差;阿克苏河中上游地区在三源流区内产流较高,而东部荒漠平原区产流量较低;阿克苏河下游、叶尔羌河中游以及和田河上游地区天然状态下耗水率较高,而东部荒漠平原区较低,且不易产流;模型在较低分辨率下模拟的径流总量和洪峰流量明显偏高.     

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.     

CASC2D模型与GSSHA模型在栾川流域的径流模拟

为研究半干旱半湿润流域复杂产流机制下不同模型结构对于径流模拟的影响,选取栾川流域为研究对象,在采用相同的DEM、土地覆盖以及土壤资料的前提下,利用基于超渗产流机制的CASC2D模型以及在其模型结构基础上改Green-Ampt方程为理查德方程计算下渗并增加地下水径流的GSSHA模型对1964—2000年间的8场洪水进行径流模拟。结果表明,GSSHA模型在栾川流域获得较好的模拟效果,除峰现时差外,GSSHA模型在洪峰、径流深模拟以及确定性系数方面均比CASC2D模型有较大提升。     

不同水文模型在半干旱地区的应用比较研究

分别采用新安江模型、HEC模型和TOPMODEL模型对滦河宽城流域进行洪水模拟计算,认为蓄满产流模型可以进行半干旱地区洪水模拟和预报分析,在计算时段为3 h的情况下,采用历史水文资料无法区别出产流模式.如果采用超渗产流一类的模型,计算时段要小于0.5 h.     

基于栅格的分布式超渗产流水文模型构建及比较

利用具有物理机制的Green-Ampt下渗方法并考虑降雨间歇土壤含水量再分配计算栅格内产流;同时考虑河道排水网络的水量交换,采用逐栅格的Muskingum-Cunge演算法进行汇流,构建了基于栅格的分布式超渗产流水文模型(Grid-GA模型).同时还建立了基于子流域的Green-Ampt水文模型、以及增加超渗产流机制的新安江模型.将这3个模型以及新安江模型应用于半湿润的沂河高里流域,结果表明,4个水文模型均能很好地进行水文过程的模拟,证明所构建的模型结构合理.     

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.     

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%.     

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.     

基于LSTM网络鄱阳湖抚河流域径流模拟研究

水文预报及其径流变化趋势预测能够为防汛工作提供辅助决策,是水库调度兴利的重要手段.与传统分布式水文模型相比,利用长短期记忆网络(LSTM)建立降雨径流预报模型具有简单可行和精度较高的优点.该文以鄱阳湖抚河流域为研究对象,采用抚河流域的降雨和径流数据分别作为模型驱动数据和标签数据,通过LSTM网络实现抚河流域的径流模拟工作.结果表明：在使用气象站数据建立的日尺度径流模拟模型中,模拟结果与实测值相关性均达到0.9以上,偏差在±5%以内,模型表现非常好;在使用TRMM数据建立的月尺度模型中,整体模拟结果与实测值相关性在0.9以上,整体偏差在±5%以内,模型表现优秀.     

黄河上游径流量对气候变化的响应和预测模型

全球气候变化下的黄河上游径流量变化及其预测是流域生态水文研究的热点之一。论文利用2008-2020年流域内48个气象站的监测数据和头道拐水文站径流数据,系统分析了黄河上游流域径流量与气候要素变化的关系,并建立径流量预测模型。结果表明,单一月份的月平均气温、月降水量和月蒸散发量多未表现出显著的年际变化趋势,但年平均气温和年降水量显著上升,而年蒸散发量也有上升趋势但统计不显著;多数单一月份的月径流量和年径流量均在年际上呈显著增加趋势。在月平均气温、月降水量、月蒸散发量均与月径流量显著相关的基础上,基于气候要素建立的黄河上游流域径流量预测模型具有良好的预测效果。     

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.     

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。     

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.     

黑河上游不同流域融雪过程的SRM模拟

利用SRM模型对黑河上游三个水文站点控制区2000年的融雪过程进行了模拟,在此基础上探讨高山地区不同水文区域对SRM模型模拟精度的影响.模型以MODIS积雪产品和气象台站数据为输入,结合退水系数进行融雪过程模拟,重点研究不同水文站点控制区域下的模拟精度.结果表明:在气象观测数据相对丰富的莺落峡控制区,模拟的精度较高,拟合优度确定系数R~2=0.795,积差D_v=-2.346%;在气象观测资料稀缺的祁连站和扎马什克站控制区,其模拟精度较差,其中祁连站R~2=-0.233,D_v=-3.277%,扎马什克站R~2=0.517,D_v=-11.128%.此外,地形的复杂程度和植被覆盖类型也会对模型的模拟精度产生影响.     

分布式格林-安普特降雨径流模型研究

构建了一种基于网格计算流域蒸散发及产汇流的分布式格林-安普特降雨径流模型,并选择陕北黄土高原地区两个半干旱流域为研究区域,研究该模型在半干旱地区的应用效果。结果表明：在两个半干旱流域,分布式格林-安普特降雨径流模型的应用效果好于GA-PIC模型和格林-安普特模型,尤其对于洪峰的模拟精度更高;分布式格林-安普特降雨径流模型中基于网格的坡面汇流与河道汇流模块能够更准确地计算出径流汇集到流域出口断面的时间;分布式格林-安普特降雨径流模型能更精确地计算出流域不同位置的产流过程,并准确地模拟流域产流面积分布情况;半干旱地区降雨时空分布不均,超渗产流主要受降雨强度的影响,降雨观测精度对径流预报精度影响较大。