寒冷地区融雪径流和融冻期降雨径流计算模型初探

寒冷地区融雪和融冻期降雨径流受到冻土的影响,具有与无冻地区雨洪不同的规律和特点。根据蓄满产流理论,考虑寒冷地区冻土的不透水作用、蓄水调节作用、蒸发的抑制作用,以及冻土融冻期水文特性,采用与无冻地区雨洪计算不同的方法,以冻土影响下土壤蓄水量的变化作为主要调节系统,分别确定相应的参数,采用不同模型计算融雪径流和融冻期降雨径流量。计算的精度和方案的合格率较常规方法提高20%以上,取得了比较满意的结果。     

黑河上游红泥沟小流域基于溶解硅的降雨径流路径示踪

为揭示高寒山区冻土对降雨-径流过程的影响,对黑河上游红泥沟小流域典型降雨事件全过程出口断面的径流量进行了观测,采集降雨和河水样品,测定其中溶解硅的质量浓度,进而分析径流量和溶解硅质量浓度的动态变化规律,并以溶解硅为示踪剂将小流域出口径流分割为地面径流(腐殖层中流和坡面流)和地下径流(矿质层中流)。结果表明,洪峰上升期,地面径流对河道径流的贡献率为47%,地下径流贡献率为53%;洪峰降落期,地面径流贡献率为29%,地下径流贡献率为71%。整个观测过程中地面径流对河道径流的贡献率为30.7%,地下径流的贡献率为69.3%,说明洪峰期间河道径流以地下径流为主。分析认为冻土分布地区夏季降雨-径流过程中,由于土壤逐渐解冻,降雨入渗驱替冻土层上水排入河网,流域产流仍以地下径流为主。     

寒冷地区河川基流量分割方法的商榷

根据黑龙江省不同地貌单元５８个地下水位观测站资料，结合寒冷地区气候、冻土及降雨径流条件，分析了寒冷山丘区受冻土影响下的地下水补给过程和特点，提出了寒冷地区河川基流量的分割方法，并以科后站为例，计算了河川基流量。     

嫩江上游冰坝凌汛的计算和预报

在分析冰坝成因条件的基础上, 采用经典的水文方法, 即融雪和融冻期降雨径流模型计算冰坝入汇水量, 以断面流量计算河网结冰水量, 以历时因子法计算冰盖临界强度, 对寒冷山区性河流冰坝成因进行了计算分析, 提出了冰坝成因的判别公式, 对冰坝成因进行了分类.通过改进常规分析计算方法, 使冰坝问题增加了预见期和提高了预报精度.     

基于霍顿下渗能力曲线的流量过程线连续分割方法研究

在用前期影响雨量代替流域蓄水量的基础上,提出了基于霍顿下渗能力曲线的流量过程线的连续分割方法.选择西峡、猴子岩和东湾三个流域的降雨径流资料,采用该方法对流量过程线进行分割,并与现行的数字滤波法、非线性水库法和Boussinesq方程法相比较.结果表明,该方法具有一定的物理基础、符合产汇流基本规律,而且能够减少涨洪段流量过程线分割的主观性,对于流域时段单位线和降雨径流关系的推求均有重要的意义.     

马粪沟流域不同景观带水文过程

目前高寒水源区完整水文过程规律研究还非常薄弱。应用同位素技术与水化学分析模拟方法来甄别高寒区马粪沟流域不同景观带冰川、积雪、冻土、地表水、地下水和降雨等水体对出山径流的贡献组合与路径,旨在揭示各景观带的水文过程。据端元混合模型计算,在湿季出山径流52%来自地下水补给,其地下水主要是由冻土融水、冰雪融水和降雨下渗转化形成;冰雪带融水占11%;高山寒漠带和灌丛带地表径流占20%;高山草原带约占9%;降雨直接补给占8%。整个流域降雨很少直接产生地表径流,而是在各个景观带转化成壤中流或地下径流,然后汇入河道。     

新疆开都河流域季节性冻土特征的控制和影响因子分析

全球变暖使季节性冻土范围逐渐缩小,而季节性冻土对春季径流,尤其是春季洪峰的影响使得该方面的研究更为重要。为了分析季节性冻土广泛分布的山区不同海拔高度条件下季节性冻土发育和融化期影响因子的差异,采用通径分析方法对开都河流域不同海拔高度季节性冻土最大冻结深度和解冻日数的影响因子进行了分析。结果表明,不同海拔高度这两者的影响因子差异不大,但其控制因子存在差异。季节性冻土最大冻结深度的控制因子由低海拔处的负积温和最大积雪深度转为中高海拔处的平均相对湿度;解冻日数的控制因子由低海拔处的平均风速和最大冻结深度转变为高海拔处的平均相对湿度。该差异主要由不同海拔高度的地理位置和局地气候条件等决定。     

基于降雨洪峰关系曲线的沿河村落预警指标确定

预警指标对流域的山洪预警有着重要的作用。主要以荣成市崂山小流域崂山大疃为例,提出了确定雨量预警指标的方法。根据不同的土壤干湿程度,基于降雨径流曲线获得降雨径流关系,采用推理公式法计算设计洪水,绘制降雨洪峰曲线;根据崂山大疃现场调查,基于曼宁公式获取水位流量关系曲线,结合成灾水位推算临界流量,根据降雨洪峰曲线,由流量反推降雨。计算结果:在Pa=40 mm的情况下,崂山大疃的3个时段的临界雨量为62 mm,75 mm,95 mm,经过"折减"处理获得的3个时段预警指标,准备转移指标为56,68,86mm,立即转移指标为68,83,105 mm。     

改进的斜坡降雨入渗与坡面径流耦合算法研究

大气降雨时坡面径流与非饱和入渗的耦合计算,是降雨诱发滑坡及水土流失等研究中的重大问题之一。从坡面径流和降雨入渗控制方程着手,建立了基于有限元方法的耦合方程求解模型,实现了耦合问题的直接求解。该耦合计算模型与求解方法避免了坡面径流和降雨入渗间的迭代计算,也不需计算两者间的流量交换,较大程度地提高了计算效率和计算精度。算例表明,该方法正确可行,计算效率高,稳定性好。     

喀斯特流域降雨-径流人工神经网络模型结构分析及模拟

喀斯特流域降雨-径流响应是一个非线性过程,分析确定地下河流量过程的主要影响因子对喀斯特流域水文过程模拟具有重要意义。本文利用普定后寨河流域实测降雨、径流系列资料,采用神经网络权重分析法确定该流域的人工神经网络模型结构为两个隐含层、三个输入变量,该人工神经网络模型结构可以保持降雨-径流模拟的稳定性。模型经交叉训练与验证,训练期效率系数（NSC）达0.9以上,验证期NSC达0.88以上。说明神经网络权重分析法能够较好地确立预报因子与预报对象的关系,为喀斯特流域降雨-径流模拟提供一种有效的分析手段。      

集水区降雨径流晌应的环境同位素实验研究

利用环境同位素氚和氧-18对实验集水区进行降雨和径流响应的研究表明:(1)地面径流必源于本次降雨的概念不确,其中往往有非本次降雨的水量.经对1986年～1989年各次降雨估算表明,非本次降雨贡献最高可达50.5%.(2)非饱和带壤中流和饱和带地下水径流中必有非本次降雨的水量,并与地面径流一样,在次降雨径流过程中有时程变化.(3)对不同径流组成的流量过程,非本次降雨所占的比重不同.通过分析,可知降雨径流相关关系中的一一对应假定不确切,认为:传统的降雨径流经验关系和单位线概念需重新考虑;传统的过程线经验划分方法和现行同位素划分方法的有关基本假定不完全符合实际.     

流量过程线分割的新方法——应用分析

介绍了基于Horton下渗能力曲线的流量过程线分割的新方法的计算流程。选择猴子岩、西峡、东湾、王窑水库和尚义五个分属于不同气候区流域的降雨径流资料。采用该方法对流量过程线进行分割,并与现行的非线性水库假设分割法和数字滤波分割方法相比较。结果表明,该方法是具有物理机制的、客观的分割方法,分割的结果符合水文的基本规律,比其他两种方法更加合理,对于流域时段单位线和降雨径流关系的推求均有重要的意义。     

耦合融雪的分布式流域"降雨-径流"数值模型

针对中国对耦合融雪的"降雨-径流"过程数值计算模型方面的研究较少,本文联合应用能量平衡方程及运动波理论的基础方程式,结合GIS技术构建分布式流域耦合融雪的"降雨-径流"数值计算模型,并应用流域实测资料进行了有效性验证。研究结果表明:在不考虑融雪条件下,实测流量与计算结果之间存在着较大的误差;在考虑融雪条件下,实测流量与计算结果之间的误差在基准允许范围之内(小于3%);在积雪与融雪区,对流域"降雨-径流"过程的数值计算须考虑融雪。该研究为积雪融雪区提供了一种耦合融雪的"降雨-径流"过程数值计算的新方法。     

年降雨径流相关曲线型式的探讨

一、引言年径流量是水资源计算工作中最重要的数据之一,当年径流系列较短时,一般是根据较长系列的流域年平均雨量资料,通过年降雨径流关系延长年径流系列,通常采用图解相关法或相关分析法。通过大量资料的计算分析,我们认识到我国湿润地区的年降雨径流相关关系并不都是直线关系,也有曲线关系。由于以往分析年降雨径流关系时所采用的实测径流系列     

黑河上游冰沟流域典型积雪期水文情势

综合研究了黑河上游祁连山冰沟流域2008年积雪期水文情势,以积雪-冻土-径流为框架详细分析了该地区积雪水文特征.采用物质平衡计算了冰沟流域雪蒸发和融水值,并分析了冻土水热变化过程和融雪径流变化特征.积雪期降水总量达到204.6 mm,雪而蒸发为140.8 mm,雪面蒸发在积雪期水文循环中占有重要的位置.3月12日融雪开始,引起3次人规模的融雪峰值;整个融雪季,冰沟流域融雪径流总嚣为3.98×106m3.冻土解冻始于4月12日左右,随着气温升高,土壤含水量变化明显.地形和风速相巨作用,造成积雪的大规模重新分布.     

廊坊市城区集雨量计算方法探讨

随着国民经济的发展,人类越来越向城市集中,致使城市规模越来越大,城市不透水面积不断扩大,形成了城市的特殊气候、水文和地面条件,改变了城市自然环境,对城市降雨径流产生了很大影响。根据廊坊市城区现状,采用了新的计算方法,对廊坊市城区降雨径流关系进行了分析计算,通过验证,该计算方法推算的城区排水量比较准确,该方法可应用于城市防洪及城市排水计算。     

TRMM卫星降水数据在洣水流域径流模拟中的应用

采用地面雨量站点观测降水作为基准数据,评估热带降雨观测计划（TRMM）最新一代卫星降水产品3B42V7的精度;利用站点和卫星两种降水数据驱动栅格新安江模型,采用SCEM-UA算法考虑模型参数不确定性,进行流量过程模拟,评估TRMM 3B42V7在流域水文模拟和预报中的应用能力。数据精度评估显示:在平均意义上,TRMM 3B42V7日降水精度较高,较站点观测低估了6.68%;但在绝对值意义上,TRMM 3B42V7日降水精度较低,绝对偏差达到57.76%;TRMM 3B42V7经过了地面月降水量偏差校准,其精度在月尺度上有较大提高。径流模拟结果表明:TRMM 3B42V7模拟的日径流过程精度较低,有部分洪峰没有捕捉到,但仍能表征径流的日变化特征;月尺度上模拟径流与实测径流吻合较好,能表征径流的季节性和年内变化特征;计算的日尺度和月尺度95%置信区间包含大部分实测流量过程。     

雨量站网布设对水文模型不确定性影响的比较

雨量站网布设会影响径流模拟精度,研究不同雨量站密度和空间分布的径流响应规律对提高径流模拟精度和减小不确定性具有重要意义。应用新安江模型和HBV（Hydrologiska Fyrans Vattenbalans）模型,以湘江流域为研究对象,采用贝叶斯方法比较分析在不同雨量站密度及空间分布下径流模拟的不确定性。结果表明:增加雨量站密度可以降低面雨量的估计误差,使模型在不同的雨量站空间分布下具有较高的模拟精度;通过优化雨量站空间分布,可以减小雨量站网布设导致的模型不确定性,从而提高径流模拟精度;在相同的降雨输入和参数采样方法下,新安江模型和HBV模型对降雨输入导致的不确定性响应规律具有相似性,但是本研究结果显示在湘江流域新安江模型的模拟精度更高,而HBV模型的不确定性更大。     

基于相空间重构理论的时延神经网络应用于降雨径流预报

本文运用时延神经网络模型来模拟降雨径流过程,根据Takens相空间重构理论对前期影响雨量进行重构,并将其作为神经网络降雨输入结点.该方法可以有效改变以往神经网络输入结点主观性的问题,为正确确定神经网络输入结点提供了理论依据.通过计算实例表明,该方法的降雨径流预测精度较高.     

自适应神经模糊推理系统(ANFIS)在水文模型综合中的应用

由于目前已有很多比较成熟的流域水文模型,因此我们可以选用几个流域水文模型进行并行运算,来同时模拟流域降雨—径流关系。在相同的降雨输入情况下,不同模型得到的模拟流量必然会有所不同,模型效率系数和模拟精度也会不同。因此,如何将不同模型的模拟结果进行综合以进一步提高流量模拟精度是一个关键问题。本文选用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)作为水文模型综合平台,以牧马河流域为试验区域,对两个并行运算水文模型(三水源新安江模型和总径流响应模型)的结果进行综合处理,得到了更稳健的流量模拟结果,大大提高了模型效率和模拟精度。该方法值得在实践中借鉴。