利用 Hoton下渗曲线改进TOPMODEL模型的基流模拟

TOPMODEL模型是一个以地形为基础的半分布式水文模型,在降雨径流模拟中得到广泛应用,但也存在着基流过程模拟不尽合理等问题.本文利用Horton下渗曲线改进TOPMODEL模型的基流模拟,并采用羊坪、猴子岩、西峡和东湾四个流域的降雨径流资料进行实例研究.结果表明,改进的TOPMODEL模型不仅能够更加合理地模拟基流过程,而且径流过程的模拟精度要优于原TOPMODEL模型.     

TOPMODEL模型的空间尺度分析

以东江流域的岳城、胜前、东坑、蓝塘和九州五个子流域为例,应用前四个子流域分析DEM分辨率和流域大小对地形指数和TOPMODEL模型模拟结果的影响,探讨TOPMODEL模型对DEM分辨率的依赖性.结果表明:DEM分辨率对地形指数有着显著的影响,且径流模拟精度依赖于DEM空间分辨率,随着DEM空间分辨率的降低模拟得到的确定性系数逐渐减小.为了克服TOPMODEL模型难以考虑降雨空间分布不均对径流过程的影响,建立基于子流域的TOPMODEL模型,将基于子流域的TOPMODEL模型和整个流域的TOPMODEL模型应用九州子流域进行模拟比较,发现基于子流域的TOPMODEL模型能够得到精度更好的模拟效果,而且可以得到不同子流域对流域出口流量过程的贡献度,进而能够分析不同降雨情况下的流域出口洪水过程.     

TOPMODEL 模型在径流模拟中的改进与应用

合理的导水率假设关系对于提高TOPMODEL模型在流域径流模拟中的精度具有重要意义。以旬河流域为例,基于中国土壤水力参数集确定了流域导水率关系,将原TOPMODEL模型的指数型导水率关系修改为抛物线型,并通过引入植被冠层覆盖参数来改进TOPMODEL降雨模块。研究结果表明,选取适用于研究流域的导水率假设关系,可有效地提高TOPMODEL模型的模拟精度。同时,对于以林草地为主要土地利用类型的流域,考虑植被冠层截留的影响可有效改善模型模拟效果。     

辽宁省中小流域径流模拟研究

本文以辽宁省大凌河中小流域为例,结合流域特征对SCS模型采用系统偏差系数k和初损比例m进行改进,并在辽宁省中小流域降雨径流模拟中验证了改进SCS模型的适用性与可行性。研究表明:改进后的SCS模型可准确、有效的模拟辽宁省中小流域降雨径流过程,其模拟效率系数达0.8以上;模型表现出较强的适用性与可靠性,可用于相似流域的径流模拟研究。     

TOPMODEL模型在新疆伊犁河流域水文计算中的应用研究

水文模型对于分析水文活动具有重要的参考意义。TOPMODEL模型是水文模型中应用最广泛的模型之一,本文对TOPMODEL模型的基本理论、基本方程、模型参数以及应用步骤进行阐述,并基于TOPMODEL模型对伊犁河流域进行径流模拟、洪水预报及水文计算模拟研究,模拟结果显示:TOPMODEL模型能够很好的再现伊犁河流域的洪水径流过程,有8个场的测定系数达到丙级以上精度,洪峰相对误差小于20%,合格率为88.9%,研究结果能够为伊犁河流域及相似流域水文活动的预报预警提供一定的理论和技术参考。     

改进的SCS模型在黑龙江省中小流域径流模拟中的应用

针对黑龙江省中小流域特征,以烟筒山、铁力、岔林河桥、中和4个流域为研究区,引入初损比例m和系统偏差系数k两个参数对SCS模型进行改进,探讨改进的SCS模型在模拟黑龙江中小流域降雨-径流的可行性。结果表明:改进的SCS模型模拟的效率系数均为0.80以上,可以有效的模拟黑龙江省中小流域的降雨-径流。     

基于土壤属性的VIC模型基流参数估计框架

"异参同效"现象是水文模型参数率定过程中的一个难题。为了减少需要率定的模型参数个数,从而降低模型参数的相互作用,构建了利用土壤属性直接估计VIC(Variable Infiltration Capacity)模型3个基流参数的框架,并在3个位于不同水文气候条件下的典型流域中作了实例研究。传统的VIC模型参数估计方法需要率定6个参数;而在新的参数估计框架下,需要率定的模型参数从6个减少为3个。蒙特卡罗模拟结果表明新的参数估计框架提高了参数的敏感性。同时,新的参数估计方法模拟的径流过程和之前通过率定得到的径流过程差别很小。GLUE(Generalised Likelihood Uncertainty Estimation)方法分析得到径流模拟的不确定性结果表明:新的参数估计框架计算径流的90%置信区间要明显小于传统方法,而且对于低流量的模拟效果更加明显,也就是说采用新的参数估计框架可以显著降低径流模拟的不确定性。这种基流参数估计方法可以被应用于其他相似的水文模型中。     

BTOPMC模型与新安江模型在史河上游的应用比较研究

介绍了一个由TOPMODEL发展而来的基于栅格的分布式水文模型--BTOPMC模型.选取史河流域黄泥庄水文站以上集水面积为研究区域,在空间分辨率为30秒的数字高程模型数据基础上构建数字流域水系,基于IGBP全球陆面土地覆被数据以及FAO全球数字土壤数据运用BTOPMC模型和新安江模型分别对黄泥庄站1982年到1987年的日径流过程进行模拟.采用模拟与实测洪量比和确定性系数对两个模型的模拟结果进行比较分析.结果表明两个模型都能很好地模拟日径流过程,新安江模型有更好的模拟效果.     

一个三参数的降雨径流模型及其在我国的应用

GR3降雨径流模型属概念性集总式水文模型,具有结构简单、参数少的特点。为研究GR3降雨径流模型在我国的适用性,在长江、黄河、淮河和松花江水系,选择了7个不同尺度、不同气候条件的代表流域试用,以四种误差函数评定模拟效果。结果显示,GR3降雨径流模型在整体过程和水量平衡方面均取得较高的精度;在连续模拟中能够保持令人满意的次洪精度;比较接近的验证期与率定期精度体现了其较好的稳定性;该模型在湿润地区的表现优于半湿润地区。可以说,GR3降雨径流模型在我国有很好的应用前景。     

TOPMODEL在流域径流模拟中的应用研究

介绍了TOPMODEL的基本结构与理论。该模型结构简单、物理概念明确、优选参数少,在集总式和分布式流域水文模型之间起到了一个承上启下的作用。TOPMODEL在国外已被广泛研究,并认为是一个相当成功的流域水文模型。为了进一步拓宽该模型的应用,选择6个不同尺度、分布于不同区域和不同气候条件下的流域来应用研究该模型的径流模拟效果。结果表明,该模型在率定和校核两个阶段的模拟精度都比较高,基本上能达到新安江三水源模型的水平。     

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。      

疏勒河上游径流组分及其变化特征定量模拟

气候变化背景下,西北干旱区内陆河流域的水文过程发生显著变化,制约着地区经济社会和生态建设的稳定发展。定量分析和评估高寒山区径流的变化,有助于加强西北地区水资源的规划管理,实现水资源的可持续利用,保障区域水安全。选取位于青藏高原东北边缘、祁连山西段的疏勒河上游作为研究区,利用包含冰雪消融模块的寒区水文模型分布式SPHY模型（Spatial Processes inHydrology model）对流域的径流过程进行定量模拟,根据模拟结果分析了疏勒河上游近45 a径流组成及径流与各组分的变化特征。结果表明：（1）率定期日径流和月径流模拟的Nash效率系数分别为0.62和0.86,验证期达到0.79和0.95,模拟的月径流与实测月径流过程基本一致;（2）径流由四部分组成,冰川径流占总径流的年平均比例为30.5%,融雪径流的占比为12.9%,降雨径流的占比为13.5%,基流的占比为43.1%;（3）由于气温升高、降水增多,冰川径流与降雨径流均呈增加的趋势,平均增加幅度分别为4.66×10⁶ m³·a^-1和2.46×10⁶ m³·a^-1,融雪径流呈减少的趋势,平均减少幅度为1.01×10⁶ m³·a^-1;（4）近45 a年径流增加了69.6%,冰川融水对流域径流增加的贡献率达到48%,非冰川区降水增加的贡献率达到52%。     

开都河流域山区径流模拟及降雨输入的不确定性分析

选取塔里木河源区的开都河流域为研究区,将流域内气象水文站点数据与遥感数据相结合,利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨等资料,模拟流域水文过程,并在出山口实测径流数据的基础上对模型进行率定和验证;对降雨输入所带来的径流模拟不确定性进行分析,探讨降雨输入的空间异质性对水文预报结果的影响机制.结果表明:MIKE-SHE模型能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,但精度上仍有待提高;降雨输入的空间分布程度对径流模拟有重要影响.FY-2C遥感估算降雨资料能够更好地表达降雨时间的空间异质性,相应地对径流模拟精度也有一定程度的提高.     

提孜那甫河流域融雪径流模拟及不确定性分析

为了开展寒旱山区典型流域融雪径流过程的研究,提高融雪径流模型（SRM）在山区融雪地区的水文过程模拟精度,本文选取新疆提孜那甫河流域作为典型研究区,在SRM径流计算基础上,加入合适的基流数据并进行不确定性分析。考虑4种常见的基流分割方法（数字滤波法、加里宁法、BFI法（滑动最小值法）和HYSEP（hydrograph separation program）法）,基于贝叶斯理论,采用马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）模拟进行参数不确定性分析,对使用不同基流数据SRM的融雪径流模拟表现进行综合评价。分析结果表明,基于加里宁基流分割方法的模型（SRM_K）能够最佳地模拟研究区融雪径流过程（纳什系数NSE在识别期和验证期分别为0.866和0.721,大于其他对比模型）。MCMC模拟能够较好地识别SRM参数,获得可靠的参数后验概率分布。当实测降水资料缺乏或其代表性较差时,TRMM（tropical rainfall measuring mission）卫星数据能够描述研究区的降水过程特征。     

Sobol′方法分析TOPMODEL水文模型参数敏感性

为深入理解TOPMODEL水文模型产汇流机理和分析模型参数选择对洪水模拟影响,使用全局敏感性分析Sobol′方法对TOPMODEL模型单个参数和参数组合对洪水模拟指标影响进行了定量分析。结果表明:模型各个参数单独作用对纳什效率系数、径流总量相对误差和洪峰相对误差影响较小;土壤饱和传导度、坡面汇流速度和土壤下渗率指数衰减速率单独作用对峰现时差影响显著;土壤下渗率指数衰减速率和下渗滞时组合对纳什效率系数、径流总量相对误差、洪峰相对误差影响最大;土壤下渗率指数衰减速率和土壤饱和传导度组合对峰现时差影响显著。     

TOPMODEL模型在岩溶地区的改进与应用

为合理评价岩溶地区水资源,在充分考虑岩溶地区水文要素的空间异质性及各水文单元之间的相互联系的基础上,作者结合TOPMODEL模型的结构特点, 对模型进行了改进。该改进模型在子流域中采用TO PM ODEL模型作产流计算,根据河道的不同属性推求汇流时间,建立汇流模型,增强了模型的分布性,解决了由于岩溶地区地下河的存在无法使用TOPMODEL模型的问题。将此改进模型应用于鄂西蛤蟆颈水库控制流域进行模拟研究,得到了较为满意的模拟结果。      

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。     

非点源污染模型研究

描述了土壤侵蚀的物理过程,分析了影响土壤侵蚀过程的主要因素,提出包括降雨径流模型、土壤侵蚀模型和畜禽污染模型的非点源污染模拟模型(NPSP),并介绍了该模型在爱尔兰Dodder流域的应用.     

基于CA的小流域分布式降雨径流模拟

构建基于元胞自动机(CA)模型的分布式水文模型,模拟小流域内降雨径流过程。从元胞状态、转换规则与时间步长3个方面扩展普通CA模型,包括5个子状态、5个元胞系数及两条转换规则,并实现模型与GIS的集成。以黄土高原岔巴沟流域的降雨径流观测数据对模型进行了验证分析。试验结果表明,确定性系数、峰现时差与洪峰误差3个评价指数都达到一定精度,实现了流域内径流过程的可视化。结合CA模型与GIS技术可以较为有效地模拟流域次降雨径流过程,模型在该试验区是基本适用的。     

淮北坡水区概念性流域水文模型

本文尽可能从土壤物理的角度考虑,提出了适用于淮北坡永区的包括降雨、地表径流、地下径流、潜水蒸发和地下水位波动过程的概念性流域水文模型,并用汾泉河沈丘站以上流域部分年实测水文资料作了模拟及检验计算.