流域生态水文模型研究进展

流域生态水文模型是全球变化下流域生态水文响应研究的重要工具,通过定量刻画植被与水文过程的相互作用及全球变化对流域生态水文过程演变的影响机制,为流域水资源管理和生态恢复提供科学支撑,是生态水文研究的前沿和热点.基于植被与水文过程相互作用规律,流域生态水文模型一方面要充分描述植被与水文过程相互作用和互为反馈机制,另一方面要...     

基于DEM的数字流域特征提取研究进展

数字高程模型(DEM)是地表形态高程属性的数字化表达,利用流域DEM数据构建数字水系模型并提取流域水文特征,是分布式水文过程模拟的重要基础。DEM中闭合洼地和平坦区域的处理、流向的确定以及DEM分辨率的大小都直接影响着流域水系特征提取的质量与效率。针对当前基于DEM提取河网与流域特征的诸多问题,阐述了DEM数据提取流域水系特征的原理,回顾了数字水系模型与流域特征提取方法,评述了洼地和平地的处理方法及水流方向的确定方法的研究进展,介绍了当前基于不同DEM数据类型的提取方法研究,探讨了DEM尺度和分辨率对提取流域特征的影响,总结了平缓区域数字水系和河网提取的研究进展。     

黄河典型流域分布式水文过程模拟

基于水循环物理过程的分布式水文模型的研究和应用已经成为当前水文学研究的热点之一。本文应用大尺度分布式水文模型SVAT&HYCY ,选择黄河的主要支流洛河卢氏以上流域进行实例研究。根据 1990～ 1996年的资料进行的模拟结果表明 ,模型可以反映流域蒸散发的空间分布特征以及径流的形成过程。但是在模拟的径流值与实测值之间还有一些差异。这种差别一方面是因为实际径流包含了人类活动的影响 ,另一方面 ,空间插值方法是否准确反映模型的输入量 (特别是降水 )的空间分布特征也将影响模拟精度。     

LASCAM水文模型在流域生态水文过程研究中的应用——模型理论基础

LASCAM水文模型是一种大尺度分布式概念水文模型,介于高精度分布式水文模型和集总式经验模型之间,是基于亚流域空间单元建立的中等精度的分布式概念模型。LASCAM模型在亚流域空间单元定义了3个概念性土壤水库,在经验方程的基础上:①建立亚流域各土壤水库与亚流域生态特征(LAI)和气候(降雨)之间函数关系;②通过对亚流域的降雨-植冠截流过程、地表产流过程、表层入渗-亚表层产流过程、亚表层入渗过程的模拟,揭示降雨在亚流域的(地表和亚表层)径流和入渗等环节的再分配过程;③基于亚流域各土壤水库的水量(水位)建立了各土壤水库之间的水通量过程方程;④建立亚流域各库的蒸散发与生态特征(LAI)之间的函数关系模拟各库的蒸散发过程。最后,通过河道径流演算法则,并依据亚流域与流域总体之间的分布式关系,将各亚流域的径流汇总到整个流域,从而将亚流域空间的水文响应扩展到流域整体空间上,实现了大尺度异质性流域的水文过程和水量平衡模拟。     

基于遥感驱动分布式时变增益水文模型

提出了一个完全采用遥感数据驱动的分布式时变增益水文模型,该模型通过融雪、产汇流等水文过程计算,给出流量的雪盖、蒸散发、径流等水文要素。在拉萨河流域,该模型采用遥感USGS-SRTM的3秒DEM、遥感TRMM(The Tropical RainfallMeasuring Mission)降水、Modis-LST(Land Surface Temperature)数据,建立分布式水文模型,模拟了2001-2008年日水文过程。模拟结果效率系数接近0.7,相关系数接近0.8,水量平衡误差5%以内。说明完全依靠遥感驱动水文模型进行水文水资源模拟可行。该模型为解决高寒山区无资料或缺资料地区水文水资源问题提供了一个新方法。     

塔里木河源流山区径流模拟及不确定性研究

自然环境恶劣、站点稀少、观测困难是干旱区水文系统研究面临的基本问题。特殊的自然地理条件给水文过程带来了极大的复杂性和不确定性,也阻碍了干旱区水文过程和机理研究的发展。选取塔里木河源区开都河流域为研究区,采用分布式水文模型MIKE SHE模拟大尺度资料稀缺地区水文过程,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;在出山口径流数据的基础上对模型进行率定和验证;分析了模型中的不确定性的来源,探讨模型优化方法。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,但精度仍有待提高;通过分析识别出了隐含于模型结构、输入及参数等3个方面的8种不确定性来源。     

基于DEM的复杂地形流域特征提取

利用流域数字高程模型(DEM)构建数字水系模型并提取流域水系特征是分布式水文过程模拟的重要前提。提出了面向分布式水文过程模拟和流域特征提取的数字水系模型,并针对现有方法对复杂地形DEM中含有的平地、洼地及其嵌套情形的处理不足,提出了栅格水流分类、填洼分类与归并及有效填平处理、河谷平地的出流代价法构建栅格流向和流序等新的处理方法,并在开发的软件系统得到实现。使用该方法创建的黄土岭流域数字水系模型和提取的水系等流域特征结果表明:本文方法可有效应对复杂地形流域的处理,提取的流域水系特征与实际自然水系比较吻合,能够有效地消除现有方法在地形平坦区域容易产生的平行河道、奇异河道、河道变形等不足。     

基于模块的分布式水文模拟系统及其应用

由于水文循环过程的复杂性和空间变异性,集成不同的水循环模型,基于模块化结构、构建面向多目标的水文模拟系统已经成为当今水文模拟技术发展的一个重要方向。本文从科学研究和水资源管理的实际需要,首次研发国内基于模块化的分布式水文模拟系统,并提出了“信息化水文模拟系统(HydroInformatic Modeling System, 简称HIMS)”。HIMS是一个以水循环信息平台为基础,基于组件式结构设计的开放式综合水循环模拟系统,侧重于分布式水文过程的模拟与应用。文中对HIMS的设计思路,主要功能与结构进行了详细介绍,包括基于国产GIS软件SuperMap的水循环信息系统、模型数据前/后处理系统和水文模型方法库系统。其中,HIMS的水文模型方法库系统集成了水文过程方法库和多种水文模型,并提供定制水文模型的功能。HIMS的提出发展了水文模型理论和建模技术,拓宽了国内分布式水文模型的研究思路。     

多源降水数据的小流域水文模拟效用评估

小流域是研究小微尺度水文水资源系统演变规律的理想对象，是用于计算河流产水产沙 的最小单元，是水文及水土流失研究与管理的最佳地域尺度。通过遥感技术，气候模式获得降水 数据，并驱动分布式水文模型，模拟和预测水文过程，是流域水文水资源研究的必然趋势。以 NO? AA-CPC-US 降水作为参照，在美国不同地区的 9 个小流域，评估卫星降水产品 PERSIANN，PERSI? ANN-CDR，TRMM-3B42V7，GPM-IMERG，雷达降水 StageIV 以及气候模式 ERA5 降水产品的精度， 并用这 7 种降水产品驱动 CREST 分布式水文模型，评估了 7 种降水产品的水文模拟效用。研究表 明：各降水产品与 NOAA-CPC-US 降水吻合程度从高到低，依次是 StageIV 雷达降水，PERSIANN- CDR 和 GPM-IMERG 次之，再次是 PERSIANN 和 ERA5，最后是 TRMM-3B42V7。各降水产品在美 国北部高纬度地区和西部山地等区域的小流域降水估算精度略低，在美国中部，南部，东部的小流 域有较好的降水精度。在水文模拟效用评估中，设定相同率定期，分别使用 7 种降水产品率定 CREST 模型参数，得到率定参数集后，在相同验证期对流域日径流过程进行模拟。结果表明：NO? AA-CPC-US 和 Stage IV 雷达降水在各小流域水文模拟中效果较好，在美国北部和西部地区，使用 PERSIANN，PERSIANN- CDR，GPM- IMERG，ERA5 降 水 进 行 水 文 模 拟 时 需 要 谨 慎 。 TRMM- 3B42V7 的小流域水文模拟效果不理想。     

黄河流域水循环研究的进展和展望

总结了黄河流域水循环研究的进展,指出缺乏立足于水循环整体的机理过程的探讨及缺乏较成熟的流域水文模型是已有研究的不足。为能更好地模拟水文过程对各种作用力的响应,今后研究的方向将是建立既考虑垂向水分和能量传输(如降水,蒸发,感热),又考虑水平向的地表水分运动(汇流)和地下水基流过程的黄河流域的分布式水文模型。模型将结合遥感信息与地面资料,建立与区域大气环流模式(GCM)的接口,辅之以野外生态试验小区、径流试验场和室内试验的资料,以深入探索黄河流域水循环动力学机制     

气候变化情景下青海湟水流域径流变化的HIMS模拟分析

基于国产HIMS(Hydro-Informatic Modeling System)模型,以青海湟水流域为研究区域,利用1986-2000年33个雨量站和8个气象站的逐日降水和气温数据,对其径流变化进行模拟;选取流域内6个水文站同期的实测径流数据,进行参数率定及验证。结果表明:HIMS模型日、月率定及验证结果良好,在湟水流域具有良好的适用性。在此基础之上,分析了湟水流域1961-2010年降水及气温的变化趋势,并对不同气候变化情景下的水文响应(径流量)进行模拟分析。结果显示气候变化对湟水流域径流量变化趋势影响显著,随气温升高和降水量的减少,径流量呈明显的减少趋势,反之,呈增加趋势。     

基于遥感数据的叶尔羌河流域水文过程模拟与分析

在西北荒漠-绿洲生态系统中,山区水循环对下游水资源管理具有重要作用。为了准确地理解高寒山区水文过程,以降水、温度和潜在蒸散发的遥感数据为模型输入,建立叶尔羌河流域的MIKE SHE模型。根据模型输出,从径流、积雪和蒸散发三方面探讨了流域的水文过程。结果表明：经校正后的遥感产品在叶尔羌河流域的水文模拟中取得了良好的应用效果,出山口卡群站日径流的效率系数达0.71,相关系数达0.85。河道的年平均径流深为146.66 mm,其中稳定的基流补给占21.3%。流域的年平均降雪231 mm,占总降水的74%左右;73.9%的融雪发生在7-9月,积雪主要分布于5000 m以上区域。蒸散发以7-9月中低山区植被覆盖良好的针叶林和草地为主。选用合适的方法对遥感数据进行验证和率定,有助于提高对资料缺失的高寒山区流域水文过程的认识。对不同水文要素进行分析验证,可更准确地理解水资源的转化、储存方式及其时空分布,以便为下游水资源管理提供依据。     

SWAT模型参数敏感性分析及应用

地理信息系统(GIS)支持下的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型以流域离散化空间参数来描述流域水文变化特性,从物理意义上表达流域内的水文过程,但众多不确定的参数影响了模型的应用效果,因此有必要对参数进行敏感性分析。将SWAT模型应用到祁连山黑河上游山区流域,进行了11年(1990-2000年)逐日径流模拟,通过一个简便的敏感性分析方法,将模型影响水文过程的参数分成4类敏感级别,最后确定模型的参数。在11年的逐日模拟中,1990-1995年为参数敏感性分析期和模型率定期,1996-2000年为模型的检验期,模拟结果显示,在黑河山区流域,丰水年逐日出山径流的模型效率系数R2达到0.8以上,平水年和枯水年R2在0.51~0.79之间。     

新安江模型在高寒无资料地区的水文过程模拟(英文)

由于冰雪的存在及缺乏地面观测站点资料,高寒地区的水文模拟研究一直面临很大的困难。遥感数据能够提供大范围时空尺度上的地面信息对无资料地区有很大帮助。MODIS数据具有较高的时空分辨率深受人们关注。本文以长江上游泥曲流域为例,探求将MODIS遥感数据与地面气温数据相结合对新安江模型径流模拟的帮助,方法步骤如下:(1)建立MODIS雪覆盖面积与流域周围站气温关系,获取气温阈值;(2)依据气温阈值判别降水形式并计算融雪水当量;(3)将雨雪分离后的降水信息输入新安江模型模拟径流,并与新安江模拟结果(未考虑雨雪分离)和实测径流进行比较。研究结果显示改进方案(考虑雨雪分离)模拟效果更好,将有助于提高新安江模型在高寒无资料地区的径流模拟精度,为高寒无资料地区水资源管理及生态需水研究提供帮助。     

黄河万家寨水库流域降雨径流的分布式模拟及率定

应用SWAT (Soil and Water Assessment Tool)模型,研制了黄河万家寨水库流域分布式降雨径流模拟系统,并对万家寨水库流域进行了10年（2000-2009年）径流模拟。其中,以2000-2006年为系统参数的敏感性分析期和模型率定期,以2007-2009年为模型的验证期,模拟结果显示,万家寨站点上模拟径流与实测径流过程线的相关系数达到0.97以上。在此基础上还将数值预报模式与模拟系统相耦合,对万家寨水库入库径流进行了预报和检验分析,结果较好。因此,该模拟系统能够较好地反映万家寨水库入库径流量的变化过程,具有一定的适用性,为进一步进行降雨径流预测提供了技术支撑。     

Hydrological Characteristics of the Heihe River Basin in the Arid Inland Area of Northwest China

The hydrological characteristics of the Heihe River Basin in the arid inland area of northwest China were investigated.The spatial distribution of annual precipitation in the basin indicates that it decreases from east to west and from south to north,and increases with elevation by a gradient of 24.4 mm per hundred meters below 2,810 m a.s.l.,but decreases with elevation by that of 37.0 mm per hundred meters above 2,810 m a.s.l.For the last 50 years,the mountain runoff of the ba-sin has a tendency of increase.Except in the mountain area,the aridity is very high in the basin,and the aridity index ranges from 1.6 to 7.0 at the piedmont,to 9.0～20.0 in the midstream area and up to 40.0 in the downstream Ejin region.It is estimated for the last 50 years that a 1oC increment of annual temperature causes a 21.5 mm increase of evaporation in the mountain area,and the equivalent reduction of mountain runoff is 0.215×109 m3/yr at the Yingluoxia Hydrometric Sta-tion.The estimation shows also that a 1oC increment of annual temperature causes 1,842 mm increase of farmland evapotranspiration in the midstream area,an equivalent of 0.298×109 m3/yr more water consumption.The anthropogenic influence on the hydrological processes and water resources is then discussed.     

泾河流域上游景观尺度植被类型对水文过程的影响

选择具有土石山区的泾河流域上游为研究对象,应用生态水文模型SWIM对上游景观尺度下各植被类型水文效应进行了模拟,并针对上游土石山区和黄土区分海拔段进行了植被分布的水文格局影响分析。结果表明：泾河流域上游的森林、农田、草地各植被类型的蒸散及组分、径流深和土壤深层渗漏各水文过程具有显著差异,不同区域（土石山区和黄土区）的同一植被类型的各水文过程明显不同;同时,植被景观格局存在区域和海拔差异,这使得不同区域和海拔段的各水文过程有所不同。如在土石山区,以森林为主的海拔段2 250-2 922 m降水量和蒸散量均最大（分别为641 mm和484 mm）,以农田、草地和森林均有分布的海拔段1 750-2 250 m降水量较大（590 mm）,但蒸散量最低（仅为434 mm）;而在较为干旱的黄土区（降水量为514 mm）以农田和草地为主两个海拔段（1 026-1 350 m和1 350-1 750 m）的蒸散量较高（分别为458 mm和440 mm）。另外,从各水文过程要素与降水的比值看,两个区域之间差异比较明显,但同一区域不同海拔段间差异不明显。     

未来气候变化对淮河流域径流深的影响

本文运用多元回归方法,建立有关气候-径流深的数学模型,并用该模型预测在未来气候变化的15种可能情景下淮河三个代表子流域径流深的变化。结果表明:年径流深随年降水量的增加而增加,随年均温度的升高而减少;不同流域对各种气候变化的响应存在着明显的差异,反映出整个淮河流域不同自然地理条件的影响;不同季节的径流深对各种气候变化的响应也存在明显的差异,体现了季风气候对径流的影响。文章还特别关注了暖干天气组合下径流深的变化,提出这种极端气候情景对工农业生产和国民经济建设有着严重的负面影响     

青海湖水量变化模拟及原因分析

为了探讨气候变化和人类活动对流域水文过程的影响,以分布式水文模型SWAT为基础,结合湖泊水量平衡模型,建立了青海湖水位(水量)模型,模拟了青海湖过去几十年水位变化过程。水文因子分析表明,20世纪80~90年代青海湖流域径流和湖泊水位变化的主要原因是气候变化。根据不同气候情景,对未来青海湖水位变化进行了预测。结果表明,未来30年径流增加的可能性比较大,青海湖水位下降速度将会减缓甚至出现上升趋势。这一结果将会缓解青海湖流域水资源日益紧张的局势,并有利于植被的恢复,减少土地沙化面积,对流域生态环境的改善和社会经济的发展将会有极大的帮助。