平治河岩溶流域退水规律分析与降雨径流模拟

以平治河岩溶流域为研究对象,分析其地下退水规律,将其划分为9个子流域,在传统新安江模型基础上,将地下径流划分为慢速和快速地下径流,分别采用两个线性水库进行模拟,构建降雨-径流模拟方案,并选取2011-2015年期间的7场洪水作为率定期洪水,以确定性系数（DC）最大为优化目标,应用遗传算法率定模型参数,而以8场洪水作为验证期洪水进行验证分析,获得率定期合格率为85.71%,平均确定性系数为0.846,验证期合格率为75%,平均确定性系数为0.893,达到乙级精度。其结果表明所构建的模拟方案能够较好地模拟该流域的径流规律。      

基于SWAT模型的资水流域径流模拟

以资水流域柘溪水库以下区域为研究对象,基于构建的分布式水文模型SWAT对水文过程进行模拟。在地面高程、土地利用、土壤、气象等数据预处理的基础上,采用2010~2011年实测径流数据进行参数率定,采用2012年实测径流数据进行模型验证,对模型在研究区的适用性进行研究。通过对径流模拟值和实测值的比较,月径流率定期和验证期的相关系数R~2和Nash系数Ens分别在0.93以上和0.91以上,日径流率定期和验证期的相关系数R~2和Nash系数Ens分别在0.78以上和0.70以上。基于这两个评价标准可知SWAT模型在资水游流域有良好的适用性,可为流域内拟建桃花江核电厂的取水安全分析和水环境影响评价提供技术支持。     

干旱区资料稀缺流域日径流过程模拟

选取具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE来模拟大尺度资料稀缺地区水文过程。以塔里木河主要源区之一开都河流域为研究区域,将流域内气象水文站点观测数据与遥感数据相结合,运用GIS空间分析方法修正数据输入。利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程和降雨等资料,研究大气、陆面、地表水和地下水的相互作用机理,通过模型敏感性分析确定了5个"自由"参数,并依据出山口水文站数据对模型进行率定和验证。结果表明,MIKE SHE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,模型效率系数达到0.7以上,率定期与验证期水量平衡误差均小于3%,模拟径流与实测径流高度相关。     

干旱区资料稀缺法流域日径流过程模拟

选取具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE来模拟大尺度资料稀缺地区水文过程.以塔里木河主要源区之一开都河流域为研究区域,将流域内气象水文站点观测数据与遥感数据相结合,运用GIS空间分析方法修正数据输入.利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程和降雨等资料,研究大气、陆面、地表水和地下水的相互作用机理,通过模型敏感性分析确定了5个"自由"参数,并依据出山口水文站数据对模型进行率定和验证.结果表明,MIKE SHE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,模型效率系数达到0.7以上,率定期与验证期水量平衡误差均小于3%,模拟径流与实测径流高度相关.     

东北半干旱地区流域分布式水文模拟——以洮儿河流域为例

以东北半干旱地区典型流域-洮儿河流域为研究对象,应用SWAT模型对流域水文过程进行了模拟研究;选择流域上游子流域和中下游子流域分别进行参数敏感性分析,识别出影响模拟结果的敏感参数,研究发现部分参数敏感性存在空间变异性,分析主要原因在于气候和下垫面的空间异质性导致了流域上下游产流模式存在差异。采用1988-1997年水文气象数据进行模型率定和验证,结果表明：干流水文站月流量过程率定期Nash-Sutcliffe 效率系数平均值为0.78,验证期为0.72,相关系数都达到0.86以上,水量误差大多在20%以内,对日过程的模拟也有较高的精度;枯水年模拟结果较差,主要是因为流域降水站数量不够,难以反映降水的时空分布。对于水文、气象等资料相对缺乏的东北半干旱地区,SWAT模型的模拟结果总体令人满意,可以应用于与流域径流相关的各种模拟分析,研究成果对进一步加强洮儿河流域水资源综合管理提供了依据和手段。     

SWAT模型在海拉尔河流域径流模拟中的应用研究

以海拉尔河上游流域作为研究区域,基于Arc GIS构建SWAT分布式水文模型对流域水文过程进行模拟,通过对流域的基础数据整合,模型采用1999~2003年实测径流数据进行参数率定,将2004~2010年实测径流数据作为模型的验证期,对模型在海拉尔河上游的适用性进行研究。通过对月和年径流模拟值和实测值的比较,率定期和验证期的Nash系数Ens和相关系数R2分别在0.861~0.873和0.877~0.899之间。基于这两个评价标准可知:SWAT模型在海拉尔河上游流域有良好的适用性,可以为该流域的水资源管理提供依据。     

基于单位线反演的产流误差修正

为提高实时洪水预报的精度,将单位线引入实时洪水预报修正中,建立一种向信息源头追溯的反馈修正模型。用最小二乘估计原理,通过推求产流量误差,用理想模型对误差修正模型进行了验证,并对不同范围的产流量误差修正效果进行对比。在浙江长潭流域对11场历史洪水进行修正验证,效果明显,对预报精度有一定的提高。该方法结构简单,且不增加参数,物理概念清晰,又不损失预见期,可以在实际流域洪水预报中推广应用。     

基于PCRaster的流域非点源氮磷负荷估算

以太湖流域上游的西笤溪流域为研究区,应用动态环境模拟语言PCRaster构建月水文和氮磷营养物质输出模型,分析流域内氮磷输出的时空分布特征。以输出系数法为基础,将分布式水文模型与非点源负荷模型相结合,应用地理信息技术构建基于栅格的非点源污染模拟模型,根据1988~2007年的水文、水质实测数据对模型进行率定和验证,定量分析西笤溪流域非点源污染负荷量与氮磷输出的空间分布。研究结果显示:基于单元网格的月水文模型在该流域具有较好的应用效果,率定和验证期的Nash系数和线性相关系数R2均超过了0.80。应用模型估算西笤溪流域非点源污染2002~2005年总氮年输出量为1 670~2 035t/a,2002~2007年总磷输出量为102~164t/a。氮磷负荷的空间分布表明以稻麦或水稻/油菜轮作的农田是非点源污染的最主要来源。     

考虑动态汇流路径的时变分布式单位线

针对现有分布式单位线汇流理论未考虑土壤含水量变化引起的时变汇流路径问题, 提出动态汇流路径新概念, 推求同时考虑降雨强度和土壤含水量时空分布的坡面流速计算公式, 引入地形指数刻画流域蓄水能力空间分布, 从而获得栅格尺度流域流速分布场, 进一步建立不同蓄满状态下流域动态汇流路径集合, 最终实现考虑动态汇流路径的时变分布式单位线推求。以龙虎圩和东石流域为实例, 通过SCS模型计算产流量, 采用本文所提方法进行汇流计算, 引入涵盖低流量误差、高流量误差及洪量误差的多目标优化方法率定参数, 2个典型流域28场洪水预报结果表明, 洪峰流量相对误差在±15%内, 峰现时间误差在±6 h之间, 纳什效率系数平均值超过0.8, 与现有方法相比, 所提方法能更加准确地反映汇流时间分布场, 提高了洪水预报精度。     

ESSI分布式水文模型在淮河流域的应用

以淮河小柳巷水文站以上各支流组成的流域为研究对象,应用ESSI分布式水文模型对流域出口的年、月、日径流以及流域水文空间过程进行模拟以验证模型的适用性和模拟精度。选取合理的模型运行方案组合,以2001~2004年作为模型校准期,率定出模型参数,并用2006~2009年的实测水文数据进行模型验证。结果表明ESSI模型率定得到的参数在研究区具有一定的代表性,较为准确地概化描述了研究区的水文过程,在淮河流域中上游具有良好的适用性;此外,模拟的水文空间过程与淮河流域的客观规律相近,表明ESSI模型对各水文过程具有合理的描述和表达,为水资源的时空动态变化规律研究提供良好的模拟平台。     

考虑径流成分的雅鲁藏布江月径流模拟

通过构建雅鲁藏布江流域分布式水文模型SWAT,并以1989~1998年为率定期,1999~2005年为验证期对3个水文站(奴各沙、羊村、奴下)的月径流进行了模拟。从模型参数组里选取径流成分模拟不同的2组参数,以Nash-Sutcliffe效率系数(NS)、相关系数(R~2)及相对误差(PBIAS)为评价指标,来分析模型的模拟结果好坏。结果表明:率定期内,在径流成分1下奴各沙、羊村站和奴下站的R~2值高达0.9以上,NS系数分别为0.9、0.92和0.72,PBIAS的值为7.1%、18.5%及34.2%,但径流成分与实际情况出入较大。而径流成分2下,模拟得到的评价指标虽然不是很高,但径流成分比较合理。验证期总体结论一致。因此,建议在模型率定验证中要充分考虑径流成分的作用,从而提高模型模拟的精度。     

赣江流域TRMM遥感降水对地面站点观测的可替代性

多卫星遥感降水产品为无/缺资料地区的水文过程模拟提供了新的数据来源。结合地面高密度雨量站网,在中国典型暴雨区赣江流域定量评估两种TRMM降水产品(3B42V7和3B42RTV7)的精度,并通过耦合分布式水文模型CREST,探讨了水文模拟中TRMM卫星降水产品对地面观测降水的可替代性。研究表明:3B42和3B42RT与地面观测流域平均月降水相关系数达到0.9以上,偏差在5%以内,日尺度上相关性略差,偏差略有增加。同时设计2种水文模拟对比试验:情景I为静态参数,使用地面雨量站降水率定模型参数,采用卫星降雨验证模型;情景II为动态参数,采用卫星数据重新率定模型参数,再利用卫星降雨验证模型。对比结果表明:情景II中完全使用TRMM降水后模型效果明显改善,证明TRMM卫星数据在赣江流域具有替代地面站点观测的潜力,但需要重新根据卫星降雨率定模型。     

基于地貌参数法的无资料地区洪水预报研究

为了探索无资料流域的洪水预报问题,以改进的HBV模型为例,介绍应用地貌参数法推求无资料地区模型参数的方法。并利用武江流域实测50场雨洪资料,对改进的HBV模型进行率定,在参数达到较好的模拟效果后,与流域的地貌参数建立相关关系,然后利用所建立的相关关系及武江支流田头水和韩江支流丰良河的地貌参数,推求模型参数,最后用田头水和丰良河各50场洪水进行验证,取得了较好效果。     

基于SoilGrids的栅格新安江模型参数空间分布估算

为实现中小流域降雨径流过程精细化模拟, 合理估算水文模型参数的空间分布具有重要意义。基于新版全球数字土壤制图系统(SoilGrids)构建栅格新安江模型(GXM)参数化方案, 对陕西省陈河流域2003—2012年16场洪水进行模拟, 与新安江模型计算结果进行对比, 开展基于洪水过程划分的自由水蓄水容量敏感性及空间分布特征量化分析。结果表明: GXM模拟的峰现时间误差水平降低约0.31 h, 洪峰和洪量模拟精度较高, 模型能够对土壤水饱和度等水文要素的动态空间分布进行较合理的模拟; 自由水蓄水容量参数对洪峰和涨洪过程的确定性系数以及涨洪段的洪量相对误差影响较大, 对退水过程影响小; 自由水蓄水容量在陈河流域河谷和山脊附近较大, 坡段中部较小。     

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.     

坡地径流入渗机制对水文模拟的影响分析

建立了适用于栅格单元系统的基于运动波理论的降尺度新安江模型(KWXAJ)。在栅格单元中采用新安江模型计算产流,运动波模型进行坡面汇流演算。模型中,为考虑上游坡地单元入流的径流入渗(run-on)效应,在进行坡地产流计算时,降雨及上游坡面流及壤中出流被同时作为来水输入新安江模型。在运动波模型中,糙率系数依据土地利用方式及洪水量级确定。选取淮河史灌河流域黄泥庄以上集水区域,作为研究区域。用流域历史上的13次洪水过程来率定和验证此模型。研究表明,run-on机制对流域产汇流预测有重要影响,其显著影响流域内土壤蓄水量时空分布,进而改变产汇流机制。数据分析还显示,不考虑run-on机制将导致模拟洪峰滞后。     

CMADS降水数据在温带东亚季风气候区水库控制流域适用性——以潮白河、东洋河流域为例

为探究中国气象同化驱动数据集（CMADS）降水数据在温带东亚季风气候区水库控制流域情景下水文模拟中的适用性,选择SWAT （soil and water assessment tool）模型为研究工具,分别以CMADS降水数据与年鉴实测降水数据为模型输入项,以水文站实测月径流资料对模型模拟结果进行参数率定及验证,对潮白河流域有水库、无水库控制情形下水文径流进行模拟,并对东洋河流域有水库控制情形下以CMADS降水数据作为模型输入项进行了水文径流模拟。结果表明：在潮白河流域无水库控制的支流潮河水系,CMADS降水数据和实测降水数据支撑下的模型在率定期R²（决定系数）分别为0.64、0.83,E_NS（纳什系数）分别为0.64、0.83,验证期模型R²分别为0.61、0.83,E_NS分别为0.58、0.60;在潮白河流域有水库控制的支流白河水系,CMADS降水数据和实测降水数据支撑下的模型在率定期R²分别为0.89、0.87,E_NS分别为0.87、0.86,验证期模型R²分别为0.61、0.67,E_NS分别为0.61、0.65;在东洋河有水库控制流域,CMADS降水数据支撑的模型率定期R²=0.84,E_NS=0.78,验证期R²=0.87,E_NS=0.85。说明CMADS降水数据在有水库、无水库控制流域情景下的水文模拟中均具有较好的适用性。因此CMADS降水数据可以用于温带东亚季风气候区水库控制流域水文模型的建立。     

基于变动饱和带的产汇流模型及其参数确定方法

当前分布式水文模型的参数确定仍主要依赖率定方式, 在缺资料地区应用受到限制。建立一种基于变动饱和带产流模式和网格水滴汇流方法的分布式产汇流模型, 提出利用下垫面特征来确定模型参数的方法。结合野外入渗试验和参数敏感性分析, 建立地表饱和水力传导度(K_0z)和饱和水力传导度随深度衰减系数(f)2个敏感性产流参数与地形参数、土壤类型数据的定量统计关系, 利用野外坡面流观测试验确定坡面汇流参数, 并在多个实际流域进行应用验证。结果表明: ①利用地形参数确定K_0z与使用遥感资料确定K_0z的模型精度进行对比, 在姜湾实验流域场次洪水模拟的平均确定性系数从0.82提高至0.86, 洪峰与洪量误差的平均绝对值分别降低了2.2%和0.95%, 但峰现时间误差平均绝对值增大了4%(仍控制在2 h内)。②建立姜湾等14个流域参数f率定值与不同深度土壤类型数据的定量关系, 移用至七邻等6个流域进行验证, 表明参数f关系式与模型率定的精度非常接近, 相对误差的平均绝对值为2.8%, 场次洪水模拟的平均确定性系数为0.83, 洪峰与洪量误差的平均绝对值为10.07%和6.86%, 峰现时间误差的平均绝对值为2.61 h。提出的敏感性产流参数确定方法与野外实测、模型率定、遥感资料推求等方式进行对比, 均具有较高的参数估计精度和场次洪水模拟精度, 在缺资料地区具有适用性。     

基于HBV模型的太子河流域径流变化情景预估

以太子河流域为研究区域,采用HBV水文模型对流域的水文过程进行模拟,并选取RegCM4.4区域气候模式输出的平均气温和降水数据来驱动HBV水文模型,模拟逐日径流过程,分析RCP4.5排放情景下未来太子河流域径流的演变。结果表明,HBV水文模型在太子河流域模拟效果较好,率定期与验证期Nash效率系数与确定性系数均在0.60以上,模型基本模拟出了洪水对降水的响应过程。RCP4.5情景下,2021 2070年太子河流域年平均气温呈持续升温趋势,流域降水和年径流深度呈微弱减少趋势。相较于基准期,年径流深度将增多9.79%,夏季和秋季径流深度上升明显。径流分位数的变化表明,峰值极端径流和枯水极端径流均较基准期有不同程度的增多,未来太子河流域发生极端洪涝的可能性较高。     

山区小流域洪水分布模式模拟与危险性评估

流域暴雨山洪过程时空异质性强,准确评估雨洪变化特性和洪水危险性对山洪灾害防治具有重要意义。以7个降雨特征指标和6个洪水特征指标刻画流域场次雨洪特性,采用中国山洪水文模型和洪水频率指标相结合,模拟和评估口前流域洪水过程及其危险性。结果表明：场次洪水洪峰模数、洪峰时间偏度、高脉冲历时占比、涨落洪速率与降雨总量、平均雨量、最大雨强、雨峰位置系数、基尼系数等降雨特征指标显著相关,三场致灾洪水过程的降雨均呈现量级大、强度大、历时短、暴雨中心偏中下游的特点;率定期和验证期的平均径流深相对误差均在9%以内,平均洪峰流量相对误差均在11%以内,平均峰现时间误差均在1.7 h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.80和0.76;各场次洪水有0.0%～93.3%的河段流量达到一般危险及以上等级,三场致灾洪水过程的危险性等级最高,分别有80.0%、35.0%和1.7%的小流域河段流量达到高危险及以上等级。研究可为山区小流域暴雨洪水危险性评估、灾害响应和复盘等提供技术支撑。