中国不同气候区河川径流对气候变化的敏感性

利用一个简单的月水量平衡模型,模拟了位于中国不同气候区的21个典型流域的径流量过程,采用假定的气候情景,分析了河川径流量对不同气候变化的敏感性。结果表明,所采用的月水量平衡模型能够较好地模拟不同气候区的月流量过程,21个典型流域的Nash-Sutcliffe模型效率系数大多超过65%,水量平衡误差也均控制在1%以内。黄河以北干旱半干旱地区的典型流域径流量对气温和降水变化的响应敏感,其次为华中、华南半湿润区和湿润区,西部高寒山区径流对气候变化的响应最弱。因此,中国适应气候变化的重点应集中在干旱半干旱地区。     

考虑植被和人类活动影响的水文模型参数时变特征分析

变化环境下流域水文物理特性常呈现"非稳态"特征,代表流域特性的模型参数也会随之发生变化,因此,开展水文模型参数时变研究有助于提高水文模拟精度。考虑植被条件和人类活动对水文过程的影响,基于植被归一化指数、人口、地区生产总值、粮食产量和有效灌溉面积5个指标建立两参数月水量平衡模型参数的时变函数表达式,并考虑4种参数时变情形。选取直门达、张家山、咸阳、横江、丹江口和峡江站6个水文站分析对比4种情形下模型的径流模拟结果及其不确定性。结果表明:所有站点在1982—2006年内水文物理特性呈现"非稳态"特征;且较常参数而言,时变参数模型模拟效果更好,并获得更优的确定性预报结果,其中直门达站径流模拟精度提高最为显著,率定期和检验期内的纳西效率系数（N_S）分别提高了10.3%和8.8%。该研究可以为变化环境下流域水库调度、水资源规划与管理等提供理论依据和技术支撑。     

SWAT模型水文过程模拟的数据不确定性分析——以青海湖布哈河流域为例

降水、 气温的空间分布是影响流域水量平衡模拟的关键因素, 运用距离权重反比法(IDW)、 梯度距离权重反比法(GIDW)、 样条函数法(Spline)和克里金插值法(Kriging)对青海湖流域及周边地区43个气象站1995-2009年逐日气温和降水进行了空间插值, 并以气象要素空间插值数据驱动模型, 进行布哈河流域径流模拟. 选用布哈河口月平均流量, 以Nash-Suttclife系数(E_ns)、 相关系数(R)和相对误差(R_E)为评价指标, 进行校准期(2000-2004年)和验证期(2005-2009年)的径流模拟效果比较. 结果表明: 径流模拟精度较高, GIDW和IDW更适合于布哈河流域的气象要素空间化, 并且气象要素空间插值数据误差是引起模型模拟不确定性和参数据不确定性的原因之一.     

SWBM模型在锡林河流域气候变化影响评价中的应用

以内蒙古地区的锡林河流域为研究对象,采用考虑融雪的水量平衡模型(SWBM模型),在对锡林河流域水文模拟的基础上,评估了流域水资源对气候变化的响应。结果表明:SWBM模型锡林河流域月径流过程具有较好的模拟效果,率定期和检验期的模型效率系数均超过60%,相对误差也均小于8%,在未来全球气候变化背景下,流域水资源以减少趋势为主,2030年之后,减少幅度将可能超过10%。     

1955—2008年冬克玛底河流域冰川径流模拟研究

采用HBV水文模型,对长江源区有冰川覆盖的冬克玛底河流域日径流进行了模拟试验研究.使用冬克玛底河流域周边4个有长期观测资料的气象站日气温、日降水数据,结合流域内自动气象站实测数据,应用多元回归法插值恢复了流域1955—2004年日气温数据,应用降水梯度与反距离权重相结合的方法恢复了流域1955—2004年日降水数据.采用数据质量较好的2004/2005年度和2006/2007年度两个物质平衡年水文气象数据进行模型参数的率定,应用2005/2006年度和2007/2008年度水文气象数据进行模型参数的检验.在确定模型能较好的模拟流域年月径流深的前提下,采用率定好的模型参数和恢复的气象资料,恢复了1955—2004年冬克玛底河流域的年径流深;依据水量平衡原理,得到流域冰川物质平衡变化.结果表明:1955—2008年冰川物质平衡呈亏损趋势,平均-136.0mm.a-1;年径流深呈波动增加趋势,平均增加5.61mm.a-1.径流深的增加量中约34%是因为降水增加所致,66%是因为温度升高导致冰川消融加剧所致.     

天山乌鲁木齐河源区1号冰川径流模拟研究

采用HBV-ETH模型, 利用1980-2006年实测水文气象数据对乌鲁木齐河源区1号冰川日径流进行模拟研究. 在考虑度日因子和面积变化的基础上, 模拟了1980-2006年流域的径流深和土壤蒸散发; 依据水量平衡原理, 得到了流域冰川物质平衡和冰川体积变化序列, 同时对比验证了模型的模拟效果. 研究表明: 若将冰川面积视为常数进行模拟, 将会使得模拟径流比实际偏大, 过去26 a平均高估7%左右. 1980-2006年间, 若不考虑面积变化, 累积体积变化被高估3%左右.     

BP人工神经网络在小流域径流模拟中的应用

径流量的变化与区域经济社会发展、生态平衡以及水资源管理和水环境保护密切相关,月径流量的研究对水量配置、调度等均具有重要意义。针对小尺度流域普遍存在的资料有限问题,研究BP人工神经网络在华南湿润区小流域月径流模拟的适用性。以滨江流域长序列逐日降水径流资料为基础,采用BP人工神经网络进行月径流量模拟,并将其与径流系数法、新安江模型和HSPF模型所得进行对比分析。研究表明:BP人工神经网络使用简便,变化趋势预测准确,在降水径流模拟方面优势明显,全年确定性系数为0.91,高于径流系数法所得0.85,与新安江模型的0.92、HSPF的0.96相当,具有良好的应用前景,其汛期的模拟效果优于非汛期,但模拟结果相对偏大,存在一定的改进和提高空间。     

概念性水文模型在出山径流预报中的应用

根据HBV水文模型的基本原理，建立了西北干旱区内陆河出山径流概念性水文模型。该模型反映了我国西部山区流域的径流形成特征，将山区流域划分为高山冰雪冻土带和山区植被带两个基本海拔景观带来对山区径流的形成和汇流过程进行模拟计算，以常规气象站的月气温和降水量为模型的初始输入，模拟计算月出山径流量。应用该模型对河西走廊黑河祁连山北坡的山区流域水量平衡进行了模拟计算，并对年径流和逐月分配进行了预报。结果表明，从枯水年到丰水年，降水量、蒸发量、径流量和径流系数均增加，而冰川融水和积雪融水对出山径流的补给比重则减少，这表明了冰雪融水对径流的具有调节作用。黑河山区流域径流系数远比干旱内流区的平均值大，但要小于全国的平均径流系数。所提出的内陆河山区流域出山径流的模拟和预报模型对年径流量和月分配的预报具有较好的精度，可用于黑河以及其他西北干旱区内陆河出山径流的预报，为内陆河流域中下游的水资源分配和开发利用提供依据。     

海河及西北内陆河流域的水热平衡研究

本文通过对海河流域的38个子流域及内陆河流域的7个子流域的逐年降水、径流及实际蒸散发和蒸发能力的分析,证明了基于Budyko假设的流域水热耦合平衡关系在海河及西北内陆河流域是成立的。根据各子流域的长期水量平衡结果,本文验证了水热耦合平衡模型中的唯一参数综合反映流域的下垫面条件且具有显著的区域分布规律,与此同时,本文还在海河流域及内陆河流域对根据流域平均坡度(tanβ),相对土壤最大蓄水能力(Smax/0)和相对土壤入渗能力(Ks/■r)估算模型参数■的经验公式进行了验证,计算结果较好。     

使用积雪遥感面积数据改善山区春季融雪径流模拟精度

随着寒区水文模拟研究的深入,春季融雪径流模拟误差大这一问题越来越明显.针对此问题,以八宝河流域为研究区,利用积雪衰减曲线将MODIS积雪面积比例产品转化为雪水当量,并用其更新分布式水文模型GBHM(Geomorphology-Based Hydrological Model)中模拟的雪水当量,达到提高春季融雪径流模拟精度的目的.利用GBHM模型对八宝河流域2005-2007年进行了模型预热,参数率定,同时选择2008年进行模型检验.结果表明:GBHM模型在八宝河流域有较好的径流模拟精度,年均纳什效率系数(NSE)达到0.64.但模型对春季融雪过程的模拟效果较差,通过引入积雪遥感数据,这一问题得到很大改善.加入积雪遥感数据后,2008年3-6月径流模拟精度NSE和相对偏差Bias分别由-1.0、-0.45改进为0.58、0.06,单点雪水当量模拟精度获得提高,流域水量平衡也更加合理.     

扎龙湿地参照作物蒸散发估算的经验模型

湿地参照作物蒸散发量是湿地水量平衡的重要因素。本研究选取了扎龙湿地周边8个气象台站1961-2000年的历史数据,通过拟合经典的FAO56 Penman-Monteith模型,建立了估算扎龙芦苇湿地逐月参照作物蒸散发的经验模型。建模时考虑到各气象因子对潜在蒸散发的作用,尝试了不同的组合方式及拟合模型,最终采用月最高气温、月最低气温、月降雨量和月平均风速四个因子,建立了非线性e指数方程。该模型与Blaney-Criddle、Priestley-Taylor、Hargreaves等三个常用经验模型进行了比较,得到较好的结果。新建模型在各气象站的应用表明,能够显著逼近FAO56 Penman-Monteith模型结果,计算的逐月参照作物蒸散发具有理想的精度。     

气候变化对我国水文水资源的可能影响

以平衡的GCM模型输出作为大气中CO₂浓度倍增时的气候情景,采用月水量平衡模型及水资源利用综合评价模型研究我国部分流域年、月径流、蒸发的可能变化及2030年水资源供需差额变化。结果表明淮河及其以北气候变化的影响最为显着,各流域水量的增多或减少主要由汛期径流及蒸发的增减决定。在未来气候条件下,黄、淮、海三个流域水资源短缺可能进一步加剧。     

河西内陆河流域冰川融水近期变化

基于第一次中国冰川编目数据库,以国家气象台站的月降水与月气温资料为驱动数据,利用度日模型重建了河西内陆河流域各水系1961～2006年冰川物质平衡和融水径流序列,并与短期观测资料的对比验证表明,模型具有较高的可信度.河西内陆河流域1961～2006年平均冰川物质平衡为-49.5 mm/a,从东段石羊河流域到西段疏勒河、...     

Integration of monthly water balance modeling and nutrient load estimation in an agricultural catchment

Non-point sources pollution has become a serious environmental problem in the aquatic systems throughout the world. The Xitiaoxi catchment is located in the southwest of Taihu Basin, contributing large amounts of runoff and associated nutrients to Taihu Lake. Thus, identifying critical non-point sources pollution in this catchment is urgent and essential to control water pollution, improve the water quality, and reduce the pollutants drained into water bodies. The present study integrated a monthly water balance model with the export coefficient model for total nitrogen and total phosphorus loads estimation in the Xitiaoxi catchment in southeastern China. The simulated monthly runoff are in good agreement with the observed streamflow at both Hengtangcun and Fanjiancun stations with Nash?CSutcliffe coefficients higher than 0.80. The predictions showed reasonable ranges from 1687 to 2046?t/y (2002?C2005) for total nitrogen loads, and from 106 to 157?t/y for total phosphorus loads (1999?C2007), respectively, which are consistent with the observed values at Hengtangcun. Overall, the monthly export coefficient model coupling monthly water balance simulation to export coefficient model presented both the seasonal dynamics and magnitude for streamflow and nutrients loads, which generally match well with the observations. These findings demonstrate that the proposed model can provide encouraging results and can be used as an efficient tool to identify the pollution sources for planning and management of large-scale agricultural catchment.     

三种地下水位动态预测模型在吉林西部的应用与对比

准确而可靠地预测地下水埋深对生态环境保护和水资源规划管理具有重要意义。针对吉林西部浅层地下水位动态变化的复杂性和非线性,提出了基于小波分析与人工神经网络相结合的预测方法小波神经网络(WA-ANN)模型。将研究区2002年1月2009年12月当月降水量、蒸发量、人工开采量和前月平均地下水埋深4个参数作为输入,当月平均地下水埋深作为输出,建立浅层地下水埋深预测模型,并与BP神经网络(BP-ANN)模型和自回归移动平均(ARIMA)模型进行比较,对比分析了三者的建模过程及其模拟精度。结果显示:相比两种ANN模型,ARIMA模型建模过程更为简单,计算效率更高;但WA-ANN模型的拟合精度高于BP-ANN和ARIMA模型,预测效果更好。总体来看,WA-ANN模型在浅层地下水埋深预测中具有一定的应用推广价值。     

Pre-processing data using wavelet transform and PCA based on support vector regression and gene expression programming for river flow simulation

An accurate estimation of flow using different models is an issue for water resource researchers. In this study, support vector regression (SVR) and gene expression programming (GEP) models in daily and monthly scale were used in order to simulate Gamasiyab River flow in Nahavand, Iran. The results showed that although the performance of models in daily scale was acceptable and the result of SVR model was a little better, their performance in the daily scale was really better than the monthly scale. Therefore, wavelet transform was used and the main signal of every input was decomposed. Then, by using principal component analysis method, important sub-signals were recognized and used as inputs for the SVR and GEP models to produce wavelet-support vector regression (WSVR) and wavelet-gene expression programming. The results showed that the performance of WSVR was better than the SVR in such a way that the combination of SVR with wavelet could improve the determination coefficient of the model up to 3% and 18% for daily and monthly scales, respectively. Totally, it can be said that the combination of wavelet with SVR is a suitable tool for the prediction of Gamasiyab River flow in both daily and monthly scales.     

用改进的非线性水量平衡模型研究气候变化对径流的影响

本文利用一个改进的非线性水量平衡模型,模拟研究了我国不同气候区水资源与气候的关系,并对模拟结果进行了分析.     

Estimating groundwater discharge into a lake through underwater springs by using GIS technologies

Estimating groundwater recharge in a freshwater body such as a deep lake is often a problem for hydrologists, since direct measurements are costly and difficult to implement. This study attempts to calculate the groundwater discharge in a lake using a simple water balance model, water level measurements, aerial photographs and GIS technologies. In particular, a Digital Terrain Model (DTM) for the lake has been developed, which in combination with GIS (Geographical Information System) software and water level fluctuations has provided the lake's monthly water storages. Additional hydrologic elements, including land and water uses, overland flow and evapotranspiration, have been estimated and incorporated in a water balance model which after extensive analysis have provided credible monthly values for the groundwater recharge in Lake Trichonis. This particular methodology can be widely applied in catchments with similar hydrologic regimes and can provide reliable, cost-efficient estimations of groundwater recharges into water bodies.Abbreviations GIS Geographical Information Systems - DTM Digital Terrain Model