栅格新安江模型在天津于桥水库流域上游的应用

栅格新安江模型是在概念性新安江模型的理论基础上,以栅格为计算单元,结合地形地貌和下垫面特性构建出来的水文模型.在于桥水库流域上游的水平口流域应用栅格新安江模型,研究该地区洪水要素的空间变化以及洪水形成过程,讨论洪水模拟效果来验证模型在半湿润地区的适用性.选取水平口流域1978-2012年的洪水进行模型计算,模拟结果较好地反映了流域产流面积的时空变化,且均达到乙级以上精度.初步表明栅格新安江模型在半湿润地区有较好的适用性.     

西太湖湖滨典型河网区与太湖水量的交换

以西太湖湖滨典型河网区——宜兴大浦河网区为研究区域,对于该典型河网区与太湖之间的水量交换情况进行了系统的计算研究．考虑降雨因素的影响,采用考虑下垫面分类的产汇流模型,对各计算年内(2002年(基准年)．1998年(丰水年),1995年(平水年),1994年(枯水年))典型河网区及其西部山地区域的降雨径流过程进行了产汇流模拟．建立起适合该河网区域的非稳态河网水量模型,结合径流计算结果,对各年内典型河网区内水流的动态变化进行了计算模拟,对典型河网区与太湖水体的水量交换情况进行系统研究,分别对顺流与逆流情况下交换水量的年内分布与年际变化规律进行了分析．     

鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟

本文以鄱阳湖湖泊流域系统为研究对象,鉴于该湖泊流域系统尺度较大,下垫面自然属性呈现高度空间异质性且具有流域-平原区-湖泊不同机制的水文水动力过程,为了真实描述湖泊流域间的水文水动力联系及反映不同过程间的作用机制,构建了鄱阳湖湖泊流域联合模拟模型.该模型基于自主研发的流域分布式水文模型WATLAC和湖滨平原区产流模型以及水动力模型MIKE 21 3个不同功能子模型的连接来实现该复杂系统的模拟.模型的联合采用输入-输出驱动及子模型的顺序执行进程,即将五大子流域与平原区入湖径流量作为输入条件来驱动湖泊水动力模型,模拟湖泊水位对流域入湖径流量的响应.以2000-2005年鄱阳湖流域6个水文站点的河道径流量、流域基流指数以及湖泊4个站点的水位资料来率定模型,其中各站点日径流量拟合的纳希效率系数E_ns为0.71~0.84,确定性系数R²介于0.70~0.88之间,而湖泊各站点水位拟合的纳希效率系数E_ns变化为0.88~0.98,确定性系数R²为0.96~0.98,均取得令人满意的率定结果.本文提出的鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟模型能较为理想再现湖泊水位对流域降雨-径流过程的响应.水位模拟结果进一步表明,该联合模型能用来获取重要的水动力空间变化特征.该模型可作为有效工具定量揭示湖泊流域系统水文水动力过程对气候变化和流域人类活动的响应.     

应用新安江-海河模型研究下垫面变化对设计洪水的影响

为了探明流域产汇流参数变化特征及其演变机理,分析流域下垫面条件变化对设计洪水的影响.通过新安江海河模型研究卫河流域代表区下垫面变化情况,采用综合线性权重法对元村集站设计洪水资料系列进行一致性修正.结果表明:自由水蓄水容量、河网水流退水系数、地表填洼蓄水能力和地下水库出流初始水深这4个参数在1980年后都变大,可见代表区下垫面1980年前、后发生了明显的变化,导致流域内径流量大幅减少;合河—新村—五陵区间在1980年前15场洪水和1980年后32场洪水的预报径流深合格率都超过80%,达到乙等精度;元村集站最大5日洪量修正后比修正前平均减小27.1%;最大15日洪量修正后比修正前平均减小25.4%;最大30日洪量修正后比修正前平均减小23.0%.本研究可为水利工程的建设规模的确定提供科学依据,保障地区的防洪安全,满足人民生活和生产用水需求.     

半湿润半干旱流域空间组合模型研究

在半湿润半干旱地区,下垫面条件复杂,产流机制混合多变,而现有的水文模型由于其固定的结构和模式,无法灵活地模拟不同下垫面特征的洪水过程.本文利用CN-地形指数法将流域划分为超渗主导子流域和蓄满主导子流域.将新安江模型(XAJ)、新安江-Green-Ampt模型(XAJG)和Green-Ampt模型(GA)相结合,在子流域分类的基础上构建空间组合模型(SCMs),并在半湿润的东湾流域和半干旱的志丹流域进行检验.结果表明:东湾流域的参数由水文模型来主导;而志丹流域的参数受主导径流影响很大.在东湾流域,偏蓄满的模型模拟结果优于偏超渗的模型,且SCM2模型(XAJ和XAJG的组合模型)的模拟效果最好(径流深合格率为75%,洪峰合格率75%);而SCM5模型(GA和XAJG的组合模型)在以超渗产流为主的志丹流域模拟最好(径流深合格率53.3%,洪峰合格率53.3%).在半干旱半湿润流域,SCMs模型结构灵活,在地形和土壤数据的驱动下,具有更合理的模型结构和参数,模拟精度较高,适应性较强.     

2010年青海玉树MS7.1地震序列ETAS模型参数及其变化特征研究

采用时间序列的“传染型余震序列”（ETAS）模型和最大似然法对2010年4月14日青海玉树M_S7.1地震序列的参数进行了估计。为考察其结果的稳定性,设定不同的截止震级和不同的拟合截止时间分别进行序列参数估算。选用截止震级M_C=M_L1.5对玉树M_S7.1地震序列整体的参数进行拟合,计算获得α=0.948 2,p=1.059 6和b=0.817 3。与中国大陆M>7.0地震序列的平均序列参数相比较表明,玉树M_S7.1地震序列表现为触发次级余震的能力较弱,序列衰减速率较快。研究表明,截止震级M_C对α、k和p值有一定的影响。随截止震级逐渐增大,参数k值逐渐减小,α值总体上有增加的趋势,而对p值的影响较小。在地震序列的早期阶段,ETAS模型参数中的p值和α值在震后14天内随时间的变化幅度较为明显,其后各参数变化相对平稳。     

WRF-Hydro模型与新安江模型在陈河流域的应用对比

本文利用全球陆面数据同化系统与降雨观测数据,以陕西半湿润区陈河流域为研究对象,驱动WRF-Hydro模型,研究该模型的表现和适用性,并在结构、参数、输入输出和模拟结果方面与新安江模型对比.考虑到次表面层与实际包气带的区别,引入土层厚度乘子ZSOILFAC对前者进行等比缩放,发现其与新安江模型反推包气带的厚度有较好的一致性.研究表明:在陈河流域中WRF-Hydro计算步长须在建议值的基础上缩小; WRF-Hydro模型善于模拟洪水细节,新安江模型表现好且稳定;前者的径流深和洪峰合格率平于或略低于后者;在两个指标均合格的洪水中,前者平均均方根误差比后者小21.5%,但对于其他洪水,前者平均均方根误差比后者大56.2%; WRF-Hydro在洪水起涨时刻模拟较好,表现出其在中小流域应用的潜力.     

基于地震学的天山地区地震动衰减关系研究

选取天山地区3 171条矩震级为3.5~4.5级测震记录,通过计算S波段速度傅里叶幅值谱,采用微遗传算法,反演得到5个区域地壳介质参数,即应力降Δσ为18.206 MPa,品质因子参数Q₀为444.20,η值为0.35,几何衰减参数R₁和R₂分别为74.30 km和106.59 km。根据地壳介质参数计算加速度傅氏谱,再配合随机相位谱,得到某一震级、震中距下地震动时程,提取其PGA,建立区域地震动峰值加速度衰减关系。研究结果显示,矩震级为5级和6级中远场地震动衰减关系与强震动记录符合较好,尤其是5级结果,在选取的5条经验值衰减关系中,其均值和标准差均为最小,结果最优;矩震级为7级的地震动衰减关系,远场结果高于大多数强震动记录。     

大尺度水文模型TOPX构建及其与区域环境系统集成模式RIEMS的耦合

基于改进型SIMTOP参数化径流方案和新安江模型的三层土壤水量平衡计算方法,本文构建了一个输入数据和率定参数较少、同时具有地形指数尺度转换机制、较好描述二维水文过程的简单高效的大尺度水文模型TOPX,并将其与区域环境系统集成模式RIEMS紧密耦合,以增强区域气候模式对大尺度流域径流量的定量数值模拟能力．TOPX模型在酉水河流域和泾河流域的离线测试表明：该模型对小尺度流域的径流量模拟精度较高,能够较好地描述流域水文变化过程;同时,该模型在大尺度上具有较强的分布式模拟能力,能够捕捉陆面水文过程的主要特征和时空演变特点．TOPX与RIEMS的耦合模式在泾河流域进行了在线测试,借助TOPX模型中的地形指数降尺度转换和水文过程产汇流机制,耦合模式实现了利用区域气候模式模拟的气象资料来驱动水文模型进行大尺度流域日径流量的模拟．进一步分析还表明：区域气候模式RIEMS模拟的降水时空分布数据的精度是影响耦合模式对径流量模拟效果的关键因素．     

雄安新区vS30经验估计研究

选用国际最常见的v_S30经验估算模型(常速度外推模型、速度梯度外推模型、双深度参数模型),利用雄安新区435个剪切波速剖面达30 m的钻孔数据,计算估算值v_SE30和实测值v_S30的相关性、v_SE30的相对误差,验证经验估算模型的适用性。结果表明：双深度参数模型不需要对大量场地数据做回归分析,没有区域依赖性,准确度也有显著提高。该模型更适用于雄安新区工程建设中v_S30的确定。     

新安江模型在资料匮乏的长江中下游山区中小流域洪水预报应用

水文资料匮乏流域的洪水预报(PUBs)是水文科学与工程中一个尚未解决的重大挑战.中国湿润山区中小流域大多是水文资料匮乏的流域,在此地区进行洪水预报的重要手段之一就是水文模型参数的估计.对基于参数物理意义的估算方法(以下简称物理估算法)及两种区域化方法进行了研究,将其用于新安江模型参数的估算及移植.皖南山区的29个中小流域被选作水文资料丰富的测量流域,鄂西山区的3个中小流域被视为水文资料匮乏的目标流域,目的是研究目标流域与测量流域空间位置较远但物理条件相似时,区域化等方法是否可以有效估计模型参数.结果表明,即使目标流域与测量流域空间距离较远,区域化及物理估算法也能一定程度上减少参数估计导致的模型效率损失,且在研究区的最优参数估计方案为单流域物理相似法结合回归法及物理估算法.为长江中下游资料匮乏的山区中小流域提出了可行的新安江模型参数估计方案,为该地区的洪水预报提供指导.     

新安江对千岛湖外源输入总量的贡献分析(2006-2016年)

运用新安江模型,计算了千岛湖25条主要入湖河流在2006-2016年间的入湖流量,结合同时期入湖河道的逐月水质监测数据,分析了最大入流新安江的营养盐——总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)和高锰酸盐指数(CODMn)总量输入在该时段内的年际变化和季节变化规律,研究了新安江营养盐输入总量变化与新安江水质水量、黄山市人口、GDP和土地利用的关系,探讨了影响新安江营养盐总量的关键影响因素及其对千岛湖水质的影响.结果表明,研究时段内新安江多年平均年入湖水量占千岛湖多年平均年入湖水量的51.4%,占25条主要河流年总入流量的67.3%,新安江CODMn、TP、TN、NH3-N多年平均的输入总量分别为11458.4、214.9、7649.2和756.5 t/a,分别占千岛湖年总负荷的50.7%、34.3%、63.7%和48.4%.各指标的年入湖总量在统计期间均呈上升趋势,且春、夏两季高于秋、冬两季.相关性分析表明,黄山市GDP与新安江CODMn、TN和TP入湖总量呈显著正相关关系,农业面源污染对新安江TN输入总量有显著影响.作为千岛湖最大的入湖河流,新安江营养盐(TP、TN、NH3-N)的输入能显著影响千岛湖的生态系统健康.     

Transferability of hydrological model parameter spaces in the estimation of runoff in ungauged catchments

Abstract

In this study, transferability options of the Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning (HBV) hydrological model parameter (MP) spaces were investigated to estimate ungauged catchment runoff. Three approaches were applied in the study: MP space transfer from single, neighbouring and all potential donor catchments. The model performance was evaluated by a jackknife procedure, where one catchment at a time was treated as if ungauged, and behavioural MP sets from candidate donor catchments were used to estimate the “ungauged” runoff. The results showed that ungauged catchment runoff estimation could not be guaranteed by transferring MP sets from a single physiographically nearest donor catchment. Integrating MP sets typically from one to six donor catchments supplemented the lack of effective MP sets and improved the model performance at the ungauged catchments. In addition, the analysis results revealed that the model performance converged to an average performance when the MP sets of all potential donor catchments were integrated.     

1987—2022年新安江水库(千岛湖)水面面积时空变化及其与水位、蓄水量的响应关系

水面面积、水位、蓄水量是水库水资源管理的重要基础数据,遥感是湖库水体提取、水位和蓄水量估算的重要技术手段。由于不同水体提取方法的适用性差异、测高卫星数据的有限时间覆盖度和开源数据集的时空分辨率不足等原因,湖库水面面积、水位、蓄水量的长时序、高频率时空变化监测仍存在一定挑战。本研究以新安江水库为研究区,结合多源遥感、气象、水文和土地利用等数据,基于Google Earth Engine云平台,运用水体指数法,分析1987—2022年新安江水库水面面积时空变化特征,构建水位-水面面积、水位-蓄水量和水面面积-蓄水量响应关系,探究水面面积时空变化成因。结果表明:(1) Landsat 5、Landsat 8和哨兵2号数据的最佳水体提取指数分别为AWEI_sh和GNDWI,F1-score分别为91.93%、91.03%和93.14%。相比于开放数据集GSWED(32.61%)、JRC GSW(76.17%)和ReaLSAT(69.76%),基于最优水体指数的水体提取结果具有最高的F1-score(91.26%);(2)时间上,1987—2022年新安江水库水面面积呈显著上升趋势(R²=0.20,P=0.01),总体增长速率为0.96 km²/a;空间上,永久性水体(淹没频率大于75%)面积占比为73.44%,主要分布在湖心等水体开阔区域;季节性水体(淹没频率＞25%且≤75%)面积占比为10.17%,主要分布在湖汊区域;(3)三次多项式函数可以较好地模拟新安江水库水位-水面面积、水位-蓄水量和水面面积-蓄水量的响应关系;(4)千岛湖流域上游降水和人类活动导致的土地利用变化是影响新安江水库水面面积动态变化的主要因素。     

Derivation and verification of empirical catchment response time equations for medium to large catchments in South Africa

Despite uncertainties and errors in measurement, observed peak discharges are the best estimate of the true peak discharge from a catchment. However, in ungauged catchments, the catchment response time is a fundamental input to all methods of estimating peak discharges; hence, errors in estimated catchment response time directly impact on estimated peak discharges. In South Africa, this is particularly the case in ungauged medium to large catchments where practitioners are limited to use empirical methods that were calibrated on small catchments not located in South Africa. The time to peak (T_P), time of concentration (T_C) and lag time (T_L) are internationally the most frequently used catchment response time parameters and are normally estimated using either hydraulic or empirical methods. Almost 95% of all the time parameter estimation methods developed internationally are empirically based. This paper presents the derivation and verification of empirical T_P equations in a pilot scale study using 74 catchments located in four climatologically different regions of South Africa, with catchment areas ranging from 20 km² to 35 000 km². The objective is to develop unique relationships between observed T_P values and key climatological and geomorphological catchment predictor variables in order to estimate catchment T_P values at ungauged catchments. The results show that the derived empirical T_P equation(s) meet the requirement of consistency and ease of application. Independent verification tests confirmed the consistency, while the statistically significant independent predictor variables included in the regressions provide a good estimation of catchment response times and are also easy to determine by practitioners when required for future applications in ungauged catchments. It is recommended that the methodology used in this study should be expanded to other catchments to enable the development of a regional approach to improve estimation of time parameters on a national‐scale. However, such a national‐scale application would not only increase the confidence in using the suggested methodology and equation(s) in South Africa, but also highlights that a similar approach could be adopted internationally. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Use of a parsimonious rainfall–run‐off model for predicting hydrological response in ungauged basins

A new parameter parsimonious rainfall–run‐off model, the Distance Distribution Dynamics (DDD) model, is used to simulate hydrological time series at ungauged sites in the Lygne basin in Norway. The model parameters were estimated as functions of catchment characteristics determined by geographical information system. The multiple regression equations relating catchment characteristics and model parameters were trained from 84 calibrated catchments located all over Norway, and all model parameters showed significant correlations with catchment characteristics. The significant correlation coefficients (with p‐value < 0.05) ranged from 0.22 to 0.55. The suitability of DDD for predictions in ungauged basins was tested for 17 catchments not used to estimate the multiple regression equations. For ten of the 17 catchments, deviations in Nash–Sutcliffe efficiency (NSE) criteria between the calibrated and regionalised model were less than 0.1, and for two calibrated catchments within the Lygne basin, the deviations were less than 0.08. The median NSE for the regionalized DDD for the 17 catchments for two time series was 0.66 and 0.72. Deviations in NSE between calibrated and regionalised models are well explained by the deviations between calibrated and regressed parameters describing spatial snow distribution and snowmelt respectively. The quality of the simulated run‐off series for the ungauged sites in the Lygne basin was assessed by comparing flow indices describing high, medium and low flow estimated from observed run‐off at the 17 catchments and for the simulated run‐off series. The indices estimated for the simulated series were generally well within the ranges defined by the 17 observed series. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Characteristics of river discharge and its indirect effect on the tidal bore in the Qiantang River,China

Based on field data of river discharge, tide, tidal bore, and riverbed topography, the characteristics of river discharge, the effect of river discharge on riverbed erosion and sedimentation, and the feedback effect of riverbed erosion and sedimentation on the tide and tidal bore in the Qiantang River are analyzed. The results show that the inter-annual and seasonal variation of river discharge in the Qiantang River is noticeable, while the seasonal distribution of river discharge tends to be un...