无资料地区水文模型参数移植不确定性分析

无资料地区降水径流模拟是水文学研究的国际前沿和热点问题。水文模型参数移植是无资料地区降水径流模拟的重要方法,对径流模拟精度具有重要的影响。利用核密度估计和蒙特卡罗随机模拟等方法,构建了一种水文模型参数移植误差驱动的无资料地区径流模拟不确定性定量评估框架。以广西壮族自治区42个有水文监测站点的典型中小河流为研究对象,率定新安江模型参数并模拟日径流和洪水过程,将42个典型流域依次假定为无资料流域,利用基于回归分析、相似流域和机器学习的参数移植方法,模拟无资料地区的洪水过程并识别最优的参数移植方法,分析移植法估算的模型参数值和直接率定值相比误差的概率分布特征,定量评估模型参数移植误差带来的径流模拟不确定性。研究结果表明：(1)基于回归分析的参数移植法模拟无资料地区洪水过程的精度优于相似流域法,优选的机器学习算法比传统回归分析法和相似流域法的计算精度提高了7%～15%;(2)与模型参数率定值相比,移植方法计算的模型参数具有一定的误差,对洪水模拟敏感参数的误差小于不敏感参数;(3)受模型参数移植误差的影响,利用蒙特卡罗法随机模拟的洪水过程具有一定的不确定性,洪量和洪峰相对误差的主要区间分别为10...     

缺资料流域水文模型参数区域化研究进展

缺资料流域由于缺乏历史径流资料无法进行水文模型参数率定,因此模型参数识别具有很大的难度和不确定性。目前国内外学者对缺资料流域水文模型参数识别一般采用区域化方法,即通过某种途径,利用有资料流域的模型参数推求缺资料流域的模型参数,从而对缺资料流域进行预报。文章总结分析了缺资料流域水文模型参数区域化方法中的参数移植法和回归法的研究进展,对存在的方法选择问题、尺度问题等进行了讨论,并指出在参数不确定性、尺度转换以及多种信息源利用等方面还有待于进一步研究。     

基于SWAT模型的三江平原沼泽性河流的径流模拟

三江平原位于中国东北部,是国家重要的商品粮基地,水资源的变化影响区域农业经济的发展。应用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟挠力河上游流域径流变化特征,为研究沼泽性河流水文变化特征提供有效的方法。根据水文相似性原理和参数移植法把校准的模型应用于七星河流域,进行无资料流域的径流模拟,年径流模拟校准期和验证期的Nash-Sutcliffe效率系数、相关系数R2、相对误差PBIAS值分别为0.84、0.94、-5.70和0.91、0.93、-6.46,表明SWAT模型可以应用到七星河流域。     

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.     

环境变化对黄河中游汾河径流情势的影响研究

20世纪70年代后我国许多河流的径流量呈下降的趋势.在这些趋势变化中,如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文研究的热点和难点.提出了区分人类活动和气候变化影响的分析思路以及定量计算方法.介绍了SIMHYD概念性降水径流模型,并应用黄河中游汾河流域"天然"时期的水文、气象资料率定了模型参数,通过水文模拟还原了人类活动影响期间的天然径流量,进而分析了汾河流域径流情势的变化原因.结果表明:SIMHYD降水径流模型对汾河流域天然月径流过程具有良好的模拟效果;就1970-1999年的平均状况而言,气候因素和人类活动对径流的影响量分别占径流减少总量的35.9%和4.1%,人类活动是汾河流域径流减少的主要因素.     

雅鲁藏布江流域的分布式水文模拟及径流变化分析

针对雅鲁藏布江流域,依据100m网格的数字高程模型DEM,基于分布式水文模型GBHM原理,构建了3km网格的分布式水文模型.模型采用次网格参数化方法处理了网格内水文参数的非均一性,并完整地模拟了1960～1998年的水文过程.结果表明,模型较好地模拟了河道的径流过程,并可根据模型模拟的结果分析流域径流等水文要素的变化趋势.     

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。     

寒区流域水文模拟研究

冰雪和冻土的水文物理特性, 及其对径流形成过程的作用, 是寒区流域产汇流的主要矛盾或矛盾的主要方面.针对北方寒冷地区, 寒季水循环的大气水、土壤水及地面地下径流的动力和热力过程, 在水文物理及冰雪水文的有关理论基础上, 参照国内外非寒区流域模型(新安江模型、水箱模型、萨克拉门托模型)的结构, 研究建成了具有物理基础的概念性寒区流域水文模型.利用我国东北地区现有的寒区观测资料, 对寒区产汇流的各主要环节, 分别进行了模拟研究.     

应用地理信息进行无资料地区流域水文模拟研究

无资料或资料缺乏地区的流域径流模拟是水文学研究中的一个重要的课题.提出了应用地理信息系统分析流域的地理信息参数,进行降雨径流模拟的水文模型.该模型中,产流计算采用美国水土保持局(SCS)的径流曲线数法,流域汇流则采用经本文作者改进的三角形单位线.着重阐述了利用地理信息系统,从流域的地理信息中分析和确定模型参数,还简要介绍了该模型在爱尔兰Dodder河上的应用情况.     

基于相似性的无资料地区模型参数确定

基于新安江模型,利用GIS技术和相似性分析开展流域无资料情况下的水文模拟。在提取流域特征值的基础上,通过相关分析、聚类分析等方法判定相似流域,有效地分析了模型参数与流域特征的关系,重点论证了相似流域参数移植的可行性。通过相似性分析,发现相似流域的水文参数在几何空间上距离较近。基于此结论,本文对无资料地区进行了水文模型参数的确定,并取得了较好的模拟结果。     

分项调查与水文模型相结合的九龙江流域 天然径流量计算

由于人类活动影响,水文站的实测径流过程普遍发生显著变化,而大量水资源分析计算工作必须以天然径流量为基础。以九龙江流域为例,提出将分项调查法与水文模型法相结合的流域天然径流量综合还原法,即采用分项调查法对主要水文站控制集水区的实测径流数据做还原计算,利用还原后的径流数据构建以子流域为单元的SWAT降雨径流模型,进而通过参数移用,利用该模型模拟得到全研究区不同子流域的天然径流数据。利用该方法得到的主要控制站及无径流观测子流域的天然径流数据均具有较高准确性。该方法既可以充分利用有资料流域的详实观测数据,又可以解决无资料区对天然径流数据的需求,可以为水资源评价、水量分配等工作提供依据。     

江苏省无资料山丘区洛阳河流域径流模拟方法探讨

近年来,无资料或资料缺乏地区汇流计算成为水文研究热点。基于地形参数的地貌瞬时单位线(GIUH)方法凭借其对历史降雨径流实测资料的不依赖性,已然成为径流模拟研究中被普遍采用且效果较好的方法之一。为探讨江苏省无资料山丘区的径流模拟方法,选取具有典型地形地貌特征的镇江通胜洛阳河小流域展开研究。根据地貌特征值等数据提取出该流域的地貌单位线,采用地貌单位线计算径流过程,利用2016、2017年汛期实测的4场洪水进行方法验证,将计算径流与实测数据进行对比分析,结果表明:基于地貌特征的地貌单位线法在该流域洪水模拟中具有较高精度,又因该流域于江苏省乃代表性区域,初步判定可将该方法推广至其他无资料山丘区流域。     

Effect of watershed partitioning on hydrologic parameters and estimation of hydrograph of an ungauged basin: a case study in Gokirmak and Kocanaz,Turkey

The main goal of this study is to investigate the effect of the size of the subbasins of a watershed on the hydrologic parameters and their spatial variability in an estimation of the hydrologic parameters and hydrograph of a neighbouring ungauged basin. In this paper, Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modelling System (HEC-HMS), a semi-distributed hydrologic model, is used to calibrate and cross-validate two flood events occurred in 1998 and then validate four other flood events occurred in 1991, 1994, 2002, and 2009 in Gokirmak Basin in Western Black Sea Region, Turkey. The basin is divided into seven different subbasins to investigate the effect of watershed partitioning on calibrated hydrologic parameters of each subbasin using the peak-weighted root mean square error method as an objective function and the hydrograph at the outlet of the whole basin. It is found out that as the geometric magnitudes of the subbasins changed, the calibrated values of the hydrologic parameters of those subbasins changed as well. Then, a neighbouring basin, Kocanaz, is considered as an assumed neighbouring ungauged basin to investigate the effect of watershed partitioning of a gauged basin on the estimation of hydrograph of a neighbouring ungauged basin. Hydrologic parameters and direct runoff hydrograph of assumed ungauged neighbouring basin are estimated from the hydrologic parameters of the HEC-HMS calibration results of Gokirmak. Statistical indicators of the simulation results for each basin partitioning were graded with respect to the boundary values of the simulation outputs to find the best alternative. The grading results show that the simulation results with a single basin gave better representation among all other partitioning except two flood events.     

年径流频率分析的一次二阶矩法及其应用

针对流量资料极短时传统年径流频率分析方法——适线法不再适用的问题,分析了基于水文过程,由影响径流形成的因子推求年径流频率的一次二阶矩法的可行性,并讨论其在无流量资料流域应用中所存在的问题与解决方法。以江西省20个流域为研究对象,采用无参数Schreiber方程与单参数Fu-Zhang方程的水量平衡式作为年降雨—径流模型,结果表明:①一次二阶矩法的分析结果与实测年径流的经验频率较为吻合;②无流量资料流域中,忽略土壤含水量年间变化的作用,Fu-Zhang模型的分析结果比Schreiber模型好;③无流量资料流域中,Fu-Zhang模型中的参数ω可采用反距离权重法估计。     

Simulation of subsurface heat and water dynamics, and runoff generation in mountainous permafrost conditions, in the Upper Kolyma River basin, Russia

The Hydrograph model (a distributed process-based model) was applied to the simulation of soil freeze-thaw and runoff processes, to assess the viability of the model approach and the influence of specific environmental factors in a permafrost environment. Three mountainous permafrost watersheds were studied, at the Kolyma Water Balance Station in north-eastern Russia. The watersheds include rocky talus, mountainous tundra and moist larch-forest landscape regimes, and they were modelled at daily time-steps for the period 1971–1984. Simulated results of soil freeze-thaw depth and runoff showed reasonable agreement with observed values. This study reveals and mathematically describes the dependence of surface and subsurface flow on thawing depth and landscape characteristics. Process analysis and modelling in permafrost regions, including ungauged basins, is suggested, with observable properties of landscapes being used as model parameters, combined with an appropriate level of physically based conceptualization.     

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。     

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。     

喀斯特流域枯季径流衰减系数与地表形态特征相关分析研究

针对喀斯特流域地形、地貌对枯季径流的调蓄作用,选用乌江流域思南站以上19个水文站点枯季流量资料进行枯季径流衰减规律分析。根据枯季径流衰减曲线的拟合将枯季径流分为快速裂隙流和慢速裂隙流两段退水过程,并计算相应的衰减系数。通过对衰减系数与流域地表形态特征的单因素和多因素回归分析,确定影响衰减系数的主要影响因子为高程特征值和地形指数特征值,并建立两者与衰减系数的二元非线性回归方程(a1=0.781-0.266?ln(x)+0.633?ln(y),a2=0.061-0.016?ln(x)+0.044?ln(y)),其置信区间都大于99%,说明曲线整体拟合显著,为枯期径流衰减系数区域化分析及无/缺资料流域的水文模拟提供基础。