水箱模型在东江站洪水预报中的应用

一、模型的概念水箱模型又称坦克模型(Tank Model,以下简称模型),它是六十年代初由日本菅原正己提出的。该模型是把流域当作若干个组合的蓄水容器,其容器中的蓄水量相当于流域蓄水量,并以容器中的蓄水深度为参数来计算流域的降雨～径流关系及其汇流过程。图1是一个直列三层模型,各层模型的右侧孔出流表示流域出流,底孔出流表示下渗,第一层模型的下渗量即为第二层模型的入流量,余类推。任意时刻的降雨量P(t),首先注入第一层     

黑河上游红泥沟小流域基于溶解硅的降雨径流路径示踪

为揭示高寒山区冻土对降雨-径流过程的影响,对黑河上游红泥沟小流域典型降雨事件全过程出口断面的径流量进行了观测,采集降雨和河水样品,测定其中溶解硅的质量浓度,进而分析径流量和溶解硅质量浓度的动态变化规律,并以溶解硅为示踪剂将小流域出口径流分割为地面径流(腐殖层中流和坡面流)和地下径流(矿质层中流)。结果表明,洪峰上升期,地面径流对河道径流的贡献率为47%,地下径流贡献率为53%;洪峰降落期,地面径流贡献率为29%,地下径流贡献率为71%。整个观测过程中地面径流对河道径流的贡献率为30.7%,地下径流的贡献率为69.3%,说明洪峰期间河道径流以地下径流为主。分析认为冻土分布地区夏季降雨-径流过程中,由于土壤逐渐解冻,降雨入渗驱替冻土层上水排入河网,流域产流仍以地下径流为主。     

水箱模型在大尺度流域实时洪水预报模型研制中的应用

水箱模型用于实时洪水作业预报的具体成果尚不多，本文研究的目的在于将水箱模型用于大尺度流域实时洪水预报。本文介绍了应用水箱模型建立实时洪水预报模型的方法。按照河段流量传播时间将寸滩以上干、支流划分为若干子河段，各子河段按照计算时段长分成若干单元河段，各单元河段区间降雨径流预报采用水箱模型．河道流量演算采用连续马斯京根法。河系预报模型精度在85％以上，能够满足实时洪水预报的要求。     

喀斯特流域降雨-径流人工神经网络模型结构分析及模拟

喀斯特流域降雨-径流响应是一个非线性过程,分析确定地下河流量过程的主要影响因子对喀斯特流域水文过程模拟具有重要意义。本文利用普定后寨河流域实测降雨、径流系列资料,采用神经网络权重分析法确定该流域的人工神经网络模型结构为两个隐含层、三个输入变量,该人工神经网络模型结构可以保持降雨-径流模拟的稳定性。模型经交叉训练与验证,训练期效率系数（NSC）达0.9以上,验证期NSC达0.88以上。说明神经网络权重分析法能够较好地确立预报因子与预报对象的关系,为喀斯特流域降雨-径流模拟提供一种有效的分析手段。      

基于泉流量过程线的管道流与裂隙流识别

??根据岩溶含水系统的双重特性,岩溶含水系统出口处泉流量可分为三个组成部分—前期蓄水量,快速径流和慢速径流,将快速径流和慢速径流视为两线性并联水库,经过系统的调蓄作用,得到一个单位降雨脉冲下快速流和慢速流的响应函数,建立了前期降雨和瞬时单位线之间的识别函数,识别降雨在岩溶不同空隙类型中的水量分配系数。将该函数模型应用到后寨河岩溶小流域,通过参数识别,结果表明从上游到下游前期蓄水量呈现增加的趋势,而水量进入到管道中的分配系数呈现递减的趋势,说明岩溶裂隙结构越往下游越发育,这一研究结果和实际情况相符,说明该模型有一定的适应性,但由于模型假设岩溶系统是线性变化的,所以该模型不适用于大流域以及长期的泉流量预测。      

土壤侵蚀产沙量的人工神经网络模拟

在分析土壤侵蚀产沙过程和神经网络模型特点具有某些相信的基础上,采用三层前馈网络模型（ＢＰ算法）,模型的第一层有５个结点,分别代表降雨强度、降雨历时、降雨量、前期降雨量（用前１０天降雨总量表示）、径流深;第三层只有一个结点,表示土壤侵蚀产沙量;隐层的结点数采用“试错法”确定为３个。利用四川某地水土保持试验观测资料,对土壤侵蚀产沙量进行模拟及预测,通过分析比较,显示了具有较子的模拟预测效果。     

岩溶泉域降雨径流水文过程的模拟——以重庆金佛山水房泉为例

通过地貌、水文地质、土壤、植被、地下洞穴管道等实地调查,以及示踪试验确定水房泉泉域范围和地下水文系统特征,并通过代表性点的土壤入渗试验、降雨和流量监测以及DEM数据等获得泉域水文模型所需的面积、结点高程、入渗率、糙率、管道长度、含水层孔隙度、出流系数等参数。选择SCS径流曲线模型估算地表产流,利用SWMM模型模拟泉域对场降雨的径流响应过程。通过运行模型,与实测流量比较,结果显示模拟曲线与观测流量曲线吻合较好,用于校正和验证的两场降雨产流的模拟误差分别为9.5%和12%,表明SWMM可应用于岩溶区以管道流为主要排水系统的含水介质的模拟。     

喀斯特地区枯落物层对地表径流和土壤侵蚀的影响研究

以枯落物层质量和雨强为影响因素进行室内人工模拟降雨试验,探讨喀斯特地区枯落物层对地表径流和土壤侵蚀的影响规律。结果表明:(1)地表无枯落物覆盖的情形下,除雨强为40mm/h无地表径流外,其它雨强的情形均有产流;且均随着雨强的增加,初始产流时间提前,地表产流产沙量增大。(2)在有枯落物覆盖情形下,初始产流时间有所延缓,在40mm/h雨强下,枯落物层明显影响了地表径流的产生,但随着降雨强度的增加,减少径流效果越来越不明显;(3)枯落物覆盖对减少土壤流失效果显著,其中降雨强度为90mm/h时,枯落物保沙效率约99%,当降雨强度为140mm/h时,达到94%。研究表明,喀斯特地区枯落物层对延缓地表径流和减少土壤侵蚀具有重要作用。     

概化的Tank模型及其在龙羊峡水库汛期旬平均入库流量预报中的应用

Tank模型（又称为水箱模型），是一种用于流域径流预报的确定性水文模型，根据龙羊峡水库入库主要产流区－－黄河上游唐乃亥水文站以上流域下垫面条件下产汇流特性，将其概化为以降雨量为输入，径流量为输出的单孔出流的线性水箱，工用于该水库汛期旬平均入库流量的预报，经对历史资料进行拟合和试验预报的 结果表明，该模型具有较高的预报精度，现已应用于黄河上游龙羊峡水库汛期旬平均入库来水量的中期预报中，取得了十分显著的经济效益。     

城市暴雨径流模拟的参数不确定性研究

基于暴雨管理模型(SWMM),构建了澳门半岛雅廉访实验小区降雨径流模拟系统,采用generalized likelihood uncertainty estimation(GLUE)方法对复杂降雨径流模型参数的不确定性进行了分析,采用均匀分布为参数的先验分布(prior distribution),选取拉丁超立方法作为采样方法,Nash-Sutcliffe效率系数作为似然评判准则。结果表明该方法可以有效的分析降雨径流模型参数的不确定性,对降雨径流模型参数识别提供了深入分析与理解模型系统的有效途径。     

泥沙输移与坡面降雨和径流能量的关系

从导致土壤侵蚀的降雨和径流能量出发,提出了基于物理学原理的降雨能和径流能的概念,并采用人工模拟降雨实验,分析了泥沙输移与降雨和径流能的关系,结果显示:坡面薄层径流泥沙剥蚀量随着地表坡度、降雨能和径流能的增加而增加,雨滴击溅作用下泥沙剥蚀量远远大于无雨滴击溅作用时泥沙剥蚀量;薄层水流泥沙浓度随着坡度和降雨能的增加而增加,当坡度和降雨能一定时,泥沙浓度随着径流能的增加而减小;降雨扰动系数与降雨和径流能的比值按照对数关系增长,在相同坡度下,当降雨能一定时,降雨扰动系数随着径流能的增加而减小,当径流能一定时,降雨扰动系数随着降雨能的增加而增加。降雨能是导致泥沙剥离的本质,径流能是泥沙搬运的动力。     

利用 Hoton下渗曲线改进TOPMODEL模型的基流模拟

TOPMODEL模型是一个以地形为基础的半分布式水文模型,在降雨径流模拟中得到广泛应用,但也存在着基流过程模拟不尽合理等问题.本文利用Horton下渗曲线改进TOPMODEL模型的基流模拟,并采用羊坪、猴子岩、西峡和东湾四个流域的降雨径流资料进行实例研究.结果表明,改进的TOPMODEL模型不仅能够更加合理地模拟基流过程,而且径流过程的模拟精度要优于原TOPMODEL模型.     

利用Horton下渗曲线改进TOPMODEL模型的基流模拟

TOPMODEL模型是一个以地形为基础的半分布式水文模型,在降雨径流模拟中得到广泛应用。但也存在着基流过程模拟不尽合理等问题。本文利用Horton下渗曲线改进TOPMODEL模型的基流模拟,并采用羊坪、猴子岩、西峡和东湾四个流域的降雨径流资料进行实例研究。结果表明,改进的TOPMODEL模型不仅能够更加合理地模拟基流过程,而且径流过程的模拟精度要优于原TOPMODEL模型。     

辽宁省中小流域径流模拟研究

本文以辽宁省大凌河中小流域为例,结合流域特征对SCS模型采用系统偏差系数k和初损比例m进行改进,并在辽宁省中小流域降雨径流模拟中验证了改进SCS模型的适用性与可行性。研究表明:改进后的SCS模型可准确、有效的模拟辽宁省中小流域降雨径流过程,其模拟效率系数达0.8以上;模型表现出较强的适用性与可靠性,可用于相似流域的径流模拟研究。     

黄河数字流域模型的建立和应用

黄河数字流域模型是“数字黄河”的重要组成部分,在数字流域模型框架下,以坡面为基本单元,建立了包括植被截留、融雪、地表蓄滞、表层土蓄滞、中层土蓄滞和深层土蓄滞共6层的产流模型.模型在垂向上考虑3层出流:地表超渗产流、表层土侧向渗流和中层土侧向渗流,既反映当前的降水过程,又体现前期降水过程和土壤前期含水量的影响,比较适合黄河流域的产流特点.在坡面产流的基础上,还给出了坡面单元侵蚀产沙公式,用于建立流域产沙数学模型.应用建立的模型,给出了3个计算实例:黄河全流域水量计算、小花区间汛期洪水模拟和多沙粗沙区产沙计算.实践表明:建立的模型基本具备了在黄河全流域进行降雨-径流模拟、侵蚀产沙计算的功能,辅以降雨预报模块则可进行洪水预报.     

大孔隙对径流过程影响的研究进展

大孔隙流是土壤优先流的一种,在植被发育区土壤大孔隙比较常见,对径流形成过程产生重要的影响。介绍了大孔隙流的研究方法,系统总结了近50年植被发育区土壤大孔隙对降雨入渗过程及径流形成过程的影响:从水分入渗的角度,大孔隙可以加快降雨入渗过程;由土壤大孔隙流与山坡产流的关系,大孔隙促进了边坡雨水的运动进而引起了快速产流;世界范围内的研究都表明土壤管流或大孔隙流是径流组分重要贡献者。     

坡沟系统坡面径流流态及水力学参数特征研究

利用变坡度坡沟系统概化模型和人工模拟降雨试验,定量分析了在60、90和130mm/h降雨强度下坡沟系统坡面径流流态及水力学参数特征。结果表明,上方汇水和降雨强度的增大使坡沟系统水流雷诺数和弗劳德数呈明显增大,水流流态由缓流演变为急流,坡面水流阻力系数明显减小,从而使坡沟侵蚀产沙量显著增大。     

一个三参数的降雨径流模型及其在我国的应用

GR3降雨径流模型属概念性集总式水文模型,具有结构简单、参数少的特点。为研究GR3降雨径流模型在我国的适用性,在长江、黄河、淮河和松花江水系,选择了7个不同尺度、不同气候条件的代表流域试用,以四种误差函数评定模拟效果。结果显示,GR3降雨径流模型在整体过程和水量平衡方面均取得较高的精度;在连续模拟中能够保持令人满意的次洪精度;比较接近的验证期与率定期精度体现了其较好的稳定性;该模型在湿润地区的表现优于半湿润地区。可以说,GR3降雨径流模型在我国有很好的应用前景。     

开都河流域山区径流模拟及降雨输入的不确定性分析

选取塔里木河源区的开都河流域为研究区,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,并在出山口实测径流数据的基础上对模型进行率定和验证;对降雨输入所带来的径流模拟不确定性进行分析,探讨降雨输入的空间异质性对水文预报结果的影响机制.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,但精度上仍有待提高;降雨输入的空间分布程度对径流模拟有重要影响.FY-2C遥感估算降雨资料能够更好地表达降雨时间的空间异质性,相应地对径流模拟精度也有一定程度的提高.     

分布式降雨径流物理模型的建立和应用

根据流域降雨径流的主要过程,考虑流域气象及下垫面要素的空间异质性,建立了具有物理基础的分布式降雨径流模型。模型将流域离散为栅格计算单元,并按水流特性分栅格单元为坡面单元和河网单元。在坡面单元上主要计算降雨、下渗、坡面流、壤中流等水文过程,而河网单元则主要计算河道汇流过程。模型利用空间权重插值方法将雨量站点的降雨量插值到各个计算单元,采用运动波方程来计算坡面流,将壤中流概化为垂向流和侧向流,分别用Green-Ampt公式和运动波方程来模拟,河道汇流也采用运动波方程。模型结构简单、参数的物理意义明确,大多数参数可利用DEM、土壤类型图、植被类型图直接获取,少数敏感参数通过率定确定。模型在浙江省甬江上游黄土岭流域和皎口流域进行了应用和检验,其结果令人满意。