基于MIKE BASIN的石羊河流域水资源管理模拟模型

水资源高效管理是提高水资源动态管理的有效方式,是实现地表水、地下水、再生水等多水源联合调配,提高水资源利用效率的综合管理措施,为水资源合理配置和高效利用提供技术支撑。以石羊河流域为研究对象,基于MIKE BASIN模型,根据研究区降水、蒸发和用水等资料,建立了石羊河流域水资源管理模型,模拟了石羊河流域径流量、水库和灌区需用水量变化特征。从模拟结果可以看出,所建立的水资源管理模型是正确的,选取的参数和计算的结果基本合理,模拟结果总体上反映了流域水资源变化状况,符合石羊河流域水资源的实际情况。通过模型预测了2015与2020年流域需水量,从预测结果可以看出,2015年较2010年减少23 572,19×10~4m~3,2020年较2015年减少20 926,77×10~4m~3,说明整体上流域需水量呈下降趋势。     

海河流域二元水循环模型开发及其应用——Ⅰ.模型开发与验证

针对高强度人类活动作用下海河流域水循环的"自然-人工"二元特性,开发了流域二元水循环模型(简称"二元模型").二元模型由分布式流域水循环模型(WEP)、水资源合理配置模型(ROWAS)和多目标决策分析模型(DAMOS)3个模型耦合而成.针对各模型的优势与不足,提出了两层耦合的技术路线,以实现统筹考虑水资源、宏观经济与生态环境的流域水资源综合管理分析的功能.WEP、ROWAS和DAMOS分别采用11752个、125个和8个计算单元对海河流域进行划分,在获取各类输入参数后,应用二元模型对海河流域进行了分析计算与模型验证.结果表明,所建立的二元模型对径流过程、入海水量以及地下水流场等均具有合理的模拟精度,模型得到验证,可望用作海河流域水资源规划与管理的情景分析工具.     

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.     

GSFLOW在沙颍河流域地表水与地下水联合模拟的应用

近年来,沙颍河流域内大量开采深层地下水,形成了大面积降落漏斗。因此,亟需加强流域地表水与地下水的统一管理。使用GSFLOW构建了沙颍河流域的地表水与地下水联合模型,将流域划分为178个水文响应单元(HRU)并与MODFLOW网格叠加生成10 915个地下水库。利用1961—1965年的观测数据对模型进行拟合验证,取得了较好的模拟精度。并在此基础上分析了流域内地下水与河流的补排关系以及流域内多年的水均衡。结果表明:流域以地下水补给河流为主,补给量随降雨量变化,占地表径流总量的20%~90%。流域水资源主要以蒸散发和地表径流的方式排泄,地表径流量多年平均的40%~50%为基流。本研究可为沙颍河流域地表与地下水资源综合管理提供重要支撑。     

Budyko框架下黄河流域蒸散发时空变化影响因素研究

蒸散发是水循环过程中的重要环节,研究蒸散发时空变化影响因素,有利于认识区域水资源的时空分异规律。黄河流域地处干旱半干旱地区,水资源短缺且时空分布不均,水问题突出。在黄河流域分析蒸散发对变化环境的响应,揭示气候变化、植被季节性和物候变化的水文水资源效应,对地区水资源可持续发展和规划管理等具有重要的理论意义和现实意义。基于多元自适应回归样条(MARS)非参数模型,采用黄河流域内30个子流域的全球监测与模型研究组(GIMMS)制作的第三代归一化植被指数(NDVI_3g)数据集、气象数据、土壤数据、土地利用/覆盖数据以及地形地貌数据,在Budyko框架下分析了水热耦合控制参数■与环境变量因子的关联性,探讨了变化环境对流域蒸散发的影响机制。结果表明：(1)流域水平衡关系的空间变异与流域水热耦合季节性、地形地貌空间变异性、降水的季节性特征(平均暴雨深度和降水变异系数)显著相关。(2)年际尺度上：流域水热的不同步性是影响流域水平衡年际分异最重要的气候季节性指数,水热的不同步性增大,流域的蒸散比减小,产流增加;降水越集中、年内变异程度越高、降水的季节性越明显,流域蒸散比越小;植被的...     

GSFLOW在沙颖河流域地表水与地下水联合模拟的应用

近年来,沙颍河流域内大量开采深层地下水,形成了大面积降落漏斗。因此,亟需加强流域地表水与地下水的统一管理。使用GSFLOW构建了沙颍河流域的地表水与地下水联合模型,将流域划分为178个水文响应单元(HRU)并与MODFLOW网格叠加生成10 915个地下水库。利用1961—1965年的观测数据对模型进行拟合验证,取得了较好的模拟精度。并在此基础上分析了流域内地下水与河流的补排关系以及流域内多年的水均衡。结果表明:流域以地下水补给河流为主,补给量随降雨量变化,占地表径流总量的20%~90%。流域水资源主要以蒸散发和地表径流的方式排泄,地表径流量多年平均的40%~50%为基流。本研究可为沙颍河流域地表与地下水资源综合管理提供重要支撑。     

水环境与水资源流域综合管理体制浅析

水资源不仅具有生态价值属性,其经济价值属性也较为突出,水资源管理工作呈现出较为明显的系统性和整体性特征,在一定程度上决定了水资源的开发和管理工作必须综合分析多种影响因素。本文在探讨水环境和水资源流域综合管理相结合的基础上,对水环境与水资源流域综合管理体制建设进行了分析,以期能为水资源综合管理工作提供有益的建议。     

基于SWAT模型的绍兴城市径流时空演变规律分析

为克服较大尺度城市径流的定量难题,引入了分布式流域水文模型(SWAT),对绍兴城市径流开展了定量模拟及时空演变规律分析。经DEM建模分析,将绍兴城市置于合适尺度的流域内建立SWAT模型;在敏感性分析的基础上,利用径流监测数据对模型进行了校准与验证,模型评价结果表明,所有站点校准期与验证期的平均相对误差Re(-5.29%~8.81%)、判定系数R2(0.91~0.96)和效率系数Ens(0.90~0.94)均满足年水平和月水平径流定量要求。在此基础上,以1992~2011年的降雨为驱动模拟得到了子流域的月径流数据;最后利用地统计学方法(GSM)对绍兴城市径流的时空演变规律进行了分析,并得到了关键源区,为绍兴城市水资源保护与利用提供科学依据。     

基于水文模型的乌裕尔河流域水资源评价

基于水文模型的流域水资源评价可以为解决流域水资源短缺问题和改善水资源管理利用模式提供科学依据。针对传统水资源评价存在的问题,以乌裕尔河流域为例,利用研究区已建立的SWAT模型进行流域水资源评价,并分析了流域蓝水绿水资源量的时空分布规律。研究结果表明,绿水资源量在乌裕尔河流域水资源量中占得较大比重,对维持区域水安全、粮食安全和生态系统稳定具有重要作用。把绿水资源量评估纳入到传统水资源评估体系中,并对传统的水资源管理进行革新是一项势在必行的举措。     

数值模拟在配水改善河道水质中的应用

MIKE11模型广泛应用于河流及河网的水流、水质数值模拟。为了研究最经济可行的配水改善河道水质的方式,结合上塘河配水试验建立MIKE11水动力及水质模型,通过分析不同配水方式、配水时间、配水量的情况下水质改善的效果,提出了上塘河最佳配水方案为日常开机2台、每天12h配水。对该方案进行实况配水验证的结果表明,实际效果与研究结论吻合。     

Flood inundation mapping sensitivity to riverine spatial resolution and modelling approach

An innovative approach in the investigation of complex landscapes for hydraulic modelling applications is the use of terrestrial laser scanner (TLS) that can lead to a high-resolution digital elevation model (DEM). Another notable factor in flood modelling is the selection of the hydrodynamic model (1D, 2D and 1D/2D), especially in complex riverine topographies, that can influence the accuracy of flood inundation area and mapping. This paper uses different types of hydraulic–hydrodynamic modelling approaches and several types of river and riparian area spatial resolution for the implementation of a sensitivity analysis for floodplain mapping and flood inundation modelling process at ungauged watersheds. Four data sets have been used for the construction of the river and riparian areas: processed and unprocessed TLS data, topographic land survey data and typical digitized contours from 1:5000-scale topographic maps. Modelling approaches combinations consist of: one-dimensional hydraulic models (HEC-RAS, MIKE 11), two-dimensional hydraulic models (MIKE 21, MIKE 21 FM) and combinations of coupled hydraulic models (MIKE 11/MIKE 21) within the MIKE FLOOD platform. Historical flood records and estimated flooded area derived from an observed extreme flash-flood event have been used in the validation process using 2 × 2 contingency tables. Flood inundation maps have been generated for each modelling approach and landscape configuration at the lower part of Xerias River reach at Volos, Greece, and compared for assessing the sensitivity of input data and model structure uncertainty. Results provided from contingency table analysis indicate the sensitivity of floodplain modelling on the DEM spatial resolution and the hydraulic modelling approach.     

北方浅水湖泊冬季结冰对风生流的影响

为了研究北方浅水湖泊冬季结冰对风生流的影响,采用MIKE21构建山东省聊城市东昌湖水动力学模型,分析真实风场作用下6种风应力拖曳系数对应的模拟流速与实测数据的差异,进一步讨论了冰盖面积对模拟结果产生的影响。结果表明,风应力拖曳系数为随风速连续变化比设置为常数模拟精度提高20%左右,其中采用微风条件下的风应力拖曳系数表达式模拟效果最好。此外,冬季水体结冰对风生流数值模拟影响较大,尤其是在被冰盖所覆盖的水域,风应力对水体流动的作用减弱甚至被抵消。与传统的风生流模拟相比,在北方浅水湖泊冬季风生流模拟中,引入冰场或是对风应力拖曳系数进行相应调整是有必要的。     

Flood forecasting and analysis within the Ulus Basin, Turkey, using geographic information systems

Floods have been the most severe natural disasters in the West Black Sea Region of Turkey for many years; therefore Ulus Basin is selected as a study area for a thorough hydrologic flood analysis. The lack of embankments around the Ulus River and careless changes to the riverbed made by villagers, resulted in major flood events in the basin, causing significant damage in the area. In this study, the hydrodynamic characteristics of the basin and the riverbed are determined by calibrating the hydraulic module of the MIKE 11 modeling system with the observed 1991 flood. Then, for the 25-, 50- and 100-year floods the highest water levels in the river are forecasted by integration of the MIKE 11 hydrologic and hydraulic modules. Afterwards, inundation maps are obtained by using together the hydraulic and GIS modules of the MIKE 11 system.     

Probabilistic flood risk analysis considering morphological dynamics and dike failure

A comprehensive flood risk assessment should aim not only at quantifying uncertainties but also the variability of risk over time. In this study, an efficient modelling framework was proposed to perform probabilistic hazard and risk analysis in dike-protected river systems accounting for morphological variability and uncertainty. The modelling framework combined the use of: (1) continuous synthetic discharge forcing, (2) a stochastic dike breach model dynamically coupled to a stochastic unsteady one-dimensional hydraulic model (MIKE1D) describing river flows, (3) a catalogue of pre-run probabilistic inundation maps (MIKE SHE) and (4) a damage and loss model (CAPRA). The methodology was applied using continuous simulations to a 45-km reach of the Upper Koshi River, Nepal, to investigate the changes in breach and flood hazards and subsequent risks after 2 and 5 years of probable river bed aggradation. The study results indicated an increase in annual average loss of 4% per year driven by changes in loss distribution in the most frequent loss return periods (20–500 years). The use of continuous simulations and dike breach model also provided a more robust estimation of risk metrics as compared to traditional binary treatment of flood defence and/or the direct association of flow with loss return periods. The results were helpful to illustrate the potential impacts of dynamic river morphology, dike failure and continuous simulation and their significance when devising flood risk study methodologies.     

黑河流域节水生态农业与流域水资源集成管理研究领域

概述了中国内陆河流域面临的水问题和日益激化的用水矛盾,强调了内陆河地区支柱产业——绿洲农业应该坚持节水和生态的方向,流域集成管理是持续农业的基础。长期从事该方面研究的黑河流域是个较好借鉴,同时也提供了深入开展相关研究的基础,为此提出了以黑河流域为背景的四大研究流域：水文、生物、经济系统水循环与水资源形成演变,节水农业的生物学研究与抗旱品种繁育,农业节水新材料研发与工程节水技术集成,水资源合理配置与流域集成管理;并简述了各领域的主要方向。     

水资源管理制度超模博弈分析——以钱塘江与黑河为例

运用超模博弈理论,以流域水资源管理制度形成的角度来解释流域各区段水资源管理政策执行面临的外部环境约束与激励,并通过模型描述了水资源管理域与外部关联域之间的博弈关系。分析发现：超模结构在当前钱塘江与黑河流域的水资源博弈中发挥着重要影响。钱塘江流域水资源管理制度收益函数对水功能区治理变量和经济域治理变量有递增差异。黑河流域水资源管理制度收益函数对分水治理变量和社会域治理变量有递增差异。由于这种关联作用对各区段主体策略集的限制,流域间水资源管理制度逐渐异质化,各流域管理结构呈现出一定的区域特色。钱塘江流域水资源管理偏重于扁平化、职能化管理,黑河流域为科层结构下水资源的层级分配。并依据以上研究结论提出了制度建议。     

MIKE11模型在合肥市十五里河水质改善研究中的应用

城市河流治理是改善城市生态环境的重要一环,为了建设健康的城市水环境,有必要对改善河流水环境质量的可行技术方案进行研究。以合肥市十五里河为例,基于MIKE11软件平台构建河流一维水动力水质耦合模型,根据流域污染特征设定三种水质改善方案进行数值模拟分析,评价分析各情景方案的水质改善效果。结果表明:单纯依靠截污不能使国控断面水质达标,同时还会引起断流;考虑截污及污水处理厂尾水提标排放可使国控断面水质显著改善,但由于降雨径流非点源污染影响,部分时段水质不能达标;采取中水回用、就近引巢湖原水补水、截污及初期雨水截留组合措施,不需外调水补水,国控断面水质即可满足规划目标。     

汉江中下游突发性水污染事故污染物运移扩散模型

以汉江中下游为例,基于MIKE 11模型的降雨径流模块、水动力模块、对流扩散模块建立了汉江中下游的降雨-径流模型、水动力模型和对流-扩散模型,通过对模型进行率定和验证,表明该模型具有较理想的模拟效果;在此基础上运用构建的模型模拟了汉江中下游2003年冬季、夏季不同水文情况下,突发性水污染事故中污染物的运移扩散过程,定量模拟了突发性水污染事故发生后,汉江不同地点处污染物到达的时间和浓度值,并对突发风险事故的影响范围、程度、时间做出定量预报.