HIMS模型参数的不确定性及其影响因素

模型参数的不确定性及影响因素分析对无资料流域水文预报具有重要意义。本文以澳大利亚3 个流域为例,采用GLUE方法分析HIMS模型参数的不确定性,在此基础上探讨流域物理属性对参数取值的影响。研究发现:① HIMS模型9个参数的不确定性都比较大,属于敏感参数;② 降雨量、森林覆盖度和表层土壤最大有效蓄水量大的流域,土壤蓄水容量W_sm取值大;土壤饱和导水率和森林覆盖度高的流域,产流系数R、r的取值较大;温度低、森林覆盖度小的流域,实际蒸散发系数ε取值大;易透水、森林覆盖度高的流域,马斯京根汇流系数C₂取值大。这些结论能为今后在无资料流域应用HIMS模型进行水文预报提供一定参考。     

不同尺度流域月径流模拟对比与敏感性分析——以西江流域为例

通过新安江月径流模型耦合加速遗传算法对西江流域3个不同尺度子流域——新兴江流域(1 790 km2)、罗定江流域(3 164 km2)和贺江流域(8 326 km2)进行了模拟,同时对模型参数进行了敏感性分析.结果表明:1)在模型参数较多的情况下,用加速遗传算法能很快找到最优化参数,通过参数的初始区间的合理设定可以使参数值达到全局最优,并且使其符合参数的实际取值情况;2)在1 000～9 000 km2流域面积内只有1个气象站的情况下,利用新安江月径流模型模拟的Nash-Sutcliffe效率系数为65%以上;3)降雨径流的相关性越强,则模拟精度越高;4)20世纪80年代后,罗定江流域径流的变化主要受降雨的影响,人类活动影响相对其他2个子流域弱;5)新安江月径流模型的敏感参数为蒸发系数K、地下水出流系数KG、地下水消退系数CG和自由水蓄水容量SM(0～10),参数的取值范围会影响到模型参数的敏感性;异参同效仍然是流域水文模型的不确定性的一个重要方面,GLUE方法能够反映这一点.     

基于DEM的水文物理过程模拟

基于数字高程模型,考虑流域空间的变异性,建立数字高程流域水系模型。产流子单元的划分、河网水系的生成及其空间拓扑关系的建立,是由计算机自动完成。计算TOPMODEL地形指数ln(a/tgβ)_i的空间累积分布曲线,并对其作无量纲化处理,推求各产流子单元的土壤蓄水容量分布抛物线参数B,构建数字水文模型。全球能量与水循环亚洲季风试验强化观测区—淮河史灌河流域实例研究表明:数字模型不仅可以很好地模拟流域出口断面的径流过程,而且能够模拟土壤水分的变化过程,还可十分方便地输出水文要素和状态变量的空间分布。这对充分利用现有观测信息进行水文数据的深层次挖掘奠定了基础。     

生态保护和植树造林对黑河流域河川径流的影响

黑河流域是密云水库上游潮白河水系的重要组成部分。从20 世纪80 年代开始,国家在黑河流域开展了大 面积的生态保护和植树造林活动。为正确认识植树造林等活动对流域水资源的影响,本研究利用20 世纪80 年代 和2000 年两期土地利用数据和流域1959～2000 年降雨、径流资料,分析了生态保护和植树造林活动影响下的流域 河川径流量的变化情况。研究结果表明：1959～2000 年黑河流域年降水量和河川径流量年际变化较大,但整体变化 趋势性不显著;黑河流域以林地、草地和耕地面积为主,从20 世纪80 年代到2000 年林地面积增加了8x10²hm²,草 地和耕地面积分别减少了7x10²hm² 和1x10²hm²;1980～2000 年开展植树造林活动期较1959～1979 年多年平均径流 系数下降了4.1%;1980 年后20 年的生态保护和植树造林活动对河川径流量的影响为- 0.3mm/hm²,且有丰水年份 对流域河川径流量影响最大,平水年次之,在枯水年份对流域河川径流量影响最小的现象。     

基于SWAT-X模型的抚河流域径流量模拟研究

建立抚河流域的SWAT-X模型,利用其敏感性分析模块分析参数灵敏度,得出4个敏感参数CN2、Gwqmn、rchrg_dp、ESCO;采用沙子岭、南城、廖家湾、娄家村4个水文站1998—2005年月数据进行水文参数率定并评价模型的适应性,结果表明径流模拟值均达到拟合精度(相对误差、相关系数、效率系数),SWAT-X模型适宜于抚河流域的径流量模拟。     

基于“嫦娥一号”数据的月表撞击坑特征的多参数统计分析

撞击坑是月表最主要的地貌形态,相关研究多采用撞击坑深度和坑口直径比值作为月球形貌研究依据。事实上撞击坑的形状不是典型的圆锥,而是上大下小的截锥形。依据"嫦娥一号"影像图和全月球数字高程模型数据,获取了1000个撞击坑坑唇等效半径r₁、坑底等效半径r₂,撞击坑的深度h,进而对r₁、r₂、h三个参数进行了统计分析和聚类分析。结果表明:(1)撞击坑数目与r₁和r₂的分形维数分别为D₁=1.88、D₂=1.51,都大于地球撞击坑的分维数1.16,表明月表撞击坑复杂度受到外界的影响较地球低,且坑唇的复杂度比坑底高;(2)r₁-r₂之间具有很好的线性正相关关系,聚类结果将其分为三类,决定系数分别为R₁²=0.685、R₂²=0.886、R₃²=0.974;(3)对r₁-r₂-h三者进行线性拟合,决定系数R₂=0.968,表明三者之间同样具有显著线性关系,且月表撞击坑的形成过程以及形成之后都处于相似的动力环境下。     

基于SWAT模型的晋江西溪流域径流模拟

应用流域分布式水文模型SWAT,综合利用泰森多边形法、土壤粒径的线性变换、土地利用编码的转换等方法以及子流域和水文响应单元(HRU)的适当划分,对闽东南沿海西溪流域1970～1975年的年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对1976～1979年的月径流进行验证模拟.研究结果表明该模型适用于晋江西溪流域的径流模拟,且精度较高,尤其是降水量大,产流量多的月份模拟效率更高.     

基于SWAT模型的晋江西溪流域径流模拟

应用流域分布式水文模型SWAT,综合利用泰森多边形法、土壤粒径的线性变换、土地利用编码的转换等方法以及子流域和水文响应单元(HRU)的适当划分,对闽东南沿海西溪流域1970～1975年的年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对1976～1979年的月径流进行验证模拟.研究结果表明该模型适用于晋江西溪流域的径流模拟,且精度较高,尤其是降水量大,产流量多的月份模拟效率更高.     

SRM融雪径流模型在乌鲁木齐河源区的应用研究

 乌鲁木齐河源区发育现代冰川7条,冰川面积5.6 km²,并有大范围的积雪,冰雪消融期融雪径流对乌鲁木齐河贡献显著。应用SRM（snowmelt?runoff model）融雪径流模型来探讨乌鲁木齐河源区融雪期径流情况,利用度日方法,由流域本身特征及参变量获取方法的深入分析来率定模型参数,应用模拟指标Nash-Sutcliffe系数R²=0.702和积差Dv=6.81%来评价模型表现,研究发现：（1）气温、降水作为该模型的直接驱动变量对模型的模拟较为敏感。尝试对乌乌鲁木齐河源区的气温、降水数据进行IDW插值并进行修正,使得模型模拟精度提高,对模型变量的输入精度问题上提供了新的思路;（2）不同高度带上积雪的度日因子并不是稳定的,而度日因子的选取与调整对模型也非常重要;（3）模型本身的局限性也导致模拟精度的降低。结果表明SRM模型可在乌鲁木齐河流域推广应用,这必将对认识和利用乌鲁木齐河流域冰雪水资源具有重要意义。     

气候变化对河北省海河流域径流量的影响

利用河北省境内海河流域51个气象站、68个水文站1956~2000年近50年的气象、径流量数据,分析了气象要素和径流量的变化规律。河北省境内海河流域多年平均地表径流量为67.0×10⁸m³,从20世纪 50 年代至 90 年代地表径流量呈逐渐减小的趋势,50年代为105.3×10⁸m³,90年代为54.7×10⁸m³。地表径流量随降水量的减少而减小,随气温的升高而下降,用回归方法建立的径流量与气象要素之间的模型为对数模型。根据未来气候变化情景对河北省海河流域径流量的预测:2030年为70.0~76.8×10⁸m³,2050年为69.8~76.9×10⁸m³。     

基于SOM的流域分类和无资料区径流模拟

无资料区的径流模拟问题是国内外水文研究的难点之一。基于相似流域的参数移植法是常用的解决方法之一,但如何判断相似流域是制约此类方法发展的难点。本文以滇池流域为例,采用自组织映射神经网络(SOM)和层次聚类分析(HCA)联合模式,选取16个流域物理特征为指标进行子流域分类,以确定相似流域。运用无分层的K-means分类的SOM法将整个滇池流域划分为7类具有水文属性的子流域组,分类情景与HCA基本一致,两者实现相互验证。采用HBV水文模型模拟子流域径流过程,并选择部分子流域进行组内参数移植交叉检验。结果显示,HBV模型可较好的模拟滇池流域径流过程;此外,子流域交叉检验结果优良,表明同组内参数可以相互移植。本文不仅为解决滇池流域无资料问题提供了可靠手段,而且由于SOM实现了高维流域特征可视化展示,有助于管理者全面、深入的把握滇池流域水文属性的空间分布特征,为进行水资源管理提供指导。     

基于SWAT模型的乌鲁木齐河流域径流模拟

为了更好地研究西北干旱区高山河流对气候变化的响应,在新疆乌鲁木齐河上游汇水区构建SWAT分布式水文模型,结合Sufi-2算法对模型进行参数率定、敏感性分析以及不确定性分析,对乌鲁木齐河英雄桥水文站以上2000-2011年日径流进行模拟。结果表明:(1)河岸调蓄的基流α因子、土壤饱和导水率、地下水的时间延迟、气温降水垂直变率以及相关融雪参数比较敏感。(2)模型模拟结果与观测流量过程线拟合程度较好,日值模拟结果Ens>0.75,PBIAS介于±25%,R²达到0.8以上。(3)较高的P-factor及较低的R-factor显示模型不确定性较小。总体来说,SWAT模型在乌鲁木齐河上游区的适用性比较理想。     

水文模型参数敏感性分析—优化—区域化方法研究进展

水文模型是认识水文科学规律、分析水文过程及研究水文循环机理的重要科学工具。水文模型模拟结果的不确定分析是提高模型可靠性、进行有效水情预报的一个重要研究内容。参数不确定性是影响水文模型模拟结果不确定性的关键因素之一,开展模型参数不确定性及其影响因素分析对水文预报具有重要现实意义。目前的参数不确定性分析方法大致可分为3类：参数敏感性分析、参数优化以及考虑无资料流域参数值估计的参数区域化方法。论文归纳总结了近年来国内外水文模型参数不确定性分析工作的主要研究进展,分析了不同方法的优点与不足,提出了未来水文模型不确定性分析方法研究的潜在发展方向。借助多学科理论和技术方法,加强水文模型不确定性分析系统性方法的研究,是水文学科当前的迫切需求及发展趋势。     

新安江模型在高寒无资料地区的水文过程模拟(英文)

由于冰雪的存在及缺乏地面观测站点资料,高寒地区的水文模拟研究一直面临很大的困难。遥感数据能够提供大范围时空尺度上的地面信息对无资料地区有很大帮助。MODIS数据具有较高的时空分辨率深受人们关注。本文以长江上游泥曲流域为例,探求将MODIS遥感数据与地面气温数据相结合对新安江模型径流模拟的帮助,方法步骤如下:(1)建立MODIS雪覆盖面积与流域周围站气温关系,获取气温阈值;(2)依据气温阈值判别降水形式并计算融雪水当量;(3)将雨雪分离后的降水信息输入新安江模型模拟径流,并与新安江模拟结果(未考虑雨雪分离)和实测径流进行比较。研究结果显示改进方案(考虑雨雪分离)模拟效果更好,将有助于提高新安江模型在高寒无资料地区的径流模拟精度,为高寒无资料地区水资源管理及生态需水研究提供帮助。     

大尺度水循环模拟系统不确定性研究进展

水循环过程受众多自然因素和人为因素影响,决定了水循环系统的变化性和复杂性。水循环系统模型作为研究流域水文循环过程及演变规律的重要工具,必然也存在较大的不确定性,特别是对于大尺度陆-气耦合下的水循环模拟系统,其不确定性来源包括输入和参数不确定性、结构不确定性、方法不确定性以及初始和边界条件不确定性。本文在分析不确定性量化方法和传统水文模型不确定性研究基础上,重点评述当前大尺度水循环系统模拟的不确定性研究进展和存在的瓶颈问题,并介绍一种针对大型复杂动力系统的不确定性量化解决方案和工具系统-PSUADE,基于此讨论PSUADE在大尺度水循环模拟系统不确定性量化过程中的优势。     

改进SWAT模型水库模块及其在水库控制流域径流模拟中的应用

为在径流模拟中充分考虑水库的综合调蓄作用,改善了SWAT（The Soil and Water Assessment Tool）模型的水库算法,在水库模块中增加基于水库供水发电调度规则的水库出流模拟算法,以提高径流模拟精度。选择东江流域作为典型流域,分别应用改进前后的SWAT模型进行径流模拟,并分析模型改进的效果,结果表明：修改后的SWAT模型解决了水库模拟出流量在非汛期过低、汛期过大的问题,能更有效地模拟枯季径流和洪峰流量,明显提高了月径流及日径流的模拟精度,其中,月径流模拟中率定期内R2提高了0.06~0.22,NS提高了0.06~0.52,验证期内R2提高了0.1~0.19,NS提高了0.12~1.22;日径流模拟中率定期内R2提高了0.04~0.16,NS提高了0.04~0.46,验证期内R2提高了0.11~0.15,NS提高了0.15~1.21。     

三工河流域分布式水文模型研究

分布式水文模型及其尺度问题是当今水文学研究的前沿课题，特别是针对不同流域尺度以及适合于干旱地区的分布式模型更是研究的焦点。提出了位于干旱区巾小流域尺度的三工河流域分布式模型建立的方法．采用了半分布式网格与子流域结合的模拟计算方式．实例证明这种模型非常适合于模拟干早区融雪径流．对干旱区流域产汇流过程的研究将具有很大的推动作用。     

SWAT模型参数敏感性分析及应用

地理信息系统(GIS)支持下的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型以流域离散化空间参数来描述流域水文变化特性,从物理意义上表达流域内的水文过程,但众多不确定的参数影响了模型的应用效果,因此有必要对参数进行敏感性分析。将SWAT模型应用到祁连山黑河上游山区流域,进行了11年(1990-2000年)逐日径流模拟,通过一个简便的敏感性分析方法,将模型影响水文过程的参数分成4类敏感级别,最后确定模型的参数。在11年的逐日模拟中,1990-1995年为参数敏感性分析期和模型率定期,1996-2000年为模型的检验期,模拟结果显示,在黑河山区流域,丰水年逐日出山径流的模型效率系数R2达到0.8以上,平水年和枯水年R2在0.51~0.79之间。