基于嵌入河道栅格的山洪灾害淹没模拟

文章以江西省曹水作为山洪灾害淹没模拟的研究区域,通过嵌入河道栅格修订数字地形,采用FloodArea水文淹没模型对数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)对修订前后的同一降水过程进行模拟,结合实地考察流域内淹没痕迹和水文站水位资料对比分析两者的模拟结果,并利用确定性系数和Nash—Sutcliffe效率系数对2000—2010年间出现的强降水过程的模拟结果进行验证。结论表明:基于嵌入河道栅格的山洪灾害淹没模拟能较好地反映曹水流域内的因降水导致的山洪推进路线、淹没范围及淹没水深,该方法可作为推算曹水流域的山洪灾害致灾临界面雨量的基础。     

HUBEX强化观测期雷达测雨在水文过程模拟中的应用(英)

选择全球能量与水循环亚洲季风试验区的淮河黄泥庄水文站控制的史河流域(805 km2)为研究区域,基于数字高程模型,生成栅格水流流向,构建数字流域及空间拓扑关系;然后,将阜阳雷达观测数据经过订正校准后作为研究区内每一栅格单元上的雨量输入,并在每一栅格上应用新安江模型构建产流模型;再根据每一栅格至流域出口断面-黄泥庄水文站的距离,运用Muskingum方法进行汇流演算,从而获得黄泥庄站的流量过程。计算结果显示,从1998年5月31日-8月3日的强化观测期内模型确定性系数为92.41％,其间4场洪水的确定性系数分别为85.64％、86.62％、92.57％和83.91％,高于应用地面雨量计观测的数据计算的结果。这说明雷达测雨数据具有较高的时空分辨率,当它应用于水文过程模拟时优于地面雨量计资料,基于栅格的水文模型为充分利用雷达数据提供了良好平台。     

HUBEX强化观测期雷达测雨在水文过程模拟中的应用

选择全球能量与水循环亚洲季风试验区的淮河黄泥庄水站控制的史河流域(805km^2)为研究区域，基于数字高程模型，生成栅格水流流向，构建数字流域及空间拓扑关系；然后，将阜阳雷达观测数据经过订正校准后作为研究区内每一栅格单元上的雨量输入，并在每一栅格上应用新安江模型构建产流模型；再根据每一栅格至流域出口断面一黄泥庄水站的距离，运用Muskingum方法进行汇流演算，从而获得黄泥庄站的流量过程。计算结果显示，从1998年5月31日。8月3日的强化观测期内模型确定性系数为92．41％，其间4场洪水的确定性系数分别为85．64％、86．62％、92．57％和83．91％，高于应用地面雨量计观测的数据计算的结果。这说明雷达测雨数据具有较高的时空分辨率，当它应用于水过程模拟时优于地面雨量计资料，基于栅格的水模型为充分利用雷达数据提供了良好平台。     

TOPMODEL模型在重庆市开县温泉小流域径流模拟中的应用研究

以重庆市开县温泉流域(984km2)为研究区域,利用自动雨量站资料作为TOPMODEL(TOPography based hydrological MODEL)降水一径流模型的输入,以08:00 BST观测的流域出口流量作为模型率定的依据,探讨了用小时面雨量和08:00流量资料和TOPMODEL水文模型进行小流域流量模拟的可行性.结果表明,以08:00流量为依据对TOPMODEL水文模型进行率定后,模型效率系数达到0.872.结果表明,TOPMODEL在所研究的流域基本上是适用的.此工作是自动雨量站资料、天气雷达定量测量降水产品等用于小流域山洪预报的基础工作之一.     

基于DEM的江西潦河流域河网信息提取方法

介绍了GIS环境下数字高程模型（DEM）的预处理、水流方向确定、汇流累积量确定、河网生成,以及其他水文信息提取的原理和方法;基于DEM对江西潦河流域进行河网提取和流域边界的划分,并对试验结果进行了比较和分析。结果表明,利用GIS空间分析功能,基于DEM提取的潦河中上游数字河网与实际河网基本吻合;DEM精度和汇流能力阈值对提取的河网精度有着明显的影响,对于中小流域的潦河来说,1：50000精度的DEM和汇流能力为1000的阈值可满足实际应用的要求;基于DEM和ArcGIS提取的数字化河网,其水文要素（如坡度等）可直接作为流域预报模型参数,不仅大大提高了模型的效率,而且还可以方便地利用遥感等数据源,数据获取快速且成本低。从宏观效果上看,利用现有的GIS软件,基于DEM数据提取河网、流域范围等水文信息,从提取效率和结果的精度来说都是切实可行的;从微观上讲,已有的算法还无法确保计算结果与某些特殊地形区域（如平坦区域）的实际河网一致。     

基于水土耦合机制的流域滑坡预报研究

降水诱发型滑坡灾害涉及水文与土壤失稳过程,是个非常复杂的预报难题。本研究应用CRESLIDE(Coupled Routing and Excess Storage and Slope-Infiltration-Distributed Equilibrium)模型,研究基于水土耦合机制的流域滑坡预报。模型输入格点降水由基于流域逐小时加密雨量站的反距离权重法插值获取;基于GIS、DEM和遥感技术,提取滑坡流域下垫面信息;采用分布式水文模型CREST模拟预报出滑坡研究区域的流域水文过程,作为中间变量驱动滑坡模型SLIDE,实现降水诱发型滑坡的预报。选择陕南月河流域2012年7月3—5日降水诱发型滑坡过程进行模拟预报,验证模型的适用性。结果表明,基于CRESLIDE模型的流域水土耦合滑坡预报模型在滑坡时空预报上表现稳定;通过ROC曲线分析CRESLIDE模型取得的特异性(87.8%)和敏感性(52.9%)均较好;本研究基于流域水土耦合机制研究滑坡机理预报,耦合了流域水文过程与土力学过程,使得流域水文模拟更为合理,在滑坡的预报与早期预警中表现良好,对同类滑坡预报有一定的借鉴意义。     

GRAPES气象-水文模式在一次洪水预报中的应用

尝试将GRAPES (Global-Regional Assimilation and PrEdiction System) 模式与水文模型结合,构建GRAPES气象-水文单向耦合模式,进行洪水预报。气象模式选取GRAPES_Meso模式,分别采用15 km×15 km和5 km×5 km水平分辨率,15 km×15 km的GRAPES模式由NCEP全球预报场提供初始场和侧边界条件;5 km×5 km的GRAPES模式由15 km×15 km GRAPES模式提供初始场和侧边界条件,将GRAPES_Meso模式的定量降水预报分辨率统一降尺度到5 km×5 km分辨率,用于驱动水文模式。水文模型选取新安江模型与分布式新安江模型。以淮河王家坝站以上流域和息县流域为试验流域,将GRAPES降水预报场驱动水文模型进行单向耦合,构建GRAPES气象-水文单向耦合模式,选择2009年8月28日08:00(北京时,下同)—9月9日14:00汛期一次洪水过程,进行实际预报试验。结果表明:15 km×15 km和5 km×5 km的GRAPES模式预报降水与实况降水分布相一致;与水文站观测降水驱动水文模型洪水模拟结果相比,GRAPES气象-水文模式对洪水预报的预见期延长效果明显,对洪水模拟精度也较高,与水文模型输入场分辨率要求相匹配的降水产品对洪水模拟的精度更高。     

极端强降水下小河流域泥石流灾害评估研究

基于马尔康红苕沟流域的DEM、地貌特征、土地利用类型、土壤类型和土壤湿度程度等地理信息数据和分钟降水资料,根据SCS模型的产流-汇流原理和泥石流配方法计算模拟了2015年6月30日红苕沟暴雨-泥石流灾害规模。模拟结果表明,与泥石流实地勘查资料相比较,SCS模型的模拟精度在95%以上,说明SCS模型径流模拟和泥石流配方法是可以应用于类似红苕沟这样无降水观测资料的小河流域泥石流灾害的评估方法。应用此方法计算红苕沟极端强降水触发的泥石流总量是2015年6月30日发生泥石流总量的5倍。      

基于GRAPES的气象-水文模式在淮河流域的一次试验

Global-regional assimilation and prediction system(GRAPES)模式为中国气象局于2000年开始组织研究开发的数值预报系统,GRAPES_Meso模式是其区域中尺度数值预报系统版。GRAPES_Meso中的陆面模式选取的是Noah-Land Surface Model(NOAH-LSM)模式。NOAH-LSM陆面模式选取Simple Water Balance(SWB)对陆面水文过程进行描述。SWB是一个简单水量平衡模型,不能完整地描述陆面水文过程,特别是对径流的模拟存在不足。随着GRAPES_Meso模式不断的发展,对预报能力的要求逐渐提高,对其陆面模式中产流过程的描述也需要进一步的研究。本文中所应用的改进陆面水文过程的NOAH-LSM陆面模式,借鉴了水文模型的思想,利用蓄水容量曲线描述单元网格内产流面积的变化,并在模式中增加Muskingum汇流模块,完整陆面模式水文循环。将原GRAPES模式和改进陆面水文过程的GRAPES模式分别与新安江模型进行单向耦合,选取模式TS评分相差不大的试验流域——淮河流域上游控制站王家坝站,进行流量模拟对比。从试验结果可以看出,改进后的模式在洪量相对误差、洪峰相对误差、确定性系数上均优于原模式,并为未来利用水文模型对降水落区检验进行了探索性研究。     

江西省小流域山洪灾害临界雨量计算分析

临界雨量是预报山洪灾害的重要指标。针对江西省山洪灾害特征,以小流域为基本单元研究了小时雨量与山洪灾害发生时间及小流域参数之间的关系,结果表明：山洪与小时雨量有很紧密的联系,流域面积、主沟长度和主沟比降等影响山洪的小流域参数与小时雨量之间存在着很大的相关性。结合1950--2002年全省小流域山洪灾害与气候统计数据,计算出资料完整的小流域1、3、6和24h的临界雨量,进而建立了流域面积、主沟长度和主沟比降等流域参数与对应小流域山洪临界雨量之间的统计模型,推算出全省1045个小流域的山洪灾害临界雨量,并对2009年7月23日赣州地区一次山洪过程进行模拟,能够准确预报出山洪风险等级,效果良好。     

淮河流域2016年汛期洪水预报试验

预报大流域降雨径流与洪水是非常复杂的预报难题。本研究建立气象水文耦合预报模型对复杂大流域的洪水预报进行预报试验。模型采用中央气象台格点化降水预报产品作为预见期内降水,驱动水文水动力学耦合模型进行洪水预报。选择新安江水文模型用于流域降雨径流模拟,基于扩散波与柱蓄和楔蓄理论建立Muskingum-Cunge水位流量演算模型进行具有行蓄洪区的复杂河系洪水预报。以淮河鲁台子站以上流域2016年汛期洪水为例,将构建的气象水文耦合预报模型进行洪水预报试验。结果表明,模型取得了较好的预报精度,应用格点化降水预报产品考虑预见期内降水预报的洪水预报对于不考虑预见期降水预报,洪水预报预见期得到一定的有效延长,对同类流域预报有一定的借鉴意义。     

基于动态临界雨量的山洪预警方法研究与应用

以新安江模型为基础,提出了考虑土壤含水量饱和度的动态临界雨量山洪预警方法。该方法采用新安江模型计算流域的土壤含水量饱和度,根据土壤含水量饱和度以及山洪发生前6、12和24 h等3个时间尺度的最大降雨量,应用基于最小均方差准则的W-H(Widrow-Hoff)算法分别建立3个时间尺度的山洪预警动态临界雨量判别函数。利用该方法,结合淠河流域2003—2009年地面雨量站降雨资料以及17次典型洪水过程资料,率定了新安江模型参数,并用10次历史个例对所建立的3个时间尺度的山洪预警动态临界雨量判别函数进行了应用检验,山洪预警合格率超过了70%,表明该方法用于山洪预警是可行的。     

淮河流域2016年汛期洪水预报试验

预报大流域降雨径流与洪水是非常复杂的预报难题。本研究建立气象水文耦合预报模型对复杂大流域的洪水预报进行预报试验。模型采用中央气象台格点化降水预报产品作为预见期内降水,驱动水文水动力学耦合模型进行洪水预报。选择新安江水文模型用于流域降雨径流模拟,基于扩散波与柱蓄和楔蓄理论建立Muskingum-Cunge水位流量演算模型进行具有行蓄洪区的复杂河系洪水预报。以淮河鲁台子站以上流域2016年汛期洪水为例,将构建的气象水文耦合预报模型进行洪水预报试验。结果表明,模型取得了较好的预报精度,应用格点化降水预报产品考虑预见期内降水预报的洪水预报对于不考虑预见期降水预报,洪水预报预见期得到一定的有效延长,对同类流域预报有一定的借鉴意义。     

贵州省小流域洪水预报系统开发与应用

贵州夏季突发性山洪频繁发生,山洪灾害损失巨大。对小流域的雨情、水情进行实时监测,结合精细化的降水预报数据,并与水文模型进行耦合开发贵州小流域洪水预报系统可有效地减少山洪灾害带来的损失。贵州省小流域洪水预报系统以AreGIS为平台,依托GIS、数据库技术,利用地理信息数据和气象数据实现小流域降水、流量和水位变化的监测、预报、预警,系统可根据降水预报数据输入水文模型中模拟小流域未来相应时间段的水位和流量变化情况,当达到一定阈值之后系统会自动报警,为决策部门及时提供监测预警信息,最大限度的减少小流域陡涨洪水造成的各种损失,有效地提高贵州省小流域山洪或洪水灾害的防灾减灾能力。     

利用天气雷达观测资料预报小流域流量

将天气雷达降水临近预报与半分布式水文模型TOPMODEL(TOPography based hydrological MODEL)相结合,研究了降水临近预报延伸小流域流量预报预见期的可行性。研究流域为淠河(安徽省内)上游的佛子岭流域(1813km~2)内划分出的6个上游源头小流域(约60—100km~2)。用雷达估测的降水得到的流量输出作为参考,与1h降水临近预报得到的流量输出进行比较。结果表明:定量降水临近预报准确率是延伸小流域流量预报预见期的关键;基于所研究的个例,定量降水临近可以延长小流域流量预报预见期平均约0.7h左右,但其延长程度还受到具体降水过程、流域属性等的影响。     

基于SWAT模型的岷江上游流域水文模拟与干旱评估

以地势复杂、海拔高差悬殊的岷江上游流域为研究区域,选取2013～2017年水文、气象观测、土地利用、土壤类型及DEM等数据,驱动SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型,在参数敏感性分析的基础上对模型进行校正和验证,模拟岷江上游流域日径流量变化过程,并采用基于SWAT计算的...     

WRF模式与Topmodel模型在洪水预报中的耦合预报试验研究

基于空间分辨率90 m×90 m的湖北荆门漳河水库数字高程模型（DEM）地形数据,并从2012-2015年选取了20场洪水过程（其中16场用于模拟,4场用于检验）,将华中区域数值天气预报业务模式WRF提供的三重嵌套空间分辨率3 km×3 km、9 km×9 km和27 km×27 km预报降雨与集总式新安江模型以及半分布式水文模型Topmodel耦合进行洪水预报试验。通过对比试验得到以下结论：当流域降雨的时、空分布比较均匀时,集总式新安江模型可以较准确地预报出洪峰流量和峰现时间,而当降雨时、空分布差异较大时,预报误差也会随之增大。基于DEM数据建立的Topmodel模型可以反映不同降雨时、空分布下洪水预报结果的差异,试验结果表明,3 km×3 km和9 km×9 km洪水预报的输出结果比较接近,且在确定性系数和洪峰相对误差上要优于27 km×27 km的洪水预报结果,而在峰现时差的预报上,则是27 km×27 km的洪水预报结果与实测较吻合。通过研究还发现,虽然当流域降雨的时、空分布存在一定差异时,3种空间分辨率的WRF预报降雨均无法预报出与实测一致的降雨分布,但是在某些情况下,当降雨的时间分布误差和空间分布误差相抵消时,仍然可以得到较为准确的洪水预报结果。因此,高时、空分辨率的模式预报降雨并不一定就能对洪水预报结果产生正贡献,需要通过反复尝试寻找水文模型和数值模式耦合的最佳时、空分辨率。     

基于精细化降水分布的山洪气象条件分析

提出了天气雷达联合地面雨量计估测降水的局地分级平均校准方法.以该方法得到的精细化降水分布(0.01°×0.01°)为基础,对重庆綦江石角流域(面积707 km2)2008年5月28日、2009年8月5日和2010年6月23日的3次洪峰过程进行了山洪气象条件分析.结合由数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)资料计算的流域河道出口距离分布,提出了流域出口无损径流序列(假设降水全部转换为径流)的预报方法.结果表明:与局地平均校准法相比,局地分级平均校准法对强降水的估计效果更好.无损径流预报对预测山洪发生的可能性具有参考意义.     

基于集合降水预报产品的汛期洪水预报试验

为改善因水文模型中降水等输入信息的不确定性对确定性水文预报精度的严重影响,以湖北省漳河流域为例,将中尺度暴雨数值模式(AREM)集合降水预报产品输入到新安江水文模型中,对该流域2008年汛期一次典型的洪水过程进行预报测试。结果表明:基于集合数值预报产品的水文预报能在洪峰流量、峰现时间等水文预报要素上获取更多的预报信息,并将单一的确定性预报结果转化为可能发生范围的预报,提高了水文预报结果的可靠性。     

分布式水文-土壤-植被模式的改进及气候水文Off-line模拟试验

文中对引进的高分辨率 (94 2 .5m× 94 2 .5m)分布式水文 土壤 植被模式 (DHSVM) ,针对海、滦河流域的特点进行了改进 ,主要包括 :(1)改变蒸散发模拟方法 ,用改进的Penman Monteith模式模拟海滦河流域的蒸发 ,较好地模拟出 1a内的两个峰值 ,最大值出现在 4～ 6月 ,次大值出现在 7～ 8月 ;(2 )改变水文模式结构 ,用多站点气候观测资料内插到模式网格点 ,充分实现了分布式水文模拟 ;(3)发展新的水文、植被、土壤参数化方案 ,对 33个参数分区计算和确定 ,并重点对土壤孔隙度 φ、土壤蓄水能力θfc、叶面指数LAI、随机阻抗γs 等 11个参数进行调试和修订 ,提高了水文模拟精度。用改进的DHSVM模式分别对滦河、桑干河流域蒸散发、地下水位、土壤湿度、土壤水下渗、产流、汇流与径流等水文过程进行Off line模拟试验 ,模拟结果与实测值一致性较好 ,滦河流域 1979～ 1991年、桑干河流域 1979～ 1987年水文模拟效率系数分别为 0 .89和 0 .82 ,均高于国内其他相关研究