TOPMODEL在流域径流模拟中的应用研究

介绍了TOPMODEL的基本结构与理论。该模型结构简单、物理概念明确、优选参数少,在集总式和分布式流域水文模型之间起到了一个承上启下的作用。TOPMODEL在国外已被广泛研究,并认为是一个相当成功的流域水文模型。为了进一步拓宽该模型的应用,选择6个不同尺度、分布于不同区域和不同气候条件下的流域来应用研究该模型的径流模拟效果。结果表明,该模型在率定和校核两个阶段的模拟精度都比较高,基本上能达到新安江三水源模型的水平。     

GIS支持下基于DEM的中等流域的划分——以富县为例

以陕西富县为例,探讨在GIS环境下从数字高程模型(DEM)中提取流域特征并进行中等流域的划分的详细过程,包括DEM的预处理、流水方向的确定、汇流累积量分析、河网的提取和子流域的划分,通过设定不同的汇流累积量的阈值,通过实验,富县地区的阈值设为20 000,得到中等流域的划分结果较为合理。     

基于SWAT模型的资水流域径流模拟

以资水流域柘溪水库以下区域为研究对象,基于构建的分布式水文模型SWAT对水文过程进行模拟。在地面高程、土地利用、土壤、气象等数据预处理的基础上,采用2010~2011年实测径流数据进行参数率定,采用2012年实测径流数据进行模型验证,对模型在研究区的适用性进行研究。通过对径流模拟值和实测值的比较,月径流率定期和验证期的相关系数R~2和Nash系数Ens分别在0.93以上和0.91以上,日径流率定期和验证期的相关系数R~2和Nash系数Ens分别在0.78以上和0.70以上。基于这两个评价标准可知SWAT模型在资水游流域有良好的适用性,可为流域内拟建桃花江核电厂的取水安全分析和水环境影响评价提供技术支持。     

基于SWAT模型的天目湖流域径流模拟分析

SWAT模型作为一种分布式水文模型已被国内外学者广泛应用于流域尺度的水文模拟分析。本文以天目湖流域为研究区,用DEM、土地利用等空间数据及CMADS中的气象数据等属性数据,在SWAT-CUP中通过率定、验证等方法,对该流域2009-2018年的径流进行了模拟。本次率定的决定系数R²为0.68,Nash-Suttcliffe效率系数NS为0.66,验证的R²为0.70,NS为0.65。率定和验证的两个评价参数都大于0.5,说明本次模拟结果较好,对天目湖流域内总磷、总氮等污染物的模拟数据进行分析是可行的,这可为当地的水资源规划和水资源可持续发展提供参考。     

内陆河流域分布式日出山径流模型——以黑河干流山区流域为例

应用常规的气象水文数据并结合GIS,建立了一个适合西北干旱区内陆河山区流域的以日为步长的分布式径流模型,并对黑河干流山区出山径流进行了模拟计算和讨论。模型以子流域作为最小的产流、汇流单元,根据植被覆盖将各子流域分为裸地区、乔木区、牧草区和冰川区,并根据实际调查将土壤分为 3层,各分区单独进行水量平衡计算。产流过程以土壤储水能力和储水量表征,而储水能力和储水量等则由土壤的孔隙度、干密度和厚度等表征。入渗原理基于土壤储水率平衡原理,并考虑重力势的作用。实际蒸散发与蒸发力和土壤体积含水量的乘积成正比,不同的土壤和植被具有不同的调节参数。模拟结果表明,模拟效果较差的原因是区域日降水过程具有较大的随机性,难以用有限的站点合理计算区域日降水量。寻找一个合适的区域日降水量计算方法是目前少资料大型流域分布式水文模型模拟成功的关键。     

DEM空间分辨率对流域水文特征信息提取及径流模拟影响研究

DEM是构建分布式水文模型的重要输入。以岷江上游为研究区,基于8种不同空间分辨率DEM构建SWAT模型,研究分析DEM空间分辨率对流域水文特征提取及径流模拟影响。研究表明,DEM空间分辨率越低,洪峰模拟精度越低,模拟流量与实测流量间的误差越大,曲线吻合度越低;DEM空间分辨率由25m降低到200m时,径流模拟误差变化不明显,而DEM空间分辨率由200m降低到3 200m时模拟误差显著增大;另外,DEM空间分辨率与径流总量的模拟精度间未表现出显著相关性。     

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.     

平治河岩溶流域退水规律分析与降雨径流模拟

以平治河岩溶流域为研究对象,分析其地下退水规律,将其划分为9个子流域,在传统新安江模型基础上,将地下径流划分为慢速和快速地下径流,分别采用两个线性水库进行模拟,构建降雨-径流模拟方案,并选取2011-2015年期间的7场洪水作为率定期洪水,以确定性系数（DC）最大为优化目标,应用遗传算法率定模型参数,而以8场洪水作为验证期洪水进行验证分析,获得率定期合格率为85.71%,平均确定性系数为0.846,验证期合格率为75%,平均确定性系数为0.893,达到乙级精度。其结果表明所构建的模拟方案能够较好地模拟该流域的径流规律。      

降雨输入不确定性对分布式流域水文模拟的影响研究——以武烈河流域为例

降雨输入对分布式流域水文模拟具有重要影响。针对流域降雨资料不完整的情况,以武烈河流域为例,基于反距离加权平均法对雨量站降雨资料进行插补延长,并结合SWAT模型研究了降雨输入不确定性对分布式流域水文模拟的影响。结果表明:不同降雨输入对流域平均降雨量的影响较小,但基于气象站资料的降雨数据在降雨空间差异显著的年份会明显低估面雨量,且在夏季汛期表现更为显著;不同降雨输入对分布式流域水文模拟的影响较大;在雨量站降雨资料不完整的情况下,通过对雨量站降雨数据进行插补延长,相对于直接利用气象站降雨资料,在一定程度上可以提高径流模拟精度,满足降雨资料欠缺流域分布式水文模拟的实际需求。     

基于分布式大流域径流模型的中国西北黑河流域水文模拟

水资源短缺是中国西北干旱地区长期的问题,区域人口增加、城市化扩张,加之气候变化的影响进一步加剧了西北地区水资源短缺,也使生活用水、灌溉用水、工业用水和维持生态系统稳定的用水危险加剧.采用分布式大流域径流模型(DLBRM)模拟黑河流域水文(中国第二大内陆河,流域面积128 000 km2)来理解区域的冰川和积雪融化水、地下水、地表水、蒸散发等方面的分布,评估气候变化对水文的影响和冰川退缩对中游和下游来水量的影响.模拟结果表明,黑河流域的大部分产流那源于黑河上游地区的祁连山.模拟1990-2000年黑河河流日流量变化结果认为,黑河中游正义峡给下游的供水为10×108m3,其中地表径流占51%,层间流占49%.中游地区沙土具有较高的蒸腾发能力,近一半的地表水被蒸发掉.模拟实践证明,分布式大流域径流模型可以结合气候变化、水资源管理方面的成果,改进流域水文模拟的精度.     

基于SWAT模型的辽西走廊海岸带无观测资料流域地表径流模拟

基于SWAT模型和流域水文相似性原理,采用模型参数移植法对辽西走廊海岸带无观测资料流域-狗河流域进行地表径流模拟,取得了良好的效果.该方法不仅有效地解决了水文模型在模型参数移植过程中的不确定性问题,而且为其他无观测资料流域的径流模拟提供了方法借鉴.     

基于DEM的三峡区间洪水淹没范围模拟

基于栅格型数字高程模型，采用VC 6．0和MapObjects进行三峡区间的洪水淹没模拟，包括数字高程模型数据的预处理、矢量与栅格数据的一体化管理、无源淹没和有源淹没分析模拟。应用结果表明：洪水淹没区范围可以准确计算，洪水淹没过程的动态可以清楚地图示，这为灾情评估和防洪决策提供了科学依据。     

基于MIKESHE分布式水文模型的降水时间尺度对喀斯特流域径流模拟的影响研究——以红水河系六硐河流域为例

径流形成是流域系统对降水水文响应的结果,其实质也是流域对降水时间和空间上的重新分配。降水作为径流模拟中最大的不确定因素之一,其时空分布特征是影响径流模拟及一系列其它水文问题的主要控制因素。为了探索喀斯特流域降水时间尺度对径流的影响规律,本研究利用MIKESHE模拟技术,结合喀斯特流域独特的地质、地貌、覆被类型及水文特征,对模型的相关参数进行率定,模拟了5场典型洪水的降水径流过程。并且通过改变降水资料的时间尺度,研究降水时间变异对模拟洪水过程的影响。研究表明,在相同的流域下垫面和模型条件下,若累计降水时间增加,同样数量的降水产生的径流总量也会增加,最大的流量出现时间也相对滞后。      

复杂山区小流域径流模拟影响因素分析

为探讨子流域划分与DEM分辨率对于地形和地表状况比较复杂的山区小流域径流模拟的影响,利用分布式水文模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)对复杂山区小流域进行径流模拟,从不同的子流域划分条件下分析了子流域划分对径流模拟的影响及其变化趋势.然后通过对原有的DEM(Digital Elevation Model)进行重采样生成不同格网大小的DEM作为模型输入,研究不同DEM分辨率对复杂山区小流域径流模拟的影响.研究表明:(1)存在一个比较合理的子流域划分方案使径流深比较稳定;(2)存在一个合适的DEM分辨率使模拟得到的径流深比较稳定;(3)山区复杂流域环境,要求更加精细的子流域划分才能获得(1)中的稳定径流深.     

基于DEM的白龙江流域构造活动定量分析

白龙江流域地处青藏高原向黄土高原过渡的斜坡急剧变形带,是我国泥石流、滑坡灾害最为严重的地区之一,由于流域受多条断裂带的影响,内部相对构造活动强度存在差异,因此对该地区构造活动程度的研究显得尤为重要。本文基于SRTM3-DEM数据,利用GIS技术提取了白龙江流域33个子流域的面积高程积分（HI）、河流阶梯指数（SL）、流域盆地不对称度（AF）、流域形状指数（BS）、谷底宽度与谷肩高度比（VF）等5种地貌参数。然后对5种地貌参数进行分级,求取5种地貌参数分级值的算术平均值,作为评价研究区的构造活动程度（Iat）,分为弱、中等、较强和强四类。研究结果表明,白龙江流域中上游地区构造活动程度为中等至强（Iat≤2）,这与该地区受青藏高原隆升效应及断裂带走滑作用相一致。下游地区构造活动程度相对弱（Iat>2）,地貌差异不明显,这与该地区主要断裂带第四纪以来活动性弱有关。研究结果与区域的地质背景相一致,该研究对利用地貌参数进行流域的活动构造量化分析具有借鉴意义。     

基于ArcGIS和DEM在水文流域模拟中的应用

利用ArcGIS软件中的水文分析工具,在DEM表面之上再现水流的流动过程,最终完成水文分析过程。列举实例对ArcGIS与DEM数据进行提取河网、河网分级、生成流域边界等水文分析工作,对形成的水文模型与真实地形进行比较和分析误差。实验结果表明模拟出的河网与水利部门提供的地形资料基本相符,后续研究可利用更高质量的DEM影像进行提取。     

基于SWAT模型的流域径流模拟研究进展

本文概述了国内外应用SWAT模型在流域径流模拟研究方面的主要进展.简要介绍了SWAT模型的径流模拟功能,概括了在不同流域、不同时间尺度上基于SWAT模型的径流模拟的适用性,并针对模型在具体应用时受特定区域下垫面影响这一限制因素,归纳了模型径流模拟功能的开发、改进与拓展.在此基础上,介绍了模型输入参数和环境变化对径流模拟结果的影响,特别是气候和土地利用/覆被变化对径流的影响.最后,总结了现有基于SWAT模型的流域径流模拟研究存在的问题,并就这些问题的解决方案进行了讨论.     

子流域划分和DEM分辨率对SWAT径流模拟的影响研究

应用SWAT分布式水文模型,选择秦淮河流域为研究区,在不同的子流域划分水平和DEM分辨率条件下,进行流域径流的模拟,进一步分析子流域划分和DEM分辨率对流域径流模拟结果的影响.研究结果表明:产流量随着子流域划分数目的增加几乎没有变化,最大相对偏差不超过5%;DEM分辨率的变化对径流的模拟影响也不大,尤其在DIM格网单元低于100m时,各种DEM格网单元模拟结果的相对偏差最大约为1%.     

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。