流域水文模型的比较分析研究

许多流域水文模型的精度甚高,其主要计算结果如蒸散发、产流、水源划分与汇流也都很接近.这里有共同原因:蒸散发模型都应用了蒸散发能力与分土层计算,产流机制对湿润地区都采用蓄满型,分水源都采用线性水库结构,汇流都属于河网汇流性质.这样是符合水文规律的。但各个模型都有明显的参数不独立问题,其最优解很不唯一。造成不独立性的原因主要是分水源结构的并联性质,不是流量过程线不足以作为识别根据。汇流参数在一般范围内变化不影响分水源参数的解。参数不独立问题可以用结构性约束加以解决。应当把模型看成是水文规律的科学假设,在检验中改进,并促进水文科学的发展。     

基于路径的地图目标拓扑关系表达方法

在分析图论路径性质的基础上，利用路径之间的拓扑关系，分析了地图中点、线、面目标之间的拓扑关系，并分析了这种表达方法相对于其它的表达方法的优点。     

基于DEM的等流时法改进研究

提出等流时单元的概念,对基于DEM的等流时流域汇流方法进行了改进。此方法不需要绘制等流时线,也不要求流域净雨是均匀的,且各单元的汇流时间可以变动,直接由各单元的汇流时间就可以计算出流域出口的流量过程。同时提出改进方法的模块化编程方法,给出调用接口,经在研究区伊通河中下游较大流域上的试用表明,该程序具有可推广性。     

流域水文模型研究中的若干问题

论述了流域水文模型出现的必然性,剖析了现有流域水文模型的局限性和用于水文预报需要解决的问题,并提出了若干建议,以期能推进流域水文模型的研究     

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.     

流域分布型水文数学模型的研究及应用前景展望

对国外具有物理基础的分布型水文数学模型的研究进展进行了回顾与评述，分析了国外一些模型中存在的缺点。在此基础上，提出了流域三维动态水文数值模型，并对模型实际应用的前景作了分析与展望。     

滁州花山水文实验流域径流与氮素耦合模拟研究

采用SWAT模型方法对滁州花山水文实验流域进行了径流与氮素耦合模拟,探讨了流域土地利用对氮素输移的影响。构建了花山水文实验流域SWAT模型,采用2008年1月~2013年12月的降雨、径流等数据对径流模型进行率定和验证,以2012年5月~2013年12月的氮浓度监测数据对氮负荷模型进行验证。利用所建立的模型对现状土地利用情形和土地利用变化情景假设下进行了径流与氮素耦合模拟,计算了现状和不同土地利用情景假设下流域的径流深和氮负荷。结果表明:汛期的氮流失量占全年氮流失的比重较大,每年的汛期是控制氮流失的关键时期;旱地的氮流失潜力较水田大,林地的增加对氮负荷具有一定的消减作用;控制氮肥的使用,加强水土保持能力,可以有效减少流域氮负荷。     

数字高程模型在流域水文模型应用中的若干问题

数字高程模型(DEM)在流域水文模型中得到了广泛应用,主要是因为DEM能够自动提取流域水文模型所需要的确定流域排水结构的水文信息。回顾并讨论了DEM在流域水文模型应用中的几个问题,主要包括河网自动提取的方法、DEM中排水方向的确定以及封闭洼地的处理,同时还包括在流域水文模型中应用时DEM的结构类型及尺度问题。由于由DEM生成的模拟河网与流域实际河网间存在一定的差别,最后还讨论了如何对模拟河网进行矫正的问题。     

基于SWAT模型的三江平原沼泽性河流的径流模拟

三江平原位于中国东北部,是国家重要的商品粮基地,水资源的变化影响区域农业经济的发展。应用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟挠力河上游流域径流变化特征,为研究沼泽性河流水文变化特征提供有效的方法。根据水文相似性原理和参数移植法把校准的模型应用于七星河流域,进行无资料流域的径流模拟,年径流模拟校准期和验证期的Nash-Sutcliffe效率系数、相关系数R2、相对误差PBIAS值分别为0.84、0.94、-5.70和0.91、0.93、-6.46,表明SWAT模型可以应用到七星河流域。     

基于MapObjects 2.1控件的地图投影变换方法的实现

为了在同一地理信息系统内或者不同的地理信息系统之间实现数据交换、配准和共享以及对其进行空间叠加、缓冲区分析、最佳(短)路径分析等空间分析,必须保证其在统一的坐标系下具有相同的地图投影,因此地图投影变换显得尤为重要.采用Visual Basic 6.0作为软件开发平台,利用MapObjects控件编程实现了各种常见地图投影之间的任意变换.     

应力路径对地表变形特性影响的数值模拟

针对不同环境条件及工程因素对地表变形影响的不同特点,研究了不同应力状态下土的变形特性,得出其影响地表变形的基本规律。通过典型三轴试验对比分析了变形规律,由试验数据空间反演了各应力路径下的本构模型空间,编制相应的模块嵌入有限元程序,模拟了几种不同路径下地表沉降算例,得到了导致地表变形的几个基本规律：①不同的地表变形问题对应的应力路径千差万别,需要用不同的应力路径条件下的本构模型进行分析;②应力路径的影响是不可忽略的,甚至在诸多因素中起主导作用;③数值建模方法建立起来的模型通过权值系列的不同反映应力路径的影响,能较好应用于此类问题的分析;④CTC与TC路径极限体变相差近20 %;⑤CTC路径的剪缩区范围比CTE路径大,两种路径下剪缩体应变值最大相差近17.3 %;CTE路径较CTC路径的剪胀更为明显,剪胀体应变最大相对差值近98 %。     

基于数值模拟的耳阳河流域泥石流灾害危险性评价

洮河流域中游位于甘肃省南部,属泥石流高发区。耳阳河是洮河流域中游的一条重要支流,泥石流灾害尤其严重。为研究甘肃省南部小流域泥石流灾害的危险性,以耳阳河流域为研究对象,选取流域内居民相对集中的6条泥石流沟,用FLO-2D模型模拟了2012年5月10日实际降雨条件下的泥石流运动特征和堆积特征,得到了泥石流流量随时间的变化曲线、泥石流流体深度和流速在沟谷不同地段的空间分布,对“5·10”泥石流灾害过程进行了重现。模拟结果表明:泥石流爆发15～30 min后达到洪峰,约3 h后流量逐步回落;泥石流流动速度在流通区快,到沟口迅速下降,固体物质淤积阻塞河道。通过野外现场调查和遥感解译,发现模拟得到的泥石流发生过程、堆积区分布、泥石流影响区与现场调查和访问得到的实际情况基本相符。进而,采用相同的方法和参数,对2.0%和0.2%降水频率下泥石流的堆积范围、深度和流速进行了模拟分析,分别制作了上述工况下的泥石流危险性分区图,圈定了潜在威胁较大的人口聚集区,为耳阳河流域泥石流灾害的预防和治理提供了依据,也为类似泥石流提供了一种危险性分析的技术方法。     

基于分布式水文模型的区域“四水”转化

根据天津市现状,利用中国水利水电科学研究院水资源研究所近期针对强人类活动地区,尤其是复杂的农田系统开发的分布式水文模型——MODCYCLE模型,构建了天津市MODCYCLE模型,并对天津市"四水"转化特征进行了定量分析。结果表明:天津市"四水"转化过程受社会侧支水循环的影响较大,有地表产流少、土壤补给大消耗量大、地下水超采以及入境水和外调水利用率高等特点。当地地表水已不能满足区域用水需求,现状条件下通过消耗上游来水量和外调水量保证区域用水,未来虽然还有南水北调工程补水,但仍需要执行严格的水资源管理制度才能逐步减少地下水超采,增加入海水量。     

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。      

基于HYDRUS模拟的ABCD模型变量及参数物理基础研究

以ABCD模型为代表的概念性水文模型是量化水文循环过程的主要手段之一,但是很少有研究检验ABCD模型变量和参数的物理基础及其与传统土壤水力参数的关系。以鄂尔多斯盆地台格庙矿区作为研究区,首先使用HYDRUS-1D软件构建站点尺度土壤-植物-大气连续体模型模拟获取非冻结期“真实的”实际蒸散量,其作为目标函数对ABCD模型进行校正,然后对比ABCD模型模拟的土壤水储量和土壤水渗漏量与SPAC模型模拟的结果,通过开展大量情景模拟探究ABCD模型中关键参数a和b与传统土壤水力参数之间的关系。结果表明：在站点尺度,ABCD模型可以用于模拟非冻结期月时间尺度的实际蒸散量和土壤水渗漏量;ABCD模型中参数a与饱和含水率、残余含水率和曲线形状参数具有较强的线性相关性,与饱和渗透系数呈对数关系;参数b与饱和含水率和曲线形状参数n具有较强的线性相关性,与饱和渗透系数和曲线形状参数α呈对数关系。研究结果可以提高对概念性水文模型变量和参数物理基础的认识,拓展水文模型在水文地质中的应用。     

流域坡面汇流研究现状述评

对当前坡面汇流计算方法的研究进展进行了较为系统的总结与分析,并对坡面汇流的非线性效应以及城市低影响开发中的雨水入渗与蓄集对坡面汇流的控制作用进行了简要分析。从模型简单实用的角度出发,认为以流域时间-面积关系与线性水库相串联的ModClark法等为代表的概念性分布式坡面汇流模型具有良好的发展前景;考虑到基于等流时单元的变动等流时线法在反映雨强非线性影响中存在的问题,认为根据水文响应单元在不同雨强条件下汇流时间的变化,调整其汇流参数以反映坡面汇流的非线性效应,对于流域坡面汇流的分布式模拟更具有实际意义;针对目前低影响开发设施长时间序列大空间尺度的室外降雨径流监测资料普遍较为缺乏的现状,给出了后期应积极选择合适的技术以加强低影响开发性能监测工作的建议。     

基于黏弹塑性本构模型的泥石流数值模拟

泥石流是一个世界范围的地质灾害问题,多年来受到广泛而深入的研究。大多数工作致力于分离地研究岩土材料破坏前的失稳机制和失稳后的快速流动扩展。尝试以一种连续方法模拟完整的泥石流过程,仅用一个本构模型描述泥石流的起始、扩展和停滞。首先讨论了重力增大和基质吸力降低诱发泥石流的力学机制,描述了泥石流过程中岩土材料力学性质的弹塑性–黏性转变现象,对泥石流进行了黏弹塑性的全程模拟,并对挡土墙的冲击效应进行了启发性研究,证明了研究中所使用的本构模型可以准确地描述岩土材料的固流转化现象,数值方法可以很好地对均质连续介质进行大位移模拟。     

流域汇流的概率论体系探讨

基于统计物理学观点,给出了净雨过程和流域出口断面流量过程的概率论解释。在此基础上,应用概率论中随机变数函数分布的理论导出了卷积公式,获得了不同于Rodriguez-Iturbe等对流域瞬时单位线所作的概率解释,且前提条件更为明确。证明了流域瞬时单位线的一阶原点矩、流域滞时和平均流域汇流时间是完全等价的,从而为计算平均流域汇流时间提供了一个概念明晰、操作简便的计算方法。给出了两个应用概率论方法确定流域瞬时单位线的方法,其中之一是笔者提出的。     

基于空间数据和专家知识驱动的地质编图技术研究与应用

地质图编制专业性强、工作量大,编图环节繁琐,而人工智能、大数据等新一代信息技术的快速发展,为中国地质图的编图技术发展提供了支撑。在地质大数据环境下,提出基于地质知识驱动的地质编图技术,通过构建地质编图时空综合模型和地质代号智能识别模型,可以对多图幅的沉积岩、侵入岩、火山岩、变质岩、构造等地质要素进行人机交互式、自动化、智能化地图元综合、断层简化、线形圆滑、图幅接边等。近年来,基于该技术在青海东部地区、河南洛阳、郑州地区及京津冀多地区开展的编图实践表明,该编图技术能够显著提高地质编图工作效率,具有实际应用意义。