黄河流域分布式水文模型初步研究与进展

结合国家重点基础研究规划项目"黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理"的研究,综述了黄河流域分布式水文模型研究的主要进展,包括分布式水文模型的特点和基本结构、分布式水文模型中的数字高程模型(DEM)和水文学基础、地理信息系统(GIS)和遥感(RS)在分布式水文模拟中的应用等方面的内容,对未来分布式水文模型的研究提出几点认识。     

分布式流域水文模型刍议

本文，对水文模型，流域水文模型，分布式流域水文模型的概念进行了阐述；对分布式流域水文模型的性质、特点进行了论述，并对其在实时洪水预报中应用前景进行了分析。     

分布式水文模型构建理论与方法述评

回顾了分布式水文模型的发展历程,分析总结了分布式水文模型的构建理论与方法,并对其关键内核——“物理基础”的含义做了深入而新颖的分析。分析了两类当前比较活跃的模型——分布式物理模型与分布式概念性模型中存在的问题及发展前景,并探讨了综合二者之长的具有物理基础的松散型分布式水文模型的构建思路,以及学者们期待中的基于确定性与随机性耦合的分布式水文模型。     

水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用

水文网络模型是地理信息系统对流域实际河网水系的一种规范化描述,它采用拓扑关系来确定流域水流的空间聚合与分散。准确地描述水文网络对成功模拟流域水流的空间分布起着至关重要的作用。水文网络数据模型的关键在于如何表达水文网络的构成要素,以及如何建立要素间的拓扑关系。本文重点阐述了水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用。实例研究证明,采用水文网络模型来表达流域河网水系结构有助于准确地模拟流域上水流的空间与时间分布。     

喀斯特流域分布式水文模型及植被生态水文效应

根据喀斯特流域多孔介质与裂隙水流特征,建立了达西流、裂隙渗流与槽蓄汇流演算相结合的混合汇流演算模式,实现了对分布式水文-植被-土壤模型(DHSVM)的改进。利用贵州普定喀斯特生态水文试验站陈旗小流域观测资料,对模型计算的流量过程及植被截流、蒸散发及土壤含水率时空分布进行验证。结果表明,模型能较好地模拟喀斯特流域陡涨、陡落的流量过程。同时,模型能模拟出土壤含水率、实际蒸散发与降雨、下垫面岩溶裂隙、植被覆盖的响应关系,对分析中国南方喀斯特地区下垫面变化条件下的生态水文效应具有重要意义。     

分布式流域水文模型的DEM数据处理

分布式流域水文模型从DEM数据中提取河流,由于地图数据的比例尺、DEM网格的分辨率等原因,生成的河流可能与真实的河流不重合,流域内的径流可能汇集不到出口断面,必须对DEM数据进行处理。目前GIS软件中常用的处理方式是将河流经过的网格高程普遍降低,这种方法还不够理想。理想的DEM数据处理方法应满足以下原则:修改后生成的河流与真实的河流重合,流域内的径流能够汇入河道到达流域出口断面;DEM数据中网格的高程来自实测地图,最能代表网格的高程,只是由于对网格高程的插值滤掉了一些地形细节,因此高程修改的网格数目应达到最小。基于这个原则,提出DEM数据修改方法,平滑掉河流经过的凸起网格并且填充流域内的洼地,修改最少的网格高程,使由DEM数据生成的河流能够与真实的河流重合,达到模拟真实的径流流动路径的目的。     

遥感和地理信息系统在分布式流域水文模型研制中的应用

综合了近几年来进行的部分研究以及国内外研究和应用的情况，介绍了遥感和地理信息系统在分布式流域水文模研制中的应用情况和发展趋势，展示了概念性模型参数地理化的可能性。     

基于DEM的分布式流域水文模型及应用

提出了一个基于数字高程模型(DEM)的分布式流域水文模型,主要用来模拟湿润地区的蓄满产流机制。通过建立土壤蓄水能力和地貌指数的关系来描述蓄水能力的空间分布。坡面流流向采用多向流法来决定。应用结果表明,该模型模拟流量过程的精度较高,与三水源新安江模型、TOPMODEL基本相当;而且模拟的土壤蓄水量的空间分布也基本符合水文规律。     

月分布式水文概念性模型及应用

文章在RS与GIS支持下,建立地理空间信息库,提取流域土地利用、土壤类型和植被类型等地理信息及相应的水文空间参数,采用已有的水文概念性模型,建立了一个月分布式水文概念性模型.模型结构简单,所需参数较少,可操作性强.模型在雁栖河流域的应用结果显示,总体上能较好地模拟流域的月迳流量,可用于评估流域水资源量、气候变化以及土地利用变化对水资源的影响.     

ArcTOP:TOPKAPI与GIS紧密连接的分布式水文模型系统

基于遥感（RS）和地理信息系统（GIS）的分布式水文模型已成为当前水文科学发展的前沿，地理信息建模系统是目前地理信息系统研究的热点问题之一。目前实现通用GIS空间分析功能与水文模型的集成主要有四种途径：水文模型嵌入CIS平台．GIS功能嵌入水文模型．水文模型和GIS的松散连接以及水文模型和CIS的紧密连接。本文提出的ArcTOP分布式水文模型系统，运用ArcViewGIS提供的宏语言，将以物理概念为基础的分布式水文模型TOPKAPI和CIS紧密连接，实现分布式水文模型和GIS的完全集成。     

分布式水文模型的GPU并行化及快速模拟技术

分布式水文模型对流域水文过程的应用深度及广度不断加深,常与数值天气及气候预报相结合,面临巨大的计算量。近年来GPU技术的进步使普通电脑能够实现高效而又廉价的并行计算。提出了资料插值、单元产流以及单元汇流采用GPU并行计算,马斯京根法河道汇流采用一种非并行的递归方法。基于笔记本电脑和NVIDIA GPU/CUDA结合C#语言,由分布式新安江模型在沂河流域的模拟应用表明,降水量空间插值及新安江产流的并行执行效率为普通CPU上C#的8~9倍。使用直接递归法实现马斯京根汇流演算比以往采用汇流次序表的执行效率提升0.5~0.9倍。     

GBHM模型原理及其在中尺度流域的应用

分布式水文模型核心之一是对流域的离散方法.基于地形分析和单位线概念,GBHM利用面积函数和宽度函数概化流域地形特性,将流域划分为一系列内部均一的流带和流条,形成均质坡面流单元,使模型可用一维水份运动方程描述降水产流过程.模型在永定河流域的应用表明,其原理和效率均较为满意.     

全国水文预报技术竞赛参赛流域水文模型分析

对全国首次水文预报技术竞赛中参赛的10个流域水文模型的结构及模拟技术,分别从各个主要环节进行分类与综述;并根据技术竞赛检验结果所揭示的现象,就参赛水文模型的模拟及应用进行了分析与讨论。     

自适应神经模糊推理系统(ANFIS)在水文模型综合中的应用

由于目前已有很多比较成熟的流域水文模型,因此我们可以选用几个流域水文模型进行并行运算,来同时模拟流域降雨—径流关系。在相同的降雨输入情况下,不同模型得到的模拟流量必然会有所不同,模型效率系数和模拟精度也会不同。因此,如何将不同模型的模拟结果进行综合以进一步提高流量模拟精度是一个关键问题。本文选用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)作为水文模型综合平台,以牧马河流域为试验区域,对两个并行运算水文模型(三水源新安江模型和总径流响应模型)的结果进行综合处理,得到了更稳健的流量模拟结果,大大提高了模型效率和模拟精度。该方法值得在实践中借鉴。     

水文模型与陆面模式耦合研究进展

水文模型与陆面模式耦合是目前全球变化研究中的热点问题,如何实现分布式水文模型与陆面过程模式的双向耦合,并将其有机嵌入大气模式中,是未来大气环流模式(GCM)和区域气候模式(RCM)发展和完善的重要目标之一.在简单介绍陆面过程模式和水文模型发展历程的基础上,对水文模型和陆面过程耦合研究的国内外进展进行了综述,指出了模式耦合中存在的共同问题和未来工作的研究要点.最后,探讨了分布式水文模型与陆面模式耦合在全球变化研究框架中的地位与意义,并展望了陆面水文过程发展的主流趋势和研究方向.     

ESSI分布式水文模型在淮河流域的应用

以淮河小柳巷水文站以上各支流组成的流域为研究对象,应用ESSI分布式水文模型对流域出口的年、月、日径流以及流域水文空间过程进行模拟以验证模型的适用性和模拟精度。选取合理的模型运行方案组合,以2001~2004年作为模型校准期,率定出模型参数,并用2006~2009年的实测水文数据进行模型验证。结果表明ESSI模型率定得到的参数在研究区具有一定的代表性,较为准确地概化描述了研究区的水文过程,在淮河流域中上游具有良好的适用性;此外,模拟的水文空间过程与淮河流域的客观规律相近,表明ESSI模型对各水文过程具有合理的描述和表达,为水资源的时空动态变化规律研究提供良好的模拟平台。     

PEST在WetSpa分布式水文模型参数率定中的应用

分布式水文模型随着计算机、遥感和地理信息系统等信息技术的发展成为水文模拟的热点,但面临着参数过多难以率定的问题.PEST是独立于模型的非线性参数估计和不确定性分析的综合软件,能通过尽量少的模型运行次数估计参数.本文应用以ArcView3.2为操作平台的WetSpa分布式水文模型,结合人工试错法和PEST独立参数自动率定程序联合对WetSpa模型进行参数率定,对白盆珠水库流域1992～2001年日径流进行连续模拟研究,取得较好效果.