TRMM卫星降水反演数据在珠江流域的适用性研究——以东江和北江为例

为评估最新一代TRMM 3B42-V7卫星降水反演数据产品在珠江流域的精度和适用性,选取位于珠江流域下游的东江和北江流域为研究区域,基于地面雨量站点数据评估了该产品的精度和适用性,并结合可变下渗容量（Variable Infiltration Capacity,VIC）水文模型进行了水文模拟验证。对比分析结果表明,在网格尺度上,大多数网格日尺度相关系数达到0.60以上,月尺度相关系数达到0.90以上,3B42-V7产品表现出较好的精度,在区域尺度上精度得到了进一步提高;水文模拟验证分两种情景下进行,情景Ⅰ的结果表明,当水文模型由地面雨量站点数据率定时,3B42-V7产品数据的水文模拟效果不佳,个别区间内存在对洪峰流量明显的低估;情景Ⅱ的结果表明,由3B42-V7产品数据重新率定水文模型时径流模拟效果有了较大改善,说明该产品可在一定程度上作为资料缺乏地区的降水数据来源。     

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。     

TRMM卫星降水数据在洣水流域径流模拟中的应用

采用地面雨量站点观测降水作为基准数据,评估热带降雨观测计划（TRMM）最新一代卫星降水产品3B42V7的精度;利用站点和卫星两种降水数据驱动栅格新安江模型,采用SCEM-UA算法考虑模型参数不确定性,进行流量过程模拟,评估TRMM 3B42V7在流域水文模拟和预报中的应用能力。数据精度评估显示:在平均意义上,TRMM 3B42V7日降水精度较高,较站点观测低估了6.68%;但在绝对值意义上,TRMM 3B42V7日降水精度较低,绝对偏差达到57.76%;TRMM 3B42V7经过了地面月降水量偏差校准,其精度在月尺度上有较大提高。径流模拟结果表明:TRMM 3B42V7模拟的日径流过程精度较低,有部分洪峰没有捕捉到,但仍能表征径流的日变化特征;月尺度上模拟径流与实测径流吻合较好,能表征径流的季节性和年内变化特征;计算的日尺度和月尺度95%置信区间包含大部分实测流量过程。     

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。      

东北半干旱地区流域分布式水文模拟——以洮儿河流域为例

以东北半干旱地区典型流域-洮儿河流域为研究对象,应用SWAT模型对流域水文过程进行了模拟研究;选择流域上游子流域和中下游子流域分别进行参数敏感性分析,识别出影响模拟结果的敏感参数,研究发现部分参数敏感性存在空间变异性,分析主要原因在于气候和下垫面的空间异质性导致了流域上下游产流模式存在差异。采用1988-1997年水文气象数据进行模型率定和验证,结果表明：干流水文站月流量过程率定期Nash-Sutcliffe 效率系数平均值为0.78,验证期为0.72,相关系数都达到0.86以上,水量误差大多在20%以内,对日过程的模拟也有较高的精度;枯水年模拟结果较差,主要是因为流域降水站数量不够,难以反映降水的时空分布。对于水文、气象等资料相对缺乏的东北半干旱地区,SWAT模型的模拟结果总体令人满意,可以应用于与流域径流相关的各种模拟分析,研究成果对进一步加强洮儿河流域水资源综合管理提供了依据和手段。     

基于DEM的流域降雨径流模拟——以蒲石河流域山区为例

DEM是目前用于流域地形分析的主要数据,基于DEM的水文模拟技术,在流域地形分析及水系构建等方面已形成了比较成熟的算法,给传统的水文模拟技术带来了根本性的变化。以蒲石河流域山区为例,借助流域水文软件WMS,结合ARCVIEW和SURFER软件,计算了流域的面积、周长、坡度与形状因子等参数。在生成山区数字高程模型的基础上,采用WMS嵌入的HEC-1模型对一场降雨进行了降雨径流模拟研究。     

SWAT模型水文过程模拟的数据不确定性分析——以青海湖布哈河流域为例

降水、 气温的空间分布是影响流域水量平衡模拟的关键因素, 运用距离权重反比法(IDW)、 梯度距离权重反比法(GIDW)、 样条函数法(Spline)和克里金插值法(Kriging)对青海湖流域及周边地区43个气象站1995-2009年逐日气温和降水进行了空间插值, 并以气象要素空间插值数据驱动模型, 进行布哈河流域径流模拟. 选用布哈河口月平均流量, 以Nash-Suttclife系数(E_ns)、 相关系数(R)和相对误差(R_E)为评价指标, 进行校准期(2000-2004年)和验证期(2005-2009年)的径流模拟效果比较. 结果表明: 径流模拟精度较高, GIDW和IDW更适合于布哈河流域的气象要素空间化, 并且气象要素空间插值数据误差是引起模型模拟不确定性和参数据不确定性的原因之一.     

岩溶地下河在SWAT中的概化方法——以毕节倒天河流域为例

岩溶地下河的存在严重影响了土壤和水评估工具(SWAT)在岩溶地区的普遍适用性.针对岩溶地下河在SWAT中的概化问题,提出基于数字高程模型(DEM)预处理结合SWAT流域自动识别功能的方法,将岩溶地下河暴露于地表,把岩溶区复杂的地表-地下二元结构简化为地表一元结构,并以贵州毕节地下河发育的倒天河流域为例进行应用.结果表明:① 对比未经概化地下河建立的模型,概化地下河建立的模型识别流域面积增大30.73%,子流域个数增加29.27%,水文响应单元(HRU)个数增加43.82%;② 参数取最大物理意义范围时,未经概化地下河建立的模型p因子=0.64,不满足建模条件,物理模型本身存在问题;③ 概化地下河建立的模型月步长模拟结果:校准期R2=0.96,NS=0.96,验证期R2=0.94,NS=0.93,月尺度模拟效果非常好.岩溶地下河概化方法使SWAT在流域划分方面更加合理,搭建的模型模拟更加合理.该研究拓展了SWAT模型在岩溶区的应用.     

基于水文模型与机器学习集合模拟的水沙变异归因定量识别 ——以黄河中游窟野河流域为例

黄河水沙变化是当前流域水文与江河治理领域研究的前沿和热点问题。以黄土高原窟野河流域为典型研究对象,利用VIC水文模型和8种基于机器学习算法的输沙量模型,耦合构建流域水沙集合模拟技术,定量识别流域水沙演变特征与变异成因。结果表明:① 1960—2014年窟野河流域年气温和降水分别呈显著增加和不显著减少趋势,径流和输沙量都呈显著减少趋势,1980和1999年是流域产水产沙特性发生改变的重要转折点;②模拟月径流和输沙量的Nash-Sutcliffe效率系数和相关系数分别超过了0.6和0.7,适用于该流域水沙过程模拟;③与天然期1960—1979年相比,1980—2014年气候变化和人类活动对径流减少的贡献分别为24%~39%和61%~76%,对输沙量减少的贡献分别为15%~36%和64%~85%;④人类活动是窟野河流域水沙减少的主要原因,且随时间推移呈增大趋势。相关成果为流域水沙变异归因定量识别提供了新的技术方法,对促进黄河流域水资源开发利用和水沙治理具有重要的支撑作用。     

解决潜水蒸发问题的阿维里扬诺夫经验公式在地下水数值模型中的应用——以格尔木河流域为例

数值模型对地下水流和溶质运移等问题进行模拟的方法以其有效性、灵活性和相对廉价性逐渐成为地下水研究领域的一种不可缺少的重要方法。在地下水浅埋区,蒸发是地下水的主要排泄方式之一,而地下水埋深是影响蒸发度的敏感因子,因此,数值模型中对地下水埋深的拟合精度,将直接影响地下水数值模拟模型的精度。本文以格尔木河流域为例,通过阿维里扬诺夫经验公式的线性与非线性模型的计算结果对比,来说明如何利用蒸发的数学模型提高模拟精度。     

分布式水文模型SWAT模型在新疆叶尔羌河流域的适用性研究

为定量分析SWAT模型在新疆叶尔羌流域径流模拟的适用性,以叶尔羌河卡群水文站以上集水区域为研究流域,基于卡群水文站2000-2012年水文数据,运用SWAT模型模拟了研究流域的径流量,并设定2种气候变化情景模式,定量分析不同气候变化情景模式对叶尔羌流域径流量的影响。研究结果表明:SWAT模型在叶尔羌河流域具有较好的适用性,模拟的径流深相对误差小于8%,确定性系数均达到0.75以上;在降水不变化的前提下,气温升高2℃,流域径流量增加6.28%;在气温不变前提下,降水量增加5%,流域径流量增加9.50%。研究成果对于新疆叶尔羌河流域水文模拟及预测提供参考价值。     

大气环流模式在黄河流域的适用性评价

本文以国际上较流行的5个大气环流模式(HadCM3、GFDL、ECHAM4、CSIRO-Mk2以及CGCM2)对黄河流域1961～1990年温度和降水的模拟结果为基础,通过与该流域同期观测值比较,分析了各大气环流模式(GCM)在黄河流域的适用性.研究结果表明:HadCM3、GFDL两个模式对黄河流域温度的模拟结果较好;ECHAM4、HadCM3两个模式对黄河流域降水的模拟结果较好.5个大气环流模式对温度的模拟明显优于对降水的模拟.总体而言,英国的HadCM3模式在黄河流域的适用性最好,可为黄河流域水文水资源、水土流失对全球气候变化响应等相关研究,提供未来气候变化情景的借鉴.     

潮白河流域降水演变及其径流效应

分析了潮白河流域1991~2000年降水资料时空演变规律,采用同倍比放大法对各年的降水数据进行整体轮换处理,处理后各年总降水量为1991~2000年的平均年降水量。随后基于GBHM(Geomorphology-Based Hydrological Model)模型进行了10年径流量模拟。结果显示,在降水总量相同的情况下,1994年型降水时空分布最有利于产流,径流总量与峰值流量最大,1999年型径流总量与峰值流量最小。1994年型径流总量是1999年型径流总量的3.88倍;1994年型峰值流量是1999年型峰值流量的35.87倍。由此可见,降水总量相同时,其时空分布对径流总量和峰值的影响极大。     

西风与季风扰动对黑河流域降水影响的数值模拟

利用中尺度天气模式WRF V2.2进行了两组风场的敏感性试验,分别模拟了西风与季风变化对黑河流域降水的影响.通过对大气环流、水汽输送、水汽辐合以及垂直上升运动的分析得出以下结论:西风与季风对黑河流域降水的影响方式不同,西风带直接作用于黑河流域,影响其降水,而季风则是通过对西风的调整间接影响黑河流域降水;西风与季风变化对黑河流域降水的影响范围不同,西风增强后,黑河流域南部山区降水落区西移,降水增加,最大值中心偏西北;季风增强后,黑河流域南部山区降水落区向东南移,降水增加,最大值中心偏东南.与其它量相比,黑河流域降水与垂直速度的对应关系最好.     

基于SWAT模型的径流还原方法研究—以大汶河流域为例

在现有下垫面条件下还原天然径流是水资源配置的重要基础性工作。利用SWAT分布式水文模型进行径流还原计算。以大汶河流域为例,选取流域内受人类活动影响较小、能大致反映流域天然径流情况的雪野水库、黄前水库以及东周水库所控制的3个子流域,采用SUFI-2方法进行模型参数率定、验证和不确定性分析;根据就近性与相似性原则,进行全流域参数展布,并通过Arc SWAT2012分析计算大汶河流域内泰安市各分区地表水资源量。结果表明:3个典型子流域的P-factor均大于0.64,Rfactor均小于0.72,率定期和验证期的相关性系数和纳什效率系数均高于0.77,径流模拟值和实测值拟合程度高。通过SWAT模型还原天然径流是可行的。     

降雨资料Kriging与IDW插值对比分析—以漓江流域为例

降水空间化信息在很多领域都具有重要意义,而进行空间插值方法形成降水空间化信息是当代较为常用的方式。面对众多的插值方法其插值精度成为我们是否采用的关键,就kirging插值法与IDW(Inverse Distance Weighting)插值进行研究以探讨其插值效果,为此类科学研究提供依据。研究以漓江流域内各气象站点降水统计资料为基础分别采用上述两种方法进行插值处理,通过与预留实测站点比较评判方法的插值效果的优劣。结果表明,多年月平均降水量作为时间步长时,降水丰沛的月份使用kriging插值法较优于IDW插值法,而枯水月份则使用IDW插值法较优于kriging插值法。     

SWBM模型在锡林河流域气候变化影响评价中的应用

以内蒙古地区的锡林河流域为研究对象,采用考虑融雪的水量平衡模型(SWBM模型),在对锡林河流域水文模拟的基础上,评估了流域水资源对气候变化的响应。结果表明:SWBM模型锡林河流域月径流过程具有较好的模拟效果,率定期和检验期的模型效率系数均超过60%,相对误差也均小于8%,在未来全球气候变化背景下,流域水资源以减少趋势为主,2030年之后,减少幅度将可能超过10%。     

甘肃渭河流域气温、降水和径流变化特征及趋势研究

根据流域内气象站、雨量站、水文站的气温、降水、径流系列监测资料,采用周期波法、延时分布频率、径流溯源理论分析了渭河流域气温变化及分布特征,降水量变化及分布特征,径流变化特征和未来变化趋势。揭示了渭河流域气温、降水和径流变化之间的关系。结果表明:(1)气温波动变化存在着9~10 a的周期性变化规律,气温的流域分布由河源向干流递升且与地理高程密切相关。(2)流域平均降水呈现出弱减少的趋势性变化过程。降水的流域分布特征主要体现为均匀性、地带性两个方面。(3)流域多年径流变化存在显著的逐年减小的趋势,径流年际变化趋势要大于降水年际变化趋势。从径流溯源度多年平均变化过程看,1970年以后渭河流域径流空间分布呈现出持续性缩小的趋势,并且下游的缩小速度要大于上游。