基于CA的小流域分布式降雨径流模拟

构建基于元胞自动机(CA)模型的分布式水文模型,模拟小流域内降雨径流过程。从元胞状态、转换规则与时间步长3个方面扩展普通CA模型,包括5个子状态、5个元胞系数及两条转换规则,并实现模型与GIS的集成。以黄土高原岔巴沟流域的降雨径流观测数据对模型进行了验证分析。试验结果表明,确定性系数、峰现时差与洪峰误差3个评价指数都达到一定精度,实现了流域内径流过程的可视化。结合CA模型与GIS技术可以较为有效地模拟流域次降雨径流过程,模型在该试验区是基本适用的。     

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。     

新安江模型与水箱模型在柘溪流域适用性研究

为提高柘溪流域洪水预报精度,充分合理利用洪水资源,缓解该流域下游的防洪压力,同时为水库防洪调度以及经济运行提供科学合理的决策依据,研究了集总式概念性水文模型新安江模型及水箱模型在该湿润流域的适用性。选取该流域2004~2015年实测数据,应用三目标MOSCDE算法分别优选三水源新安江模型以及水箱模型参数,从而对该流域划分的多个子流域单元进行了场次洪水模拟计算,并对比分析不同流域单元两种模型的模拟结果,探究不同模型结构在柘溪流域场次洪水模拟中的差异,分析总结这两种模型在该流域的适用性。结果表明:两种模型模拟效果比较接近,均可以达到《水文情报预报规范》规定的作业预报精度要求,且对于流域内的大洪水的模拟效果也比较理想。从洪量以及洪水过程方面分析,两个模型的模拟效果比较接近;从洪峰拟合角度分析,新安江模型比水箱模型更适合该流域。     

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。     

干旱区资料稀缺法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.     

SWAT模型在海拉尔河流域径流模拟中的应用研究

以海拉尔河上游流域作为研究区域,基于Arc GIS构建SWAT分布式水文模型对流域水文过程进行模拟,通过对流域的基础数据整合,模型采用1999~2003年实测径流数据进行参数率定,将2004~2010年实测径流数据作为模型的验证期,对模型在海拉尔河上游的适用性进行研究。通过对月和年径流模拟值和实测值的比较,率定期和验证期的Nash系数Ens和相关系数R2分别在0.861~0.873和0.877~0.899之间。基于这两个评价标准可知:SWAT模型在海拉尔河上游流域有良好的适用性,可以为该流域的水资源管理提供依据。     

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。     

垂向混合产流模型在辽宁西部地区适用性分析研究

基于垂向混合产流模型,结合辽宁叶柏寿流域和凉子河24场洪水统计数据,对流域洪水进行适用性模拟,通过与实测洪水数据对比分析,结果可知:垂向混合产流模型在模拟精度上较传统辽宁非饱和水文模型有较为明显的改善,传统模型精度为丙级,采用垂向混合模型后,其洪水模拟精度可达到乙级。     

APHRODITE降水数据驱动的融雪径流模拟

针对流域内气象观测站点稀少和融雪径流过程的特点,利用APHRODITE降水数据进行插值,应用日有效活动温度改进度日数;依据季节性冻土受有效活动积温影响的特点,建立有效活动积温与径流系数的关系,提高模型中融雪速率和径流系数的计算精度。结合气象、水文资料和MODIS遥感积雪产品,应用改进的融雪径流模型(SRM)对开都河流域2000年与2006年融雪期的径流进行了率定和验证模拟。改进模型在率定期和验证期的模拟结果远远优于用日平均温度作为度日数的结果。结果表明,用APHRODITE降水数据及改进的度日数和径流系数作为SRM模型参数输入,能够较好模拟开都河流域融雪径流过程,大大提高模型模拟精度。     

APHRODITE降水数据驱动的融雪径流模拟

针对流域内气象观测站点稀少和融雪径流过程的特点,利用APHRODITE降水数据进行插值,应用日有效活动温度改进度日数;依据季节性冻土受有效活动积温影响的特点,建立有效活动积温与径流系数的关系,提高模型中融雪速率和径流系数的计算精度。结合气象、水文资料和MODIS遥感积雪产品,应用改进的融雪径流模型（SRM）对开都河流域2000年与2006年融雪期的径流进行了率定和验证模拟。改进模型在率定期和验证期的模拟结果远远优于用日平均温度作为度日数的结果。结果表明,用APHRODITE降水数据及改进的度日数和径流系数作为SRM模型参数输入,能够较好模拟开都河流域融雪径流过程,大大提高模型模拟精度。     

Hydrological modeling in the karst area,Rižana spring catchment,Slovenia

Karst aquifers are known for their heterogeneity and irregular complex flow patterns which make them more difficult to model and demand specific modeling approaches. This paper presents one such approach which is based on a conceptual model. The model was applied in a karst area of the catchment of Rižana spring (200 km2). It is based on the MIKE SHE code and incorporates the main hydrological processes and geological features of the karst aquifer (diffuse and concentrated infiltration, allogenic recharge, quick and slow groundwater flow, shifting groundwater divides and groundwater outflow from the catchment area). Modeling of evapotranspiration and flow in the upper part of the unsaturated zone is more detailed. For the modeling of groundwater flow in the karst aquifer, a conceptual model was applied which uses drainage function for the simulation of groundwater flow through large conduits (karst channels and large fissures). The model was calibrated and validated against the observed Rižana spring discharge which represents a measured response of the aquifer. The results of validation show that the model is able to adequately simulate temporal evolution of the spring discharge, measured by Nash–Sutcliffe coefficient (0.82) as well as overall water balance.     

运用水文时间序列分析识别济南泉域岩溶发育特征

岩溶含水层具有高度的非均质性和各向异性,为定量识别济南泉域岩溶含水层发育状况,通过选取泉域岩溶水补给区和排泄区的地下水位动态数据,采用相关分析和频谱分析,研究其对降雨补给的响应特征.地下水位-降雨量的自相关和互相关分析表明,系统对降雨输入信号的敏感程度自补给区至排泄区逐渐降低,但记忆作用逐渐增强.相位分析结果表明泉域地下水位对降雨信号的响应存在滞后现象,自补给区至排泄区滞后时间逐渐延长,补给区地下水位与降雨具有更好的线性相关性.交叉振幅分析结果表明补给区地下水流中快速流约占20%~30%,而在排泄区快速流占比减少至2.5%~10.0%.岩溶含水系统地下水动力条件主要受岩溶发育程度等介质内部结构影响,济南泉域岩溶含水层岩溶发育程度较低,含水介质和水流通道以岩溶裂隙为主,地下水运动以基质流为主.      

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。     

Numerical simulation of karst groundwater system for discharge prediction and protection design of spring in Fangshan District,Beijing

As the rapid growth of population and social economy, the situation of water resources shortage in Beijing city becomes more and more serious. Karst groundwater in Beijing has great potential for development. The reasonable exploitation of karst groundwater can enhance the water-supply stability of Beijing city. Firstly, the distribution of springs has been investigated in Fangshan, Beijing, and the characteristics of these springs have also been analyzed. Secondly, the hydrogeological conceptual model has been built, based on this, the groundwater flow numerical simulation model was established, and the parameter identification and validation of the model were performed under groundwater level and spring discharge. The results shows that the simulated values of groundwater level and spring discharge are very close to measured values, and the model can be used for groundwater resources evaluation and spring discharge prediction. Finally, a reasonable exploitation design has been developed with three exploitation scenarios considering the spring discharge protection; meanwhile, the quantity of groundwater resources was evaluated in the karst aquifer. The simulation results indicate that different exploitation yields have a significant impact on spring discharge; and the effective measures should be taken to protect the spring discharge     

马颊河上游南乐站径流变化分析

实测径流是自然与人类活动双重作用的结果。通过对1956～2000年马颊河上游南乐水文站的实测水文资料、流域降水资料以及通过控制断面以上流域的用水和引水资料进行还原的径流序列的分析，揭示了天然径流的变化敏感地反映了气候的变化，人类活动已远远超过气候变化对径流的影响。通过分析2个时段降雨径流关系，揭示了近20年来与1956～1979年相比，同样降水量条件下径流量的增大，反映了产汇流条件的明显变化。     

试论喀斯特管流水特征

喀斯特水系统是由管流水与隙流水共同组成的水文地质系统,它们之间存在着复杂的耦合与转化关系。偏流作用引起夺水现象,进而导致汇流。管流水分为伏流与暗河,在非灌入式补给情况下,喀斯特水运动的基本模式是:降雨(补给)→隙流水(赋存)→管流水(汇排)。一般情况下,暗河起着汇排隙流水的功能。     

潮波运动对长江口分流的影响

汊口分流是河流动力学中一个经典的科学问题,感潮河段内的汊口由于受到潮波运动的影响,会产生明显的剩余环流,使其分流过程与非感潮河段汊口存在明显不同。为揭示潮波运动对汊口分流的影响,引入分流不均匀系数概念,以长江口为研究对象,依据2002年地形建立平面二维数学模型。分别开展"无径"、"无潮"和"径潮"3种情况模拟,定量地分解出径流、潮流和径潮相互作用对分流的影响程度,并探讨深水航道整治工程对分流过程的影响。结果表明:潮波运动在枯季和洪季分别以32.95% 和35.71%的程度对南北港分流不均匀系数产生抑制作用,使分流趋于均匀。深水航道整治工程使得南港的径潮相互作用增强,潮平均水位壅高,减弱了径流向南港分配增加的趋势。     

北方岩溶含水层双重介质水流模型及其应用探讨

本文将北方岩溶介质划分为两种基本类型:溶隙网络—溶孔型和溶隙网络—微裂隙型。概化出裂隙岩溶介质的双重介质水流模型。解决了下面几个问题:（1）认识北方岩溶介质所具有的双重介质性;（2）分别对孔隙和微裂隙所构成的岩块域和溶隙网络域建立数学模型,并用岩块和裂隙的水量交换项将两者耦合起来。模型中岩块并未被概化成某一特殊几何形态如球体或平行板,而是按其实际产出形态处理;（3）在岩块中也应用了二维水流模型。以往作者多用一维流方程,目的在于求其解析解,这有许多不足之处;（4）在裂隙和岩块域均采用有限单元法,将两个域的模型联立求数值解,克服了解析法或解析—数值法联合的局限性。 在给定参数情况下,本文进行了典型水文地质条件下的计算,证明了模型是能够较好地刻画溶隙网络—溶孔或微裂隙型介质的特征和水流特点的。同时,本文成功地应用了济南西南郊岩溶含水层的实际资料进行了模拟计算,对双重介质方法的实用进行了听的尝试。     

Integration of In Situ Experiments and Numerical Simulations to Reveal the Physicochemical Circumstances of Organic and Inorganic Precipitation at a Thermal Spring

Organic and inorganic precipitates are both characteristic in the active hypogenic karst area of Buda Thermal Karst in Hungary. As an active system, it is a good natural laboratory to study ongoing precipitation processes. Because of anthropogenic influence and the complexity of spring environments, it is challenging to reveal all the governing factors in the process of precipitation. In situ experiments, i.e. artificially controlled natural systems simplify the complexity by adding, excluding or stabilizing influencing parameters during the experiment. CO₂ degassing drives changes in the physicochemical parameters of spring waters from the discharge along their flow path. The rate and spatial extension of these changes depend on local hydrogeological, geological, climatic, topographical etc. factors, affecting precipitation processes. In this study, two one-day-long in situ experiments were executed to examine the physicochemical parameter changes of thermal water in a tunnel. The integration of the results with reactive transport models revealed the physicochemical processes of ingassing and degassing and predicted CaCO₃ precipitation along the flow path. Small-scale roughness of the channel surface seemed to further influence pH and concentration of HCO₃^?. After 6 weeks of thermal water flowing, organic precipitate (biofilm) formed close to the discharge and then, with a sharp change, inorganic precipitate (calcite) dominates a bit further from the discharge. In situ experiments and connected numerical simulations revealed the role of CO₂ degassing and calcite precipitation in the changes of physicochemical parameters, but organic precipitates also have to be considered near the discharge.