无资料地区水文模型参数移植不确定性分析

无资料地区降水径流模拟是水文学研究的国际前沿和热点问题。水文模型参数移植是无资料地区降水径流模拟的重要方法,对径流模拟精度具有重要的影响。利用核密度估计和蒙特卡罗随机模拟等方法,构建了一种水文模型参数移植误差驱动的无资料地区径流模拟不确定性定量评估框架。以广西壮族自治区42个有水文监测站点的典型中小河流为研究对象,率定新安江模型参数并模拟日径流和洪水过程,将42个典型流域依次假定为无资料流域,利用基于回归分析、相似流域和机器学习的参数移植方法,模拟无资料地区的洪水过程并识别最优的参数移植方法,分析移植法估算的模型参数值和直接率定值相比误差的概率分布特征,定量评估模型参数移植误差带来的径流模拟不确定性。研究结果表明：(1)基于回归分析的参数移植法模拟无资料地区洪水过程的精度优于相似流域法,优选的机器学习算法比传统回归分析法和相似流域法的计算精度提高了7%～15%;(2)与模型参数率定值相比,移植方法计算的模型参数具有一定的误差,对洪水模拟敏感参数的误差小于不敏感参数;(3)受模型参数移植误差的影响,利用蒙特卡罗法随机模拟的洪水过程具有一定的不确定性,洪量和洪峰相对误差的主要区间分别为10...     

乌鲁木齐河流域北部平原地下水流模拟

本文运用数字水文地质概念模型的方法建立了乌鲁木齐河流域北部平原的地下水流模型,并用流量边界与柴窝堡盆地和河谷区的地下水流模型相接,构成一个统一的流域地下水模型,为乌鲁木齐河流域水资源整体规划利用提供了模拟分析工具。北部平原的南部倾斜平原为砂卵砾石组成的大厚度潜水含水层,北部细土平原为多层结构。地下水总体上由南向北径流,天然状态下在交界地带溢出成泉或流入沙漠。目前,地下水循环基本上由人为控制。农田灌溉回归补给量与河流和山前侧向补给量持平;而开采量已是绝对的排泄量。季节性开采造成地下水位季节性大幅度变化。水位的下降使蒸发蒸腾量减少,减轻了由于灌溉造成的土壤盐碱化问题。     

贵州典型岩溶流域日降雨径流过程模拟研究

以蓄满产流方式描述岩溶地区的产流过程,采用稳定入渗法划分径流,将非线性水箱模型用于模拟单元流域的调蓄过程,以遗传算法为基础率定模型参数,建立了基于遗传算法率定参数的概念性岩溶水文模型,并以贵州普定后寨河流域为例,采用流域内老黑潭、六谷、后寨测站的水文资料对所建模型进行检验,以相对误差、互相关系数和确定性系数来评定模型.结果表明,本模型预报结果的相对误差均小于士10%,互相关系数均大于0.80,确定性系数均大于或等于0.70,说明所构建的模型能够模拟及预报岩溶地区的降雨径流过程.      

基于SWAT模型的绍兴城市径流时空演变规律分析

为克服较大尺度城市径流的定量难题,引入了分布式流域水文模型(SWAT),对绍兴城市径流开展了定量模拟及时空演变规律分析。经DEM建模分析,将绍兴城市置于合适尺度的流域内建立SWAT模型;在敏感性分析的基础上,利用径流监测数据对模型进行了校准与验证,模型评价结果表明,所有站点校准期与验证期的平均相对误差Re(-5.29%~8.81%)、判定系数R2(0.91~0.96)和效率系数Ens(0.90~0.94)均满足年水平和月水平径流定量要求。在此基础上,以1992~2011年的降雨为驱动模拟得到了子流域的月径流数据;最后利用地统计学方法(GSM)对绍兴城市径流的时空演变规律进行了分析,并得到了关键源区,为绍兴城市水资源保护与利用提供科学依据。     

1955—2008年冬克玛底河流域冰川径流模拟研究

采用HBV水文模型,对长江源区有冰川覆盖的冬克玛底河流域日径流进行了模拟试验研究.使用冬克玛底河流域周边4个有长期观测资料的气象站日气温、日降水数据,结合流域内自动气象站实测数据,应用多元回归法插值恢复了流域1955—2004年日气温数据,应用降水梯度与反距离权重相结合的方法恢复了流域1955—2004年日降水数据.采用数据质量较好的2004/2005年度和2006/2007年度两个物质平衡年水文气象数据进行模型参数的率定,应用2005/2006年度和2007/2008年度水文气象数据进行模型参数的检验.在确定模型能较好的模拟流域年月径流深的前提下,采用率定好的模型参数和恢复的气象资料,恢复了1955—2004年冬克玛底河流域的年径流深;依据水量平衡原理,得到流域冰川物质平衡变化.结果表明:1955—2008年冰川物质平衡呈亏损趋势,平均-136.0mm.a-1;年径流深呈波动增加趋势,平均增加5.61mm.a-1.径流深的增加量中约34%是因为降水增加所致,66%是因为温度升高导致冰川消融加剧所致.     

单变量核密度估计模型及其在径流随机模拟中的应用

应用核密度估计理论构造了单变量多阶核密度估计模型。该模型是基于数据驱动的、不需对序列概串分布(正态分布、PⅢ型分布)和相依形式(线性或非线性)进行识别、适合于时间序列随机模拟的非参数模型。将单变量核密度估计模型用于中国金沙江流域屏山站日流量过程随机模拟,应用表明,该模型是适合于径流随机模拟的。     

IHACRES模型在无资料地区径流模拟中的应用研究

IHACRES模型以单位线为基础,结构简单、概念明确、优选参数少,在国外已被广泛研究和应用,并认为是一个相当成功的流域水文模型。选择石门、高关、白云山水库流域以及汉江支流牧马河四个流域,假定其中一个流域有实测资料,对模型进行参数优选之后移用于其它流域,分别运用 IHACRES模型和新安江模型进行径流模拟。结果表明,IHACRES模型模拟精度高于新安江模型, 对无资料地区的径流模拟更为适用。     

水稳定同位素示踪的冰川流域水文模拟及不确定性研究

水文模拟不确定性长期以来是制约寒区水文发展的瓶颈问题。水稳定同位素示踪为认识冰川流域径流过程提供了重要“指纹”信息,但仍缺乏有效模型将该信息与冰川水文模型耦合,而且同位素信息对冰川流域水文模型不确定性的约束效果也有待检验。将水稳定同位素信息（δ¹⁸O）与冰川流域水文模型FLEX^G相耦合,实现对冰川流域水稳定同位素和径流过程的耦合建模（FLEX^G-iso）,并在乌鲁木齐河源1号冰川流域进行模拟检验和径流分割。结果表明：模型不仅对2013—2016年径流过程有良好的模拟效果,还可以重现水稳定同位素、冰川物质平衡等重要过程。利用水稳定同位素这一辅助数据,提高了模型参数的识别能力,减少了模拟过程中各水源的相互妥协效应和不确定性范围。2013—2016年1号冰川断面径流32%~34%来自融雪,48%~51%来自融冰,0%~7%来自地下水,12%~15%来自降雨径流。水稳定同位素对雪和冰川相关中间过程有明显的约束能力,原有模型对融冰贡献的模拟偏高约7%。FLEX^G-iso模型的建立有助于推动寒区水文学理论和方法的发展,以及寒区水资源、生态环境保护等相关决策制定。     

天山乌鲁木齐河上游径流极值变化分析研究

以天山乌鲁木齐河上游作为研究对象, 结合乌鲁木齐河上游近50 a的实测月均径流变化资料, 对未来的月均径流进行了预测. 基于对重现水平的95%置信区间进行估计的结果表明, 乌鲁木齐河上游重现期为10 a、25 a、50 a和100 a的月均径流量极大值分别约为35.4 m³·s^-1、39.9 m³·s^-1、43.2 m³·s^-1和46.3 m³·s^-1;重现期为10 a、25 a、50 a和100 a的月均径流量极小值分别约为0.60 m³·s^-1、0.43 m³·s^-1、0.30 m³·s^-1和0.18 m³·s^-1. 在当前气候变化背景下, 乌鲁木齐河上游在2058年前后枯水期时可能发生断流现象. 该研究对乌鲁木齐河径流变化预测具有重要意义.     

月水量平衡模型的比较研究

简要介绍了8种月水量平衡模型,并从模型结构上进行了对比分析。选取东江、赣江和汉江流域的51个子流域为代表,对所选模型进行径流模拟效果比较分析。结果表明:Vandewiele水量平衡模型(VWBM)、ABCD模型、两参数月水量平衡模型(TPWB)、三参数月水量平衡模型(TRPWB)、改进的两参数月水量平衡模型(MTPWB)、动态水量平衡模型(DWBM)模拟效果较好,Thornthwaite-Mather水量平衡模型(TMWB)、澳大利亚水量平衡模型(AWBM)模拟效果相对较差。DWBM模型在率定期和检验期获得了令人满意的结果,而且模型结构简洁稳健,物理概念明确,可应用于无资料地区的径流预测。     

黑河出山径流的非线性特征分析

应用非线性动力学的理论和方法,对黑河出山径流的非线性特征进行了分析.结果表明,黑河月出山径流的年内分布、年平均流量的一次峰、谷变化符合单重或双重威布尔分布,并具有自相似性质.黑河出山径流多年变化在相空间中的运动轨迹收缩到一个约为4.32维的吸引子上,而描述流量的动力方程需要8个独立变量.黑河出山径流的非线性特征还表现在对内部结构为非线性函数的输入输出模型的良好应用上,如GRNN神经网络模型、非线性回归模型等.     

混沌时间序列支持向量机模型及其在径流预测中应用

以重构相空间理论为基础,探讨了混沌时间序列的支持向量机预测模型建模的思路、特点及关键参数的选取。利用饱和关联维数法进行相空间重构,并运用改进小数据量法计算最大Lyapunov指数,对宜昌站月径流时间序列进行混沌特性识别。在运用混沌时间序列的支持向量机模型对月径流预测的应用中,引入了径向基核函数,简化了非线性问题的求解过程。实例表明,该模型能较好地处理复杂的水文序列,具有较高的泛化能力和很好的预测精度。     

SWAT模型在东江流域的应用研究

以SWAT模型为研究工具,对该模型在东江流域的3个子流域的适用性进行研究,研究表明,SWAT模型在东江流域3个子流域的适用性较好,校准期（19701975年）日径流模拟和月径流模拟的相对误差Re均在10%以内,日径流模拟的决定系数R2均在70%以上,月径流模拟的决定系数R2均在80%以上,Nash-Suttcliffe效率系数基本达到70%;验证期（19761985年及19962005年）,月径流模拟的决定系数R2和Nash-Suttcliffe效率系数均在70%以上,相对误差Re基本在±20%以内,可以满足该流域的水资源评价与规划的要求。     

天山乌鲁木齐河源区1号冰川径流模拟研究

采用HBV-ETH模型, 利用1980-2006年实测水文气象数据对乌鲁木齐河源区1号冰川日径流进行模拟研究. 在考虑度日因子和面积变化的基础上, 模拟了1980-2006年流域的径流深和土壤蒸散发; 依据水量平衡原理, 得到了流域冰川物质平衡和冰川体积变化序列, 同时对比验证了模型的模拟效果. 研究表明: 若将冰川面积视为常数进行模拟, 将会使得模拟径流比实际偏大, 过去26 a平均高估7%左右. 1980-2006年间, 若不考虑面积变化, 累积体积变化被高估3%左右.     

涪江流域径流变化趋势及其对气候变化的响应

采用Mann-Kendall非参数检验方法分析了涪江流域实测径流量的变化趋势,根据假定的气候变化情景和HADCM3预估的气候情景,利用考虑融雪的水量平衡模型(SWBM模型)分析了径流对气候变化的响应。结果表明:涪江流域径流量总体呈现递减趋势,但非汛期的个别月份有增加趋势,实测年径流变化主要是由于气候要素变化引起的,流域内的水电开发对径流量的季节分配存在一定的影响。SWBM模型对涪江流域月流量过程具有较好的模拟效果,实测与模拟径流量总体较为吻合,只有个别年份峰值模拟误差相对较大。气温变化固定的情况下,降水变化与径流变化之间的关系接近线性;在降水变化相同的情况下,单位气温变幅引起的径流量变化幅度也基本相当。尽管不同排放情景下涪江流域径流量的变化有一定差异,但总体来看,未来水资源可能以偏少为主,特别是2030年以后,多年平均偏少量将可能超过5%。     

河西内陆河流域冰川融水近期变化

基于第一次中国冰川编目数据库,以国家气象台站的月降水与月气温资料为驱动数据,利用度日模型重建了河西内陆河流域各水系1961～2006年冰川物质平衡和融水径流序列,并与短期观测资料的对比验证表明,模型具有较高的可信度.河西内陆河流域1961～2006年平均冰川物质平衡为-49.5 mm/a,从东段石羊河流域到西段疏勒河、...     

环境变化对黄河中游汾河径流情势的影响研究

20世纪70年代后我国许多河流的径流量呈下降的趋势.在这些趋势变化中,如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文研究的热点和难点.提出了区分人类活动和气候变化影响的分析思路以及定量计算方法.介绍了SIMHYD概念性降水径流模型,并应用黄河中游汾河流域"天然"时期的水文、气象资料率定了模型参数,通过水文模拟还原了人类活动影响期间的天然径流量,进而分析了汾河流域径流情势的变化原因.结果表明:SIMHYD降水径流模型对汾河流域天然月径流过程具有良好的模拟效果;就1970-1999年的平均状况而言,气候因素和人类活动对径流的影响量分别占径流减少总量的35.9%和4.1%,人类活动是汾河流域径流减少的主要因素.     

考虑径流成分的雅鲁藏布江月径流模拟

通过构建雅鲁藏布江流域分布式水文模型SWAT,并以1989~1998年为率定期,1999~2005年为验证期对3个水文站(奴各沙、羊村、奴下)的月径流进行了模拟。从模型参数组里选取径流成分模拟不同的2组参数,以Nash-Sutcliffe效率系数(NS)、相关系数(R~2)及相对误差(PBIAS)为评价指标,来分析模型的模拟结果好坏。结果表明:率定期内,在径流成分1下奴各沙、羊村站和奴下站的R~2值高达0.9以上,NS系数分别为0.9、0.92和0.72,PBIAS的值为7.1%、18.5%及34.2%,但径流成分与实际情况出入较大。而径流成分2下,模拟得到的评价指标虽然不是很高,但径流成分比较合理。验证期总体结论一致。因此,建议在模型率定验证中要充分考虑径流成分的作用,从而提高模型模拟的精度。     

南洞地下河月径流时间序列的混沌特征及预测

利用基于相空间重构技术、混沌识别与预测理论对1993-2013年南洞地下河月径流时间序列的非线性特征进行了分析,由所获得的延迟时间和最佳嵌入维数实现了月径流时间序列的相空间重构,运用饱和关联维数法和小数据量法计算出南洞地下河月径流时间序列的饱和关联维数和最大Lyapunov指数,并运用Volterra模型对南洞地下河月径流时间序列进行了多步预测研究。研究结果表明,南洞地下河月径流时间序列相空间重构的延迟时间和最佳嵌入维数分别为τ=5、m=8,饱和关联维数D和最大Lyapunov指数λ分别为4.63、0.748 9,从定性和定量的角度证明了南洞地下河月径流时间序列具有弱混沌特征。Volterra自适应滤波模型的预测结果能较好地表征南洞地下河月径流的变化趋势和规律,对18个月内的短期预测精度较高,模拟效果较好。      

1965-2010年白龙江上游径流变化特征研究

根据白龙江上游白云水文站1965-2010年46 a的月年实测径流资料,用径流的年际变化、年内各月占年径流的百分比、年内不均匀系数、集中度以及变化幅度等不同指标,分析研究了白龙江上游径流年际变化和年内分配的规律.研究表明:白龙江上游年径流量受气候变化和流域天保工程的实施,年际变化趋势逐步减小,径流重心位置基本未发生变化...