分布式降雨径流物理模型的建立和应用

根据流域降雨径流的主要过程,考虑流域气象及下垫面要素的空间异质性,建立了具有物理基础的分布式降雨径流模型。模型将流域离散为栅格计算单元,并按水流特性分栅格单元为坡面单元和河网单元。在坡面单元上主要计算降雨、下渗、坡面流、壤中流等水文过程,而河网单元则主要计算河道汇流过程。模型利用空间权重插值方法将雨量站点的降雨量插值到各个计算单元,采用运动波方程来计算坡面流,将壤中流概化为垂向流和侧向流,分别用Green-Ampt公式和运动波方程来模拟,河道汇流也采用运动波方程。模型结构简单、参数的物理意义明确,大多数参数可利用DEM、土壤类型图、植被类型图直接获取,少数敏感参数通过率定确定。模型在浙江省甬江上游黄土岭流域和皎口流域进行了应用和检验,其结果令人满意。     

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。      

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。     

天然实验流域降雨径流现象发生的悖论

作为滁州水文实验系统一部分的1号天然实验流域,面积7897m2,以安山岩为基底,上覆平均厚度2.46m的第四系沉积物。实测了包括地面径流和地面下径流的各种降雨径流响应,后者包括来自非饱和带的壤中流和饱和带的地下水径流。表明这些径流成分有着复杂的组合类型,主要是以地面径流为主的SR型和以地面下径流为主的SSR型,以及中间的和演化的类型。SR型实例中的地面径流量可占总径流的65%,而SSR实例中的地面下径流量可有90%。主要降水的7月,地面下贡献占54.5%,其中地下水径流即占33%。大部分地面径流与降水的18O组成有不小的差异,比较了同时进行测验的3个实验流域,在1400min的降水径流过程中,降水的平均δ18O为-1.210%,而同期地面径流的平均δ18O,2号水文山流域(512m2)为-1.132%,1号南大洼天然流域为-1.065%,3号只有薄层风化碎屑的牵牛花流域(4573m2)为-0.801%。这质疑了现行同位素流量过程线划分方法8个假定中的两个:地面径流的同位素组成不同于降水,天然流域尤其如此;各种水源在汇集过程中的同位素分馏影响并非都可忽略不计。实验流域因降水而产生径流,但所产生的径流却有着非本次降水的组分,这一降水径流悖论发生于各个实验流域。SR型和SSR型总的非本次降水组分分别达16%和64%。     

喀斯特流域降雨-径流人工神经网络模型结构分析及模拟

喀斯特流域降雨-径流响应是一个非线性过程,分析确定地下河流量过程的主要影响因子对喀斯特流域水文过程模拟具有重要意义.本文利用普定后寨河流域实测降雨、径流系列资料,采用神经网络权重分析法确定该流域的人工神经网络模型结构为两个隐含层、三个输入变量,该人工神经网络模型结构可以保持降雨-径流模拟的稳定性.模型经交叉训练与验证,训练期效率系数(NSC)达0.9以上,验证期NSC达0.88以上.说明神经网络权重分析法能够较好地确立预报因子与预报对象的关系,为喀斯特流域降雨-径流模拟提供一种有效的分析手段.     

忻州市不同水文下垫面降雨径流关系特性分析

河川径流是降雨与水文下垫面共同作用的结果。但在同量级的降雨量和降雨强度下,不同的水文下垫面条件,其产流机理是截然不同的,甚至差异会很大。对山西省忻州市各类水文下垫面代表站降雨径流关系特性分析,最终得出不同水文下垫面具有不同降雨产流机理、年径流系数受到水文下垫面影响和同类水文下垫面植被影响年径流系数三个结论。     

亚马逊流域降雨径流时空变化分析

基于全球降雨气候中心(GPCC)和全球径流数据中心(GRDC)的降雨径流资料,选择亚马逊流域16个测站,利用三次样条、Mann-Kendall法、Yamamoto检验、最大熵谱法和小波分析法,分析了各子流域的年降水量和年径流量的趋势性、周期性、突变性,并对降水、径流的时间变化和空间分布进行分析。结果表明:整个流域降水量和径流量随时间变化呈增加趋势;其降雨分布不均,南多北少;年降水倾向率有明显空间差异,近50年,流域上、下游径流增加,中游径流减少,整体则有微弱增长。     

气候变化对径流影响的模拟

建立了气候-陆面单向连接模型,通过降尺度模型处理GCMs的输出结果,连接到分布式水文模型计算径流,以山西省为例进行了不同情景下未来径流变化趋势的分析.不仅使用了分布式的产汇流,而且提出了在网格上使用回归分析的植被系数综合反映该单元与蒸发有关的下垫面状况.简要验证了5个GCMs输出结果在山西省的适应性:气候模型对气温的模拟较好,对于降水更多的具有定性的揭示长期演变趋势的性质.比较分析了不同气候模型在不同排放情景下径流的状况,未来50a山西省径流的最可能的变化趋势是径流随气温的升高将逐步减少.     

流域水文模型研究进展

本文介绍了流域水文模型的分类,论述了流域水文模型基础理论——产汇流理论的发展及其自身的研究进展,探讨了流域水文模型的研究趋势和发展困境,并对未来做出了展望,以期能推进流域水文模型的研究。     

巴江岩溶流域水文模拟研究

岩溶地区因其多相且不规则的复杂流态使得其水循环模拟及预测较为困难。以石林巴江流域为研究区,将流域内水文气象站点数据与遥感数据相结合,利用MIKE-SHE模型来模拟巴江流域水文过程,该模型对于蒸散发及不饱和带的模拟较为详细。并使用黄家庄水文站2000~2005年的实测日径流量进行率定与验证。结果表明,验证期总水量基本保持平衡,nash-sutcliffe系数为0.84,表明该模型能够模拟短时间内的水流演变过程。在此基础上对模型参数进行敏感性分析,得出降雨量为关键变量,且其空间分布的差异对模拟结果影响较大。     

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。     

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。     

雅砻江流域分布式水文模型开发研究

面向南水北调西线水源区之一雅砻江流域生态水文调控,开发了一个基于物理机制的日过程流域水循环系统的分布式模拟模型.模型的产流过程计算考虑了雨强大小,采用Green-Ampt模型或Richards方程.汇流过程计算考虑了河道属性(纵横断面及河道控制工程),采用运动波方程或动力波方程模型.计算单元内采用了"马赛克"法即把单元内土地归为5种地域分别计算再汇总.1985～2000年雅砻江流域径流模拟较准确,水量平衡方面误差小于5%,模型与实测径流过程线相关系数达到0.86～94,Nash-Sutcliffe模型效率达0.7以上,表明该模型具有较高精度,能够满足流域生态水文调控中水循环各个过程的模拟与预测,构建了一个良好平台.     

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.     

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。     

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。     

hv-block交叉验证法在率定水文模型参数中的比较研究

本文指出了应用分离样本验证法率定水文模型参数的不足,引入并探讨了hv-block交叉验证法的适用性,并与分离样本验证法进行比较。不同流域、不同系列长度和不同时段资料的计算结果表明,hv-block交叉验证法的模拟预报精度要明显优于分离样本验证法,该法能够充分利用资料信息,特别是当资料系列较短的情况下,其优越性更加突出。     

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。