基于MODFLOW的流域分布式水文模型研究——以渭河中下游地区为例

在流域水循环框架下,以MODFLOW为基础,结合河水的一维动力波模型和地表、土壤坡面产汇流模型,建立了渭河中下游地区的流域分布式水文模型.该模型突出了研究区地下水循环这一主要水文环节.通过一个水文年的数据检验,证明该模型所获得的参数具有代表性,由各项参数模拟得到的流量过程与实测过程比较符合.在此基础上进行了模拟计算,确定了渭河中下游地区地下水天然补给资源量、浅层地下水开采潜力及现状条件下滨河湿地水源地开采与河水量的关系.该模型的开发不仅对科学调配和合理利用地表水和地下水资源,而且对滨河湿地生态系统功能的恢复和保护具有特别重要的意义.     

流域水文模型计算域离散方法

常用的概念性水文模型 ,能够很好地模拟水文时间变化过程 ,但没有考虑水文变量和水文参数的空间变化与空间不均匀性。随着空间数据的获取手段的增多以及空间离散技术的发展 ,考虑水文参数和水文变量空间变化的分布式水文模型得到了极大的发展。本文详细介绍了分布式流域水文模型中用到的几种不同计算域离散方法 ,并讨论了河道汇流模型中常用到的有结构网格和无结构离散网格。地理信息系统技术对计算域离散有辅助作用 ,其有利于无结构离散网格的自动生成和交互修改 ,并可结合遥感技术 ,使水文模型能获取精确的空间分布的水文参数和水文变量。     

岩溶流域水文模型研究进展

岩溶地区含水介质结构的多重性和岩溶地貌形态的高度复杂性,使岩溶系统的水文效应和水资源的评价与预测一直都成为水文研究的重点和难点.在岩溶含水介质特点和岩溶水文形成过程的基础上,本文着重评述了黑箱模型、概念性模型、物理性模型和分布式水文模型在岩溶水文模拟中的应用.其中黑箱模型包括基于核函数的算法、回归模型、人工神经网络和小波分析;概念性模型包括蓄泄模型和流量过程线衰减函数;物理性模型主要包括达西定律、Darcy-Weisbach方程、有限元法和等效连续多孔介质;分布式水文模型主要是SWMM模型,并分别对各类模型的概念、方法、应用效果以及存在的优缺点等进行了分析.最后指出了研究中存在的一些不足,并就岩溶流域水文模拟的进一步研究提出了相应的建议,这对于解决岩溶区的水资源可持续利用问题有重要意义.     

陕西省山地太阳总辐射分布式模拟研究

基于数字高程模型数据,全面考虑了天空因子和地形因子对太阳短波辐射各辐射分量的影响,分别建立了太阳直接辐射、散射辐射和反射辐射分布式模型,最终确定山地太阳总辐射分布式模型;依据该模型计算了陕西省100 m×100 m分辨率下月、季、年平均太阳直接辐射、散射辐射、反射辐射和总辐射,并分析其时空分布特征,最后探讨了局地地形因子对山地太阳总辐射的影响规律.     

论水文尺度问题

对国内外研究的水文尺度问题进行了回顾，阐述了水文尺度问题研究的现状并进行了分析。提出了水文尺度研究涉及的关键问题，包括水文过程尺度、水文观测尺度以及尺度连结“桥”和遥感水文等。最后对水文尺度研究的发展趋势与前景进行了探讨，指出充分利用现代科学技术，开展国内和国际间的水文科学实验以及变化环境下不同尺度水循环物理过程的研究，对解决水文尺度问题和推动水文科学的发展具有重要意义和广阔前景。     

流域水文模型研究的若干进展

计算机技术和一些交叉学科的发展 ,给水文模拟的研究方法带来了根本性的变化。文章阐述了分布式物理水文模型、地理信息系统 (GIS)和遥感 (RS)技术在流域模拟中的应用等方面的进展。指出分布式模型具有良好的发展前景 ,应用 GIS的水文模型尽管有诸多优点 ,但并不能代表模型本身的高质量 ,遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中 ,给直接应用带来较大的困难。     

分布式流域水文模型水量过程模拟——以黄河河源区为例

文章分析了分布式水文模型、遥感和地理信息系统技术在流域径流模拟过程中的结合点,采用数字网格技术,以流域水量变化对地表土地覆被和气候变化响应过程为目的,讨论利用分布式水文模型研究下垫面和气候变化下流域水量响应过程的一般方法,并以黄河河源区为实例进行验证。     

黄河河源区变化环境下分布式水文模拟

将黄河河源区划分为38个自然子流域,利用分布式水文模型模拟径流量,采用唐乃亥水文站逐年、月实测径流资料进行验证,得到了较好的模拟效果。文章建立了5种土地覆被情景模型及24组不同气温和降水的情景组合,分别模拟不同情景下的年径流量。模拟结果表明,随着植被覆盖度的增加,流域年径流量减小,蒸发量增加。当气温降低2_oC且降水增加20%时,流域径流量增加得最大,增加39.69%。     

高性能并行分布式水文模型研究进展

传统分布式水文模型采用串行计算模式,其计算能力无法满足大规模水文精细化、多要素、多过程耦合模拟的需求,亟需并行计算的支持。进入21世纪后,计算机技术的飞速发展和并行环境的逐步完善,为分布式水文模型并行计算提供了软硬件支撑。论文从并行环境、并行算法2个方面对已有研究进行总结概括,分析了不同并行环境和并行算法的优势与不足,并提出提高模型并行效率的手段,即合理分配进程/线程数缩减通信开销,采用混合并行环境增强模型可扩展性,空间或时空离散化提高模型的可并行性及动态分配计算任务、平衡工作负载等。最后,论文对高性能并行分布式模型的未来研究方向进行展望。     

流域生态水文模型研究进展

流域生态水文模型是全球变化下流域生态水文响应研究的重要工具,通过定量刻画植被与水文过程的相互作用及全球变化对流域生态水文过程演变的影响机制,为流域水资源管理和生态恢复提供科学支撑,是生态水文研究的前沿和热点.基于植被与水文过程相互作用规律,流域生态水文模型一方面要充分描述植被与水文过程相互作用和互为反馈机制,另一方面要...     

近50年来新疆天山山区水循环要素的变化特征与趋势

天山山区由于其特殊的地理位置与高海拔,成为新疆地表径流的主要产流区域。近几十年来,全球平均气温的持续上升对该区域气温、降水、径流等水循环要素产生重要的影响。根据天山南北坡有关水文气象台站的观测资料,系统地分析了该区域1960年代以来各水循环要素的变化特征与趋势。结果表明,受全球变暖的影响,1980年以来整个天山地区气温和降水均呈明显的上升趋势,其中10 a气温的升幅更为显著;对于降水而言,天山南坡降水增幅大于北坡,而南坡的西段是近10 a降水增幅最大的区域。受气温上升与降水增加的影响,天山地区出山径流总体上呈增加的趋势,其中,近10 a天山南坡中西段河流出山径流量增幅最为显著,平均增幅在30%以上。     

Hydrological monitoring and seasonal forecasting: Progress and perspectives

Hydrological monitoring and seasonal forecasting is an active research field because of its potential applications in hydrological risk assessment, preparedness and mitigation. In recent decades, developments in ground and satellite measurements have made the hydrometeorological information readily available, and advances in information technology have facilitated the data analysis in a real-time manner. New progress in climate research and modeling has enabled the prediction of seasonal climate with reasonable accuracy and increased resolution. These emerging techniques and advances have enabled more timely acquisition of accurate hydrological fluxes and status, and earlier warning of extreme hydrological events such as droughts and floods. This paper gives current state-of-the-art understanding of the uncertainties in hydrological monitoring and forecasting, reviews the efforts and progress in operational hydrological monitoring system assisted by observations from various sources and experimental seasonal hydrological forecasting, and briefly introduces the current monitoring and forecasting practices in China. The grand challenges and perspectives for the near future are also discussed, including acquiring and extracting reliable information for monitoring and forecasting, predicting realistic hydrological fluxes and states in the river basin being significantly altered by human activity, and filling the gap between numerical models and the end user. We highlight the importance of understanding the needs of the operational water management and the priority to transfer research knowledge to decision-makers.     

海河流域分布式SWAT模型的构建

本文基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)构建海河流域分布式水文模型。针对海河流域的特点,对 平原区河网和入海口进行合理概化,对土壤类型和土地利用方式进行重分类处理。应用1995~2002 年水文气象系 列资料和下垫面空间分布信息,对模型的参数进行优化和灵敏度分析,最后选取多个站点对模拟结果进行检验与 分析。研究成果为SWAT 模型在国内复杂大流域的应用提供了范例,也为海河流域变化环境下的水资源与水环境 综合管理提供重要的水文学基础支撑。     

分布式水文模型在黄河流域的应用

流域的水资源规划和管理都离不开水资源的定量化评估。而准确评估流域的水资源量,尤其是在大流域,必须明晰不同气候、地形、土地利用等自然条件下的水文循环过程。同时农业灌溉及水库调节等人工的直接取水和调控使水文过程变得更为复杂。仅依靠气象及水文观测数据,已很难拟合出单一的降雨-径流关系来模拟和预测流域水资源的时空分布。这时就需要一种新型水文模拟手段,它可以利用地理信息来描述流域的空间不均一性,并基于物理控制方程来描述水文过程,这就是分布式水文模型。作者介绍了这种模型及其在黄河流域的应用。     

三工河流域分布式水文模型研究

分布式水文模型及其尺度问题是当今水文学研究的前沿课题，特别是针对不同流域尺度以及适合于干旱地区的分布式模型更是研究的焦点。提出了位于干旱区巾小流域尺度的三工河流域分布式模型建立的方法．采用了半分布式网格与子流域结合的模拟计算方式．实例证明这种模型非常适合于模拟干早区融雪径流．对干旱区流域产汇流过程的研究将具有很大的推动作用。     

河西内陆干旱区出山径流特征与变化趋势

一般情况下，水资源的变化主要受气候变化和人类活动的影响，但在位于我国西北内陆干旱地区的中高山地带，径流的形成主要受前者的影响。甘肃省的河西内陆干旱区是该省重要的工农业生产和经济开发区，这里各项社会和经济活动与出山径流的变化都有着十分密切的关系。因此，笔者根据有关水文气象台站的降水、气温和径流观测资料，分析了以黑河、昌马河、西营河等主要河流为代表的河酉内陆区出山径流的变化特征与规律。结果表明，河西内陆区出山口径流的季节变化主要受地理位置和河流补给来源的影响，而年际变幅则受山区降水量年际变化及变幅的影响十分明显。目前，梨园河以西河流水量处于上升阶段，梨园河以东的河流则处于下降的阶段；以黑河干流莺落峡水文站年径流为代表的走廊中部地区的出山口径流正处于1990年开始的枯水段的上升段。但总体而言，河西内陆干旱区出山口径流的变化相对比较稳定。预计今后若干年内，河西内陆干旱区东段河流出山口径流的变化以偏枯为主，中段、西段河流出山口径流的变化以平水或平水偏丰为主。     

应用环境同位素方法研究黑河源区水文循环特征

维持黑河流域中、下游绿洲生态和社会经济发展的水资源主要形成于祁连山区。该文在野外采样的基础上,通过测试分析不同地段、不同水体中的环境同位素(δD、δ^18O和^3H)和水化学组成特征,利用同位素混合模型,识别黑河源区地表水和地下水的来源、组成和径流过程,揭示源区的水文循环特征,在此基础上探讨源区水文循环模式。结果表明：1)黑河源区存在两类地下径流系统：局部径流系统接受局地降水和冰雪融水入渗补给,就近向河流排泄,水循环交替积极,据同位素估算结果,降水补给占76％,冰雪融水补给占24％;区域径流系统接受中高山带的降水和冰雪融水补给(补给高程大于3600m),在出山口附近的断裂带以泉的形式排泄,水循环交替缓慢。2)山区地表水由大气降水、冰雪融水和地下水组成,出山河水的构成为：降水占69％～72％,冰雪融水占23％～24％,深部地下水占5％～7％。     

全球气候变暖情景下黑河山区流域水资源的变化

利用有关水文气象观测资料,对全球气候变暖情景下祁连山区黑河流域水资源的变化特征、成因及趋势进行了分析,并在此基础上提出了未来各种假定气候情景下黑河山区径流变化的计算模式。分析及计算结果表明:黑河山区水资源对全球气候变暖的响应十分明显,但受其特殊地理位置的影响,水资源的变化又有着显著的地域性特征。总体上,山区的气温和降水随全球增温均呈上升和增加的趋势,且气温上升的幅度大于全球平均水平,山区径流亦随降水量的增加而增加,但增幅随着气温升高而逐渐减小,除非遭遇到比较极端的气候情景,如气温升幅与降水减幅同时出现较大值的"暖-干"气候组合或气温降幅与降水增幅的同时出现较大值的"冷-湿"气候组合等。因此,可以预计,未来几十年里黑河山区水资源量虽随着降水、气温的变化而上下波动,但变化相对稳定,其幅度基本在目前出山径流量的±10%左右范围内。     

西南喀斯特山区三水转化与水资源过程及合理利用

中国西南喀斯特山区由于地质背景和地貌结构的特殊性,致使三水转化与水资源形成过程不同于非喀斯特山区。文章探讨该区三水转化机理、水资源补给方式和形成过程,得出喀斯特流域对于相同或相似降雨过程的响应,不同的流域结构决定了补给方式、三水转化、径流调蓄和输移特征。提出喀斯特山区水资源合理利用模式应按照因地制宜、因土制宜、因水制宜及因需制宜原则,采用以小微型为主的水资源开发利用模式,实施分散拦蓄、分散供水,以化整为零方式解决喀斯特山区的整体性干旱缺水。