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。     

基于分布式模拟的流域水平衡分析研究——-以海河流域为例

流域水平衡分析是进行水资源科学评价与合理配置的基础,传统的流域水平衡分析大多是基于有限的站 点观测资料和简单的集总式模型,很难适应考虑水循环空间变异性的复杂大流域水资源综合管理的需求。本文基 于分布式水文模拟技术,探讨了一种能够考虑流域内部上、下游关系的水平衡分析方法。并以海河流域为例,构建 分布式SWAT 模型,对海河流域及水资源三级分区的水平衡状况进行分析,在此基础上探讨海河流域维持健康水 平衡关系,降低流域蒸发,进行农业真实节水的必要性和有关对策。     

黄河典型流域分布式水文过程模拟

基于水循环物理过程的分布式水文模型的研究和应用已经成为当前水文学研究的热点之一。本文应用大尺度分布式水文模型SVAT&HYCY ,选择黄河的主要支流洛河卢氏以上流域进行实例研究。根据 1990～ 1996年的资料进行的模拟结果表明 ,模型可以反映流域蒸散发的空间分布特征以及径流的形成过程。但是在模拟的径流值与实测值之间还有一些差异。这种差别一方面是因为实际径流包含了人类活动的影响 ,另一方面 ,空间插值方法是否准确反映模型的输入量 (特别是降水 )的空间分布特征也将影响模拟精度。     

气候变化和人类活动对白洋淀上游水源区径流的影响

白洋淀是华北平原最大的湖泊湿地,对维持华北平原生态平衡具有极其重要的作用。近年来,白洋淀流域水源减少已经引起了严重的生态环境问题,本文以唐河上游流域为例,根据流域内1960-2008 年水文气象数据,采用气候弹性系数和水文模拟方法,研究了气候变化和人类活动对白洋淀上游水源区径流量的影响。结果表明：年径流下降趋势显著,下降速率为1.7 mm/a,且径流在1980 年前后发生了突变;气候变化对唐河上游流域径流减少的贡献率为38%~40%,人类活动对径流的减少起主导作用,为60%~62%。为维持白洋淀的生态功能,必须保证一定的最小生态需水量,开展湿地生态用水调度与监管。     

Priestley-Taylor公式的改进及其在互补蒸散模型中的应用

Priestley-Taylor公式是无平流的假设条件下提出的,而实际情况很难满足。为了消除基本假设所带来的计算误差,原公式中引入修正系数α。但大量研究表明,修正系数α具有很大的时空变异性,取值具有很大的不确定性。本文尝试直接引入平流项的方法来反映平流的影响作用。通过在乌江鸭池河流域进行实例验证分析,结果表明该方法具有一定的合理性,能够为冬季蒸散发的计算提供最小能量保证。相比原有的修正系数法,蒸散发的计算精度得到有效提高。特别是原有公式计算出现的冬季偏小、夏季偏大的情况得到了有效的改善。     

气候变化和人类活动对白洋淀水源区径流的影响(英文)

As the largest wetland in the North China Plain(NCP),the Baiyangdian Lake plays an important role in maintaining water balance and ecological health of NCP.In the past few decades,the decreasing streamflow in the Baiyangdian Basin associated with climate variability and human activities has caused a series of water and eco-environmental issues.In this study,we quantified the impacts of climate variability and human activities on streamflow in the water source area of the Baiyangdian Lake,based on analyses of hydrologic changes of the upper Tanghe river catchment(a sub-basin of the Baiyangdian Basin) from 1960 to 2008.Climate elasticity method and hydrological modeling method were used to distinguish the effects of climate variability and human activities.The results showed that the annual streamflow decreased significantly(P>0.05) by 1.7 mm/a and an abrupt change was identified around the year 1980.The quantification results indicated that climate variations accounted for 38%-40% of decreased streamflow,while human activities accounted for 60%-62%.Therefore,the effect of human activities played a dominant role on the decline of the streamflow in the water source area of the Baiyangdian Lake.To keep the ecosystem health of the Baiyangdian Lake,we suggest that minimum ecological water demand and integrated watershed management should be guaranteed in the future.     

水文循环模拟中蒸散发估算方法综述

为选取基于水文循环估算蒸散发方法提供依据, 首先对常用水文模型中蒸散发估算方法进行回顾, 根据其物理机理的强弱性, 将水文模型中蒸散估算方法分为整体折算法和分类汇总法。当前水文模型中整体折算法占较大比重, 它们之间的差异有两点:一是潜在蒸散发估算方法不同;二是土壤干燥度折算函数不同;研究表明:由于水文模型存在不确定性及Penman-Monteith 方法具有较高资料要求, 致使模拟中使用该方法与使用其它简化经验公式相似或更差的水文循环模拟效果。所以对于不同水文模型, 如何选取与之复杂程度相兼容的潜在蒸散发估算方程和土壤干燥度折算函数来降低模型的不确定性需进一步讨论。在此基础上, 预估基于水文循环估算蒸散发方法朝着复杂机理化和简单实用化两个方向发展。     

1956-2010 年甬江流域降水变化特性分析

近几十年气候变化加剧了一些地区的水资源时空分布不均匀性, 使水灾害事件呈突发、频发、并发、重发趋势。本文选取中国东南沿海的甬江流域为研究对象, 基于近55 年日过程降雨资料(1956-2010 年), 采用集中度分析和Mann-Kendall(MK)趋势检验等统计学方法, 分析甬江流域降水的变化特性。结果显示, 甬江流域20 世纪80年代后, 年降水集中度呈现显著(置信水平95%)的下降趋势, 汛期降水量占年降水量比重减少, 其中5 月份降水量比重下降最为明显;而非汛期降水量占年降水量比重增加, 1 月份降水量比重增加最为明显;50~100 mm/d级别的暴雨总量稳定且有增加趋势。总体上, 甬江流域降水年内分布呈现坦化趋势, 不同量级暴雨变化趋势有利于洪水资源化, 因此结合合理的工程措施可以有效地增加该区域的水资源可利用量。     

区域水资源承载力理论与方法探讨

在总结区域水资源承载力的研究基础上, 以城市化地区为重点从水循环过程出发, 探讨 高强度人类活动影响下水资源的形成和转化规律, 分析水资源承载力的内涵, 探讨城市化地区水 资源承载力的理论研究基础, 即: 变化环境下的水循环理论、城市化与“社会经济—水资源—生态 与环境”系统交互胁迫理论和可持续发展理论。并在可持续发展原则指导下, 提出城市化地区水 资源承载力量化研究的理论框架和方法, 将城市化地区水资源承载力的研究纳入到区域“社会经 济—水资源—生态与环境”复合系统中, 从水循环动力过程出发, 揭示水资源承载力的本质。研究 成果可为城市化地区节水战略的实施、水资源合理配置和社会经济的可持续发展提供理论支撑。     

SWAT模型在漳卫河流域应用研究

漳卫河流域是海河流域重要组成水系, 也是我国北方地区水资源短缺和水环境恶化的典 型区域之一。本文基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)构建漳卫河流域分布式水文模型, 对模型的几个重要参数进行敏感性分析, 总结出其取值变化对模拟结果的影响规律。并应用 2000~2004 年的水文气象数据, 进行分布式水文过程模拟, 将模拟结果与8 个行政区划的水资源 公报数据进行对比分析。结果显示模拟相对误差在10%以内, 能够为水资源管理提供重要参考。 研究成果对于SWAT 模型在国内的应用和推广, 具有很好的示范性。也为海河全流域分布式水文 模型的研制奠定了基础。