Hydrologic simulation approach for El Niño Southern Oscillation (ENSO)-affected watershed with limited raingauge stations

ABSTRACT

Since the performance of hydrological models relies on numerous factors, the selection of an appropriate modeling approach for hydrological study has always been a crucial issue. The major objective of this research is to demonstrate that data-driven models such as the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference system (ANFIS) are more suitable in a region where spatially distributed precipitation datasets are not available. Since precipitation has a teleconnection with the El Niño Southern Oscillation (ENSO) in different parts of the world, the sea surface temperatures (SSTs) and sea level pressures (SLPs) of the equatorial Pacific can be expected to act as surrogates for the precipitation if there are insufficient raingauge stations in the watershed. Moreover, in contrast to conceptual and physically-based models, data driven models can incorporate SST and SLP in their input vectors, and hence additional forcing of SST with precipitation has been experimented with in past studies. Therefore, our second objective is to test whether the additional forcing of SST and SLP will improve the hydrologic simulation. For this, various ANFIS models for the winter season were developed considering 10 raingauge stations situated at various locations in the watershed. Rainfall from each raingauge station was considered in the ANFIS model one at a time with and without SST/SLP. The results show that the performance of the ANFIS model improved with the additional fusion of SST and SLP, especially when a raingauge station from a remote location was considered. However, this improvement was observed when the analysis was primarily focused on the winter season which is a period with a strong ENSO signal.

Editor D. Koutsoyiannis Associate editor L. See     

具有多个水文站的多支流河流典型年选取方法

水文典型年是水文计算重要的成果之一。现行的水文典型年的选取方法主要针对单一水文站点的水文时间序列,并不适合应用于由多个支流组成的复杂流域,特别是在各支流间的水文情势不同步的情况下,现行方法的局限性更加明显。基于层次分析和集合理论,从实际出发,提出层次交集法,即首先选取一系列准典型年,再从准典型年中确定研究区域的典型年。通过实例研究验证了该方法的有效性,也表明该方法对水文计算理论和实践具有重要意义。     

面向“十三五”流域水环境管理的控制单元划分方法

针对国家《水污染防治行动计划》提出的对重点流域实施分流域、分区域、分阶段科学治理的要求,便于“十三五”期间基于控制单元的流域水环境管理体系实施。提出一种能有效衔接流域水自然特征和水资源三级分区、以乡镇级行政区划与流域管理相结合、综合考虑污染源分布、社会经济、土地利用等诸因素的控制单元划分方法。基于该方法将全国重点流域划分为1 784个控制单元,并促成环境保护部于2016年6月发布了“十三五”期间全国343个水质需改善控制单元信息清单。为“十三五”期间流域水环境管理进一步明确地方政府责任,实现基于控制单元的水环境精细化、差异化管理提供数据和技术支撑。     

群居蜘蛛优化算法在水文频率分析中的应用

水文频率分析在参数估计过程中常采用智能优化适线法,如蚁群算法、遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等,但这些算法模型参数难以有效确定,导致寻优结果存在不稳定的不足。为了克服传统优化适线法的缺陷,在系统阐述群居蜘蛛优化算法基本原理的基础上,将群居蜘蛛优化算法用于水文频率曲线的参数确定中,并与传统的参数估计方法(矩法、权函数法、概率权重矩法、遗传算法)加以比较。实例结果表明,该方法搜索效率高,寻优结果稳定,能较好获得参数的最优解。     

改进后的频次分析法分析水文资料代表性初探

将传统的频次分析法加权改进后,量化比较和判断若干短系列水文数据与长系列资料中丰、平、枯分布的接近程度,寻找最具代表性的样本系列.这种改进使水文数据的代表性分析更为直观、合理.     

群智能优化算法在水文频率曲线适线中的应用

根据不同适线准则,研究群智能优化算法在水文频率曲线适线中的计算问题,为水利工程规划、水资源优化配置等提供依据。以陕北地区12个主要测站的年径流系列为例,选取五大分布类共12种分布线型,根据我国现行水利水电工程设计洪水计算规范,按照离(残)差平方和最小准则(OLS)、离(残)差绝对值和最小准则(ABS)、相对离差平方和最小准则(WLS),以MATLAB7.6为计算平台,研究模拟退火算法、遗传算法、粒子群算法和蚁群算法进行水文频率参数的估计。在不同适线准则下,陕北地区年径流最优频率分布模型为广义Logistic分布(Generalized Logistic Distribution,GLO),粒子群算法进行参数估算偏差最小。与传统优化方法相比,群智能优化算法对优化目标函数要求低,是一种推求年径流频率曲线统计参数的新途径。     

珠江口磨刀门枯季水文特征及河口动力过程

根据磨刀门2003年12月9~15日的大、中潮同步水文观测资料,分析了磨刀门枯季的潮汐、潮流、余流、悬移质含沙量、盐度等水文特征,并对枯季河口动力过程,如咸淡水混合、河口射流等进行了初步研究。在枯季由于径流较弱,潮流成为主要动力。表层由于受径流和风的影响余流基本上沿河道走向向下游,中层以下有稳定的向上的余流存在。枯季磨刀门含沙量较小(<1 kg/m3),盐度在平面上和垂向上均有一定变化。磨刀门枯季咸淡水混合类型为缓混合型,各站盐度分层参数均在0.01~1.0。从实测流速的分布情况来看,河口下层有反向的水流,存在明显的因密度差而形成的密度环流。根据枯季实测资料计算所得的密度弗劳德数,磨刀门枯季以浮力射流为主。     

水文序列小波分析中分解层数选择方法

小波分解层数的合理选择是水文序列小波分析结果的重要影响因素。在详细分析和定量描述不同类型噪声的能量分布规律的基础上,依据水文序列中确定成分和噪声成分的能量分布规律的差异,提出了一个小波分解层数选择方法。通过对不同类型模拟序列和不同特性实测水文序列进行分析,验证了所提方法的有效性和实用性。结果表明:序列组成、噪声含量等因素对小波分解层数的选择结果有较大影响,但噪声类型对小波分解层数选择结果影响较小;应用该方法确定小波分解层数的同时,还可以有效地识别和区分各层上是确定成分或是噪声成分,进而可为序列模拟预测提供依据。由于所提方法基于水文序列不同成分变化特性的差异建立,因此有较好的物理依据且分析结果合理可靠。     

珠江流域大尺度陆面水文耦合模式的构建及应用

以珠江流域为研究对象,通过更新陆面水文模式所需的下垫面参数数据库,建立适合于珠江流域的大尺度陆面水文耦合模式系统,并利用该模式开展了1963~2006年流域水文水循环过程的数值模拟,通过与实测流量比较,系统考察了陆面水文耦合模型对珠江流域水循环各分量的模拟性能。分析结果表明,该陆面水文耦合模式对珠江流域年平均各水循环要素具有良好的模拟能力;模式对珠江流域干流主要控制水文站的月平均流量也有较高的模拟精度,模式模拟的水量平衡系数均接近1,相关系数均高于0.84,IOA相似度系数均高于0.9;相对而言,模式对流量峰值的模拟能力还有待提高。     

贵州省普定后寨岩溶小流域水文特性研究

本文在揭示后寨岩溶小流域二元流场结构特征的基础上，依据多年水文资料，分析了后寨岩溶流域的降水、径流、暴雨洪涝与干旱特征，阐述了岩溶水资源综合开发利用、因地制宜修建岩溶地下水库拦蓄洪水资源量的重要性。