基于分布式水文模型BTOPMC的晋江流域水文循环模拟

晋江流域所在福建省泉州市近年来经济社会发展迅速,水资源短缺已经成为制约该地区发展一个重要因素.开展水文循环过程模拟对把握该流域水资源时空演变规律,提高决策管理水平具有重要意义.本研究采用已在亚洲季风区多个国家广泛得到应用的BTOPMC(Block-wise use of the TOPMODEL with the Muskingum-Cunge routing method)分布式水文模型对晋江流水文循环过程进行模拟.模拟结果表明BTOPMC模型在该流域具有较好的适用性,具有为制定科学合理的水资源管理政策提供决策支持的潜力.     

基于VIC模型的拉萨河流域分布式水文模拟

通过构建大尺度分布式VIC(variable infiltration capacity)模型,对拉萨河流域的水文过程进行了模拟,并以拉萨水文站为控制站点对模型进行率定和验证.结果表明:日尺度上,率定期和验证期的Nash-Suttcliffe效率系数(ENS)、确定性系数(R2)、相关性系数(r)基本都在0.80以上;月尺度上,3个指标达0.90以上;空间上,网格水量相对误差都小于1%.表明VIC模型能够较好地应用于拉萨河流域,适用性较好.VIC模型的构建,为研究气候变化对拉萨河流域水循环的影响奠定了基础.     

基于SWAT模型的细河流域径流模拟研究

分布式水文模型能够准确地反映降雨时空和下垫面等条件变化下的流域水文响应特征.运用SWAT分布式水文模型,将辽宁省细河流域划分为28个子流域,2 061个水文响应单元,对流域水文循环过程进行了模拟.模型校准期R~2、Ens分别为0.92、0.92,验证期R~2、Ens分别为0.89、0.90,均满足适用性标准.SWAT模型对于细河流域径流模拟的准确度较高.     

大型工程建设规划的生态水文响应模拟—以天府国际机场建设为例

本文以天府国际机场为例,尝试引入流域分布式水文模型(SWAT模型),探索机场建设和保护对举人河流域生态水文的影响,为工程项目保护规划的制定提供依据和评价支撑.模型校准结果显示,率定期的R2和NS值分别为0.81、0.71,验证期的R2和NS值分别为0.70、0.53,模型对流域径流模拟效果较好.结合机场建设工程和生态补偿规划,设置了"建设破坏"和"下游修复"情景,结果表明,机场"建设破坏"使流域地表径流至少增加10%、植物根部入渗量减少20%以上、实际蒸发值增加,河川径流和产水量减少,建设破坏效果明显;流域"下游修复"使地表径流、产水量和河川径流大幅减少,下游治理修复措施是有效的.     

基于新安江水文模型的东江流域枯水径流模拟

为了探讨新安江流域水文模型模拟流域枯水径流的可行性及精度,采用该模型对东江流域中的4个子流域进行日径流过程模拟.在采用常规的评价指标对模拟结果进行初步分析的基础上,以描述枯水径流特点的枯水特征值,例如连续多日最小平均流量、基流分割结果、枯水期模拟结果和流量历时曲线等为研究对象,探讨该模型模拟枯水径流的能力.4个子流域的研究结果表明,不论对于常规的评价指标,还是枯水特征值,用新安江流域水文模型来模拟枯水期的流量均能达到较高的精度,因此可采用该模型进行东江流域枯水径流的预测.     

塔里木河干流地表水与地下水耦合模拟

基于流域水资源管理需求,揭示塔里木河地表水与地下水转化关系,以更好地发挥区域水资源整体性功能,采用HSPF-MODFLOW耦合模型对塔里木河流域进行日径流模拟,并选用纳什系数E_(ns)、确定性系数R~2、均方根误差σ对模拟结果进行率定,以明晰大气降水-地表水-地下水转化规律。结果表明:率定期和验证期地表水模拟纳什系数均大于0.7,对长期连续径流模拟效果较好;地下水位模拟随补给量变化与实测值基本一致,随着干流下游间歇性输水的延续,下游整体地下水位明显回升,但生态走廊以下河段抬升幅度较小,2004年下游地下水年平均埋深约6.21 m,而在规划年预计达到4.73 m;耦合模型能较为准确地模拟地表径流和地下水动态变化过程,对水资源联合评价与综合管理具有重要意义。     

石羊河流域无观测资料地区径流模拟

基于水文模型管理和调配石羊河流域无资料地区的水资源,首先要解决模型的参数问题.为了使模拟结果更贴近实际观测值,基于变异系数法量化流域水文相似度,选取参证流域,构建SWAT水文模型,移植其模型参数进行水文模拟.以西营河为参证流域,将金塔河作为验证流域,移植参数进行径流模拟,结果表明模拟值与实测值平均相对误差、相关系数及效率系数分别为9.3%、0.80、0.78,其拟合精度满足模拟要求.在此基础上,构建无观测资料东大河流域的SWAT模型,移植西营河流域的模型参数进行径流模拟.结果表明,东大河多年平均径流量模拟值为3.345×108 m3,与实际观测值的平均相对误差为3.38%,可满足径流模拟的要求.有效地提高了西北内陆河流域无观测资料地区水文模拟精度,较好地解决了径流模拟中的不确定性问题.     

基于SWAT模型的泾河流域月径流分布式模拟

受气候变化和人类活动变化的影响,流域水循环和基于物理机制的分布式水文模型已成为研究热点。本文采用泰森多边形计算泾河流域2008—2015年每月面降水量,对中国大气同化数据集(CMADS)和传统气象站降水量变化趋势及其相关关系进行分析。构建基于SWAT的泾河流域分布式水文模型,并采用CMADS驱动SWAT模型,通过对流域内张家山(二)水文站2008—2015年月径流的率定和验证,评价CMADS+SWAT模式在泾河流域的适用性,并采用SUFI-2算法对模型参数进行敏感性分析和模型不确定性分析。结果表明:泾河流域CMADS数据集和气象站监测数据相关性较高,可采用CMADS数据集驱动SWAT模型。所构建的泾河流域径流模拟模型中12个参数敏感性较高,包括平均坡度(HRU_SLP)、土壤表层到底层的深度(SOL_Z())、主河道河床有效水力传导度(CH_K2)等。采用确定性系数(R~2)、纳什效率系数(NSE)、百分比偏差(PBIAS)和均方根差与标准偏差的比值(RSR)四个指标对模型结果进行评价,率定期和验证期的R~2和NSE均达到0.8以上,RSR均小于0.7,且PBIAS均介于±25%,表明CMADS+SWAT模式在泾河流域的模拟结果较好。对于整个模拟期,验证期的模拟效果优于率定期。模型率定期和验证期的p-因子均大于0.7,r-因子均接近于1,不确定性较小。研究结果可为泾河流域水资源开发利用与管理提供参考,同时CMADS+SWAT模式能够为我国气象观测资料匮乏地区的水资源管理、土地利用和非点源污染研究等提供基础支撑。     

黑河流域上游山区径流模拟及模型评估

探讨了2个不同复杂程度的水文模型在黑河流域上游山区径流模拟方面的适用性.结果表明,在模拟莺落峡站月流量过程时,集总式水文模型WASMOD能够给出与半分布式水文模型SWAT同等精度的模拟结果.另外,WASMOD还具有所需数据量少、模型参数少、模型结构简单等优势.当然,WASMOD只能在周、月或年尺度上进行模拟,而对于口径流模拟无能为力,且只能模拟流域出口断面的流量过程,对流域内部其他站点的模拟无能为力;SWAT在这些方面具有优势.与其他模型应用结果比较,WASMOD和SWAT都表现出了同样甚至更优的径流模拟性能,能够为研究区域的径流模拟与预报提供良好的手段和工具.     

基于神经网络与半分布式水文模型相结合的缺资料区径流估计模型 ——以莺落峡流域为例

针对黑河上游莺落峡流域海拔较高区域降水缺测问题,基于半分布式水文模型TOPMODEL,利用神经网络(ANN)融合海拔较高区模拟降水与流域稀疏站点观测作为降水输入计算产汇流,并利用粒子群优化算法进行参数全局优化以同时率定TOPMODEL与ANN参数,从而构建基于ANN与半分布式水文模型TOPMODEL相结合的径流估计模型P-NN-TOP.利用1990—1995年莺落峡水文控制站观测日径流进行模型进行参数率定,利用1996—2000年的相应观测进行模拟验证,并借助所发展模型P-NN-TOP对2001—2010年的日径流进行估计与分析.结果表明:在模型率定和验证期,新发展的P-NN-TOP模型较其他模型表现出明显的优势,在观测站点稀疏情况下能较好地融合站点观测和模式模拟信息;并在兼具输入数据可获取性的同时提高了径流模拟的精度.此外,结果还显示2001年为模拟与观测日径流相关性的年突变点并从2004年开始明显降低,与上游水电站的开发使用在时间上基本一致,表明所发展的P-NNTOP模型能较为合理描述2001—2010年出山流量日变化,在探索径流估计新方法的同时也为类似流域的洪涝预警和水资源调配提供一定参考.     

基于栅格的分布式超渗产流水文模型构建及比较

利用具有物理机制的Green-Ampt下渗方法并考虑降雨间歇土壤含水量再分配计算栅格内产流;同时考虑河道排水网络的水量交换,采用逐栅格的Muskingum-Cunge演算法进行汇流,构建了基于栅格的分布式超渗产流水文模型(Grid-GA模型).同时还建立了基于子流域的Green-Ampt水文模型、以及增加超渗产流机制的新安江模型.将这3个模型以及新安江模型应用于半湿润的沂河高里流域,结果表明,4个水文模型均能很好地进行水文过程的模拟,证明所构建的模型结构合理.     

雅鲁藏布江拉萨河流域水文模型应用比较研究

雅鲁藏布江是我国水能资源最丰富的河流之一,拉萨河作为雅鲁藏布江支流中流域面积最大、最长的河流,更是西藏自治区水利开发的重点,但拉萨河流域水文模型应用研究甚少。本文介绍改进的TOPMODEL,并应用该模型和新安江模型对拉萨河流域进行水文模拟,结果表明：两模型都取得了较好的模拟效果,弥补了雅鲁藏布江拉萨河流域水文模型应用研究的不足,为开展缺资料地区的水文模型应用研究进行了一定的尝试。     

采用分布式HEC-HMS水文模型的晋江流域暴雨次洪模拟

以晋江流域为研究区域,采用分布式HEC-HMS水文模型进行暴雨次洪模拟.分别通过SCS曲线数法计算水文损失,单位线法计算直接径流,Muskingum模型进行河道洪水演进,基流指数退水法模拟流域基流,并以1972-1979年的实测数据进行参数的率定及验证.研究结果表明:单峰的洪水模拟结果与实测数据拟合比较好,模型效率系数都在0.8以上,峰现误差为3h以内;多峰的洪水效率系数在0.6以下.     

蚁群算法在黑河上游VIC模型参数校正中的应用

参数优选是水文模型应用过程中的一项基础性工作.蚁群算法结合了分布式计算和正反馈机制,是一种较容易理解和实现的元启发式算法,已在求解复杂组合问题中展示出优异的性能.本文将蚁群算法应用于黑河上游VIC模型的参数优选中,通过与SCE-UA算法对比,探究蚁群算法在VIC模型中的适用性.经过蚁群算法优选的VIC模型在率定期(2003—2006年)和验证期(2007—2008年)的Nash效率系数分别为0.62和0.65,结果优于SCE-UA算法模拟结果.通过对蚁群算法在应用过程中的参数设定进行初步探究,结果表明:当蚂蚁数目为60,信息素蒸发系数为0.2时,蚁群算法在黑河上游水文模拟中易获得较好的率定结果.研究结果显示:蚁群算法是一种有效的VIC模型参数优选方法,适宜在其他水文模型参数优化进行推广.     

拉萨河流域不同汇流方式的TOPMODEL应用比较研究

应用结合单位线和线性水库汇流改进的TOPMODEL,对拉萨河流域进行水文模拟,并与原TOPMODEL模拟结果进行对比.结果表明,两者都取得了较好的模拟效果,但改进的模型模拟基流更稳定和合理.应用两模型评估拉萨河流域降雨空间差异性对流域径流的影响,改进的模型模拟结果相对稳定.     

基于气象水文水动力耦合模型的流域尺度洪水预报方法： 以北江流域为例

针对中小流域目前径流和淹没预报难度较大且精度偏低的问题,本文以北江流域为研究对象,构建降雨径流-洪水淹没模型。在非耦合情况下,基于WRF-Hydro模式构建北江流域水文模型,通过对主要参数率定,优化了WRF-Hydro水文模型,模拟了流域的产流、汇流等水循环关键要素。在耦合情况下,将WRF-Hydro模式模拟的径流过程作为CaMa-Flood模型的边界条件,从而实现对整个流域的洪水淹没模拟。研究结果表明：在经过参数率定的WRF-Hydro水文模型中,针对验证期的5场典型洪水事件,皮尔逊相关系数均高于0.8,纳什效率系数在0.52至0.71之间,在预报期的三个洪水事件中,洪峰的平均误差为22.2％。在水文水动力模型耦合后,能够准确地捕捉洪水淹没与降雨强度、洪水流量变化之间的关系,进而提供洪水发生后洪泛区的淹没深度和范围等关键信息。本文构建的降雨径流-洪水淹没模型能够适用于地形复杂、降雨时空分布不均匀的北江流域,为类似半湿润流域的洪水预报提供了有益参考,同时也为水文水动力模型耦合的研究奠定了基础。     

拉萨河流域不同汇流方式的TOPMODEL应用比较研究

应用结合单位线和线性水库汇流改进的TOPMODEI,,对拉萨河流域进行水文模拟,并与原TOPM0lDEL模拟结果进行对比.结果表明,两者都取得了较好的模拟效果,但改进的模型模拟基流更稳定和合理.应用两模型评估拉萨河流域降雨空间差异性对流域径流的影响,改进的模型模拟结果相对稳定.     

基于遥感与区域化方法的无资料流域水文模型参数优化方法

针对无资料流域径流预报的难点, 探讨水文模型参数优化的共性问题, 综述区域化方法和遥感方法的研究现状。首先从水文模型参数优化面临的共性问题, 即水文地理数据生成、目标函数构建和优化方法选择等问题出发, 分析其对参数优选结果的影响, 并归纳出当前广泛认可的解决方案。然后结合区域化方法的技术原理和研究进展, 着重论述测站密度对区域化方法性能的影响, 并分析该方法在中国的适用性。接着从研究区域、水文模型结构、遥感资料以及率定目标等方面归纳总结遥感方法优化水文模型参数的最新研究进展。最后对区域化方法和遥感方法的优缺点及未来发展前景进行对比分析, 为中国无资料或缺资料流域径流预报实践提供参考。     

TRMM多卫星测雨数据在赣江上游径流模拟中的应用

选取赣江上游峡山站以上集水区域为研究区域,以雨量站观测数据为基准数据,评估热带降雨观测计划TRMM一3842V6降水数据的精度,并采用上述2种降水数据驱动栅格型新安江模型,模拟赣江峡山站日流量和月流量过程．结果表明,尽管TRMM日降水数据较雨量站数据存在较大偏差,但采用TRMM降水数据模拟的日流量能基本再现峡山站的日流量过程;TRMM月降水数据精度较高,能够较为精确地模拟峡山站的月流量过程．因此TRMM月降水数据可应用于赣江流域的降雨．径流过程模拟,在无资料地区的水文预报、水资源估算、水资源评价与规划等相关研究领域具有广阔的应用前景．     

高寒流域水文模拟与径流水源解析——以雅鲁藏布江帕隆藏布上游流域为例

为深入研究高寒流域河川径流的水源解析,选取雅鲁藏布江帕隆藏布上游流域为研究区,采用月流量、遥感积雪面积数据、实测冰川径流数据等多目标率定方法,改进单一依靠流量数据率定模型的方法,基于SPHY(Spatial Processes in Hydrology)水文模型开展水文模拟及径流组分研究,提高了总体建模质量.结果表明：在率定期和验证期Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.95和0.94,模型具有较好的适用性.降雨径流、融雪径流、冰川径流和基流作为径流来源,占总径流的比例分别为10%、25%、45%和20%,冰川径流和融雪径流是最重要的补给来源.月尺度上,冰川径流在7-8月占比最大,融雪径流在4-6月占比最大,降雨径流在各月占比最小.冰川径流占比最高,短期内可提供更多水资源保障社会经济发展,长期而言冰川径流将逐渐减少,造成水资源短缺.因此,当地需提高应对径流变化潜在风险的策略.