几种水文概念性模型的阶跃函数解

应用概念性模型求解降雨径流问题,通常是根据降雨径流资料,推求其瞬时单位线,由于净雨资料是离散的,所以需将瞬时单位线转化为时段单位线,净雨过程与时段单位线相乘然后叠加而得到出口断面的流量过程。本文试图以阶跃函数表示离散型净雨资料,进行拉普拉斯变换,与系统转移函数相乘并进行拉普拉斯逆变换求得出口断面流量过程。据此可以导出几种水文概念性模型出口断面流量过程的数学表达式。     

瞬时单位线法中时段单位线的计算式

瞬时单位线法中时段单位线的计算式陈永昌（山东省水文总站烟台分站）瞬时单位线的净雨历时是瞬时的，在实际应用中需要将其转化为某一指定时段单位线。本文是以ｎ＝１为界划分两个范围，分别用不同近似积分方法，求得了时段单位线的计算式。瞬时单位线数学模式为：式中：...     

约束最小二乘法优选单位线

在总结目前推求单位线方法的基础上,提出了一种改进的优化方法－－约束最小二乘法。它通过Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上的可视化编程,不震拟定初始单位线和试错,就能快速准确达到单位线的最优适配,并能够在计算机上实现推求和修匀单位线。     

无因次单位线综合方法初探

提出了以单位线总历时除以时段数Ｎ的办法,确定相对标准的时段Δｔ,推求出相对标准的单位线,计算其无因次量,并改单位线的时程为时段数ｎ。较完整地解决了单位线的表达形式问题,使单位线成为无因次特性曲线。     

流域单位线的推求方法—分析试错法

关于流域单位线的推求方法,目前常用的有分析法和试错法两种。分析法,它应用下列公式推求流域单位线。即q_T=Q_T-sum from i-2 tom h_iq_(T-i+1)式中 T:单位线及流量过程线时段序;m:净雨时段数;其他符号意义见表所列。由于流域汇流的复杂性和测验资料的误差,故其成果往往会出现锯齿状和负值现象,甚至无法进行分析计算,所以很少有人应用它。试错法,该法应用比较广泛,有的用 Co-llin 法试错,也有的凭经验试错。但主要缺点是单位线过程的初始假定比较困难,试错过程有时也会出现不合理现象,并对其过程进行修正也不易做得完好。鉴于上述,并根据分析法和试错法的特     

《时段单位线用表》简介

在用瞬时单位线方法推求洪水时段流量时,为了避免从S曲线内插,全国雨洪办委托水利水电科学研究院水资源所编制了可以直接查读数值的《时段单位线用表》,现该表已交厂付印,计划于今年12月上旬出版,年底将由本所直接寄送订购单位。本表可供各省、市、自治区编制的瞬时单位线法《暴雨径流查算图表》配套,并可供采用瞬时单位线进行洪水计算和预报使用。《时段单位线用表》包括以下三部分内容:1.各种时段单位线,计有10分钟、15分钟、30分钟、1小时、3小时等五种计算时段用表。     

多种计算在西北城市防洪工程设计洪水中的对比研究

我国西北地区低山小洪沟众多,大多缺乏实测连续水文资料。以西北某城市防洪工程为研究对象,分别采用推理公式法、调蓄经验单位线法、水科院法和面积比指数法四种常用的洪水计算方法进行理论计算,并将计算结果与实测水文资料推求的理论频率值进行对比分析,得出各设计洪水计算方法在研究区的适用规律。结果可知,在缺乏实测水文资料情况下,采用推理公式法、调蓄经验单位线法设计成果都偏大,水科院法计算成果偏小,面积比指数法与理论值最为接近,可靠性和安全性较高,推荐使用。     

调蓄经验单位线法推求设计洪水的自动化计算

调蓄经验单位线法是计算干旱、半干旱区无水文资料的中小流域设计洪水的一种较适用的方法。该方法要通过图表查算、产流试算、汇流计算来完成，计算较为繁杂，且存在图表查算缺乏唯一性的缺憾。利用Excel软件丰富的图表计算、函数与宏运算以及控件工具等功能，编制了调蓄经验单位线法推求设计洪水的自动化计算模板程序，旨在运用该方法推求设计洪水中减少试算、查图等工作量，避免图表查算存在的人为性。     

一种时变分布式单位线计算方法

为了解决由降雨强度引起的径流汇流的非线性问题,提出一种基于SCS(United States Department of Agriculture-Soil Conservation Service)流速公式的时变分布式单位线计算方法。引入参考雨强表征SCS公式中流速系数对应的水力条件。由降雨过程的时段雨强与参考雨强的比值构成一个量纲一因子,将该因子加入SCS公式后使其能够考虑降雨对流速的影响。改进后的流速公式用于计算一次降雨过程中不同降雨时段对应的时变分布式单位线,时变分布式单位线与新安江模型的产流模块构成降雨径流模型,将模型用于裴河流域率定参考雨强。率定后的模型用于谭家河流域进行应用检验,结果显示,确定性系数大于等于0.9的洪水场次,由时不变单位线的42%增大为83%。提出的方法能够显著提高流域水文模型的降雨径流模拟能力。     

江苏省无资料山丘区洛阳河流域径流模拟方法探讨

近年来,无资料或资料缺乏地区汇流计算成为水文研究热点。基于地形参数的地貌瞬时单位线(GIUH)方法凭借其对历史降雨径流实测资料的不依赖性,已然成为径流模拟研究中被普遍采用且效果较好的方法之一。为探讨江苏省无资料山丘区的径流模拟方法,选取具有典型地形地貌特征的镇江通胜洛阳河小流域展开研究。根据地貌特征值等数据提取出该流域的地貌单位线,采用地貌单位线计算径流过程,利用2016、2017年汛期实测的4场洪水进行方法验证,将计算径流与实测数据进行对比分析,结果表明:基于地貌特征的地貌单位线法在该流域洪水模拟中具有较高精度,又因该流域于江苏省乃代表性区域,初步判定可将该方法推广至其他无资料山丘区流域。     

Effects of hillslope geometry on surface and subsurface flows

Dividing a catchment to subcatchment or hillslope scales allows for better scrutiny of the changes in spatial distribution of rainfall, soil attributes and plant cover across the catchment. An instantaneous unit hydrograph model is suggested for simulating runoff hydrographs for complex hillslopes. This model is able to estimate surface and subsurface flows of the catchment based on the Dunne-Black mechanism. For this purpose, a saturation model is used to separate the saturated and unsaturated zones in complex hillslopes. The profile curvatures (concave, straight and convex) and plan shapes (convergent, parallel and divergent) of complex hillslopes are considered, in order to compute the travel time of surface and subsurface flows. The model was used for prediction of the direct runoff hydrograph and subsurface flow hydrograph of Walnut Gulch No. 125 catchment in Arizona (USA). Based on results, the geometry of hillslopes can change the peak of the direct runoff hydrograph up to two-fold, either higher or lower. The divergent hillslopes show higher peaks in comparison with the parallel and convergent hillslopes. The highest and lowest peak flows correspond to divergent-concave and convergent-straight hillslopes, respectively.     

流量过程线分割的新方法——应用分析

介绍了基于Horton下渗能力曲线的流量过程线分割的新方法的计算流程。选择猴子岩、西峡、东湾、王窑水库和尚义五个分属于不同气候区流域的降雨径流资料。采用该方法对流量过程线进行分割,并与现行的非线性水库假设分割法和数字滤波分割方法相比较。结果表明,该方法是具有物理机制的、客观的分割方法,分割的结果符合水文的基本规律,比其他两种方法更加合理,对于流域时段单位线和降雨径流关系的推求均有重要的意义。     

流量过程线分割的新方法--公式推导

针对现行流量过程线分割方法中存在着缺乏物理基础和客观的、科学的操作方法，以及其他的一些问题，提出了流量过程线的分割应遵循的三条基本原则，在此基础上提出流量过程线分割的新方法。该法通过流域的降雨资料和出口断面的流量资料，经推导得到Horton下渗能力曲线的三参数，并推导出地下净雨量在非饱和带运行时间公式和地下水汇流公式，从而对流域出口断面流量过程线进行分割。     

Improved hydrograph prediction through subsurface characterization: conditional stochastic hillslope simulations

Subsurface heterogeneity is one of the largest sources of uncertainty associated with saturated hydraulic conductivity. Recent work has demonstrated that uncertainty in hydraulic conductivity can impart significant uncertainty in runoff generation processes and surface-water flow. Here, the role of site characterization in reducing hydrograph prediction bias and uncertainty is demonstrated. A fully integrated hydrologic model is used to conduct two sets of stochastic, transient simulation experiments comprising different overland flow mechanisms: Dunne and Hortonian. Conditioning hydraulic conductivity fields using values drawn from a simulated synthetic control case are shown to reduce both mean bias and variance in an ensemble of conditional hydrograph predictions when compared with the control case. The ensemble simulations show a greater reduction in uncertainty in the hydrographs for Hortonian flow. The conditional simulations predict surface ponding and surface pressure distributions with reduced mean error and reduced root mean square error compared with unconditional simulations. Uncertainty reduction in Hortonian and Dunne flow cases demonstrates different temporal signals, with more substantial reduction achieved for Hortonian flow.     

一个用于瞬时单位线参数更新的递归公式的推导及应用

在应用瞬时单位线(IUH)进行流域汇流模拟时,需要先率定其2个参数:线性水库的个数n及调蓄系数K.研究表明,用传统的矩法率定得到的IUH,对地面径流的模拟精度较差,需要对参数进行更新.此前袁作新给出了一个用于参数更新的递归公式.本文推导了一个新的递归公式,并与袁作新公式的应用效果进行了对比.新递归方程的推导原理是针对地面径流过程线的2个特征值:洪峰流量和峰现时间,按模拟值与观测值之间的比来调整参数n和K,以使调整后得到的地面径流尽量接近观测值,调整的目标函数选取确定性系数(DC)和误差的均方值(MSE).将新递归公式和袁作新公式应用于2个案例.结果表明,新递归公式在提高地面径流模拟精度上要优于袁作新公式,对于案例1,新递归公式能提高模拟精度,而袁作新公式则不能;时于案例2,新递归公式提高模拟精度的幅度要高于袁作新公式,DC值提高了1.1%,MSE值降低了14.2%.分析原因认为较大的参数调整幅度可能跨越最优点,而新递归公式对参数的调整幅度小于袁作新公式,从而使其能够找到最优点.应用本文的递归公式时,不宜调整次数过多,否则会降低地面径流模拟精度,对2个案例的最优调整次数均为2次,产生此现象的原因是增加调整次数虽然可以提高时洪峰流量和峰现时间的模拟精度,但不一定能提高对整个地面径流过程的模拟精度.     

流量过程线划分的同位素和水文化学方法研究进展

简要介绍了同位素和水文化学划分流量过程线的原理,综述了国内外关于流量过程线分割各种模型的发展历程及其优缺点,最初的二水源模型分割出了降水和地下水两种组分,没有考虑土壤水;三水源模型主要包括降水,地下水和土壤水,应用较广;多水源模型适用于水源补给较复杂的流域.该方法从单纯的同位素示踪发展到同位素和水文化学示踪的结合,不确定性分析的方法逐渐多样化和精确化.国内在该领域的研究较少.今后应加强不同尺度不同水文地质条件流域的研究,综合利用多种方法分割过程线.     

Properties of a Diffusive Hydrograph and the Interpretation of Its Single Parameter

The mathematical properties of the normalized diffusive hydrograph allow for easy determination of intrinsic basin characteristics. These include lag times between storm events and peak flow, recession rate, and the total, temporally integrated flow volume, all in terms of a single parameter, the basin time constant “b”. This simple function displays surprising fidelity to measured hydrographs of springs and hundreds of streams and small rivers. We explain this fidelity by showing that the curvature of the theoretical hydrograph matches that of the natural hydrographs better than several alternate models, and by demonstrating that the simple hydrograph function can be integrated over a range of time constants (0 to b _max) to represent the hierarchy of flow paths of varying lengths that exist in real watersheds. Surprisingly, the unwieldy analytical results from this integration are almost numerically indistinguishable from a simple hydrograph using a single, suitably-weighted average for the time constant. The peak flow times are shifted slightly. The accuracy with which the simple hydrograph approximates the integrated results for hierarchies of hydrographs representing individual flow paths explains why the former can realistically describe the discharge behaviors of complex natural watersheds.     

应用地理信息进行无资料地区流域水文模拟研究

无资料或资料缺乏地区的流域径流模拟是水文学研究中的一个重要的课题.提出了应用地理信息系统分析流域的地理信息参数,进行降雨径流模拟的水文模型.该模型中,产流计算采用美国水土保持局(SCS)的径流曲线数法,流域汇流则采用经本文作者改进的三角形单位线.着重阐述了利用地理信息系统,从流域的地理信息中分析和确定模型参数,还简要介绍了该模型在爱尔兰Dodder河上的应用情况.