时空变源混合产流模型及其在小流域洪水模拟中的应用——以四川省、甘肃省的4个小流域为例

近年来山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失不断增加,基于GIS和遥感数据的水文模型为山洪预报提供了新的思路。利用DEM和遥感数据提取小流域基础属性并划分地貌水文响应单元,利用垂向混合产流计算产流量,采用包气带非饱和土壤计算下渗,建立垂向上的时空变源混合产流模型。利用时空变源混合产流模型,模拟四川省和甘肃省4个流域多场次洪水过程,通过SCE算法进行参数率定和产流分析。结果表明:模型模拟与实测数据基本吻合,纳什效率系数均超过0.8;四川和甘肃两省小流域受到下垫面信息影响,主导产流成分不同。模型能够提供较为精确的山丘区流域洪水预报。     

DEM在小流域洪水预报中的应用研究

以河南省1〖DK(〗∶〖DK)〗50 000的DEM数据为基础,采用分布式水文预报模型,研究了适合小流域和山丘区洪水的预报系统。介绍了研究区域DEM数据的河系提取、子流域划分和特征值提取,构建了具体的预报模型并开发了相应的预报预警软件。阐述了模型的雨量模型构建、产流、汇流和洪水演进算法,分析了无资料情况下分布式地貌单位线的生成和马斯京根模型参数的获取。结果表明,该方法可用于无资料小流域洪水分析计算和山洪预报预警。     

山丘区小流域下垫面数据精度对HEC-HMS水文模拟的影响研究

山丘区小流域下垫面条件复杂多变,DEM分辨率及子流域划分水平对分布式水文模型模拟结果的影响有待深入研究。本文选取小流域应用广泛的HEC-HMS分布式水文模型,在河南省栾川流域设置四种DEM分辨率方案及四种子流域划分方案,分别提取不同方案下的流域水文特征参数进行对比,并分析两种类型的数据精度对纳什系数和峰值模拟的影响。研究结果表明,与大中流域相比,DEM分辨率和子流域划分对山丘区小流域空间参数和水文模拟结果的影响要更为显著。在实际山洪预警预报工作中,为保证模拟结果的稳定性和可靠性,应尽可能选择高精度下垫面数据精度。     

FFMS模型与HEC-HMS模型在暴雨洪水预报中的应用比较

针对小流域暴雨洪水预报难的问题,利用模块化小流域暴雨洪水预报FFMS(Flash Flood Modul Simulation System)模型和HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center Hydrological Model System)模型,以河南栾川、韩城及辽宁郝家店、梨庇峪4个山丘区小流域为例,对比分析了4个流域的暴雨洪水预报过程,以洪峰相对误差、峰现时间误差以及纳什系数等为评价准则,比较和分析了2个模型的预报精度和适用性。实例验证结果表明:虽然2种模型均能实现小流域暴雨洪水的预报,但从3个评价准则的结果来看,FFMS模型的预报精度优于HEC-HMS模型。研究成果证明了FFMS模型在山丘区小流域暴雨洪水预报中的有效性和可行性,可以在类似山丘区小流域暴雨洪水预报中进行推广应用。     

小流域暴雨山洪水文模型与水动力学方法计算比较分析

针对小流域暴雨山洪精细模拟问题,提出了小流域时空变源混合产流模型,以小流域为单元构建了暴雨山洪分布式模拟模型,开发了可视化时空变源分布式水文模型软件FFMS和水动力学计算软件FHMS。以宝盖寺小流域场次暴雨洪水计算为例,分别采用水文学和水动力学方法计算了小流域暴雨山洪过程,并分析了两种方法的计算精度、效率、实用性等。案例研究结果表明:(1)水文与水动力学方法均可实现小流域暴雨山洪的模拟,模拟结果与实测基本一致;(2)对于无资料小流域暴雨洪水计算,水文学建模速度快,计算效率更高,水动力学方法建模和计算效率更低;(3)在复杂地形条件下暴雨洪水形成机理、演进过程模拟方面,水动力学计算结果更加精细和准确;在山区中小流域洪水预报预警方面,水文学方法更加实用。     

HEC—HMS模型在洪水模拟中的应用

以兰陵县小南湖流域为研究对象,利用HEC-HMS软件建立山丘区流域半分布式水文模型,进行小流域洪水产汇流计算。结果表明:该模型对小南湖流域洪水模拟具有较好的适用性,提出的参数率定和建模方法可为其他小流域洪水模拟提供参考。     

基于双超模型的冷口水文站流域洪水预报研究

针对冷口水文站控制流域开展小流域洪水预报研究。首先对研究区的数字高程模型(DEM)进行处理,并运用泰森多边形法计算子流域的面积权重;采用双超产流模式计算产流、纳什瞬时单位线法计算坡面汇流、SWAI_1进行河道洪水演算,建立双超洪水预报模型;并运用LH-OAT法分析模型参数的敏感性;针对25场不同级别的历史洪水进行模型参数的率定与验证,其模拟结果在率定期和验证期均达到了乙级预报精度,模拟效果良好。研究成果可为流域水文预报和防洪减灾提供参考,同时丰富半干旱半湿润地区洪水预报的研究经验。     

基于分布式水文模型的山洪预警临界雨量分析——以涔水南支小流域为例

基于我国山洪灾害雨量预警的需求,介绍了采用分布式水文模型分析临界雨量的基本思路与方法,以湖南省涔水南支小流域为例,探讨了流域内3个典型预警对象动态临界雨量的确定方法并获得了相应成果。分析认为,分布式水文模型可以较为详细地设置流域各部分产流、汇流以及洪水特征,有利于模拟山丘区小流域洪水,是同时分析多个对象临界雨量的有效方法;分析预警地点的预警流量是非常重要的前提和基础,流域汇流时间是非常重要的预警时段,应根据流域特征和防灾对象特点,确定一系列典型的预警时段;流域尺度土壤含水量对临界雨量有重要影响。     

河南“21·7”暴雨洪水风险模拟及对比分析

2021年7月河南省遭遇极端强降雨,引发严重城市内涝和流域局部洪水,造成重大社会影响和生命财产损失。重点分析了"21·7""暴雨情况及主要河段的洪水过程,并与河南"75·8"特大暴雨洪水进行对比;基于时空变源混合产流模型,建立了覆盖河南省山区小流域的分布式水文模型,利用国家山洪灾害风险预报预警平台,计算得到了"21·7"特大暴雨洪水河段、沿河村落的危险等级;并基于下垫面现状条件,对"75·8"暴雨洪水进行了复盘,探讨了"75·8"降雨条件下,河段和沿河村落成灾情况,进而对比了"21·7"和"75·8"暴雨洪水和河段、沿河村落危险情况。研究成果可为后续灾害调查、推演复盘、总结评估等提供参考。     

基于一二维水动力模型的山丘区小流域洪水模拟与淹没分析

我国东南沿海山丘区小流域降水充沛,山洪灾害频发.为科学指导山丘区小流域防洪减灾,以浙江省松阴溪流域遂昌县城为研究区域,构建一二维耦合水动力模型,通过"20140820"、"19930624"两场历史洪水对模型参数率定验证,模拟不同重现期设计洪水情景下的洪水淹没过程,为山丘区小流域防洪决策提出合理建议.     

考虑降雨空间变化的流域产流模型

本文从确定性与随机性相结合的途径出发，将超渗产流模型与降雨空间变化的频率特性有机结合，引入流域降雨产流计算中，经在黄土地区四个流域的初步应用，表明模型具有模型具有物理概念明确，弹性大的特点，对不同面积大小的流域均具有良好的适用性。     

TOPMODEL模型在半湿润地区径流模拟分析中的应用及改进

为了使TOPMODEL模型结构更合理,并能够用于半湿润地区或半干旱地区的径流过程模拟,文章对TOPMODEL模型的蒸发产流模块以及汇流模块进行改进,在蒸发产流模块中添加植被冠层截留蒸散发模型和Holtan超渗产流模型,汇流模块中坡面汇流采用瞬时单位线模型,河道汇流采用马斯京根河道洪水演进模型。通过对半湿润地区流域内降雨径流过程的模拟验证,表明通过对TOPMODEL模型的改进,模型对半湿润地区的降雨径流过程模拟精度有很大的提高,拓展了TOPMODEL模型适用范围。     

吉林省水文分区及检验方法研究

文章论述通过暴雨洪水产汇流参数分析法检验,得到各水文分区的暴雨洪水产汇流参数地理变化规律。解决了各个水文分区内任何地点对水文资料的移用,为区域代表水文站网的合理布设提供了科学依据。     

Assessing Downstream Impacts of Detention Basins in Urbanized River Basins Using a Distributed Hydrological Model

It is widely recognized that urban development alters infiltration capacity and enhances its spatial variability, but also constrains watercourses into narrow channels making them unable to contain the runoff that is generated by relatively small, but intense, rainfall events. Network of detention basins are designed to reduce the flood peak by temporarily storing the excess storm water and then releasing the water volume at allowable rates over an extended period. This paper shows the use of a distributed hydrological model for the assessment of effectiveness of a network of detention facilities in a heavily urbanized river basin. The distributed hydrological model FEST was used to assess design hydrograph and, in parallel to design the seven detention basins optimized for the specific purpose of maintaining the flow rate within the range of the maximum allowable discharge. This permitted to estimate the design hydrograph considering both the spatial variability of soil infiltration capacity and routing characteristics induced by each detention basins along the main river. Results indicate that on-stream detention ponds can increase duration of the critical event and runoff volume of design flood with possible negative implications on downstream facilities.     

Estimation of a Unique Pair of Nash Model Parameters: An Optimization Approach

Water resources planning and management requires hydrologic models to estimate runoff from a catchment. For catchments with limited data, the choice of model and identification of its parameters is very important for development of a direct runoff hydrograph. A method is presented to determine a unique pair of hydrologic parameters of the Nash Model, number of linear cascade (n) and storage coefficient (k), using optimization based on Downhill Simplex technique. In this study physical parameters of the catchment are derived from (SPOT) satellite imageries of the basin using ERDAS software. Four different objective functions of varying complexity are tested to find the best solution. Weighted root mean square error (RMSE) and Model Efficiency (Nash-Sutcliffe coefficient) are used to evaluate the model performance. Using the NASH model, a direct surface runoff hydrograph (DSRH) is developed. Kaha catchment is part of Indus river system and is located in the semi-arid region of Pakistan. This catchment is dominated by hill torrent flows and is used in this work to demonstrate the applicability of the proposed method. Ten randomly selected rainfall-runoff events are used for calibration and five events are used for validation. Model results during validation are very promising with model efficiency exceeding 93% and error in peak discharge under 8%. The sensitivity of the Nash model output in response to variation in hydrologic parameters n and k is also investigated. When evaluating the hydrologic response of large catchments, model output is more sensitive to n as compared to k indicating that the runoff diffusion phenomenon is dominant compared to translation flow effects.     

基于流溪河模型的中小河流洪水预报方法

针对中小河流缺乏河道断面资料而无法实际应用分布式水文模型的问题,以流溪河模型为原型,假定河道断面为矩形,采用卫星遥感影像估算河道断面尺寸,通过实测洪水资料优选模型参数,提出了中小河流洪水预报的流溪河改进模型。应用于江西省典型中小河流——太平江流域的结果表明:河道分级越多,模型模拟的洪水的洪峰流量越大、次洪径流系数越大;洪峰出现时间越提前,模拟的洪水过程的效果越好,精度越高;改进的流溪河模型对50场洪水模拟的相关系数达0.92,洪峰误差均值为5.54%,最大不超过20%,平均峰现时间差为0 h;洪水过程的预报结果可评定为甲等。该模型可应用于中小河流实时洪水预报中。     

基于TOPMODEL的中小河流分布式洪水预报模型及其应用

近年来广东省中小河流洪水灾害频发,研究中小流域洪水预报模型对预防洪水灾害具有重要意义。本研究改进了传统的TOPMODEL模型,以栅格为单元构建了基于TOPMODEL的中小河流分布式洪水预报模型,并以高田水上游流域为研究对象,采用SCE-UA优选算法对1975—2008年的8场洪水进行参数优选,并对2010—2012年的4场洪水进行模型验证。模拟结果表明,本次预报在率定期和验证期平均确定性系数为0.85,径流深预报合格率为92%,峰现时间预报合格率为100%,模型模拟效果较为理想。用改进后的模型研究了某场洪水汇流过程不同时刻的空间分布情况,表明改进后的TOPMODEL模型能够直观地反映洪水的时空变化,模型具有一定的合理性和实用性。     

降雨径流模型在故县水库入库预报中的应用研究

根据故县水库入库控制站卢氏站及以上地区的水文资料,采用超渗产流与蓄满产流相结合的产流模式、纳希瞬时单位线单元汇流模型以及马斯京根多河段连续流量演算的河道汇流模型,研究探讨故县水库入库流量及水量的预报方法,并利用该模型在2011年9月洛河上游秋汛洪水期间进行了作业预报,取得了满意的结果,可作为故县水库调度的决策依据之一。     

SRM 融雪径流模型在奎屯河流域洪水预报的应用

我国中小河流域防洪标准普遍偏低,急需加强洪水预报工作,特别是在站点稀少,资料匮乏的高寒山区,由融雪产生的径流与由降水产生的径流难以区分,加大了洪水预报工作难度。SRM融雪径流模型是专门解决这个问题的水文模型,它对于山区流域融雪径流预报和模拟研究起着非常重要的作用。基于SRM融雪径流模型,以新疆地区典型山区中小河流域奎屯河为例,通过MODIS遥感数据提取流域积雪覆盖率,并结合气象台站数据,对研究区进行水文模拟,研究结果认为:融雪径流模型能够很好的模拟奎屯河流域的径流过程,率定期与验证期Nash效率系数都达到了0.7以上,说明融雪径流模型能够适用于奎屯河流域的洪水预报,对高寒山区中小河流域防洪预警具有一定的指导意义。