一种新安江模型中土壤水蓄水容量空间分布的计算方法

首先构建一个以自然子流域为计算单元的分布式水文模拟系统,每一个计算单元内,利用土壤水蓄水容量曲线表示张力水的空间分布,在单元之间,认为坡度大的单元土壤层厚度和蓄水容量小,同样的降雨先产流。通过建立计算单元蓄水容量与地形坡度间的关系,考虑了地形坡度对产流的影响。在淮河流域上游大坡岭流域的应用结果表明,所用方法得到了理想的模拟结果。     

融合地形和土壤特征的流域蓄水容量模型

以van Genuchten模型表述的土壤水分特征曲线为基础,推导出流域单点缺水量,并结合TOPMODEL模型中地形指数与地下水位关系,建立了反映地形和土壤特征共同影响的蓄水容量模型,通过统计方法从栅格尺度蓄水容量获得流域尺度蓄水容量曲线,取代传统新安江模型中率定的蓄水容量曲线。以淮河流域紫罗山子流域为例,分析地形特征与土壤类型对蓄水容量的影响;并与实测流量过程以及原新安江模型模拟的流量过程对比,表明模型能较好地模拟场次洪水过程。模型将蓄水容量曲线显式表述,减少了新安江模型参数,为无资料地区的水文模拟提供了分析方法。     

基于对数指数型蓄水容量曲线改进新安江模型

原新安江模型利用一个经验函数即抛物线来考虑下垫面张力水蓄水容量空间分布不均,其数学和物理基础不明确.基于地形指数和土地利用覆被类型与包气带厚度的相关关系可以推求出张力水蓄水容量曲线,与传统概化出的曲线不同,为更好地描述流域张力水蓄水容量空间分布,在此提出用一种新的函数——对数指数函数来代替新安江模型中的抛物线以改进新安...     

基于下垫面特征的包气带厚度估算及水文模拟

从新安江模型中的包气带厚度的物理意义出发,考虑土地覆盖因素、地形坡度因素、土壤质地结构因素以及气候条件等因素,分别采用了土地覆被相关法、地形指数回归法以及综合要素法对研究区域的包气带厚度进行了估算。据此计算模型参数流域自由水蓄水容量,并在金沙江下游横江流域进行模拟对比试验。相比之下,综合要素法能更为准确的计算出特定空间尺度下的包气带厚度,模型模拟效果更好,更适用于此区域的模型参数定量计算及水文模拟。     

基于DEM的分布式流域水文模型及应用

提出了一个基于数字高程模型(DEM)的分布式流域水文模型,主要用来模拟湿润地区的蓄满产流机制。通过建立土壤蓄水能力和地貌指数的关系来描述蓄水能力的空间分布。坡面流流向采用多向流法来决定。应用结果表明,该模型模拟流量过程的精度较高,与三水源新安江模型、TOPMODEL基本相当;而且模拟的土壤蓄水量的空间分布也基本符合水文规律。     

基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅰ模型的原理与结构

面向流域水资源管理,提出了一个基于GIS/RS的流域分布式水文模型,模型主要包括单元水文模型与河网汇流模型两大部分。单元水文模型涉及到冠层截留、融雪、蒸散发、坡面流、非饱和土壤水运动和地下水出流等水文物理过程。产流计算考虑到地形坡度的影响采用基于地形指数的计算方法。汇流演算基于河网结构采用分段马斯京根方法。模型的大部分参数与输入信息可以利用GIS和RS技术获取,能够对气候变化和人类活动对下垫面的改变,做出快速的模拟与响应。     

GBHM模型原理及其在中尺度流域的应用

分布式水文模型核心之一是对流域的离散方法.基于地形分析和单位线概念,GBHM利用面积函数和宽度函数概化流域地形特性,将流域划分为一系列内部均一的流带和流条,形成均质坡面流单元,使模型可用一维水份运动方程描述降水产流过程.模型在永定河流域的应用表明,其原理和效率均较为满意.     

基于物理过程分布式流域水文模型尺度依赖性

通过变化基于物理过程分布式参数流域水文模型的单元格大小(Grid size)和时间步长(Timestep)研究流域水文过程的尺度依赖性,进而寻求最佳模拟尺度和模拟效果,可以为实现相对准确的流域土地利用变化/植被变化以及气候变异的水文响应预测,制定适应性流域管理措施提供科学基础.本文以基于物理过程的分布式水文模型MIKES眦为工具,以位于西北黄土高原甘肃省天水市吕二沟流域的实测次降水一径流为输入对模型进行校正后,采用多尺度检验的方法探讨分析了单元格及步长变化的水文影响.结果表明:单元格变化对峰值及模拟径流总量有影响.单元格从10m增大到200m,模拟峰值及径流总量均增大,分别变化为1.72～8.56m3/s和1.10～3.68×105m3,这主要源于单元格变化引起流域特征变化,10m和200m单元格对应模拟面积分别较原流域面积变化-0.09%和20.57%,河流链接"rivet link"分别较原沟系长变化27.23%和5.48%.此外,模型中运动波近似方程有限差分像元△x与单元格水流交换总量之间的关系一定程度也解释了单元格变化对模拟结果的影响.分析认为本研究60～100m为较适宜采用的模拟单元格.步长变化引起单位步长内降水强度的变化,从而影响峰值模拟,但对径流总量无影响.步长减小,模拟峰值增高,0.5h步长和24h步长对应模拟峰值分别为2.38m3/s和1.72m3/s.由于各时段观测记录分辨率不一,研究中步长的选择确定具有很大任意性,使得任一既定采用的模拟步长并不适用于另一观测时段,模拟效果不一.     

水土保持的水文效应分布式模拟

以半分布式地形指数模型为基础,提出了水土保持措施地形指数的概念,对TOPMODEL进行了改进。利用植被指数NDVI进行了植被截留的时空差异分析。利用1992~1995年和1997年的逐日流量资料,对修河流域清江站以上水土流失较为严重的地区进行了梯田、经济果林、种草及水土保持林4种水土保持措施的水文效应模拟,该模型取得了较好的模拟效果。     

一个网格型松散结构分布式水文模型的构建

根据流域降雨径流的基本过程,以蓄满产流理论为基础,建立了一个网格型松散结构的分布式流域水文模型。模型将流域离散为包含河道与不包含河道两种类型的单元格,以协克里金方法插值得到空间离散的降雨输入,考虑的产汇流物理过程包括降雨、植被截留及蒸散发、单元格产流、单元格汇流及河网汇流。模型结构简单,参数较少,在充分利用植被覆盖类型图及土地利用类型图的基础上,能够获得大部分参数的选用值。通过在长江三峡区间沿渡河流域的实际应用,模型计算成果令人满意。     

DEM空间分辨率的初步分析

分布式模型的输入及其参数具有时空变异性,模型的校正也依赖于网格单元的大小,因此需要确定适当的空间分辨率来描述和控制空间变化。随着分辨率的不同, DEM的精度以及由此提取的流域特征值（如高程、坡度、地形指数、河网长度）在统计特性上也会随之变化。对50 m分辨率的DEM平均取样获得150~950 m的9组DEM,对不同分辨率下提取的流域特征值进行了统计分析,并采用信息熵度量不同分辨率的信息量。     

水文模型参数多目标率定及最优非劣解优选

针对概念性水文模型参数众多、相互制约,且多目标参数优化率定最优参数求解困难、易受决策者主观因素影响的问题,采用多目标优化算法对水文模型参数进行率定,得到模型参数最优非劣解集,在此基础上,引入最小最大后悔值决策理论,并结合Pareto支配基本理论,提出了一种多目标最优非劣解选取准则。以柘溪流域为研究对象,采用三目标MOSCDE优化率定新安江模型的参数,并与单目标SCE-UA优化结果进行对比分析。结果表明,提出的非劣解选取方法可以有效从大规模非劣解集中筛选出最优非劣解,大大缩短参数率定耗时。     

河南省漯河市地下温热水允许开采量的计算

河南省漯河市温热水资源分布于地下600~1 200 m,水温40℃~60℃。为探明地热水储量,进行了抽水试验。通过四组抽水试验获得相关参数后,采用均衡计算法求出了工作区的允许开采量。通过计算得出:漯河市温热水允许开采量为9 933 m3/d。     

SHIA_Landslide: a distributed conceptual and physically based model to forecast the temporal and spatial occurrence of shallow landslides triggered by rainfall in tropical and mountainous basins

Landslides are a main cause of human and economic losses worldwide. For this reason, landslide hazard assessment and the capacity to predict this phenomenon have been topics of great interest within the scientific community for the implementation of early warning systems. Although several models have been proposed to forecast shallow landslides triggered by rainfall, few models have incorporated geotechnical factors into a complete hydrological model of a basin that can simulate the storage and movement of rainwater through the soil profile. These basin and full hydrological models have adopted a physically based approach. This paper develops a conceptual and physically based model called open and distributed hydrological simulation and landslides—SHIA_Landslide (Simulación HIdrológica Abierta, or SHIA, in Spanish)—that is supported by geotechnical and hydrological features occurring on a basin-wide scale in tropical and mountainous terrains. SHIA_Landslide is an original and significant contribution that offers a new perspective with which to analyse shallow landslide processes by incorporating a comprehensive distributed hydrological tank model that includes water storage in the soil coupled with a classical analysis of infinite slope stability under saturated conditions. SHIA_Landslide can be distinguished by the following: (i) its capacity to capture surface topography and effects concerning the subsurface flow; (ii) its use of digital terrain model (DTM) to establish the relationships among cells, geomorphological parameters, slope angle, direction, etc.; (iii) its continuous simulation of rainfall data over long periods and event simulations of specific storms; (iv) its consideration of the effects of horizontal and vertical flow; and (vi) its inclusion of a hydrologically complete water process that allows for hydrological calibration. SHIA_Landslide can be combined with real-time rainfall data and implemented in early warning systems.     

前期土壤含水量对水文模拟不确定性影响分析

前期土壤含水量是影响洪水形成的重要流域物理因素,在该次水文模拟中土壤初始含水量采用新安江日模型计算得出.研究中,通过改变日模型模拟的时间长度TP,来研究初始时刻土壤含水量的变化对洪水模拟精度的影响.结果表明:初始土壤含水量对于洪水模拟的精度有显著影响,不同日模型计算时间可以使次洪初始土壤蓄水量W的变化达到42%,而相应的洪峰偏差达到57.7%.土壤和降雨观测数据分析显示,土壤体积含水量与前期累积降雨量有一定地相关关系.为有效解决传统模型与流域真实物理属性数据的融合问题,初步建立了实测土壤体积含水量数据与模型中土壤湿度参数及前期降雨的经验关系.     

基于GIS的区域集水指数分析——以潮田河流域为例

为研究岩溶发育区域的流域集水情况,采取遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术对潮田河流域进行分析,以区域环境指标地形指数、地表指数和植被指数为主要参数,构建基于栅格的综合集水指数评估模型。结果表明:潮田河流域集水综合指数平均值为2.91,区域的汇水权重为地形（0.423 52>）植被（0.296 91） >地表（0.219 55）,地形状态指数对流域集水影响最大,地表状态指数和植被状态指数影响较小,岩溶发育强烈和水系密度偏差区域分布在集水综合等级低于III级的区域。      

基于SoilGrids的栅格新安江模型参数空间分布估算

为实现中小流域降雨径流过程精细化模拟, 合理估算水文模型参数的空间分布具有重要意义。基于新版全球数字土壤制图系统(SoilGrids)构建栅格新安江模型(GXM)参数化方案, 对陕西省陈河流域2003—2012年16场洪水进行模拟, 与新安江模型计算结果进行对比, 开展基于洪水过程划分的自由水蓄水容量敏感性及空间分布特征量化分析。结果表明: GXM模拟的峰现时间误差水平降低约0.31 h, 洪峰和洪量模拟精度较高, 模型能够对土壤水饱和度等水文要素的动态空间分布进行较合理的模拟; 自由水蓄水容量参数对洪峰和涨洪过程的确定性系数以及涨洪段的洪量相对误差影响较大, 对退水过程影响小; 自由水蓄水容量在陈河流域河谷和山脊附近较大, 坡段中部较小。