概念性水文模型与智能模型在中小河流洪水模拟中的比较研究

相较于大江大河的流域水文预报研究,中小流域的研究相对匮乏。以沅江河溪水文站以上流域为例,研究LSTM(Long Short-Term Memory)模型和新安江模型在场次洪水中的模拟效果。通过对比,新安江模型的整体模拟精度较高,洪量、洪峰、峰现时间的平均相对误差分别为9.39%、9.55%、1.6 h,确定性系数为0.73,综合合格率为100%,达到甲级精度标准;LSTM模型的模拟精度较低,洪量、洪峰、峰现时间的平均相对误差分别为11.76%、12.33%、2.3 h,确定性系数为0.60,综合合格率为75%,达到乙级精度标准。结果表明,新安江模型和LSTM模型是中小河流洪水预报的有效方法,均可用于河溪流域的正式预报,且对于河溪流域,新安江模型的模拟精度比LSTM模型更高。     

基于WA、ANN和水文频率分析法相结合的中长期水文预报模型的研究

针对传统中长期水文预报方法模拟预测结果精度低、未考虑水文不确定性因素的影响等问题,本文将小波分析(WA),人工神经网络(ANN)和水文频率分析法联合使用,建立了不确定性中长期水文预报模型:即在应用WA揭示水文序列变化特性的基础上,将原序列分为主序列和随机序列两部分,然后利用ANN对主序列进行模拟预测,对随机序列进行水文频率分析,最后将两部分结果叠加作为最终预测值.将该模型用于黄河河口地区作中长期水文预报,并与传统方法作对比,进行模型验证.结果显示:该模型能同时揭示序列的时、频结构和变化特性;预报值结果精度高;且合格率高;能定量分析和描述水文不确定性因素对预报结果的影响,可得到不同频率对应水文序列的模拟预测值.因此该模型的预报结果更加合理有效,对实际生产应用更具有指导意义.     

模糊均生函数残差模型在地下水数值模拟降水量预报中的应用

地下水主要补给来源为大气降水的入渗和地表水体的渗漏.在地下水模拟预报模型中需要预先知道降水量.迄今为止,年降水量的预测仍然是一个不易解决的难题.在模糊均生函数模型(FAFM)基础上,利用其残差数据序列对FAFM进行校正,提出了模糊均生函数残差模型(REMFAF),给出了模型预报精度的检验方法.实例研究表明,REMFAF模型应用于吉林省西部地区地下水数值模拟中的降水量预报,比FAFM的预报精度更高,取得了较为理想的结果.     

神经网络理论在河道洪水预报中的应用

本文将神经网络用于松花江干流河道汇流计算和河道洪峰水位的预报.对各种转移函数的效果进行了比较,线性函数和双正切函的精度较好超过传统的马斯京根法,其中线性转移函数最好,说明对于大江大河线性转移函数最好.由上游断面洪峰水位预报下游断面洪峰水位也取得了良好的效果.     

清水河近60年径流量非平稳序列混合模型的建立与预报研究

清水河发源于新疆天山南坡,流入焉耆盆地。将清水河克尔古提水文站历年年径流量W(t)序列分解为周期、平稳函数项和噪声项,建立非平稳序列混合模型,对1956～2017年W(t)序列作了模拟检验,对2018年W(t)作了预报,从模拟检验和预报结果看,混合模型对W(t)效果较好,对均值与方差时差的非平稳序列宜采用混合模型,对W(t)效果最好;同时可知1962～2017年W(t)序列模拟检验合格率为89.3%,而2018年预报结果对应的|WS(t)|仅为0.24%,精度非常高,说明非平稳序列混合模型在长期水文预报方面也有一定的实用价值。最终模拟检验和预报结果符合精度要求。     

新安江模型与水箱模型在柘溪流域适用性研究

为提高柘溪流域洪水预报精度,充分合理利用洪水资源,缓解该流域下游的防洪压力,同时为水库防洪调度以及经济运行提供科学合理的决策依据,研究了集总式概念性水文模型新安江模型及水箱模型在该湿润流域的适用性。选取该流域2004~2015年实测数据,应用三目标MOSCDE算法分别优选三水源新安江模型以及水箱模型参数,从而对该流域划分的多个子流域单元进行了场次洪水模拟计算,并对比分析不同流域单元两种模型的模拟结果,探究不同模型结构在柘溪流域场次洪水模拟中的差异,分析总结这两种模型在该流域的适用性。结果表明:两种模型模拟效果比较接近,均可以达到《水文情报预报规范》规定的作业预报精度要求,且对于流域内的大洪水的模拟效果也比较理想。从洪量以及洪水过程方面分析,两个模型的模拟效果比较接近;从洪峰拟合角度分析,新安江模型比水箱模型更适合该流域。     

贵州典型岩溶流域日降雨径流过程模拟研究

以蓄满产流方式描述岩溶地区的产流过程,采用稳定入渗法划分径流,将非线性水箱模型用于模拟单元流域的调蓄过程,以遗传算法为基础率定模型参数,建立了基于遗传算法率定参数的概念性岩溶水文模型,并以贵州普定后寨河流域为例,采用流域内老黑潭、六谷、后寨测站的水文资料对所建模型进行检验,以相对误差、互相关系数和确定性系数来评定模型.结果表明,本模型预报结果的相对误差均小于士10%,互相关系数均大于0.80,确定性系数均大于或等于0.70,说明所构建的模型能够模拟及预报岩溶地区的降雨径流过程.      

洪水超定量模型的广义Pareto分布及其应用

为了扩大洪水信息,提高洪水模拟精度,研究超定量洪水频率分析模型。介绍了洪水超定量模型的基本理论,假设超定量洪水年发生次数服从Poisson分布,超定量洪水系列服从广义Pareto(GP)分布,给出年最大超定量洪水分布和超定量洪水重现期的计算方法,提出通过模型拟合优度检验来综合确定超定量系列阈值的方法。将超定量模型应用在海河流域小觉站洪峰频率分析中,结果表明:通过模型拟合优度检验确定超定量系列阈值的方法有效且可靠,洪水超定量系列年平均发生次数服从Poisson分布,GP分布洪峰设计值略大于P-Ⅲ分布洪峰设计值,应用在水利工程设计及风险分析中是偏安全的。     

长江中游洞庭湖防洪系统水流模拟——Ⅱ．模型实现和率定检验

在长江中游洞庭湖防洪系统水流模拟模型的建模思路和基本算法的基础上,侧重讨论建模过程中遇到的内、外边界条件的特殊处理、洪水实时预报校正模型的应用、资料处理和模型数据的拟定等重要环节,强调了有关处理及其与模型基本算法的磨合在复杂水流模型中的重要作用.采用80年代两场实测洪水对所建模型进行了率定和检验.结果表明,所建模型清晰地重现了长江中游--洞庭湖区的洪水动态演进过程,得到了总体趋势合理的水位分布和流速或流量分布;模拟的控制站水位、流量过程与实况比较,峰谷完全对应,过程吻合良好,精度满足防洪预报和分析的要求,能够较好地模拟洪水波在这样复杂水系中的水流特征.     

山西省汾河灌区地下水水位动态预报方法初步研究

本文依据山西省汾河灌区四站多年的地下水埋深及相应气象资料建立了地下水埋深预报的经验模型和频谱分析模型,并对两种模型的预报效果进行了检验和对比分析.结果表明,两种模型均能满足预报的精度要求,但经验模型的精度要更高.     

松散地层钻孔涌水量预报方法研究

本文在讨论岩土饱和度与视电阻率关系的基础上,采用数理统计方法对天水盆地20口井的钻孔涌水量和视电阻率数据进行分析,建立了该地区松散层钻孔涌水量预报回归模型.选用一眼供水井实测数据对预报回归模型进行检验,实际涌水量与模拟值比较,两者相对误差为8.9%;进而采用该回归模型对其它供水井涌水量进行了预报,实际涌水量与预报值相比较,相对误差分别为7.0%、29.5%.结果表明,在河谷潜水井施工中,所建立的涌水量预报回归模型可在成井、抽水前预先估算钻孔涌水量,为地质与钻探决策提供了一定科学依据.     

渤海湾地区地下水流模拟模型

分析建立了住于渤海湾地区的辽宁省兴城现代渔业园研究区地下水流数值模拟模型,选择时间段2005年8月29日研究区水位作为识别的初始流场,2005年9月7日的水位作为对比流场拟合水位,并进行间接校正参数,运用2005年1月1日至2005年8月28日时段资料对模型进行检验.结果水位和流场的总体变化趋势基本一致,该模型可以用于研究区地下水流状态变化的预报.     

辽西地区降雨径流非线性扰动响应评估研究

根据SLM模型对辽西4个区域的降水径流非线性扰动响应进行模拟分析,结果表明:70年代至今,辽西4个典型干旱半干旱区域降水径流非线性显著,降水变化率在-3.3%~14.2%,径流变化率在-15.1%^-65.8%,径流的非线性变化逐年增强。线性模型下各典型区域NSE和R2的评估值均低于0.6,故采用非线性模型对辽西干旱半干旱区域降水径流进行模拟。     

水位流速耦合演算模型研究

河道防洪,水位和流速是重要的预报特征量.目前对于缺乏流量观测资料和没有稳定水位流量关系线的河道,几乎还没有实用、有效和具有通用性的水位与流速双变量预报模型.以水流质量和力的平衡方程为基础,根据因次分析方法,提出摩阻的导数表达结构,并差分形成水位流速双变量耦合演算模型.通过钱塘江、赣江和桂江3个流域中4个河段的模拟检验,取得了较好的结果,率定期和检验期的确定性系数都大于0.7.初步证明了双变量耦合演算模型结构的合理性和模拟实际河道水流的有效性.     

TOPMODEL模型在新疆伊犁河流域水文计算中的应用研究

水文模型对于分析水文活动具有重要的参考意义。TOPMODEL模型是水文模型中应用最广泛的模型之一,本文对TOPMODEL模型的基本理论、基本方程、模型参数以及应用步骤进行阐述,并基于TOPMODEL模型对伊犁河流域进行径流模拟、洪水预报及水文计算模拟研究,模拟结果显示:TOPMODEL模型能够很好的再现伊犁河流域的洪水径流过程,有8个场的测定系数达到丙级以上精度,洪峰相对误差小于20%,合格率为88.9%,研究结果能够为伊犁河流域及相似流域水文活动的预报预警提供一定的理论和技术参考。     

水文随机模拟进展

综述了近20年来水文随机模拟的新进展,包括三方面:①随机水文模型改进和创新;②水文随机模拟应用研究新进展;③水文随机模拟认识新进展。并指出了今后的研究重点:①对水文过程的重要物理特性和统计特性作深入的分析;②加强非参数模型和非线性模型的研究;③加强流域系统随机模型的研究;④加强建立模型时如何综合利用多种信息的研究;⑤加强模型的各种检验和合理分析。     

基于IBUNE方法的水文模型不确定性分析

在贝叶斯理论框架下,根据一种可结合多个水文模型给出模拟或预报结果的IBUNE方法探讨了水文模型的输入、参数以及结构的不确定性问题。将SCEM-UA算法和EM算法嵌入新安江和TOPMODEL水文模型用于参数优化和模型平均,进而将输入与参数的综合不确定性处理后得到的预报量后验分布进行多模型综合,据此对水文模型的不确定性及其对水文模拟结果的影响进行评价。以湖南洣水流域龙家山水文站以上集水区域为例进行了应用研究,结果表明,IBUNE方法能够有效估计水文模型的不确定性,并能给出合理的概率预报区间。     

全国水文预报技术竞赛参赛流域水文模型分析

对全国首次水文预报技术竞赛中参赛的10个流域水文模型的结构及模拟技术,分别从各个主要环节进行分类与综述;并根据技术竞赛检验结果所揭示的现象,就参赛水文模型的模拟及应用进行了分析与讨论。     

TRMM卫星降水数据在洣水流域径流模拟中的应用

采用地面雨量站点观测降水作为基准数据,评估热带降雨观测计划（TRMM）最新一代卫星降水产品3B42V7的精度;利用站点和卫星两种降水数据驱动栅格新安江模型,采用SCEM-UA算法考虑模型参数不确定性,进行流量过程模拟,评估TRMM 3B42V7在流域水文模拟和预报中的应用能力。数据精度评估显示:在平均意义上,TRMM 3B42V7日降水精度较高,较站点观测低估了6.68%;但在绝对值意义上,TRMM 3B42V7日降水精度较低,绝对偏差达到57.76%;TRMM 3B42V7经过了地面月降水量偏差校准,其精度在月尺度上有较大提高。径流模拟结果表明:TRMM 3B42V7模拟的日径流过程精度较低,有部分洪峰没有捕捉到,但仍能表征径流的日变化特征;月尺度上模拟径流与实测径流吻合较好,能表征径流的季节性和年内变化特征;计算的日尺度和月尺度95%置信区间包含大部分实测流量过程。     

Sobol′方法分析TOPMODEL水文模型参数敏感性

为深入理解TOPMODEL水文模型产汇流机理和分析模型参数选择对洪水模拟影响,使用全局敏感性分析Sobol′方法对TOPMODEL模型单个参数和参数组合对洪水模拟指标影响进行了定量分析。结果表明:模型各个参数单独作用对纳什效率系数、径流总量相对误差和洪峰相对误差影响较小;土壤饱和传导度、坡面汇流速度和土壤下渗率指数衰减速率单独作用对峰现时差影响显著;土壤下渗率指数衰减速率和下渗滞时组合对纳什效率系数、径流总量相对误差、洪峰相对误差影响最大;土壤下渗率指数衰减速率和土壤饱和传导度组合对峰现时差影响显著。