分布式水文概念模型率定方案比较研究

本文在基于新安江模型的分布式水文概念模型的基础上,以伊河东湾流域为研究对象,分别采用集总式、半集总式、半分布式三种率定方案进行模型率定和径流模拟,并与传统的集总式水文模型进行成果比较。研究结果表明:总的来说,分布式模型的模拟结果略好于集总式模型;由于考虑了不同子流域参数变异性,半分布式方案要优于其他方案;但随着模型结构的复杂性增加,参数率定的难度增大,模拟结果的不确定性增多,分布式水文概念模型的模拟效率还有待于进一步的提高。     

基于SUFI-2算法和SWAT模型的妫水河流域水文模拟及参数不确定性分析

敏感性分析和不确定性分析是分布式水文模型参数校准和模型应用的基础。本文以妫水河流域为例,基于SWAT模型和SUFI-2算法进行模型参数敏感性分析,结合手动调参和自动率定,通过SUFI-2的P因子和R因子进行模型不确定性分析,构建妫水河流域分布式水文模型。本次妫水河流域月尺度模拟中:率定期,确定系数R2=0.59,效率系数NSE=0.56;验证期,确定系数R2=0.82,效率系数NSE=0.80;P因子均大于0.5,R因子均小于0.5。结果表明,妫水河流域SWAT模型水文模拟效果较好。     

ESSI分布式水文模型在淮河流域的应用

以淮河小柳巷水文站以上各支流组成的流域为研究对象,应用ESSI分布式水文模型对流域出口的年、月、日径流以及流域水文空间过程进行模拟以验证模型的适用性和模拟精度。选取合理的模型运行方案组合,以2001~2004年作为模型校准期,率定出模型参数,并用2006~2009年的实测水文数据进行模型验证。结果表明ESSI模型率定得到的参数在研究区具有一定的代表性,较为准确地概化描述了研究区的水文过程,在淮河流域中上游具有良好的适用性;此外,模拟的水文空间过程与淮河流域的客观规律相近,表明ESSI模型对各水文过程具有合理的描述和表达,为水资源的时空动态变化规律研究提供良好的模拟平台。     

新安江模型参数多目标优化研究

水文模型的参数优化率定一直以来是水文预报领域的重要研究内容,当水文模型的结构确定后,水文模型参数的选择对水文模型整体性能和水文预报结果的好坏有着至关重要的影响.针对传统水文模型参数优选采用单一目标不能充分全面挖掘水文观测资料中蕴含的水文特征信息的缺陷,本文以新安江三水源模型为例,尝试采用多目标优化算法优化率定水文模型,算例应用分析表明,通过合理的选择目标函数的种类和数目,采用多目标进化算法优化率定模型参数,可以获得相对于单目标率定模型参数更优的结果.进一步,研究工作针对模型参数优化的结果进行分析,可以明显看出模型参数优化中存在“异参同效”现象,为后续模型参数不确定性分析等相关研究工作的开展做好了铺垫.     

赣江流域TRMM遥感降水对地面站点观测的可替代性

多卫星遥感降水产品为无/缺资料地区的水文过程模拟提供了新的数据来源。结合地面高密度雨量站网,在中国典型暴雨区赣江流域定量评估两种TRMM降水产品(3B42V7和3B42RTV7)的精度,并通过耦合分布式水文模型CREST,探讨了水文模拟中TRMM卫星降水产品对地面观测降水的可替代性。研究表明:3B42和3B42RT与地面观测流域平均月降水相关系数达到0.9以上,偏差在5%以内,日尺度上相关性略差,偏差略有增加。同时设计2种水文模拟对比试验:情景I为静态参数,使用地面雨量站降水率定模型参数,采用卫星降雨验证模型;情景II为动态参数,采用卫星数据重新率定模型参数,再利用卫星降雨验证模型。对比结果表明:情景II中完全使用TRMM降水后模型效果明显改善,证明TRMM卫星数据在赣江流域具有替代地面站点观测的潜力,但需要重新根据卫星降雨率定模型。     

土壤数据对分布式流域水文模型模拟效果的影响

基于空间半分布式的SWAT模型和全分布式的WetSpa Extension模型,分析了高分辨率的SoLIM数字土壤数据和美国SSURGO传统土壤数据对流域径流空间分布式模拟和总量模拟的影响.结果显示:利用不同土壤数据得到的产水模拟结果在空间上差别明显,但模拟径流总量的差别随着模拟面积的增大而逐渐减小.根据实验结果,对于...     

目标函数权重对PEST-HSPF水文率定的影响研究

参数率定是水文模型构建与应用的重要基础。在多目标水文校准中,不同目标函数的权重设置直接影响校准的结果,如何确定不同目标函数的权重是水文校准的关键问题。选择典型半分布式水文模型HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran),基于PEST多目标校准模型,以牛栏江上游流域为研究对象,研究目标函数权重对HSPF水文模拟拟合优度的影响,为HSPF模型参数自动率定提供指导与借鉴。结果表明:(1)当PEST-HSPF水文校准的单目标函数权重(日流量、月流量、超流天数)上升时,模型的纳什系数和相对偏差呈现非线性变化特征,不规则波动幅度较大;(2)3个目标函数的权重在1~10量级内模型能够获得较高的预测能力和较低的误差,模型的纳什系数平均可达到0.8以上,相对偏差在10%以内;(3)超流量天数权重设置对模型的预测能力变化影响较大,日流量天数权重对相对偏差的波动影响较大,当超流天数的相对权重在1~1 000范围内变化时,模型纳什系数在0.02~0.86之间波动剧烈,当日流量相对权重值超过30时,相对偏差变化明显。     

基于土壤属性的VIC模型基流参数估计框架

"异参同效"现象是水文模型参数率定过程中的一个难题。为了减少需要率定的模型参数个数,从而降低模型参数的相互作用,构建了利用土壤属性直接估计VIC(Variable Infiltration Capacity)模型3个基流参数的框架,并在3个位于不同水文气候条件下的典型流域中作了实例研究。传统的VIC模型参数估计方法需要率定6个参数;而在新的参数估计框架下,需要率定的模型参数从6个减少为3个。蒙特卡罗模拟结果表明新的参数估计框架提高了参数的敏感性。同时,新的参数估计方法模拟的径流过程和之前通过率定得到的径流过程差别很小。GLUE(Generalised Likelihood Uncertainty Estimation)方法分析得到径流模拟的不确定性结果表明:新的参数估计框架计算径流的90%置信区间要明显小于传统方法,而且对于低流量的模拟效果更加明显,也就是说采用新的参数估计框架可以显著降低径流模拟的不确定性。这种基流参数估计方法可以被应用于其他相似的水文模型中。     

分布式水文模型DHSVM在西北高寒山区流域的适用性研究

分布式水文-土壤-植被模型（Distributed Hydrology Soil Vegetation Model,DHSVM）是基于栅格离散的分布式水文模型,对地表水热循环的各个过程能进行很精细地刻画,被广泛应用于世界各地很多类型的流域的高时空分辨率的水文模拟,然而它在高寒山区的适用性并不清楚。基于300 m数字高程模型,应用DHSVM模型对典型的高寒山区流域八宝河流域2001-2009年的水文过程展开模拟,并采用流域出口祁连站的水文实测数据对模型进行了精度评价。参数敏感性分析表明,土壤横向导水率、田间持水量和植被反照率等是该区域主要的敏感性参数。模型默认参数会高估高寒山区流域的潜在蒸散发量,导致夏季径流量远小于观测值。通过参数率定,模型校准期（2001-2004）的模拟日径流和月径流Nash效率系数分别达到0.72和0.87;而模型验证期（2005-2009）分别为0.60和0.74。结果表明,DHSVM模型基本具备了模拟高寒山区流域降水-径流过程的能力。然而,由于DHSVM模型缺少对高寒山区流域土壤的冻融过程的刻画,春季径流的模拟精度明显受到影响,需要在将来重点改进。     

雅鲁藏布江流域的分布式水文模拟及径流变化分析

针对雅鲁藏布江流域,依据100m网格的数字高程模型DEM,基于分布式水文模型GBHM原理,构建了3km网格的分布式水文模型.模型采用次网格参数化方法处理了网格内水文参数的非均一性,并完整地模拟了1960～1998年的水文过程.结果表明,模型较好地模拟了河道的径流过程,并可根据模型模拟的结果分析流域径流等水文要素的变化趋势.     

应用并行PEST算法优化地下水模型参数

基于列文伯格-马夸尔特（Levenberg-Marquardt）算法的PEST参数优化程序具有寻优速度快、健壮性好的优点,在地下水模型参数优化研究中有许多成功的应用实例。但是,对于大尺度、高精度和高复杂性的大规模地下水模拟,使用PEST进行参数优化需要大量的计算时间,优化效率较低。本文应用OpenMP并行编程方法对PEST算法进行了并行化,使之可以在共享存储并行计算机上进行参数优化的并行计算。并将此方法应用于甘肃北山区域地下水模型的参数优化中,并行实验表明,使用并行化的PEST可以将地下水模型参数优化效率提高3.7倍。      

浙江省实时土壤缺水量空间分布自动分析与实现

按流域代表性和面上均匀分布要求,在浙江省区域代表站中筛选39个代表流域,利用在浙江有较好适应性的新安江三水源模型率定产流参数,借助水文遥测系统上传的实时雨量、蒸发量信息以及数据库、水文模拟、Arc GIS空间分析等技术,由代表流域土壤缺水量的实时模拟,实现浙江省土壤缺水量空间分布的逐日自动分析。     

Evaluation of the SWAT model for water balance study of a mountainous snowfed river basin of Nepal

In this study, a semi-distributed hydrologic model Soil and Water Assessment Tool (SWAT) has been employed for the Karnali River basin, Nepal to test its applicability for hydrological simulation. Further, model was evaluated to carry out the water balance study of the basin and to determine the snowmelt contribution in the river flow. Snowmelt Runoff Model (SRM) was also used to compare the snowmelt runoff simulated from the SWAT model. The statistical results show that performance of the SWAT model in the Karnali River basin is quite good (p-factor = 0.88 and 0.88, for daily calibration and validation, respectively; r-factor = 0.76 and 0.71, for daily calibration and validation, respectively). Baseflow alpha factor (ALPHA_BF) was found most sensitive parameter for the flow simulation. The study revealed that the average annual runoff volume available at the basin outlet is about 47.16 billion cubic metre out of which about 12% of runoff volume is contributed by the snowmelt runoff. About 25% of annual precipitation seems to be lost as evapotranspiration. The results revealed that both the models, SWAT and SRM, can be efficiently applied in the mountainous river basins of Nepal for planning and management of water resources.     

基于遗传算法的新安江模型日模拟参数优选研究

在概念性水文模型的参数率定中,目前还没有一个传统优化方法能够提供保证足够高效和稳定性的算法。为了克服传统优化方法中局部收敛性的缺点,近年来利用遗传算法通过计算机准确稳定地进行概念性水文模型的参数优选的尝试得到越来越多的重视和发展。目前优选水文模型待定参数,大多是从次洪模型的方面去讨论,有关日模拟模型的遗传算法参数优选讨论的较少。本文系统分析了基于遗传算法的新安江模型日模拟参数的自动优选,同时针对遗传算法在模型参数众多的情况下时间效率低下问题,通过利用新安江模型参数分层原理与模型参数敏感性分析对优选结果影响,提出一套简化的日模型参数遗传算法优选方案。经过流域模拟检验,该优选方案可行,运行效率高,可以作为类似模型遗传算法参数率定快速、有效的方案。     

东北半干旱地区流域分布式水文模拟——以洮儿河流域为例

以东北半干旱地区典型流域-洮儿河流域为研究对象,应用SWAT模型对流域水文过程进行了模拟研究;选择流域上游子流域和中下游子流域分别进行参数敏感性分析,识别出影响模拟结果的敏感参数,研究发现部分参数敏感性存在空间变异性,分析主要原因在于气候和下垫面的空间异质性导致了流域上下游产流模式存在差异。采用1988-1997年水文气象数据进行模型率定和验证,结果表明：干流水文站月流量过程率定期Nash-Sutcliffe 效率系数平均值为0.78,验证期为0.72,相关系数都达到0.86以上,水量误差大多在20%以内,对日过程的模拟也有较高的精度;枯水年模拟结果较差,主要是因为流域降水站数量不够,难以反映降水的时空分布。对于水文、气象等资料相对缺乏的东北半干旱地区,SWAT模型的模拟结果总体令人满意,可以应用于与流域径流相关的各种模拟分析,研究成果对进一步加强洮儿河流域水资源综合管理提供了依据和手段。     

Numerical simulation of groundwater flow and contamination transport in Nahavand plain aquifer,west of Iran

Numerical simulation of groundwater flow used for the estimation of hydraulic and hydrologic parameters which is an important tool for the management of aquifers. This study presents the results of a mathematical model developed for the simulation of groundwater flow in Nahavand plain aquifer in the southwest Hamadan province. For this purpose Groundwater Modeling Software (GMS) was used which supports the MODFLOW-2000 code. After gathering required data such as the hydrological, hydrogeological and topography maps, a 3D hydrogeological model of plain was constructed with borehole and surface elevation data. Then MODFLOW was used for simulation of flow. After initial simulation of the flow, the model was calibrated in steady state with trial-and-error and parameter estimation methods the observed head of groundwater table monitoring data of 1997. Results of calibration show that error between observed head and computed head is in allowable range. Also results of computed head with model show that groundwater flow is in the direction of the dominate slope (southeast to northwest). Finally MODPATH code which simulates advective transport of particles was used for estimation of flow path and source of contaminants.     

基于变动饱和带的产汇流模型及其参数确定方法

当前分布式水文模型的参数确定仍主要依赖率定方式, 在缺资料地区应用受到限制。建立一种基于变动饱和带产流模式和网格水滴汇流方法的分布式产汇流模型, 提出利用下垫面特征来确定模型参数的方法。结合野外入渗试验和参数敏感性分析, 建立地表饱和水力传导度(K_0z)和饱和水力传导度随深度衰减系数(f)2个敏感性产流参数与地形参数、土壤类型数据的定量统计关系, 利用野外坡面流观测试验确定坡面汇流参数, 并在多个实际流域进行应用验证。结果表明: ①利用地形参数确定K_0z与使用遥感资料确定K_0z的模型精度进行对比, 在姜湾实验流域场次洪水模拟的平均确定性系数从0.82提高至0.86, 洪峰与洪量误差的平均绝对值分别降低了2.2%和0.95%, 但峰现时间误差平均绝对值增大了4%(仍控制在2 h内)。②建立姜湾等14个流域参数f率定值与不同深度土壤类型数据的定量关系, 移用至七邻等6个流域进行验证, 表明参数f关系式与模型率定的精度非常接近, 相对误差的平均绝对值为2.8%, 场次洪水模拟的平均确定性系数为0.83, 洪峰与洪量误差的平均绝对值为10.07%和6.86%, 峰现时间误差的平均绝对值为2.61 h。提出的敏感性产流参数确定方法与野外实测、模型率定、遥感资料推求等方式进行对比, 均具有较高的参数估计精度和场次洪水模拟精度, 在缺资料地区具有适用性。     

基于FEFLOW的采区放水实验数值模拟与模型评估

采区安全开采受底板徐灰水,奥灰水威胁,确定含水层的富水性和准确的水文地质参数对于评价采区安全开采,评价徐灰水疏水降压可行性,正确预计工作面涌水量均具有重要的意义。基于有限元剖分方法的FEFLOW软件能对地下水流向进行模拟．其内置的PEST能有效地对模型的参数最优化,达到精确求参,从而增加模型的可行性和与实地水文地质条件的拟合度。     

缺资料流域水文模型参数区域化研究进展

缺资料流域由于缺乏历史径流资料无法进行水文模型参数率定,因此模型参数识别具有很大的难度和不确定性。目前国内外学者对缺资料流域水文模型参数识别一般采用区域化方法,即通过某种途径,利用有资料流域的模型参数推求缺资料流域的模型参数,从而对缺资料流域进行预报。文章总结分析了缺资料流域水文模型参数区域化方法中的参数移植法和回归法的研究进展,对存在的方法选择问题、尺度问题等进行了讨论,并指出在参数不确定性、尺度转换以及多种信息源利用等方面还有待于进一步研究。