水源涵养内涵及估算方法综述

水源涵养和生态系统过程与人类生产生活紧密相关,深入研究水源涵养对维持生态系统健康和人类社会可持续发展至关重要,对促进人与水和谐共生具有指导意义。随着对水源涵养研究与应用的深入,水源涵养内涵逐渐丰富,评估方法愈加多样,但以往的研究中水源涵养定义模糊,缺乏对各种评估方法的综合性对比分析,因此急需明确界定水源涵养内涵,分析各种估算方法的适用性。采用文献分析法系统梳理水源涵养研究历程,将其划分为认识与萌芽期、理论发展期、定量计算和模型综合评估等4个阶段;从定义、水量与功能等3个方面明确界定水源涵养内涵,从原理、时空尺度、适用范围及优缺点方面对已有水源涵养量估算方法进行对比和分析,并展望水源涵养研究的未来发展方向。     

跨流域调水的大尺度分布式水文模型研究与应用

变化环境下区域分布式水循环模拟研究,是地球系统科学中的重大科学问题,也是区域水安全和水资源风险管理需求的重要应用基础。本文开展了以南水北调中线工程联系的跨汉江、黄河和海河多个流域的区域水循环模拟、环境变化影响与水安全研究。重点论述了跨流域调水的大尺度分布式水文模型(LDTVGM)的研究与展望。目的是探讨变化环境下跨流域调水的分布式水循环模型的建立,发展区域水循环动力学-非线性系统-多源不确定性分析与综合的理论与影响评估方法,为分析应对气候变化和高强度人类活动影响的区域水资源安全及应对措施的风险管理,提供科学依据。     

雷达联合雨量计估算区域降水量精度对比

提出了基于雷达测雨数据的R-G联合法,该法在原有雨量站实测降雨的基础上,引入了雷达测站得到的雷达数据.雨量站实测点雨量精度高,雷达站测的数据在空间上分布合理.R-G联合法结合雨量站和雷达两者的优点,得到面上分布合理并且精度高的降水数据.选择站网密度比较理想的湖北东部区域对各方法进行实际应用,通过与传统数据同化方法的对比分析研究,证明所提方法可明显提高数据同化精度.     

近30年中国典型区域水体面积变化与归因

在生态文明建设中,水域空间率是一项重要的指标。一般情况下,某个区域中的水体面积越大生态环境越好。而水体面积又受到气候变化与人类活动的双重影响。中国水体面积的变化规律及归因是生态文明建设中一个关键的科学问题。在全国范围内,根据气候条件和经济发展情况,选取了9个研究区域。基于Google Earth Engine云计算平台,使用多个光谱指数组合的方法,对1986-2018年的Landsat影像进行水体提取。采用Mann-Kendall法分析了水体面积动态变化特征,并借助双累积曲线法和分布式水文模型,进一步计算了气候变化和人类活动对水体面积变化的贡献率。结果表明:(1)半干旱半湿润地区受人类活动影响剧烈,水体面积变化显著;(2)湿润地区受气候变化影响,水体面积显著增加;(3)人类对水资源的过度使用、跨流域调水以及水库修建直接决定大部分区域的水体面积变化。该研究能够为生态文明建设提供科技支撑。     

基于贝叶斯理论的水文多模型预报

水文预报对于防洪、抗旱以及水资源调度等具有重要意义。水文预报通常依靠水文模型来完成,由于受到不同流域特点、产汇流机制等的限制,每个水文模型都具有各自的特点及适用区域。单一模型具有非常大的水文预报不确定性,为了解决单一模型局限性的问题,多模型水文预报常作为降低水文预报不确定性有效方法之一。选用三种常见的水文模型:时变增益水文模型、新安江模型和萨克拉门托模型,在珠江飞来峡流域进行分布式建模,采用相同的输入与初始场,三个模型独立进行模拟,然后对比三个模型的结果,并进行贝叶斯多模型加权平均和简单平均得到多模型平均结果,研究结果表明,贝叶斯模型处理后的结果要比单个模型模拟结果和简单平均处理后的结果准确率高。     

黄河流域时变增益分布式水文模型(Ⅱ)——模型的校检与应用

针对分布式水文的应用问题,结合黄河流域时变增益分布式水文模型,在黄河流域进行了实例研究.对黄河干流17个主要流量控制站进行了连续径流模拟.模拟总水量同实测总水量的相对误差在5%以内,其中有11个站效率系数(确定性系数)在0.8以上,其余的也在0.7以上.最后,运用模型分析了气候变化与人类活动对黄河流域降雨产流的影响.     

佛冈县近5O年来降雨特征浅析

针对全球气温升高、气候变化导致降雨发生变化、极端事件频发问题,选用珠江流域中佛冈县作为研究区域,统计了1960--2009年佛冈县50年逐日降雨资料,发现佛冈县年总降雨近50年有所减小,尤其是5月和10月降雨量存在减少趋势,目最大降雨量也存在减小趋势,说明降雨减小的原因主要是暴雨量减小。由于降雨的减少主要是暴雨的减少所致,说明气候变化有可能降低佛冈县发生洪涝灾害的概率。     

基于观测站点生成降水的有效分辨率研究

气候模式、分布式水文模式的发展对资料分辨率的需求越来越高，可站点观测的资料信息非常的有限。如何通过有限的观测信息获得足够高的分辨率的降水是一个科学难题。本文基于全国气象站点资料、黄河流域及实验小流域的水文气象观测数据，深入研究了水文气象站点的空间分布与其生成的降水的分辨率之间关系。提出了有效分辨率的概念与计算方法，从观测资料中获得的信息与对资料精度需求的指标中就可以确定出最合理的分辨率。如：在全中国区域，采用国家气象局公布的723个观测站点数据，给出一定的精度要求指标后，可以算出有效分辨率为24.4km，而在全黄河流域，采用水文观测760个站点，可以算出有效分辨率为3.23km，岔巴沟实验流域有效分辨率可以达到0.38km。本文的研究工作为基于有限的观测站点生成合理的有效分辨率的降水，提供了关键的技术和科学的依据。     

洪水灾害危险性评价方法的研究与改进

洪水风险分析是防洪非工程措施的重要组成部分,而洪水危险性评价是风险分析的基础。现有的洪水危险性评价方法由于需要获得淹没水深,在对洪水风险预测时要求复杂的水力学模型和高分辨率数据的支撑,但业务化过程中常常无法满足数据要求,为了简化洪水危险性评价的过程,确保评价结果的准确性,提出了一个新的简单且综合的洪水危险性评价指标(FHI,Flood Hazard Index)。该指标以GisNet和ArcGIS为软件平台,结合分布式水文模型,依据洪灾的形成机理,综合考虑分布式流量与地形指数。结合北京山区红螺谷流域的具体情况,对新指标进行了对比检验。结果显示,FHI能够真实地反映区域洪灾随空间变化的趋势,为未来洪水危险性评价与预测的研究,提供了一个全新的思路,对洪水风险研究体系的完善具有重要的现实意义。     

基于数字高程模型的河网提取及子流域生成

提出新的从DEM直接提取河网与划分子流域的方法(AEDNM)。该方法与以往方法的不同之处在于不再对DEM进行填洼处理，而是结合图论与水文学的思想，从流域的出口直接向上游搜索，通过图的遍历来确定流向，使全流域形成一个有向无环图，这样提取的河网可以保证是连续的，同实际河网误差很小。根据河网划分的子流域大小也基本均匀，能够满足水文模型模拟的需求。经过黄河、泾河与白河流域的算例验证，表明该法简单可行。