中小流域时空变源混合产流模型及参数区域化方法研究

针对山丘区中小流域洪水预报面临的产流机制混合多变和模型参数难以获取的问题,提出了适用于缺资料地区的中小流域时空变源混合产流模型和基于机器学习CART的参数区域化方法.在小流域地貌水文响应单元划分基础上,利用GARTO非饱和下渗计算模型,从超渗/蓄满机制的平面混合、垂向混合和时段混合三个方面构建时空变源混合产流模型,并采...     

改进垂向混合产流模型在营口洪水模拟中的应用

为分析改进的垂向混合产流模型在营口地区河流洪水模拟的适用性,以营口地区熊岳站为研究实例,结合熊岳站15场典型实测洪水数据对比改进前后模型的模拟精度。分析表明:改进的垂向混合产流模型在熊岳站模拟精度总体可达乙级标准,在洪峰和洪量模拟精度均较传统模型有着较为明显的改善。研究成果对于营口地区洪水预报方案制定具有重要参考价值。     

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。     

改进的垂向混合产流模型在辽西干旱半干旱区域洪水模拟中的应用

本文引入改进的Grenn-Ampt下渗曲线对垂向混合产流模型的下渗计算进行改进,并以辽西干旱半干旱区域为研究区域,对区域洪水进行模拟分析。研究结果表明:相比于传统模型,改进的垂向混合产流模型在洪水模拟精度上有明显改善,日尺度和小时尺度洪水模拟的相对误差分别减少8.7%和10.6%,洪水过程拟合系数分别提高0.26和0.30,改进模型更适用于辽宁西部干旱半干旱区域的水文模拟。研究成果对于北方干旱半干旱区域洪水模拟提供方法参考。     

垂向混合产流模型在清河水库流域的改进应用

基于清河水库流域气候特点并结合垂向混合产流模型的结构特征,对模型结构进行改进应用,通过分时段双源蒸散发计算和改进的格林—安普特下渗公式的应用计算,在此基础之上进行洪水模拟计算,分析对比模型在清河水库流域改进前后的结果,使模型在北方干旱冻土地区具有一定的适应性、成熟性和有效性。     

基于洪水过程的山区小流域洪水预警研究——以四川省白沙河流域为例

受地形地质条件复杂和局部气象条件多变的影响,山区小流域在经历了短历时强降雨后,常会诱发突发性洪水,加上山区水文基础资料缺乏,使得洪水预警指标难以确定。通过构建分布式水文模型,基于不同重现期降雨量,考虑土壤含水量变化对洪水过程的影响,提出了一种适用于无资料地区的临界雨量确定方法,并将该方法应用于四川省白沙河流域实际研究。结果表明:土壤含水量对洪水起涨过程具有明显的影响,在100 a一遇(374.27 mm)、50 a一遇(330.01 mm)、20 a一遇(270.67 mm)、10 a一遇(224.84 mm)4种设计暴雨情景下,土壤饱和条件下到达警戒流量时间比土壤最干燥条件下分别提前了0.41,0.35,0.55,0.63 h;临界雨量在土壤饱和条件下为190.02 mm,在最干燥条件下为207.46 mm;当达到临界雨量时应及时撤离杨柳坪至下游处30.85 hm~2范围内的所有人群。研究成果可为其他类似无资料地区及时预警山洪灾害、减少损失提供参考。     

分流量区间BMA方法在小流域暴雨山洪模拟中的应用——以官山小流域为例

小流域山洪灾害具有成灾时间短、突发性强、危害性大、频次多等特点,严重威胁着区域内社会经济发展和人民群众生命财产安全。受当前山区雨洪资料少、产汇流机理不够完善所限,小流域的暴雨洪水模拟存在着可靠性差、精度低的问题。以我国中部秦巴山区山洪灾害典型流域官山小流域为研究对象,搜集了近期代表性较好的10场洪水,以TOPMODEL、TUWMODEL和新安江模型结果为基础,基于分流量区间BMA方法计算模型权重,提出适用于小流域的水文集合预报模型。结果显示,相比单一水文模型,分流量区间BMA方法模拟的洪峰流量、洪量和峰现时间指标的合格率可分别提高4.5%、39.7%和48.9%,为官山小流域洪水模拟提供了一种有效的模拟手段。研究成果对提高山区小流域洪水预报精度具有一定的理论意义和实践价值。     

基于改进的SWAT模型农业面源污染变化规律数值模拟——以赣抚平原灌区芳溪湖小流域为例

以赣抚平原灌区内的芳溪湖典型小流域为研究区域,基于改进的SWAT模型,针对典型水文年年内不同降雨条件,模拟灌区氮磷面源负荷的迁移规律,同时对灌区农业面源污染负荷流失量的空间分布规律进行了模拟分析。结果表明,降雨是氮磷负荷流失的主要驱动因子,氮磷流失量随降雨的波动而变化,并与降雨同步达到峰值。因此,在灌区需加强汛期田间水肥管理,以减少氮磷的流失,提高肥料的利用率;在相同降雨条件下,研究区氮、磷负荷流失量空间分布差异较大,呈现出水系上游流失量多下游流失量少的趋势;在防控和治理灌区面源污染时,可适当考虑面源污染的空间分布规律,采用沿途生态沟渠和湿地对灌区内的面源污染负荷进行稀释和净化,以达到减轻和治理面源污染的效果。     

变参数PDS/GP模型及其在洪水频率分析中的应用

传统的洪水频率分析模型一般假定研究区域是完全均质的,未能考虑分布函数参数会随协变量而变化,忽略了水文序列时空上的异质性。本文将广义Pareto(GP)分布函数的参数作为随机变量,利用自动阈值法确定独立样本的超定量系列(PDS),并将线性矩法和核回归法相结合估计含协变量的模型参数,从而构建了可考虑水文序列时空分布异质性的变参数PDS/GP模型。丹江口水库实例研究表明:定参数模型的尺度参数估计值和设计洪水预测值均在变参数PDS/GP模型的估计区间内,这说明本文提出的变参数PDS/GP模型能够更好地反映参数变化对模型不确定性的影响。而且,变参数PDS/GP模型的估计区间随重现期的增大而变宽,表明频率分析外延存在较大的不确定性,有必要考虑丹江口水库水文序列时空分布的异质性。     

SWAT模型参数敏感性分析与自动率定的重要性研究——以玛纳斯河径流模拟为例

介绍了SWAT2005模型参数敏感性分析和自动率定模块的原理,并在新疆玛纳斯河流域中进行应用,通过敏感性分析及参数率定前后的结果对比,证明该模块对模型应用的重要性。根据LH-OAT敏感性分析法,辨析出影响玛纳斯河流域径流模拟结果精度的主要参数因子:积雪温度滞后因子(Timp)和基流回退系数(Alpha_Bf)。根据SCE参数自动率定法,确定出对径流模拟结果影响较大的11个参数值,并采用连续5年的实测日径流数据对模型进行了验证。结果表明:模型对日流量模拟的相对误差在模型校准期和验证期均小于20%,相关系数R2高于0.8,Nash-Suttcliffe系数Ens高于0.7,SWAT模型在玛纳斯河流域产流的模拟结果良好,值得进一步推广。     

时间步长和产汇流方法对小流域次洪模拟的影响

为研究半干旱半湿润流域复杂产流机制下不同时间步长和产汇流方法对次洪模拟的影响,选取北张店流域为研究对象,对1993～2005年具有代表性的12场次洪降雨径流资料,利用HEC-HMS模型分别以10,15,20 min为时间步长,采用2种方案进行模拟计算并对比分析结果。方案1为初损稳渗法+Clark单位线法;方案2为格林-安普特法+SCS单位线法;河道汇流演算均为马斯京根法,基流计算均为指数消退法,结果表明:时间步长的选取对次洪模拟结果影响较大,两种方案均在15 min时间步长下模拟精度最高,表明时间步长的选取并非是越短越精确。时间步长为15 min时方案1的确定性系数(DC)均值为0.813,方案2的DC均值为0.764,且方案1在洪峰、洪量和峰现时差模拟方面均优于方案2。     

甘肃梨园河流域SWAT径流模拟与预报

以甘肃梨园河流域为研究对象,收集相关资料组织数据库,建立SWAT分布式流域水文模型,并模拟1990-1999年月地表径流过程。通过比较模拟值与实测值得相对误差Re小于10%,相关系数R2和Nash-Sutcliffe系数Ens均大于0.80,模拟效果较好,认为SWAT模型可适用于梨园河流域的地表径流模拟。而后结合自回归模型和时域法预测的气象数据,加载到已率定的SWAT模型中预测2009-2018年地表径流。结果表明:预测期径流深呈下降趋势,分析径流对气候变化的水文响应,认为径流对气温的水文响应的敏感性较径流对降水的敏感性高。