分布式水文模型子流域划分方法

子流域划分是构建分布式水文模型的重要工作之一,它关系到水文模拟和预报精度的好坏。通过综述分布式水文模型子流域划分方法的国内外研究进展,总结了现有子流域划分方法在不完整流域的子流域划分、无分叉长河段的子流域划分、水文站和水库控制范围确定以及子流域划分软件等方面存在的问题,提出了水文实践对子流域划分方法的需求,最后针对该问题从开发适用性更高的子流域划分算法、开发通用的子流域划分软件和加强子流域划分层次或水平的研究等三个方面对子流域划分研究方向进行了展望。     

考虑湖泊范围的子流域划分和编码方法研究

现有子流域划分方法一般通过虚拟河网将湖泊划分为若干部分,每个部分分属不同的子流域,并未考虑湖泊范围的完整性和独立性,不利于湖泊水量平衡分析。为解决这一问题,提出一种考虑湖泊范围的子流域划分和编码方法,包括湖区子流域(湖泊子流域和湖滨带子流域)划分和非湖区子流域划分方法,以及根据栅格流向和河道汇流关系,确定子流域间的上下游拓扑关系并生成其拓扑关系表。黄河源区(唐乃亥以上区域)有鄂陵湖和扎陵湖两大湖泊,采用该方法对黄河源区进行子流域划分和编码,并基于流域分布式水文模型(WEP-L模型)进行模拟验证,结果表明该方法可实现研究区湖泊区域的自动识别、子流域划分及编码,水文模拟结果和湖泊水量平衡计算结果合理。     

基于Pfafstetter方法的湄公河流域子流域划分研究

定量的地形分析在分布式水文模型中非常重要。但这个分析的过程往往需要耗费很长的时间,同时因为分析方法的因素和尺度的问题,又在客观上存在着不确定性。对Pfafstetter标号方法理论在流域标度的分布式水文模型中的运用技术进行改良,生成了5个层次的具有自然边界的子流域,在湄公河流域得到了有效验证。     

东湾流域BTOPMC模型和新安江模型的应用比较

对BTOPMC模型的原理、结构以及参数进行了详细介绍,利用东湾流域DEM资料、土地覆盖资料、土壤组成资料、NDVI数据、月平均气候资料及1982—2000年的实测水文资料,对BTOPMC模型与新安江模型的模拟性能进行了比较研究。结果表明,新安江模型整体的模拟精度较BTOPMC模型的模拟精度要高。     

子流域划分对EasyDHM径流模拟的影响分析

子流域划分是分布式水文模型构建的重要过程之一。对分布式水文模型子流域划分技术进行了综述,简要介绍了EasyDHM（Easy Distributed Hydrological Model）模型及其子流域划分方法。选取第二松花江丰满水库以上流域作为研究区域,使用1 km×1 km分辨率的数字高程（DEM）及50 km2集水面积阈值提取数字河网,并按3种子流域划分配置对该区域进行划分。结果表明,子流域划分数越多,纳什效率系数越大,模拟效果越好。     

基于DEM的子流域划分方法改进与应用

为解决狭长子流域及水库与水文站控制的子流域划分问题,对河段编码、子流域划分算法进行了改进。改进后的算法实现了对狭长子流域的自动加密,并可根据水文站、水库的位置把子流域进行加密,使最终得到的子流域面积更加均匀。     

考虑城市管网的分布式水文模型子流域划分及编码研究

在基于子流域划分的分布式水文模型应用中,城市区域雨水管网的存在使得原先不相连通的区域具备了汇流的条件,从而改变了天然地表径流汇流路径。另一方面,城市区域还存在着污水管网汇流,其对子流域编码的上下游关系要求往往会和通常的天然水系上下游关系相冲突。因此,在城市区域进行子流域划分和编码的时候,需要考虑雨水管网和污水管网的影响。通过将雨水管网等同于天然河道,参与DEM高程修正,实现雨水管网对汇流路径改变作用。通过对基于天然水系汇流关系得到的子流域进行重新编码,得到能够同时满足天然水系汇流以及污水管网汇流要求的编码序列。以深圳坪山河流域为例进行的实例应用表明该方法可有效地解决雨水管网和污水管网的影响问题。     

基于HSPF模型的平原河网地区流域划分

现有的流域划分方法适用于高差清晰的地区,在平原河网地区适用性较差。为解决平原河网地区流域划分问题,根据平原河网地区的地形地貌特征,提出了一种综合各数据优势的多尺度、分层次的平原河网地区流域划分方法。该方法参考水系、道路、圩堤、闸泵和土地利用类型,结合单元格级网格和网格中心点空间分析数据,生成流域划分参考图。通过建立常州市钟楼区平原河网HSPF水文模型,对提出的平原河网地区流域划分方法进行了模拟应用。结果表明：钟楼区2020～2021年水文过程模拟结果较好,德胜河桥、钟楼大桥和连江桥下站点的相关系数、纳什系数均大于0.75,满足模型模拟精度,提出的平原河网地区流域划分方法有一定的合理性和可行性。     

子流域划分对SWAT模型模拟结果的影响研究

基于分布式水文模型SWAT,选择三峡库区支流大宁河为研究区域,在不同的子流域划分数量条件下,进行流域径流、泥沙以及营养物模拟计算,进而分析子流域划分对模拟结果的影响。研究结果表明:1不同子流划分方案对SWAT模型模拟结果存在直接影响。对于所研究流域,径流、TN和TP受到的影响较小,泥沙受到的影响较大。2为体现流域的真实河网水系特征,保证模拟效果,子流域划分个数不宜过少或过多。3在不同流域,子流域划分数目对径流、泥沙和营养物的变化趋势影响不同,不可同一而论。4推荐大宁河的子流域划分个数为37~121个。     

南水北调中线受水区分布式水文模型子流域划分研究

从空间尺度上对分布式水文模拟进行了分类,提出了区域分布式水文模拟的概念.根据区域分布式水文模拟的特点,提出了针对不完整流域进行分布式水文模拟时,研究范围的确定原则.同时通过引入流域入口点,实现了一种基于Pfafstetter编码规则的区域分布式水文模型子流域划分方法,并成功应用到南水北调中线受水区.另外,在该方法中还包括了对狭长子流域的进一步自动细分及根据水文站、水库位置进一步细分子流域的功能.     

基于BTOPMC模型的NDVI分辨率影响研究

归一化植被指数NDVI是S-W模型计算蒸散发的主要输入资料之一。分别采用月分辨率和10d分辨率的NDVI估算黄泥庄流域1985~1987年蒸散发能力并驱动一个水文模型,以研究NDVI分辨率对蒸散发能力估算和水文模型精度的影响。结果表明:由10d分辨率NDVI计算的根系层蒸发能力和植被截留蒸发能力都比由月分辨率资料计算的值小,年根系层蒸发能力减少9.77%~13.64%,植被截留蒸发能力减少5.34%~8.43%,并且,NDVI分辨率在夏季对根系层蒸发能力影响较大,而在冬季对截留蒸发能力影响较大。利用估算的两种蒸散发能力值分别驱动BTOPMC模型并分别率定参数,模型两种模拟结果较接近,水文模型对NDVI分辨率并不敏感。     

Hydrological daily rainfall-runoff simulation with BTOPMC model and comparison with Xin'anjiang model

A grid-based distributed hydrological model, the Block-wise use of TOPMODEL (BTOPMC), which was developed from the original TOPMODEL, was used for hydrological daily rainfall-runoff simulation. In the BTOPMC model, the runoff is explicitly calculated on a cell-by-cell basis, and the Muskingum-Cunge flow concentration method is used. In order to test the model's applicability, the BTOPMC model and the Xin'anjiang model were applied to the simulation of a humid watershed and a semi-humid to semi-arid watershed in China. The model parameters were optimized with the Shuffle Complex Evolution (SCE-UA) method. Results show that both models can effectively simulate the daily hydrograph in humid watersheds, but that the BTOPMC model performs poorly in semi-humid to semi-arid watersheds. The excess-infiltration mechanism should be incorporated into the BTOPMC model to broaden the model's applicability.     

基于BTOPMC的无资料区水文模拟及相似性分析

针对稀缺资料地区分布式水文模型无法直接应用的问题,以无径流观测资料的西充河流域(西充境内)为研究区、以相近的李子溪流域为参证流域,建立了BTOPMC模型进行流域水文相似性分析,并采用参数移植法模拟研究区径流过程。结果表明：参证流域径流模拟结果良好,经参数转移之后的BTOPMC模型具有一定的适用性。该方法解决了水文模型在参数移植构成中的不确定性问题,可为其他无观测资料流域的模拟提供借鉴。     

流域空间划分体系研究

科学合理划定流域空间是流域综合规划环境影响评价的基础。在分析流域生态环境与流域综合规划特点的基础上,系统地研究了流域空间划分的基本原则、分类系统与划分条件、划分方法、空间保护与管控要求。从可持续发展的高度,提出将流域空间分为水域空间和陆域空间,水域(陆域)空间又可分为优先保护水域(区域)、重点保护水域(区域)、治理修复水域(区域)和引导发展水域(区域)4类,通过差别化保护有效协调流域开发与保护的关系,明确了各类型流域空间保护定位与管控要求,最终形成了完整的理论和应用体系,并应用该研究成果对嘉陵江流域空间进行了划分。划分成果不仅可有效指导流域综合规划、环境影响评价等工作,还可为流域生态红线的划定提供参考。     

工程项目标段划分及其优化的 数学模型

基于项目是多个子项目聚合的集,标段划分是把m个子项目分配给R个标段,以此构建了标段划分的数学模型;分析了子项目粒度对标段划分方案的巨大影响,指出标段划分时要科学确定子项目粒度。给出了标段划分的多目标优化模型和三种典型的单目标优化模型,探讨了标段划分优化模型的求解方法,介绍了解析法、枚举法和聚合法各自的适用性,指出聚合法与其他方法复合使用,是标段划分优化模型求解的方向。所建立标段划分及其优化的数学模型,为研究解决项目标段划分实际问题提供了新的理论平台。     

新疆克孜河阿瓦提引水枢纽工程水工模型试验研究

对拟除险加固的新疆克孜河阿瓦提(KZAWT)引水枢纽在河道发生不同频率洪水工况下开展模型试验研究。试验结果表明:KZAWT枢纽分流比远小于原设计方案中提出的枢纽控制大河来水量的70%,枢纽最大分流比约为40%。在各级流量下,引水渠道满足引入设计流量要求。泄洪闸和溢流侧堰泄流量均大于设计泄流量,满足泄流要求。溃坝在河道实际来流量小于校核洪水流量3 148 m3/s时溃决。输沙试验结果表明:通过合理调度泄洪冲沙闸,可有效防止泥沙进入引水渠。研究结果可为KZAWT枢纽的除险加固方案设计提供依据和指导,为分洪建筑物多、泄流情况复杂的同类工程除险加固方案设计提供参考。     

基于变分模态分解的分频径流预测模型

准确的径流预测对于流域防洪减灾、农业灌溉、水库调度等具有重要意义。针对径流序列具有较强的非线性和非平稳性特征,提出一种月径流预测混合模型VMD-(CNN-LSTM, ELMAN)。首先运用VMD将径流序列分解为多个模态分量,并计算各个模态分量的样本熵值(SE),将其划分为高频和中低频分量;然后运用CNN-LSTM模型预测高频分量,运用ELMAN模型预测中低频分量;最后将预测结果相加得到最终预测结果。将模型应用于黄河流域中下游段白马寺和黑石关水文站的月径流预测,并与CNN-LSTM、ELMAN、VMD-CNN-LSTM模型的预测结果进行对比与评价。研究结果表明：本文模型预测结果的NSE值均大于0.99,优于其他模型,表明VMD-(CNN-LSTM, ELMAN)模型具有较高的预测精度,可应用于实际研究区的径流预测。     

混流式水轮机顶盖振动信号的精细分频研究

高水头长引水隧洞电站在水力过渡过程中具有振荡周期长、振幅大、波动衰减周期长等特点,水轮机顶盖振动可以较好地反映该规律。本文依据真机试验,采用小波和小波包联合分析方法,对一大型电站变负荷振动试验中顶盖的振动响应测试信号进行了精细分频分析。结果表明:高水头长引水隧洞电站的水流脉动、尾水涡带和水击波频率较为接近,三者共同作用,导致顶盖强烈的振动响应;其中,水流脉动和尾水涡带是引起顶盖振动的最主要原因;同时也证明了小波和小波包联合分析方法是处理水电站振动信号的一种较好的方法。