分布式水文模型SWAT模型在新疆叶尔羌河流域的适用性研究

为定量分析SWAT模型在新疆叶尔羌流域径流模拟的适用性,以叶尔羌河卡群水文站以上集水区域为研究流域,基于卡群水文站2000-2012年水文数据,运用SWAT模型模拟了研究流域的径流量,并设定2种气候变化情景模式,定量分析不同气候变化情景模式对叶尔羌流域径流量的影响。研究结果表明:SWAT模型在叶尔羌河流域具有较好的适用性,模拟的径流深相对误差小于8%,确定性系数均达到0.75以上;在降水不变化的前提下,气温升高2℃,流域径流量增加6.28%;在气温不变前提下,降水量增加5%,流域径流量增加9.50%。研究成果对于新疆叶尔羌河流域水文模拟及预测提供参考价值。     

基于格尔木河流域的SWAT模型水文特征情景模拟研究

以2008—2016年格尔木河流域实测径流量数据为基础,构建SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行参数率定、验证及不确定性分析,并设置不同的气候情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0),预测流域2022—2050年的径流变化趋势,分析了研究区未来降水、气温的变化趋势并探究了这些气候要素对格尔木河流域径流的影响。结果表明：(1)SWAT模型在格尔木河流域径流过程的模拟中具有较好的适用性,率定期R²和E_NS分别为0.84和0.73,验证期R²和E_NS分别为0.74和0.70;(2)径流预测不确定性较小;(3)未来流域降水呈现增加趋势而气温降低;(4)未来时段流域径流增加显著,且降水是控制流域径流的主要因素。     

洮河流域土地利用／覆被变化的水文过程响应

土地利用/覆被变化是导致流域水资源发生变化的重要原因.以中国西北地区的洮河流域为研究区,构建适宜于洮河流域的分布式水文模型(SWAT),在综合考虑流域1985-2000年间土地利用/覆被变化特征的基础上建立多种土地利用/覆被情景,并对不同情景下的水文过程进行模拟,得到以下结论:(1)经校准后的SWAT模型,其验证期的相关系数R~2、相对误差R_e和效率系数E_(ns)分别为0.83、-8%和0.68,说明SWAT模型在洮河流域径流量模拟中具有较高的适用性.(2)草地、林地和耕地是洮河流域的主要土地利用类型.林地的壤中流、土壤湿度和产水量最大,耕地的地表径流和蒸散量最大.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下地表径流增加了1.72%,地下径流和产水量降低了0.8%和0.4%;耕地扩张和城镇建设用地情景下流域地表径流明显增加,生态恢复情景下流域地表径流和产水量均有所降低.(3)从月径流量来看,林草地可以减小最大与最小流量的变幅,而耕地的作用正好相反.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下汛期地表径流增加1.67%,地下径流减少0.83%,产水量减少0.36%;非汛期地表径流增加1.86%,地下径流减少0.63%,产水量减少0.46%.说明林草地减少对非汛期的影响更大.     

基于水文模型的雷达监测降雨量误差传递研究

基于多普勒雷达和相应的雨量计资料,利用卡尔曼滤波校准法对分组Z~I关系估算的雷达降雨进行同化,结合新安江模型,提出采用增长模繁殖法对雷达监测降雨量资料进行扰动,定量分析了模型输入误差对径流模拟的影响。经过湖北省白莲河流域的实际应用研究表明,卡尔曼滤波校准法估算降水量的精度比Z~I关系法有了明显的提高,其相应的洪水预报效果也都优于Z~I关系;提出的增长模繁殖法对雷达监测降雨量资料产生的扰动输入误差在经过模型的传递后有增大的趋势。     

水文模型系统在峨嵋河流域洪水模拟中的应用

研究目的是采用水文模型系统(HMS)模拟峨嵋河流域暴雨水文过程,并为长江上游地区气候和水文响应研究提供可靠的信息。HMS是一种分布式水文模型可用于研究各种气候因子和地表覆盖变化而引起的水文过程响应,该系统(HMS)利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨径流等资料,研究气候、陆面、地表水和地下水的相互作用机理。在本次研究中,采用SCS Curve Number(CN)和Green-Ampt(GA)方法来计算径流过程,用GIS来数字化DEM、土壤、土地利用和陆地覆盖数据。通过用不同时间间隔的降雨和不同计算方法的水力参数模拟水文过程,来检验降雨的时间尺度效应和水力参数的空间变异性对水文过程的影响。结果表明,HMS对峨嵋河流域暴雨洪水的模拟及预测具有较好的适用性。     

基于栅格尺度的双层融雪径流模型研究及应用

以新疆天山北坡军塘湖河流域作为研究区,基于物理机制构建双层分布式融雪径流模型,利用研究区数字高程模型(DEM)提取流域信息,运用GIS技术与遥感技术获取积雪、植被、土壤等与融雪径流模型有关的地表信息,并结合WRF中尺度数值预报模式作为该模型气象驱动数据,对研究区融雪期进行模拟,结果显示:2009、2010年峰值模拟期间,实测与模拟径流过程线拟合度高,QR合格率分别达87%、90.85%。该模型适用性较好,对融雪洪水预警具有一定的参考价值。     

基于SWAT模型的辽西走廊海岸带无观测资料流域地表径流模拟

基于SWAT模型和流域水文相似性原理,采用模型参数移植法对辽西走廊海岸带无观测资料流域-狗河流域进行地表径流模拟,取得了良好的效果.该方法不仅有效地解决了水文模型在模型参数移植过程中的不确定性问题,而且为其他无观测资料流域的径流模拟提供了方法借鉴.     

用VIC模型模拟黑河上游流域水分和能量通量的时空分布

受地形起伏影响, 山区流域的水分和能量通量时空分布差异很大. 利用水文模型VIC (variable infiltration capacity)对黑河上游流域的水文和能量时空分布进行了模拟, 并通过观测对模拟结果进行了验证. 结果表明:VIC模型能够较合理地模拟研究区径流过程, 对净辐射的计算也较准确, 模拟得到的部分水分通量和能量通量(感热、潜热和土壤热通量)在趋势上较一致, 但在数量上存在偏差. 积雪过程对研究区的水文和能量循环有重要影响, VIC模型对积雪的模拟偏差较大, 导致了每年4月左右的模拟径流偏低, 也没有模拟出积雪融化导致的土壤含水量上升; 同时, 积雪模拟的不准确也明显影响到能量通量的模拟. 在研究区, 土壤水分变化受土壤冻融影响明显, VIC模型对气温较高、不发生冻融过程的7-9月土壤水分变化模拟较好, 但是在其他月份, 对积雪及表层土壤消融导致的土壤水分迅速增加和土壤冻结导致的土壤水分迅速减少两个过程的模拟比较差; VIC模型能够给出水分和能量各通量的时空分布, 较好地揭示研究流域各个通量的空间异质性及相互影响.     

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。     

VIC模型在老哈河流域径流模拟中的应用

采用VIC-3L大尺度分布式水文模型,对老哈河流域的径流及其相关要素进行模拟,分析其变化趋势,研究老哈河流域水文要素变化的影响因素。模拟结果表明:在率定期和验证期内,模拟的流量过程线反映了实测流量过程线的变化趋势,而1997年和1999年模型模拟效果较差的原因是人类活动的影响、枯水年影响、下垫面情况变化等因素影响及VIc-3L模型自身的局限性等。     

乌鲁木齐河流域北部平原地下水流模拟

本文运用数字水文地质概念模型的方法建立了乌鲁木齐河流域北部平原的地下水流模型,并用流量边界与柴窝堡盆地和河谷区的地下水流模型相接,构成一个统一的流域地下水模型,为乌鲁木齐河流域水资源整体规划利用提供了模拟分析工具。北部平原的南部倾斜平原为砂卵砾石组成的大厚度潜水含水层,北部细土平原为多层结构。地下水总体上由南向北径流,天然状态下在交界地带溢出成泉或流入沙漠。目前,地下水循环基本上由人为控制。农田灌溉回归补给量与河流和山前侧向补给量持平;而开采量已是绝对的排泄量。季节性开采造成地下水位季节性大幅度变化。水位的下降使蒸发蒸腾量减少,减轻了由于灌溉造成的土壤盐碱化问题。     

袁河流域水环境容量分析的设计水文条件计算

设计水文条件是流域水环境容量分析的重要前提,然而在一些小流域,水文站点相对较少,给设计水文条件计算带来一定难度。本文采用区域化方法,以袁河流域为例,根据其现有的水文站及其毗邻锦江流域水文站的水文资料采用一元线性函数建立了设计流量和集水面积的关系,采用幂指函数Y=aQb分别建立了流量与流速、平均水深及河宽的关系。根据建立的模型对袁河流域各控制断面的设计流量、设计流速、平均水深及河宽进行了计算,从而为水文站较少流域设计水文条件的计算提供了范例。     

基于GIS对新安江模型的改进初探

新安江模型能较好解决降雨时空分布问题,但忽略了其他分布不均的影响。流域汇流特征在很大程度上取决于流域形状特征和地形分布。提出一种方法,利用数字高程模型(DEM)划分子流域,提取各单元流域的平均坡度和最大汇流路径长度,以最大汇流路径长度推求形状系数,并将形状系数和平均坡度引入模型结构中,建立其与汇流参数之间的相关关系,使新安江模型能同时考虑降雨、流域形状以及地形分布。将改进后的模型应用于沿渡河流域进行验证,效果良好。     

GBHM模型原理及其在中尺度流域的应用

分布式水文模型核心之一是对流域的离散方法.基于地形分析和单位线概念,GBHM利用面积函数和宽度函数概化流域地形特性,将流域划分为一系列内部均一的流带和流条,形成均质坡面流单元,使模型可用一维水份运动方程描述降水产流过程.模型在永定河流域的应用表明,其原理和效率均较为满意.     

四个概念性水文模型在黑河流域上游的应用与比较分析

首先结合新安江模型、TopModel、HBV模型和Sacramento模型机理,从模型结构的土层划分、土壤水分计算、蒸散发计算、产流区不均匀性的考虑、产流机制、下渗机制等多个方面进行了理论上的比较,然后选择黑河流域上游为研究区,结合模拟结果对这四个概念性水文模型在黑河上游山区流域应用情况,从土壤水分、蒸散发、径流过程和各径流组分四个方面进行了分析比较。结果显示,概念性水文模型对黑河干流上游山区径流模拟有较好的模拟效果,但是对土壤水分、蒸散发等水文过程只能描述其变化趋势,难以定量,同时,我们还可以得出在所用四个模型中,HBV模型在黑河干流上游山区出山口的径流拟合中有和其他3个模型相当的Nash-Sutcliffe效率系数,并且在枯水期的表现也好,适用性最好。     

数字黑河的思考与实践3:模型集成

介绍了"数字黑河"模型集成研究的进展.①流域科学研究中的模型集成由发展流域集成模型和建模环境这2个主题所构成,前者可概括为"水-土-气-生-人"集成模型,后者是支持集成模型的高效开发的软件工具,注重于应用先进的信息技术为建模提供支撑.②将模型集成分为知识途径和技术途径,讨论了建模环境在模型集成中的作用,以及科学模型和流域管理模型的关系.③回顾了黑河流域模型集成的总体目标是发展两种类型的集成模型,其中第一种回应科学目标,是地球系统模型在流域尺度上的具体体现,以建成能够综合反映流域水文-生态-经济相互作用的模型为标志;第二种集成模型回应管理目标,以建成空间显式的流域水资源决策支持系统为目标.④对黑河流域已有的水文、地下水、水资源、陆面过程、土地利用、生态、社会经济与生态经济建模工作做了系统的综述.⑤分析了黑河流域集成模型研究中存在的问题和所面临的挑战.     

新疆克里雅河流域绿洲适宜规模

利用克里雅河流域1957~2009年水文气象资料及2010年遥感影像数据,借助Z指数法及水热平衡模型分析了流域水资源在不同丰枯水平下的绿洲适宜规模。结果表明:克里雅河流域地表径流存在明显的丰枯变化;维持克里雅河流域下游天然绿洲稳定所需要的水资源为1.583亿 m3;现状面积下,克里雅河流域人工绿洲在丰水期处于稳定水平,枯水期与平水期皆为亚稳定水平;克里雅河流域人工绿洲在丰水期、平水期和枯水期的适宜规模分别为1 608~2 413 km2、1 157~1 736 km2和978~1 467 km2,而较高水资源保证度下最为适宜的规模应控制在978~1 736 km2。     

Runoff Change in Taizihe River Basin Under Future Climate Change Based on HBV Model

Taking the Taizihe River Basin located in Liaoning Province as a study area, we applied HBV hydrological model to simulate the hydrological process of this river basin with the support of observed daily precipitation, mean temperature, hydrological data in Xiaolinzi hydrologic station, and global digital elevation model data from SRTM3, land utilization types, etc. According to the simulation results of daily runoff, the possible impact of future climate change on runoff was analyzed through forcing HBV model by RegCM4.4 dynamic downscaled climatic data. The results show that HBV model performed generally well for daily simulation of the Taizihe River Basin with Nash Sutcliffe coefficient and deterministic coefficient being all over 0.60 in the calibration period and validation period, and the response of flooding to precipitation were simulated better. This indicates the HBV model can be successfully applied to the Taizihe River Basin. Mean temperature will increase obviously with persistent rising trend by RegCM4.4 model in 2021-2070 under RCP4.5 scenario. Annual precipitation and runoff depth are expected to reduce a bit. Compared with the baseline period (1986-2005), annual runoff depth will increase by 9.79%. At the same time, the runoff depth will increase significantly in summer and autumn. The variation of runoff quantile indicates that both peak extreme runoff and dry extreme runoff will increase to different degrees than that in the baseline period. In the future, the Taizihe River Basin will be likely to experience extreme flooding.     

基于HBV模型的太子河流域径流变化情景预估

以太子河流域为研究区域,采用HBV水文模型对流域的水文过程进行模拟,并选取RegCM4.4区域气候模式输出的平均气温和降水数据来驱动HBV水文模型,模拟逐日径流过程,分析RCP4.5排放情景下未来太子河流域径流的演变。结果表明,HBV水文模型在太子河流域模拟效果较好,率定期与验证期Nash效率系数与确定性系数均在0.60以上,模型基本模拟出了洪水对降水的响应过程。RCP4.5情景下,2021 2070年太子河流域年平均气温呈持续升温趋势,流域降水和年径流深度呈微弱减少趋势。相较于基准期,年径流深度将增多9.79%,夏季和秋季径流深度上升明显。径流分位数的变化表明,峰值极端径流和枯水极端径流均较基准期有不同程度的增多,未来太子河流域发生极端洪涝的可能性较高。