数字高程模型在新安江模型中的应用研究

在新安江模型中，通常利用泰森多边形法将流域分成许多单元，考虑降雨的空间分布．在所有单元中，采用相同的汇流参数．模型没有考虑地形分布的影响．流域汇流特性在很大程度上取决于地形条件．本文中利用数字高程模型（DEM）划分子流域，提取各单元的坡度及其沿河道到达流域出口的距离．建立汇流参数与地形坡度间的定量关系，使新安江模型能够考虑地形的空间分布．在沿渡河流域的应用结果表明：在30次洪水中，有效系数大于0．9的洪水次数由20％增加为46．67％；洪峰相对误差小于10％的洪水次数由40％增加为76．67％．     

基于DEM的黄河多沙粗沙区分布式水沙耦合模型研究

基于栅格型DEM数据,提取数字水系和空间拓扑信息,构建由水文模块和泥沙模块两部分组成的黄土高原多沙粗沙区小流域分布式水沙耦合模型.以黄河无定河水系岔巴沟流域为例,应用所建立的模型对该流域1970年～1989年11场洪水进行流量沙量过程模拟.其中10场洪水模拟的确定性系数在0.7以上,11场洪水的含沙量模拟相对误差都在15%以下.结果表明,模型具有一定的计算精度,一定程度证实了所研发模型的结构、参数和计算方法的合理性.     

飞来峡流域基于栅格DEM的分布式水文模拟

基于栅格DEM的分布式水文模型能利用DEM提供的流域地形,包括流域边界、坡度、坡向、河网等特征信息,充分考虑下垫面条件的不均匀性及空间尺度相耦合性.以集水面积34097km2的飞来峡水库流域为例,利用SRTM90m精度的DEM资料提取流域特征信息和划分水系和子流域,采用基于栅格DEM的分布式水文模型来计算每个栅格的产汇流,河道汇流采用马斯京根法,参数率定采用SCE-UA优化算法.结果表明:一个结构简单、物理过程明确、参数较少的栅格DEM分布式模型可以被用于大中型流域的水文模拟,以更好地利用流域地形特征信息和描述流域水文过程.     

基于河段特征的马斯京根模型参数估算方法

将马斯京根模型参数K和x与河段物理特征,如比降、断面宽度及河段长度建立关系,推导出了抛物线形,三角形和矩形三种断面河段的参数估算公式．在干江河流域的应用结果表明：30场洪水中,洪峰流量相对误差小于20％的为100％,洪量相对误差小于20％的为90％,峰现时间误差小于2h的为96．67％,确定性系数大于0．7的为96．67％．     

山区流域RBF神经网络洪水预报方法

建立以高斯核函数为径向基函数的神经网络模型,以崇阳溪山区流域为例进行分析。利用泰森多边形法将流域划分为6个子流域;选取流域1997—2014年中15场洪水过程作为训练样本,以流域内6个雨量站各时段雨量资料和武夷山水文站前期流量过程作为输入,以流域出口断面武夷山水文站相应流量过程作为输出,运用自组织正交最小二乘法确定径向基函数的中心,采用伪逆规则求解其权值,建立RBF神经网络洪水预报模型;利用余下的6场洪水过程对模型进行检验。结果表明:各场次洪水流量过程平均相对误差和洪峰流量相对误差绝大部分在10%以内,确定性系数均大于0.9,预报精度符合要求,可以为防汛部门预测洪水提供依据。     

基于聚类的支持向量机在洪水预报中的应用

半干旱地区的特殊特点使其径流模拟计算难度增大,且难以获得较详细的资料,因而洪水预报难度大,尤其是洪峰流量的预报.若应用所有样本进行模型参数确定并预报,不能完全反映洪水的不同特性.因此采用了基于聚类分析的支持向量机模型,以半干旱半湿润地区的岚河流域为例,进行了模拟检验,结果表明,效率系数大部分达到85%以上,平均相对误差绝对值多数都小于1.5%.另外洪峰流量相对误差绝对值均在15%以内,特别洪峰流量较大的几场洪水,相对误差小于1%.洪峰流量和峰现时差合格率均达100%.     

HEC-HMS模型在官山河流域的应用研究

以官山河流域为研究区域,根据流域数字高程模型(digital elevation model,DEM)、土地利用、土壤类型等数据,建立HEC-HMS(the Hydrologic Engineering Center's-hydrologic modeling system)模型。基于修正的Morris筛选法分析HEC-HMS模型参数敏感性,选取研究区域内4场雨洪资料进行模型参数率定及验证,研究结果表明:HECHMS模型主要的敏感性参数为径流曲线数(curve number,CN)、不透水面积比、流域滞时、峰值系数、衰退系数和峰值比率;4场洪水的洪峰流量误差均小于20%,洪水总量误差均小于20%,峰现时刻误差均不大于3 h,Nash效率系数均大于0.7,表明该模型在官山河流域的降雨洪水模拟上具有良好的适用性。     

基于栅格式SCS模型的分布式水文模型研究

利用基于栅格分布的土地利用类型和土壤类型,通过将SCS模型改进为栅格式的SCS模型,并结合栅格式Clark单位线汇流方法,构建了一个具有松散耦合型分布式水文模型.该模型结构简单,模型参数较少,所需流域特性资料容易获取,对流域具有较强的适应性,并可以获得流域栅格分布式的产流结果.本研究将该模型应用到欧阳海流域上,构建洪水预报模型进行场次洪水过程模拟,并与新安江模型模拟结果进行对比.模拟结果表明,所构建的松散结构分布式水文模型具有较高的模拟精度,能够应用到实际的洪水预报中.     

分布式陆面-水文模型在淮河流域的应用

分布式水文模型是模拟地表径流、研究流域水循环的有效手段,以淮河流域为研究对象,利用数字高程DEM(digital elevation model)、全球植被覆盖数据、土壤结构资料等构建气象数据驱动下的分布式陆面-水文模型,根据1980-1982年淮河流域水文站实测数据进行模型参数率定,采用相对误差、确定性系数和Nash效率系数作为衡量指标来验证模型的模拟精度,并对比淮河流域主要水文站实测逐日径流量与模拟值,分析该模型对洪水流量的模拟效果.研究结果表明,该分布式陆面-水文模型具有较高的模拟精度,能较好地模拟流域水文过程,可用于变化环境下的水循环过程模拟和流域水文响应研究.     

不同水文模型在金溪流域的模拟与适应性研究

应用概念性新安江模型、水箱模型以及半分布式的TOPMODEL模拟了金溪流域的水文过程,并比较了3种模型对日径流过程和场次洪水过程的模拟结果与精度。结果表明:各模型模拟1992—1993年日径流过程的Nash效率系数都大于0.7,净雨深相对误差都小于15%,说明各模型都能较好地模拟该流域的日径流过程,新安江模型和水箱模型的模拟精度较TOPMODEL的略好。选择两场洪水,比较3种流域水文模型模拟场次洪水过程的精度,发现3种流域水文模型模拟的洪水过程与实测过程总体上相贴近,且单峰洪水模拟结果相对多峰较好,洪量和洪峰的相对误差都小于20%,满足洪水预报精度要求。3种模型在金溪流域日径流过程和场次洪水过程模拟中的结果表明,水箱模型和新安江模型的表现略优于TOPMODEL的。     

牛栏江流域径流模拟与实时预报

考虑到流域气候、下垫面、资料等特征和受人类活动强烈影响条件下对流域产汇流的非线性影响,通过改进时变增益水文模型(TVGM),建立了上层为地表径流和下层为壤中流的流域非线性产流模型;采用1条统一的无因次分配函数曲线来演算径流输出过程;利用可变遗忘因子递推最小二乘算法进行流域洪水实时预报校正,并将研制的模型应用于长江上游牛栏江流域的洪水预报中,用1980~1993年暴雨洪水资料作为模型参数率定期,1996~2002年暴雨洪水资料作为模型检验期.实例研究表明:所建模型合理可行,计算具有一定的精度,效果较为满意.     

城市路网汇流线性效应与Clark分布式单位线适用性检验

模型适用性是水文模型应用需要考虑的一个重要问题。针对Clark分布式单位线模型,结合北京未来科技城北区路网降雨径流监测数据,通过模型模拟与效果评价（包括：确定性系数R2、Nash-Sutcliffe效率系数NSE和总径流量相对误差RE）,综合检验路网汇流的线性效应与Clark分布式单位线法的适用性。结果表明,径流流量模拟值与实测值变化趋势基本符合,确定性系数R2值在0.40～0.89之间,平均值为0.73,Nash-Sutcliffe效率系数NSE值在-0.77～0.87之间,平均值为0.26,总径流量相对误差RE值在-0.77～0.36之间,平均值为-0.18,总体模拟效果可以接受。其中,不同场次降雨径流模型评价指标变化与降雨强度密切相关,确定性系数R2值与Nash-Sutcliffe效率系数NSE值均随雨强的增大而逐步趋近于1,总径流量相对误差值RE值则随雨强的增大而振荡趋近于0,说明模型效果随雨强增大而趋于优化、适用性程度不断提高,并间接反映出路网汇流的线性效应不断增强。     

广东省综合单位线法的改进

为了减小广东省综合单位线法实际运用中的误差,将计算流域进行地貌分类,引入径流系数,对鱼塘以外地块的毛雨量进行折减得出设计净雨量,对鱼塘通过累加的毛雨值扣除一定的蓄水深度得出设计净雨值,再由广东省综合单位线法提供的设计雨型计算得出流量过程线.此方法改进了初损的计算,较容易操作而又切合实际,可提高广东省综合单位线法的计算精度.     

高关水库流域洪水实时预报方法及应用研究

考虑到高关水库流域降雨时空变化和地形对流域产汇流的非线性影响 ,建立了流域分散产流、非线性汇流模型以及洪水实时预报校正方法 ,将研制的模型应用于实际洪水预报 ,取得了较为满意的效果     

基于GIS的分布式月水量平衡模型及其应用

应用地理信息系统 (GIS)技术 ,在MapInfo平台上建立分布式流域水文模型 ,模拟赣江流域的径流过程 ,探讨月水量平衡模型参数的地区分布规律 ,计算各网格的径流深和水资源量 ,并与实测值进行比较 .结果表明模拟径流深与实测径流深吻合良好 ,年径流的相对误差可控制在 10 %以内     

概念性流域水文模型的比较

对5个著名的概念性模型,从模型结构的水源划分、产流机制、汇流计算及产流空间分布不均匀性的考虑等方面进行了比较分析,选择4个湿润或半湿润地区流域为研究对象,对各模型进行了应用检验.研究表明:各模型径流成分基本一致,但划分技巧不尽相同;各模型均包含蓄满机制,个别还考虑了超渗机理;汇流计算基本采用传统的方法,如单位线法、马斯京根法、线性水库法;只有TOPMODEL和新安江模型考虑了产流空间差异性问题.应用结果表明:产流机制对各模型的模拟结果影响较大,蓄满模型在湿润地区效果更好,而在半湿润地区,同时考虑了超渗机理的模型比其他模型适用.     

基于人工干预及多线程的试错法推求单位线

对于水文预报,用试错法推求流域单位线,其初始假定比较困难,试错过程的计算量大,而采用人工干预机制,可以降低单位线初始化难度,引入多线程计算方法,又可以提高计算速度.探讨了基于人工干预及多线程的试错法推求单位线时的多线程数的确定、初始单位线假设及单位线的推求等问题.     

长江流域降水的季节变化对流域水资源的影响研究

通过分析1961—2005年长江流域降水的季节变化与旱涝分布,发现45年来长江流域春季、秋季降水下降,而夏季、冬季降水增加,其中上游秋季和中下游夏季、冬季降水变化都通过了95%显著性检验.近年来,长江流域降水的季节分配不均,长江流域洪涝较多的时期,夏季降水一般显著增加;而干旱发生时,秋季降水一般下降显著.20世纪80年代中期以来,长江上游干旱化趋势加重,而中下游洪涝增多,这种旱涝并存的格局加剧了长江流域的旱涝灾害.     

Real-time flood forecast and flood alert map over the Huaihe River Basin in China using a coupled hydro-meteorological modeling system

A coupled hydro-meteorological modeling system is established for real-time flood forecast and flood alert over the Huaihe River Basin in China. The system consists of the mesoscale atmospheric model MC2 (Canadian Mesoscale Compressible Community) that is one-way coupled to the Chinese Xinanjiang distributed hydrological model, a grid-based flow routing model, and a module for acquiring real-time gauge precipitation. The system had been successfully tested in a hindcast mode using 1998 and 2003 flood cases in the basin, and has been running daily in a real-time mode for the summers of 2005 and 2006 over the Wangjiaba sub-basin of the Huaihe River Basin. The MC2 precipitation combined with gauge values is used to drive the Xinanjiang model for hydrograph prediction and production of flood alert map. The performance of the system is illustrated through an examination of real-time flood forecasts for the severe flood case of July 4–15, 2005 over the sub-basin, which was the first and largest flood event encountered to date. The 96-h forecasts of MC2 precipitation are first evaluated using observations from 41 rain gauges over the sub-basin. The forecast hydrograph is then validated with observations at the Wangjiaba outlet of the sub-basin. MC2 precipitation generally compares well with gauge values. The flood peak was predicted well in both timing and intensity in the 96-hour forecast using the combined gauge-MC2 precipitation. The real-time flood alert map can spatially display the propagation of forecast floods over the sub-basin. Our forecast hydrograph was used as operational guidance by the Bureau of Hydrograph, Ministry of Water Resources. Such guidance has been proven very useful for the Office of State Flood Control and Drought Relief Headquarters in operational decision making for flood management. The encouraging results demonstrate the potential of using mesoscale atmospheric model precipitation for real-time flood forecast, which can result in a longer lead time compared to traditional methods. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 40371023), National “948” project (Grant Nos. 200317 and 200758) and National Key Technology R&D Program (Grant No. 2006BAC05B02)