用TOPMODEL模拟流域径流的应用研究

介绍了TOPMODEL模型的结构及其产汇流计算原理,分析了地形指数在TOPMODEL模型中的意义,并介绍了地形指数的计算方法。将TOPMODEL模型应用在修河水系的万家埠流域的径流模拟中,DEM分辨率取为500m×500m,时间步长为6小时,并与新安江模型作了比较分析。     

TOPMODEL 水文模型理论及其应用

概述以地形为基础的水文模型(TOPMODEL)的基本原理及模型结构,绘制了单元流域计算流程图.选择干旱和湿润气候过渡地带的潮河流域为研究对象,研究TOPMODEL径流模拟问题,同时研究不同分辨率DEM对地形指数计算的影响及对流量模拟的影响,以此推动TOPMODEL的发展,为变化环境下水文循环模拟的研制开拓一些思路.     

DEM分辨率对TOPMODEL模拟精度影响研究

选取韩江流域梅河水系宁江河上游合水水库部分为研究区,采用多流向法对研究区内多分辨率的DEM数据提取地形指数以进行降雨-径流模拟,研究TOPMODEL在湿润地区小流域中应用的可行性,及DEM分辨率变化对TOPMODEL降雨-径流模拟精度的影响。     

DEM网格尺度对水文模拟影响的研究

选择汉江上游旬河流域为研究对象．研究了DEM网格尺度对提取流域地形特征参数的影响．采用基于地形指数的TOPMODEL模型进行水文模拟，进而分析DEM网格尺度和不同流向分配方法对径流模拟结果的影响。结果表明，DEM网格尺度对流域地形特征参数的影响还比较大，但由于模型参数率定采用了优选算法，掩盖了不同DEM网格尺度和不同流向分配方法计算的地形指数的差别．使得模拟的结果相差不大。但随着网格尺度的增大．多向分配法模拟的结果要比单向分配法好一些。     

基于GIS的DEM和分布式水文模型的应用比较

本文采用GIS地形分布技术和栅格技术，对TOPMODEL和新安江水文预报模型进行基于GIS的技术改造，构建了基于DEM栅格的TOPMODEL水文模型和基于GIS的TOPMODEL和新安江分布式水文模型，并将3个模型应用于黄河支流——洛河卢氏以上流域的水文模型的参数率定和模拟比较，以探讨 GIS技术的应用和模型的适应性。结果表明在该研究流域上，3个模型都能很好地进行水文过程模拟，其中基于DEM栅格的TOPMODEL模型可取得更好的效果。     

基于子流域的TOPMODEL模拟研究

 TOPMODEL是根据水文相似性——地形指数相同的栅格划分为同一产流单元进行产流计算,但是其不能考虑降雨和地形指数统计分布曲线等流域地形地貌信息的空间不均匀性。通过对流域DEM处理,建立了基于水系子流域的TOPMODEL。该模型考虑了降雨、地形指数分布曲线等空间不均匀性。将基于子流域的TOPMODEL和TOPMODEL应用在九州流域,并进行模拟比较,发现基于子流域的TOPMODEL更能反映流域的实际情况,模拟的结果更加合理。可以预测不同子流域降雨组合下的流域出口的流量过程。     

基于DEM和HEC-GeoRAS软件的洪水模拟

传统的洪水模拟需要工程河段的实测河道地形或断面资料,消耗大量人力、物力。无实测地形资料情况下对工程河段设计洪水进行模拟计算,是工程设计需解决的关键技术问题之一。将HEC-GeoRAS模型应用到白龙江鸭浮岩河段,利用实测地形数据和30 m分辨率DEM数据分别建模,对比两种方法的计算结果。结果表明:基于30 m分辨率DEM数据的HEC-GeoRAS模拟结果与根据实测地形资料计算的结果相差较小(百年一遇洪水平均水位误差在0.3 m以内,平均流速误差在0.6 m/s以内),这一误差对于水位、流速变幅较大的山区河流工程可以接受,为无实测地形山区河段洪水模拟提供了一种新思路。     

DEM分辨率对葫芦河流域径流模拟的影响

选取北洛河支流葫芦河张村驿水文站以上控制区域为研究区域,基于ASTER GDEM V2 30 m DEM数据与张村驿水文站1980—1990年实测流量数据,建立流域月尺度的SWAT水文模型,并评价了模型在该流域的适用性,分析了DEM分辨率对流域水文地形特征提取与径流模拟的影响。结果表明:建立的SWAT模型可以用于研究区域的径流模拟;DEM分辨率对坡度、面积、子流域划分影响较大,对高程提取影响较小;不同分辨率的DEM数据对径流的模拟结果不同,其中120~150 m分辨率模型模拟结果较优,DEM分辨率为150~1 000 m时,模拟结果可满足精度要求但存在一定偏差;各模型均存在低估流量值的现象。     

基于DEM栅格的水文模型在沂河流域的应用

本文结合GIS技术和数字高程模型,运用基于DEM栅格流域信息提取技术,对传统的新安江模型及TOPMODEL进行改进,构建基于栅格的分布式新安江模型、基于栅格的TOPMODEL水文模型。并将模型应用于沂河临沂以上流域。通过流域信息提取、模型参数率定和流域典型洪水模拟,以探讨GIS技术与数字高程技术的应用和水文模型的适应性。应用结果表明,4个水文模型在该流域上的水文过程模拟效果良好,其中,基于栅格的新安江模型与基于栅格的TOPMODEL的模拟效果更好。     

DEM分辨率对小流域设计洪峰推求误差的影响

推理公式法在小流域设计洪水的计算中被广泛应用,DEM数据分辨率对公式中的流域地形参数取值存在重要影响,甚至会造成设计洪峰流量的计算误差。以深圳石岩流域作为研究区域,分别采用分辨率为30,60,90,120,150 m的DEM数据进行流域地形参数的提取及比较分析,并针对推理公式中的3个流域地形参数进行敏感性分析。研究结果表明:随着DEM分辨率的增大,分析的流域面积有增大趋势,主河道坡降则反之,而干流河长随DEM分辨率呈无规律变化;3个流域地形参数中,流域面积取值误差对设计洪峰计算精度影响最大,其次为干流河长,主河道坡降影响较小。综合考虑参数重要性,以及DEM数据分辨率及集水面积阈值对参数取值的影响,选用90 m分辨率的DEM数据,并设置集水面积阈值为390~500 hm~2来提取石岩流域的地形参数,推理公式计算所得设计洪峰误差是可接受的。研究结果可为类似的小流域设计洪水计算提供一定参考。     

TOPMODEL for Streamflow Simulation of a Tropical Catchment Using Different Resolutions of ASTER DEM: Optimization Through Response Surface Methodology

The unavailability of proper hydrological data quality combined with the complexity of most physical based hydrologic models limits research on rainfall-runoff relationships, particularly in the tropics. In this paper, an attempt has been made to use different resolutions of DEM generated from freely available 30 m-based ASTER imagery as primary input to the topographically-based hydrological (TOPMODEL) model to simulate the runoff of a medium catchment located in the tropics. Response surface methodology (RSM) was applied to optimize the most sensitive parameters for streamflow simulation. DEM resolutions from 30 to 300 m have been used to assess their effects on the topographic index distribution (TI) and TOPMODEL simulation. It is found that changing DEM resolutions reduces the TOPMODEL simulation performance as the resolutions are varied from 30 to 300 m. The study concluded that the ASTER 30 m DEM can be used for reasonable streamflow simulation of a data scarce tropical catchment compared with the resampled DEMs.     

基于TOPMODEL的分布式水文模型应用研究

在TOPMODEL模型理论基础上，设计了一个分单元处理产流和汇流过程的分布式水文模型。该模型分单元计算地形指数和模拟产汇流过程，并通过引入Nash地貌瞬时单位线进行单元汇流演算。最后，用模型对一个流域的产汇流过程进行了模拟并和实测的径流量做了比较，结果表明此模型合理具有较高的精度。     

不同分辨率 DEM 提取三峡库区地形参数的精度研究

数字高程模型（ Digital Elevation Model , DEM ）能表达地形形态的起伏变化,从中提取的地形参数,可为径流预报提供一定的基础数据。但 DEM 数据是按照一定的分辨率对地表进行近似描述的,多种分辨率 DEM 数据的存在导致了尺度问题的产生。通过提取三峡库区内虾子岭小流域不同分辨率 DEM 的地形参数,分析了不同分辨率 DEM 对坡度和汇流网络精度的影响。研究结果表明：DEM 分辨率对坡度和汇流网络有较大影响,坡度和汇流网络的准确性和 DEM 的空间分辨率密切相关;1m DEM 能够准确反映当地的地形,从中提取的坡度与汇流网络接近于实际值,从 5m DEM 提取的坡度和汇流网络也能较为准确地反映实际值,而10m DEM 、25m DEM和 50m DEM 则不能准确地反映坡度和汇流网络。因此,在进行较为精确的径流预报时,建议采用至少 5m DEM 。在进行粗略估计或较大尺度的径流预报时,可采用 10m DEM 、 25m DEM 和 50m DEM 。     

TOPMODEL模型改进及应用研究

为了使TOPMODEL模型结构更合理,并能够用于半湿润地区或半干旱地区的径流过程模拟,文章对TOPMODEL模型的蒸发产流模块以及汇流模块进行改进,在蒸发产流模块中添加植被冠层截留蒸散发模型和Holtan超渗产流模型,汇流模块中坡面汇流采用瞬时单位线模型,河道汇流采用马斯京根河道洪水演进模型。通过对半湿润地区流域内降雨径流过程的模拟验证,表明通过对TOPMODEL模型的改进,模型对半湿润地区的降雨径流过程模拟精度有很大的提高,拓展了TOPMODEL模型适用范围。     

DDRM模型在渠江流域的应用研究

为了进一步探究分布式水文模型(DDRM)的适用性,基于渠江流域的数字高程模型(DEM),提取了研究区域的边界、河网水系,计算了研究区域的地形指数;然后采用基于DEM的DDRM模型进行流域降雨-径流过程模拟,并用确定性系数、洪峰相对误差、峰现时间误差等对DDRM模型的模拟精度进行了评价;同时,对比分析了不同DEM栅格分辨率(1 km和2 km)对模型模拟精度的影响。结果表明:基于上述2种分辨率的DDRM模型在渠江流域降雨-径流模拟中均取得了较好的模拟效果,其中基于1 km栅格的DDRM模拟精度略优于2 km栅格。DDRM模型结构简单,参数较少、物理过程明确,而且能够模拟流域土壤含水量和径流量的空间分布,可为缺资料地区水文模拟提供一种新的方法。     

基于水文应用的多源数字高程模型精度分析

天空地监测技术的迅速发展使得可免费获取的地形数据越来越多,而不同地形数据的精度和现势性制约着水文科学的创新和发展。收集目前可免费获取的数字高程模型,基于分辨率、现势性、覆盖范围等属性筛选出SRTM、ASTER2 GDEM和ALOS World 3D三类数据源为研究对象,针对不同地形地貌区,计算分析与水文密切相关的DEM衍生特征的精度,进而提出不同数字高程模型在水文应用中的适用范围。经分析:各DEM在地势起伏大的区域,地形宏观描述基本一致;地势起伏小的区域,Aster2 DEM与其他三种DEM存在差异;在中小河流洪水预报的经验模型中,根据资料情况利用任何一种数字高程模型提取流域参数均可,不作为影响模型精度的重要指标。在地势起伏大的地区,除SRTM外各DEM对水系形态的描述精度较高;地势起伏小的地区,除ALOS world 3D能准确描述河口区域水系结构关系外,其余DEM均不能准确描述河口区域水系形态;分布式水文模型的产汇流分析、水文通视性分析等建议使用ALOS world 3D。