VIC模型在西北干旱半干旱地区的应用研究

以黑河莺落峡流域为例,分析了陆面模式VIC能量平衡模式与水量平衡模式在干旱、半干旱地区水文模拟的适用性.实例结果表明,在干旱、半干旱地区,能量平衡模式比水量平衡模式的模型模拟效果更好,对实际蒸发的计算精度更高.     

北京市漫水河流域山区洪水模拟研究

北京市山丘地区洪水具有汇流快、历时短、破坏强的特点,多发于夏秋季汛期,损失惨重。为此需建立水文预报系统,采用分布式水文模型(EasyDHM)和马斯京根汇流模型演算方法分别进行产、汇流计算,模拟再现漫水河站近几十年内发生的洪水事件。结果发现,率定期参数敏感性分析和优化之后的模型模拟精度有明显提高;验证期模拟洪水发生年份距离模型率定年份越近模拟效果越好,且模拟洪水的洪量模拟效果优于洪峰模拟。     

改进的SWAT模型在寒区水文循环模拟中的应用

针对SWAT模型在寒区水文循环模拟过程中存在的不足,对冻土条件下的地表径流模块和升华及土壤蒸发模块进行了改进,并以塔河流域为例,对模型改进前后的径流模拟结果进行了对比。结果表明,在全系列径流模拟中,改进后模型模拟精度有一定程度的提高;在春汛期径流模拟中,改进后模型模拟精度提高较明显,率定期和验证期相对误差绝对值分别下降12.57%、5.67%。对比研究结果证明,改进的SWAT模型在寒区水循环模拟中的适用性得到了进一步提高。     

基于地貌类型的岩溶小流域产流模型

针对广西横县镇龙乡小流域岩溶结构发育、地下暗河分布广泛、汛期多强降雨及产流过程中地下径流丰富、出流过程非线性、流域不闭合等特点,研究了岩溶小流域不同地貌类型的产流规律,将岩溶地区下垫面分为土壤覆盖区与岩溶裸露区,分别运用蓄满产流模型模拟土壤覆盖区产流,水箱模型模拟岩溶裸露区产流,进而模拟流域总产流,建立了基于地貌类型的岩溶小流域产流概念性水文模型,利用岩溶小流域2010~2011年9场洪水资料进行模型参数率定,2012年4场洪水进行产流量验证。结果表明,模型在岩溶区的模拟效果较好,其预报相对误差范围为4.15%~18.49%,均值为13.82%,但对于前期影响雨量较大、降雨历时长的洪水,水箱模型产流模块产流量更大,受到降雨影响更为敏感,模拟精度相对更高。     

改进的分布式水文模型在渭河流域的适用性分析

将具有物理机制的Green-Ampt下渗曲线引入到基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)中,在DDRM的栅格结构中增加了超渗产流模块,实现了对DDRM模型的改进。将原模型、改进的模型和新安江模型在渭河流域进行应用和验证,探讨了DDRM模型在半干旱半湿润地区的适用性,即采用渭河流域1km×1km的DEM提取流域特征信息并划分子流域,并以子流域作为空间分解单元,借助多线程并行化计算提高了模型计算效率。从Nash-Sutcliffe效率系数、径流深相对误差角度对模拟结果进行比较分析,表明改进的DDRM模型模拟效果优于原模型;改进的DDRM模型径流深相对误差小于新安江模型,但NashSutcliffe效率系数略低于新安江模型;且由于产流机制的改变,改进前后模型模拟的两种水文要素分布也呈现出一定的差异。     

三个水文模型在沂河洪水模拟中的分析

为探讨半干旱半湿润流域的产流机制,以沂河高里流域为例,采用HEC、TOPMODEL和新安江三个水文模型进行洪水模拟计算.在TOPMODEL模型中初步引入了初始土壤缺水量与地形指数间的经验关系式,结果表明在半干旱半湿润流域三个模型模拟效果良好.在洪峰及峰现时间,以超渗产流为机制的HEC模型比以蓄满产流为机制的新安江模型和TOPMODEL模型的模拟效果更好.     

Nash汇流模型在无资料地区的应用

针对无资料地区水文预报(PUB)问题,分析了Nash模型在无资料地区水文模拟与预报中的适用性。首先基于流域DEM数据及GIS技术提取流域的地形地貌参数,再根据初损后损法计算净雨过程及平均净雨强度,然后采用Eagleson-Bras的流速经验公式推求流速因子,最终确定Nash模型中的各参数,并将其应用于渭河水系秦渡镇流域。结果表明,Nash模型对洪峰和洪量模拟效果较好,对无资料流域洪水预报具有较好的适用性。     

基于DREAM算法的双超模型参数不确定性研究

鉴于半干旱半湿润地区的流域水文模拟及预报一直是水文模型领域研究的重点和难点问题,基于山西省张峰水库1988~2007年间18场洪水资料,前12场用于率定模型参数,后6场用于检验模型,采用DREAM方法分析其双超模型参数的不确定性,并在此基础上分析由参数不确定性导致的模型输出的不确定性。结果表明,10个参数的后验分布峰值不明显,说明参数的不确定性较大;4个参数的后验分布为具有明显峰值的不规则分布,7个参数的后验分布呈现偏态分布,其峰值也比较明显,说明该参数的不确定性较小。研究结果可为双超模型不确定性分析提供一定的理论基础。     

不同时间步长对次洪模拟影响的评价与分析

为研究不同计算时段对半湿润半干旱地区次洪模拟的影响,选取西泉流域1973～1999年不同年代具有代表性的次洪降雨径流资料,采用不同时段步长、应用垂向混合产流模型模拟计算并对比分析结果.结果表明,计算时段为0.5 h的洪峰模拟与洪水过程拟合程度模拟效果优于1 h的模拟结果.     

无调控小水库群对寿昌江流域洪水预报的影响

为研究小型水库群对流域洪水过程的影响程度,在三水源新安江模型的基础上,引入自溢式虚拟水库对产汇流环节进行改进,构建了受无调控小水库群影响的流域洪水预报模型。将改进的新安江模型应用于流域模拟中,对比分析改进、无改进新安江模型模拟结果表明,改进的新安江模型对于寿昌江流域具有良好的适应性,并能显著提高洪水模拟精度。研究成果可为无调控小水库群影响的流域洪水预报提供参考。     

HEC-HMS模型和TOPMODEL模型在东庄流域山洪预报的应用研究

水文模型是山洪预报的理论依据,不同模型间的结构、适用性、精度均不同。为探究HEC-HMS模型和TOPMODEL模型的特性及其模拟效果的差异,选取东庄流域10场代表性洪水,以峰现时间误差、径流深误差、时间误差和确定性系数为检验指标,进行场次洪水模拟。结果表明,两模型的预报方案在东庄流域模拟中各评定指标均达标,率定期均为甲等精度,验证期均为丙等精度。HEC-HMS模型和TOPMODEL模型对蒸散发的差异性参考,使得在半干旱区HEC-HMS模型的适用性更好。研究成果对于HEC-HMS模型和TOPMODEL模型在该区域的应用及防灾减灾有重要意义。     

神经网络在洪水实时预报中的应用研究

建立了一种基于神经网络的洪水实时预报模型。运用向后演算法，该模型的权重系数可以在每一时间步长上进行自动更新，较好地反映了实际水文过程和参数的时变性；由于该模型不再需要单独的误差序列实时校正模型，因而更加简洁。最后利用淮河鲇鱼山水库1975－1999年的小时降雨和入库洪水资料对模型参数进行了率定和校核。结果表明，洪水实时预报的效率系数超过96％，洪峰值合格率为92．5％，峰现时间误差都在1h以内。     

龙角山水库入库洪水实用预报方法对比研究

为提高流域洪水预报精度,以山东半岛龙角山水库为例,利用25场洪水资料,选择降雨径流经验相关法和新安江模型对比分析二者的预报精度。结果表明,降雨径流经验相关法在率定期和验证期的地面径流深预报合格率分别为94.1%、87.5%,精度为甲等级别;新安江模型洪峰、峰现时间和径流深三个预报项目平均合格率在率定期、验证期分别为84.3%、83.3%,精度为乙等级别。与新安江模型相比,降雨径流经验相关法能够对洪量做出更为准确的预报,而新安江模型尽管总体预报精度偏低,但其还能对洪峰和峰现时间做出预报。在实际洪水预报作业中,可采用两种预报方法相结合的方式,取长补短,对各种水文预报要素做出更加准确的预报,从而为水库调度决策提供更有利的技术支撑。     

基于HEC-HMS的西南山区中小河流洪水预报研究

针对目前中小河流洪水预报难度较大、预报精度偏低的问题,以西南山区荥经河流域为例,基于HECHMS构建了荥经河流域分布式水文模型,以2009~2018年23场洪水进行参数率定,4场洪水进行模型验证。通过参数敏感性分析和有效率定,模拟的洪水过程与实测洪水过程吻合较好,其中模拟洪峰流量平均误差为6.81%,平均纳什效率系数为0.84。可见构建的HEC-HMS洪水预报模型对荥经河流域有很好的模拟效果,可为西南山区其他中小河流的洪水预报提供借鉴和参考。     

结合改进雨量不确定性计算方法的洪水概率预报及其应用

为更准确地预报洪水发生概率,针对传统雨量不确定性计算方法中相对误差估计不准确的问题,将独立同分布中心极限定理引入降雨不确定性计算中,推求一定区域内某次降水过程中面雨量测值的相对偏差、测量误差以及相对误差,实现降雨不确定性概率描述;降雨量概率分布计算与确定性水文预报模型耦合,最终实现考虑降雨不确定性的洪水概率预报,并以滩坑流域2014年间5场洪水过程为例对该方法进行了验证。结果表明,5场洪水预报的确定性系数均在0.89以上,洪峰误差均在9%以内,洪量误差均在7%以内,且预报区间覆盖率均在61%以上。说明结合改进雨量不确定性计算方法的洪水概率预报效果较好,预报精度和覆盖率高,具有一定工程实际意义。     

尼尔基水库上游融雪径流模拟及预报

准确可靠预报融雪径流对寒区洪旱灾害的监测及水资源管理具有重要意义。根据尼尔基水库上游季节性融雪产流特点,结合蓄满产流理论,考虑寒冷地区冻土的不〖JP2〗透水、蓄水调节、蒸发抑制等作用及冻土融冻期水文特性,构建了耦合度-日融雪模型、径流系数法及新安江模型的分散式融雪径流预报模型,采用1979~〖JP〗1988年的水文气象资料对模型进行了率定,并根据2000~2003年相应资料验证了模型合理性。通过对5个不同时间尺度径流量的模拟与验证结果表明,模型具有较好精度,在研究区具有较强适用性,可为尼尔基水库春、夏两季入库径流预报提供参考。     

煤矿采空区对册田水库流域降雨形成径流的影响

为研究煤矿开采所导致的水文过程,以册田水库水文站控制流域为例,通过建立适合流域的水文模型,以流域1973～2003年23个典型降雨数据为基础,对模型参数进行评价和验证,并将传统模型参数率定结果与考虑采空区模型参数率定结果进行对比。结果表明,在考虑采空区影响的饱和导水率Ks值是未考虑采空区影响的饱和导水率Ks值的5倍,考虑采空区影响的土壤吸收率Sr值是未考虑采空区影响的土壤吸收率Sr值的2倍的情况下,洪水预报的准确性得到了显著提高。研究指出了考虑采空区特殊下垫面影响下的洪水预报规律,对采空区洪水预报具有重要意义。     

基于深度学习的西南地区寿溪河山洪预报研究

鉴于山洪突发性强、历时短、陡涨陡落等致使在模拟预报过程中具有较大难度和不确定性问题,构建了基于深度学习的LSTM网络模型进行山洪确定性预报和概率预报,从精度和可靠度两方面研究其在西南山区的适用性.并以西南山洪易发区寿溪河流域为例进行模拟,结果显示LSTM网络模型更易发现暴雨洪水之间的深层规律,验证期平均纳什效率系数达0...     

变化环境下水文模型在洛阳河流域中的应用

为了提高通胜山丘区来水模拟精度,解决通胜地区防洪安全问题,分析了洛阳河流域下垫面土地利用类型,并基于遗传算法构建水文模型进行洪水模拟。结果表明,近20年来,在现有气候、下垫面等变化环境下,洛阳河流域下垫面不同土地类型面积变化较大,快速城镇化使得旱地明显减少,水田增加11%,水面基本保持不变,水文模型参数也在发生动态变化,新水文参数与原始水文参数相差较大,前者模拟结果在径流深、洪峰、峰现时间、确定性系数4个方面均明显优于后者,可见基于遗传算法优化的水文模型参数能较好地反映现状下垫面水文情景。