基于TOPMODEL的辽宁省洪水预报方案研究

TOPMODEL是一个以地形为基础的半分布式流域水文模型,本文以辽宁本溪市四道河子水文站以上流域为例,基于TOPMODEL,根据流域土壤、地形等实际状况,确定模型参数取值,依据模型优化参数对流域场次洪水进行模拟,得到流域的洪水预报方案,为模型在辽宁省流域洪水预报中的广泛应用提供参考。     

考虑暴雨中心的子流域划分在洪水预报中的应用

为研究降雨分布不均对水库近坝区洪水预报精度的影响,以五强溪近坝区流域为研究区域,选取 2014—2020 年 20 场历史洪水资料,采用反距离权重法绘制流域暴雨中心图,并据此进行子流域划分,其中,13 场 洪水用于模型率定,7 场洪水用于模型验证。选取 2021 年 4 场洪水进行检验,对比分析仅依据自然子流域划分和 考虑暴雨中心的洪水预报结果。结果表明：两种子流域划分方法在其最优参数下的洪水模拟精度相似,考虑暴雨 中心划分的洪水模拟确定性系数均值为 0.83,略高于仅依据自然子流域划分洪水模拟确定性系数,4 场洪峰误差 均在 10％以内,洪量误差均在 20％以内,达到了甲级精度标准,说明考虑暴雨中心对子流域进行划分是合理的。     

基于水文相似性的预报误差修正

如何进一步提高水文预报精度,降低预报误差,更好的服务于防洪抢险、水资源调度是水文学重要研究方向。基于水文预报误差主要影响因素在相似流域具有相似性,致预报误差具有相似性的特性,以相似流域各预报站预见期不同为切入点,优选误差修正因子,基于二次正交回归设计,构建了预报误差模拟模型以修正预报结果,提高精度。经怒江道街坝水文站模拟预报检验,修正后模拟确定性系数由0.933提高至0.998,洪峰流量平均绝对误差由693m3/s降低至116m3/s,洪峰流量平均相对误差由16%降低至3%,洪峰出现时间预报误差由平均5.4h降低至0.9h,方案精度由乙级提升至甲级。提出的基于水文相似洪水预报修正方法结构简单、计算方便、修正效果明显,是一种高效提高洪水预报精度的方法,适用于相似流域不同预报站洪水过程无明显差异的情形。     

TOPMODEL模型在安阳河流域洪水预报中的模拟研究

文章以安阳河流域为例,采用TOPMODEL模型进行日径流过程模拟和次洪模拟计算,以流域内1990-1994年雨量站及水文站的实测数据进行模型率定,以1980-2004年的实测资料对模型进行检验。TOPMODEL模型模拟结果表明:模拟期Nash系数平均值为0.79,洪峰预报误差的平均值为-21.10%,峰现时间平均值为-3h;检验期Nash系数平均值为0.85,洪峰预报误差平均值为-15.20%,峰现时间平均值为-2h。TOPMODEL模型在安阳河流域的预报水平为乙等水平。模型在该流域具有较强的适用性,可以用于安阳河流域汛期的流量预报,可为流域的安全运行和科学管理提供数据支持。     

随机森林模型在悖牛川洪水预报中应用研究

黄土丘陵区干旱半干旱流域的产汇流机理十分复杂,再加之人类活动对下垫面的强烈干扰,导致现有的水文模型预报精度总体不高,其洪水预报问题一直是水文研究中的难点。随着水文气象资料的累积,数据挖掘技术可为该地区洪水预报研究提供新思路。以黄河中游悖牛川为研究流域,建立随机森林模型开展1981—2007年间48场暴雨洪水过程的模拟研究;结果表明,该模型在场次洪水模拟中的平均确定性系数为0. 81,平均洪峰误差为-2%,模拟预报合格率为75%。研究可为黄河干旱半干旱地区洪水预报研究提供有益的借鉴与参考。     

门楼水库洪水预报及修正方法

由于流域下垫面条件、人类活动和水利工程影响,使得概念性流域水文模型更加难于全面地描述流域的产汇流特性,导致预报结果误差较大。研究以门楼水库为背景,分析流域入库洪水组成、水利工程分布、气候及下垫面等水文特点,采用大伙房模型(DHF)进行门楼水库以上流域的洪水预报方案研究,进而修正水库的入库洪水过程。研究结果表明,修正后的洪水预报结果精度比修正前有较大提高,可以为水库防洪调度决策提供依据。     

基于TOPMODEL的中小河流分布式洪水预报模型及其应用

近年来广东省中小河流洪水灾害频发,研究中小流域洪水预报模型对预防洪水灾害具有重要意义。本研究改进了传统的TOPMODEL模型,以栅格为单元构建了基于TOPMODEL的中小河流分布式洪水预报模型,并以高田水上游流域为研究对象,采用SCE-UA优选算法对1975—2008年的8场洪水进行参数优选,并对2010—2012年的4场洪水进行模型验证。模拟结果表明,本次预报在率定期和验证期平均确定性系数为0.85,径流深预报合格率为92%,峰现时间预报合格率为100%,模型模拟效果较为理想。用改进后的模型研究了某场洪水汇流过程不同时刻的空间分布情况,表明改进后的TOPMODEL模型能够直观地反映洪水的时空变化,模型具有一定的合理性和实用性。     

Topmodel在故县水库入库流量预报中的应用

Topmodel模型是以地形为基础的半分布式流域水文模型,被广泛应用于流域水文模拟中,并认为是一个相当成功的流域水文模型.本文介绍了该模型已有的应用成果和基本原理,并以故县水库入库(卢氏站)流量预报为例,探讨模型在较大流域的应用.计算结果表明:模型在故县水库入库流域具有较强的适用性,可以用于该水库汛期的入库流量预报,为水库的安全运行和优化调度提供技术支持.     

HEC⁃HMS模型在黄河中游大理河流域适用性研究

水文预报对流域防洪减灾、水资源利用与管理具有重要意义。为探究HEC-HMS分布式水文模型在黄河中游地区的适用性,以大理河流域为研究区,根据流域DEM、土地利用和土壤等数据,基于GIS技术划分流域单元、提取流域信息,采用SCS曲线法、Snyder单位线法、退水曲线法和马斯京根法进行流域产汇流计算和河道洪水演进模拟。选取流域内13场实测雨洪资料,进行模型参数率定和验证。结果表明:13场洪水的洪峰流量模拟误差均小于20%、峰现时刻误差均小于3 h;率定期8场洪水模拟合格率为87.5%,平均Nash系数为0.816;验证期5场洪水模拟合格率为80.0%,平均Nash系数为0.710,预报精度达到乙级,模型可以应用于大理河流域洪水模拟。     

水电站初运期的入库洪水预报模型

水库形成后，江河洪水的流向，流速发生改变，使该流域的诸多水文特征值受到影响，无论是特征值的大小，还是出现的时间都有不得程序的变化，为此，应该建立水电站初运期的洪水预报模型，水电站的初运期入库洪水预报模型是以区间流量为基础条件，将降雨直接参加产汇流计算，这是既简单又可操作性强的洪水预报经验模型，该模型在雅垄江流域的二滩电站的洪水预报中经误差检验评定，精度较高，作业预报效果很好，为此，对二滩水电站在初运期资料短缺条件下的入库洪水预报具有较好的使用价值。     

基于NAM模型的白龟山水库入库洪水预报方案研究

白龟山水库是沙河漯河以上库容最大的水库,在沙河防洪体系中处于"上压、下控、左右挤"的关键部位,位置极为重要,在调节洪水中起着承上启下的重要作用。为充分发挥水库防洪作用,采用国外知名的流域水文模型-NAM模型开展了白龟山水库洪水预报研究,建立了洪水预报模型,用3场实测入库洪水有关数据率定了模型参数,并对参数进行了人工微调,应用该模型对10场实测入库洪水进行了模拟,模型预测的洪峰误差平均为-9.00%,预报精度较高,具有一定的实践意义。     

东江水库入库流量与流域面雨量变化分析

采用2003~2015年东江水库入库流量资料和东江流域内3个气象站点降雨资料,对东江水库入库流量的时间变化特征及其与面雨量的关系进行了分析。结果表明,年平均面雨量与年入库流量呈显著正相关;面雨量与入库流量的转换率年平均为55%,夏季比冬季的降水转换率高,前期的降雨越多转换率越高;大量级、连续降水过程比小量级、分段降水过程的转换率高;洪峰入库时间与流域最大雨强出现时间平均相差4.5 h,不同区域的最大雨强与洪峰流量出现的时间差不一致。利用日面雨量分月建立的日均入库流量预报模型,精度基本满足业务需求,还可以增长水文洪水预报的预见期,在业务上有一定的应用前景。     

大流域洪水预报与洪水调度管理方法研究

采用水文学与水力学、确定与随机相结合的方法，研究大流域洪水预报与洪水调度管理。确定性模型采用降雨～径流模型的新安江模型和经验预报方案进行流域流量过程预报，一维非恒定流水力学方法进行河道流量与水位以及蓄滞洪预报。随机模型采用线性动态模型进行下断面水位实时预报，最小二乘递推模型进行误差实时校正。以长江支流修水流域为例，采用新安江模型、经验方案进行万家埠与柘林水库入库洪水预报作为水力学计算的上边界条件，采用一维非恒定流水力学方法进行河道洪水流量、水位计算以及分洪计算。该方法为流域的防洪减灾提供了科学的途径。     

基于分布式水文模型的“尼伯特”台风暴雨洪水反演

台风暴雨具有强度大、降雨集中的特点,容易在沿海地区中小流域形成局地破坏性洪水灾害,基于高精度地形地貌数据构建分布式水文模型,是实现中小流域洪水模拟和预报的重要手段。以福建闽清县梅溪流域为研究区,基于高精度DEM、土壤和土地利用数据,采用中国山洪水文模型(CNFF-HM),构建了梅溪流域分布式水文模型,以56场实测水文气象资料对模型进行率定和验证,并对2016年7月9日发生的"尼伯特"台风带来的暴雨洪水进行反演。结果显示,构建的分布式水文模型验证和率定效果良好,对"尼伯特"台风暴雨洪水模拟的洪峰流量误差小于20%,确定性系数达到0.96,因此模型能够很好地反映流域短历时强降雨引发的洪水特征,为流域防洪减灾提供可靠的技术支撑。     

新安江NAM和TOPMODEL模型在安阳河流域比较应用研究

海河流域作为我国的政治文化中心,流域内人口密度大,水循环过程受到强烈的人为干扰,导致流域的水文水资源特征改变。因此,为了探讨海河流域河流的产流机制,本研究以安阳河流域为例,分别采用新安江模型、NAM模型和TOPMODEL模型进行日径流过程模拟和次洪模拟计算,结果表明在海河流域三个模型模拟效果均良好。三种水文模型模拟的结果为:在日径流模拟方面,NAM模型与新安江和TOPMODEL模型相比,在率定期其确定性系数较其它模型相对较高,在验证期其率定系数也相对较高,且径流深相对误差较小;在次洪模拟方面,NAM模型与新安江和TOPMODEL模型相比,2场洪水的确定性系数有所提高;2场洪水的径流深相对误差都较小;2场洪水的洪峰相对误差较小,峰现时差有了明显的提高。因此,NAM模型在安阳河流域的应用效果最佳。     

流域有众多小水电站的锦江水库降雨径流预报

根据降雨径流相关原理,结合锦江水库流域地理环境、水文、气象、上游小型水电站众多特点,将该流域划分为8个单元区,并在各单元区建立一个虚拟水库,代替众多小水电站调节水量的水库降雨径流预报模型,应用于锦江水库水文预报系统。2008年至今共6年的入库流量短期预报实践证明,该模型预报精度高,在水库防洪发电、水库调度应用中效果优良。     

基于反向传播算法的崇阳溪流域洪水流量预报

基于反向传播算法原理,采用试错法确定BP模型的隐含层节点数,并加入动量项,选取崇阳溪流域建阳水文站洪水流量过程及其上游武夷山水文站、支流麻沙水文站相应洪水流量过程资料,同时考虑建阳站前期流量的自回归影响,建立建阳站最速下降动量反向传播洪水流量预报模型。计算结果表明,模型预测精度符合要求,可以作为流域预测洪水的方法之一,为流域防汛会商和指挥调度提供依据。     

察尔森水库洪水预报模型的研究与应用

文章结合察尔森流域水文气象以及地形数据,在深入分析流域产汇流特性的基础上,建立基于子流域的流域降雨径流模型及河道水动力模型的洪水预报方案。对降雨产汇流过程进行模拟分析表明,该流域建立的预报模型水量总体平衡,洪峰及过程均满足精度要求,可以对暴雨洪水过程进行较好的模拟。2013年预报察尔森水库最大入库流量误差6.68%,最大8 d洪量误差仅为5.88%,验证了模型的适用性,为察尔森水库精细化调度提供了重要的技术支撑。     

水库洪水实时优化校正预报模型的探究与应用

以经典流域水文模型——新安江模型为基础,耦合SCE-UA全局自动优化算法和AR自回归误差校正模型构建出适用于水库流域的洪水实时优化校正预报模型。根据实测的降雨径流过程对水文模型参数和流域状态变量参数进行全局优化实时校正计算,并依据预报降雨对未来一定时期内水库洪水过程进行高精度预报。选取亭下水库流域为实验对象,对亭下水库流域洪水分别进行初步预报和实时优化校正预报,两种预报结果比较分析显示,实时优化校正预报结果能更好地模拟实测洪水过程,其预报精度更高。     

鸭绿江流域分布式水文模型开发及验证

基于水分能量传输模型(WEP模型),构建了鸭绿江流域基于物理机制的分布式水文模型,该模型综合了水文模型和陆面过程模型的优点,耦合了水分循环和能量过程的模型。以"子流域套等高带"为计算单元,将全流域划分为558个子流域和2 427个等高带,以日为时间步长,对冠层截留、蒸散发、下渗、产汇流等水循环要素过程逐一模拟计算,并以该流域2个主要水文站的还原流量资料为准,对模型进行校准与检验。在校准期与检验期,沙尖子站Nash-Sutcliffe效率系数在0.9左右,水量模拟误差约-4%,梨树沟站Nash-Sutcliffe效率系数在0.94左右,水量模拟误差仅为0.4%左右,表明该模型模拟精度很高,可为流域广义水资源评价、洪水预报预警和国际河流开发利用等提供有力的决策依据。