汉江流域分布式水文模型构建及应用研究

基于分布式流域水文模型EasyDHM,根据汉江流域不同区域的特点,运用长系列水文实测资料,建立了流域分布式水文模型。在汉江流域水文模拟基础上,分析了1980年、1995年和2000年土地利用情境下,流域气候条件和土地利用的变化对流域水资源响应关系。     

基于GPU加速的分布式水文模型并行计算性能

针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题,引入基于GPU的并行计算技术,实现分布式水文模型WEP-L（water and energy transfer processes in large river basins）产流过程的并行化。选择鄱阳湖流域为实验区,采用计算能力为8.6的NVIDIA RTX A4000对算法性能进行测试。研究表明：提出的基于GPU的分布式水文模型并行算法具有良好的加速效果,当线程总数越接近划分的子流域个数（计算任务量）时,并行性能越好,在实验流域WEP-L模型子流域单元为8712个时,加速比最大达到2.5左右;随着计算任务量的增加,加速比逐渐增大,当实验流域WEP-L模型子流域单元增加到24897个时,加速比能达到3.5,表明GPU并行算法在大尺度流域分布式水文模型计算中具有良好的发展潜力。     

基于流路坡度的分布式单位线应用研究

为了分析分布式或半分布式水文模型计算单元的单位线,提出了一种基于流路平均坡度的分布式单位线分析方法,该方法考虑了坡度对汇流的影响并且避免了零坡度网格的处理,可以直接应用于无资料中小流域和分布、半分布式流域水文模型中.将分析的单位线用于干江河流域HEC-HMS模型,模拟结果较好.     

西南岩溶灌区水文特性及其模拟模型的构建

从岩溶水文和灌区水文两方面分析了西南岩溶灌区水文的特殊性和脆弱性。针对西南岩溶灌区水文特点,在对自然流域水文模型SWAT改进的基础上,构建岩溶灌区分布式水文模型。建立的岩溶灌区分布式水文模型主要添加了表层岩溶带水循环模块、岩溶地下河汇流过程,改进浅层岩溶水计算方法、稻田水分循环模块、渠系渗漏计算模块,增加塘堰的灌溉功能等,并介绍了模型的流域离散方法和水循环结构。岩溶灌区分布式水文模型的构建可为西南岩溶灌区水文特性及其对变化环境的响应等研究提供有效的工具和手段。     

分布式流域水文模型的一般结构

本文论述了分布式流域水文模型的一般结构和研制思路，并提出了相应的数学物理方程，对于分布式流域水文模型的应用研制具有一定指导意义。     

基于GIS的分布式流域水文模型

分布式流域水文模型比较客观地描述实际水文过程,但需要强大的数据库支持。这一特点为地理信息系统(G IS)在分布式流域水文模型的研究与应用提供了可能,反过来又推动水文模型的发展。目前,基于G IS的分布式流域水文模型的研究已成为水文学研究的热点。本文总结了分布式流域水文模型的优越性,综述了G IS在分布式流域水文模型中的应用及二者集成方式研究与应用的进展,讨论了当前研究中存在的问题,指出了今后的研究方向。     

分布式流域水文模型研究中的几个问题

指出数值计算、GIS、雷达测雨和卫星云图等技术的进步为分布式流域水文模型的发展及实际应用提供了条件 .论述分布式流域水文模型的结构有概念性和具有物理基础之分 ,也有耦合式和非耦合式之分 .为了确定分布式流域水文模型的参数 ,对现有几种建立产汇流参数与自然地理因子之间的理论关系的途径进行了初步分析 .     

分布式水文模型与网络GIS技术集成的研究

分布式水文模型是目前流域模型方面的研究热点。为此,将分布式水文模型与网络GIS技术相集成,探讨了分布式水文模型在网络GIS框架下的数据存储、物理实现和消息通信方式,设计了完整的分布式水文模型与网络GIS框架集成方案,并根据集成方案实现了CREST模型的网络计算服务实例。实例结果表明,分布式水文模型与网络GIS技术集成具有良好的应用效果,能够拓展分布式水文模型的应用范围。     

淮河流域蒸散发能力估算研究

蒸散发能力是水文模型的重要输入项,合理估算流域蒸散发能力直接影响流域产流量的计算精度。选取淮河息县以上流域为研究区,构建考虑土壤蒸发和植物散发的分布式双源蒸散发能力计算模型,并将能逐日动态模拟叶面积指数的植物生长模型与其集成,以日为时间尺度,基于流域土地利用、气象和植物生长资料,计算了2000-2008年研究区每个1 km×1 km栅格的蒸散发能力,并将蒸发皿所在网格的蒸散发能力计算值与蒸发皿观测得到的水面蒸发值进行了相关性分析。结果表明:模型计算的蒸散发能力能较好地反映流域实际蒸散发能力,可以为分布式水文模型提供蒸散发能力输入资料。研究成果为淮河流域蒸散发能力的计算提供了新的途径,对其它流域蒸散发能力的计算也具有参考价值。     

流域水文模型的回顾与展望

概述了产汇流理论及流域水文模型的发展历程.简要介绍了流域水文模型的分类和分布式流域水文模型的思路及优点.对现有模型在模型结构、资料需求及水文时空尺度等方面的不足进行了分析总结,对流域水文模型的未来发展作出展望:分布式水文物理模型将成为水文模型发展的新趋势,在模型建立的物理基础、资料获取技术等方面的研究会有新的进展.     

考虑水土保持措施的分布式水文泥沙耦合模型研究

基于栅格型DEM数据,提取数字水系和空间拓扑信息,建立了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1970~1989年11场洪水进行了流量沙量过程模拟。结果表明,该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。     

流域非闭合特性对岩溶地区水文过程模拟的影响

岩溶地区通常发育有大量岩溶裂隙、管道和洞穴,构成错综复杂的地下输水网络,形成了独特的流域水循环模式。地下岩溶构造的存在会造成地下分水岭与地表分水岭的不重合,流域趋于非闭合状态。为了弄清岩溶流域非闭合特性对水文过程模拟的影响,本文以桂林岩溶地区潮田河(漓江支流)流域为研究区域,采用三水源新安江模型模拟该地区多年降雨径流过程。通过比较几组给定流域面积的模拟结果,分析了流域计算面积选取对潮田河流域水文模拟结果精度的影响,并探讨了流域非闭合特性影响下该地区的水体流动模式。研究结果表明:模型率定时,当流域计算面积由340 km~2变化至460 km~2时,NSE先增大后减小,RE值持续增大,两者在380~390 km~2时可同时达到最优;结合不同时间尺度下径流模拟精度的分析结果,给出了合理的流域计算面积,比基于地表分水岭提取的流域面积约小8.9%~11.2%,故部分水量可能通过地下岩溶构造流向邻近流域。合理的流域计算面积对潮田河流域径流模拟精度提高显著,尤其是提升了枯季径流的模拟。     

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。     

分布式水文模型在人类活动剧烈地区的应用

以SWAT模型为基础对鞍山市南沙河流域进行了水文模拟。研究表明,研究方法对解决水文资料的一致性问题及改善模型在人类活动影响剧烈地区的应用具有较好的效果,但模型构建基于单一的土地利用图,不能有效表征下垫面变化对流域水文特性的影响,可能为模型在下垫面变化快速地区的应用带来一定的问题。     

VSCM模型在汤河西支流域河道洪水演算中的应用

本文采用VSCM模型（变动态存储系数模型）进行汤河西支流域河道洪水演算,并结合实测水文数据,分析动态存储系数模型在汤河西支流域河道洪水演算的适用性。研究成果表明： VSCM模型可考虑河道地形对洪水演进的影响,洪水模拟精度符合水文预报规范精度要求,可用于研究流域洪水演算。研究成果对于汤河西支流域防洪具有参考价值。     

空间均化水文模型及其验证

本文基于空间均化方法构建了空间均化水文模型SAHM.该模型采用基于空间均化方法建立的宏观尺度水文控制方程描述了计算单元内入渗、壤中流和坡面汇流等基本水文过程,在方程中直接包含了土壤饱和导水率和微地形的空间非均匀性,使SAHM在保持传统"点"尺度方程机理性的同时从理论上避免了方程适用尺度和模型应用尺度的不匹配问题.模型在半干旱半湿润的沁河流域上游进行了验证,并对模型参数敏感性进行了分析,结果 表明,模型具有较高的计算精度和计算效率,可用于大中尺度流域水文模拟、水资源评价和洪水预报.     

泾洛渭河流域产汇流特性分析

利用流域水文模型和经验相关方法较深入地分析了泾洛渭河流域的降雨径流特性.初步论证结果表明:对于渭河流域,尤其是渭河以南发源于秦岭北麓的诸河流流域,新安江模型是适用的;对于泾河流域和北洛河流域,新安江模型基本上也是适用的;产流面积的变化是影响泾洛渭河流域产汇流规律的重要因素.     

基于水循环的分布式水资源调配模型开发与应用

自以水循环为基础的水资源动态配置模式提出以来,一批基于耦合分布式水文模型的水资源配置模型被先后提出,但其采用的耦合方法往往忽视了经济社会用水过程与天然水文过程之间的动态反馈作用.本文通过改进SWAT模型,并嵌合水资源配置模块,开发了基于水循环的分布式水资源调配模型(Water resources allocation ...     

HEC-HMS模型在城市化流域洪水模拟中的应用

流域城市化过程影响了城市洪水形成的产汇流条件,显著增大了流域洪水模拟预报难度。采用HECHMS水文模型,选取秦淮河流域城市化前1980~1988年间共8场降雨-径流过程、城市化后2007~2013年间共7场降雨-径流过程开展洪水模拟研究,率定城市化前后不同土地利用情景下的产汇流参数,并设计城市化影响洪水模拟方案,对比分析城市化影响下的流域水文响应。结果表明:HEC-HMS模型在秦淮河流域城市化前后均具有很好适用性,且单峰洪水过程模拟精度高;城市化后流域内其他用地向城市建设用地转移,流域内不透水面积增加明显,使得产流量增加,洪峰流量增大,峰现时间提前约2 h。     

SWAT模型在金沙江上游小流域径流模拟中的应用

为探讨SWAT分布式水文模型在金沙江上游小流域水文过程模拟中的适用性,选择金沙江一级支流冲江河流域为研究区,利用该小流域控制站来远桥水文站1961~2012年月径流量数据进行模型参数率定与模型验证研究。结果表明：SWAT模型对金沙江上游山区小流域径流模拟精度较高,冲江河流域率定期和验证期月径流模拟值与实测值的相关系数分别达0.97和0.81,平均相对误差分别为16%和20%,纳什系数Ens分别为0.84和0.82。