基于贝叶斯理论的SLURP水文模型参数不确定性评估及日径流模拟分析

为探讨贝叶斯理论在水文模型参数不确定性中的应用效果,以三峡库区兴山水文站以上的香溪河流域及其中的两个子流域1991～1995年日径流资料为研究对象,基于马尔科夫蒙特卡洛算法研究了SLURP水文模型参数及水文模拟的不确定性。结果表明,SLURP水文模型中深层地下水的截留常数、最大入渗率、浅层土壤的蓄水容量和深层地下水的初始百分比4个模型参数的不确定性较低;日模拟径流量95%不确定预测区间对实际观测数据的包括率为14.84%,平均相对区间宽度为1.27;径流模拟不确定性主要的贡献组分为壤中流,且子流域水平上的径流模拟不确定性在子流域汇流过程中发生了累积;两个子流域基流模拟的差别不大,其不确定性随时间逐渐降低。     

基于物理相似法的山丘区流域水文分类及模型参数移用方法

以我国东部64个山丘区流域为研究对象，提取35个流域地理特征(降雨、地形地貌、土壤和地质)作为相似指标衡量流域间的水文相似性，结合K-means聚类和参数区域化技术识别相似流域群和移用模型参数。结果显示，该64个山丘区流域依据降水、地形等特征可划分成11类相似的流域群。在具有水文相似的流域群内进行水文模型参数移用试验，水文过程模拟的确定性系数中值集中在乙级、丙级预报精度，且洪量相对误差不超过实测值的20%,能有效重现无资料流域的径流过程。该方法对无资料山丘区的水文预报具有重要借鉴意义，有助于山丘区洪水灾害防治及水资源管理。     

干湿条件下水文模型参数的动态效应

水文模型是模拟流域水文过程的重要工具，模型参数受流域干湿状态影响将发生动态改变。以汉江安康站以上流域为例，采用综合差分分裂样本检验方法(CDSST)分离流域干湿时期，并利用Sobol′敏感性分析方法探究了参数的一阶、二阶、全阶作用对径流的响应。结果表明，参数的交互效应在干湿状态下的敏感性不同，干旱期与深层水文过程有关的参数敏感性较强，湿润期参数的敏感性较弱，但参数间的交互作用较强；随着汛期来水的增加，参数独立作用的敏感性减弱。可见探究不同干湿状态下径流对模型参数的敏感性响应过程，可规避高估或低估模型参数的不确定性，提高洪水预报精度。     

应用卫星遥感技术的蓄满产流模型

本文对在我国南方湿润地区较常采用的蓄满产流模型进行了修改,以期能应用卫星遥感所提供的信息。流域内土壤有效蓄水容量和初始含水量是蓄满产流模型的重要参数。原来的模型根据实测水文资料通过统计优选确定上述参数,因此,仅是一种指标或虚拟量。修改的模型根据卫星遥感所提供的信息确定这些参数,具有明确的物理概念,也反映了流域内土壤实际蓄水情况,使降雨产流计算建立在可靠的基础上。本文所提出的方法有利于深入研究流域下垫面在降雨产流中的作用,也为洪水预报提供了可靠的依据。     

基于统计学与新安江模型相结合的土地利用变化引起的径流响应分析方法

鉴于水文模型评价土地利用变化的特点,实际上水文模型的参数也可反映流域水文特性和降雨径流过程,不同时期的最优参数可以反映流域系统的变化。将统计学方法与水文模型相结合,分析土地利用变化对径流的影响,即先利用统计学方法判断降雨径流的趋势,找出降雨径流系列的突变点并据此划分不同时期,然后对不同时期日模型参数进行优选,并对参数变化结果进行对比分析。在大坡岭流域的应用表明,该方法对土地利用变化引起的径流响应分析行之有效。     

泵站动态规划优化模型的全局敏感性分析方法及应用

为深入探究泵站实际运行特征,识别敏感参数,为泵站运行提供技术支撑,以龙门泵站为例,基于拉丁超立方抽样技术对各个参数进行抽样,基于方差的Sobol指数法、互信息法分别分析了泵站优化调度模型的全局敏感性分析。结果表明,瞬时流量为对泵站优化模型最敏感的参数,即瞬时流量对泵站最小能耗影响最大;瞬时流量与其他参数存在较强的交互效应,在构建相关优化模型及对模型进行率定过程中需优先考虑;Sobol法和互信息法均适用于多变量非单调非线性模型,且对参数的概率分布无特殊要求,能够准确定量地识别参数的敏感性。研究成果可为泵站优化模型精确建模及高效率定提供指导。     

基于SUFI-2算法的SWAT模型在修水流域径流模拟中的应用

为在江西修水流域高沙水文站以上汇水区域构建SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行模型参数敏感性分析、率定、验证及不确定性分析,对修水流域1984~2003年月径流量过程进行模拟。结果表明,敏感度最强的前三个参数依次为土壤饱和导水率、土壤蒸发补偿系数和径流曲线数;率定期与验证期的纳什系数ENS值和相关系数R2值均高于090,月径流量模拟值与实测流量过程线拟合程度较好;95PPU置信区间的模拟值和实测值较为一致;不确定性区间较小,验证期小于率定期;实证了采用SUFI-2算法的SWAT模型在修水流域月径流模拟中具有一定程度的适宜性。     

双超模型在吕梁市圪洞流域山洪模拟中的应用

为分析双超模型在圪洞流域洪水模拟中的适用性,利用流域内1966~2012年14场代表性降雨对模型参数进行率定和验证,并利用洪峰流量相对误差、径流深相对误差、确定性系数及峰现时差四个指标评价了双超模型的模拟精度,之后探讨了不同土地利用下模型主要敏感参数的取值。结果表明,双超模型在圪洞流域的适用性良好,山洪预报结果基本能够满足实际应用的要求;不同土地利用类型下,土壤水分最大吸力、土壤饱和时的渗透力等模型主要参数排序由小到大均为建设用地、草地、林地、耕地。研究结果为双超模型在黄土丘陵沟壑区的应用提供了借鉴。     

降雨时间尺度对BTOPMC模型参数及洪水模拟的影响

以分布式水文物理模型BTOPMC为平台,选取四川省东南地区湔江、石亭江、明江流域为研究区域,探讨降雨时间尺度对该模型参数的影响,以提高模型洪水模拟结果的精度,并为建立流域物理特性与模型参数之间的定量关系提供参考。结果表明,不同时间尺度下三个流域不同洪水过程模拟结果均较好,1h时间尺度下的模拟结果纳希效率明显高于2h、3h时间尺度。     

白马关流域洪水模拟及参数优化研究

为提高山区洪水的模拟精度,以北京市密云区白马关流域为例,采用分布式水文水动力模型(HH模型)模拟2017～2022年降雨—径流过程,选取6场典型场次洪水,利用ε-NSGAⅡ多目标优化算法对HH模型的关键参数进行优化。结果表明,率定场次洪水的纳什系数介于0.89～0.96之间,洪峰流量误差达20%以内,洪量误差达15%以内,峰现时差在1 h以内;验证场次洪水的纳什系数介于0.81～0.92之间,洪峰流量误差达20%以内,洪量误差达10%以内,峰现时差在1 h以内,HH模型参数优化后对白马关流域场次洪水的模拟效果较好。最后提出了适用于白马关流域洪水模拟的关键参数阈值范围,为当地山区水文模拟参数优化提供了科学的理论依据。     

子流域划分对HSPF模型径流模拟效果的影响

在水文水质模拟过程中,子流域划分数量直接影响模拟结果的精确度,确定最佳子流域划分方案对提高模拟精确度至关重要。基于PEST-HSPF模型,以中河流域为例,在相同参数及不同参数条件下,采用PEST自动校准方法,判断子流域划分数量对流量模拟精确度的影响。结果表明,在相同水文参数下,子流域划分数量变化时,模拟流量的纳什系数(NSE)和可决系数(R2)在0.65~0.78之间波动,其中子流域划分数量在10~20之间对模拟结果的精确度影响最大;在不同水文参数下,径流模拟结果的NSE与R2随子流域划分数量的增加先增大后减小,相对误差(RE)在子流域划分数量介于1~10之间时急剧下降后趋于稳定;子流域划分对HSPF水文模拟效果影响显著,表现出阈值效应,当划分数量超出阈值范围时,径流模拟精度均会受到很大影响。     

基于SCE-UA算法的新安江日模型参数优化稳定性分析

为了探讨水文模型参数优化结果在不同流域上的稳定性,采用SCE-UA算法优化了抚河流域内的娄家村、南丰、沙子岭子流域新安江日模型参数,以径流总量误差最小和纳什效率系数最大为目标函数,分别对参数优化结果进行分析。结果表明,其中有3个新安江日模型参数(上层张力水容量W_(WUM)、下层张力水容量W_(WLM)、张力水容量W_(WDM))在三个子流域上的率定结果的稳定性相差较大,有1个参数(表层自由水容量曲线方次E_(EX))率定结果有波动,剩余的12个参数的率定结果均较稳定。通过分析新安江日模型参数的稳定性,可为未来新安江模型参数优化的理论研究提供重要参考依据。     

降雨时空变化对泾河流域水沙的影响

降雨时空分布是影响流域径流和泥沙输送的主要因素,阐明流域内径流、泥沙随降雨时空分布的变化规律,对流域洪水预报和水土流失防治具有重要的指导意义.为此,通过设置6种降雨时空分布情景,基于SWAT构建泾河流域日尺度的水文模型,分析了降雨对径流泥沙过程的影响.结果 表明,改变降雨中心对径流到达峰值的时间影响最大,仅在上游降雨可...     

卫星降雨在流域水文设计中适用性分析

为获取雨量站网稀疏或缺资料地区的降雨径流设计值,假定历史时期花园流域内仅有一个雨量站,借助流域31年(1983～2013年)PERSIANN-CDR卫星反演日降水数据,建立由雨量站与卫星降雨推求流域平均雨量的方法,利用新安江模型模拟日流量,并推求径流设计值,与实际值对比来检验卫星降水反演水文设计值的可行性。结果表明,直接利用PERSIANN卫星反演流域降雨误差较大,采用基于雨量站降雨与卫星降雨的人工神经网络(ANN)法计算流域平均降雨的精度有大幅提高;各雨量站模拟情景下日径流模拟确定性系数变化范围在0.50～0.79之间,年最大1、3、7d各频率设计流量与实测系列相对误差多数在20%以内,可为流域水文设计提供参考。     

基于混沌多项式展开的地磁感应电流不确定性研究

地磁感应电流（GIC）会引起变压器直流偏磁,其次生衍生效应可能威胁电力设备和电网的安全。研究磁暴期间大地电导率参数变化引起的GIC不确定性对GIC的评估和防御具有重要意义。基于混沌多项式展开（PCE）方法,以一维水平分层大地电导率为输入变量,在原有电场及GIC计算的基础上构造了二者的混沌多项式展开式。针对三层大地电导率模型和Benchmark算例,利用所构造的混沌多项式对磁暴期间感应地电场和电网中各支路GIC进行了不确定度量化分析,得到了GIC最大值的95%置信区间、均值和方差等统计量。通过与蒙特卡洛法（MC）的计算结果对比,验证了PCE方法的有效性,且PCE方法计算效率远高于MC方法。     

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VIC模型的淮河中上游地区水量空间分布研究

研究淮河流域的水文循环过程及水量空间分布对合理开发利用水资源具有重要意义,采用VIC模型对淮河中上游地区各种水量要素(降水、蒸散发、地表径流、地下径流、植被截留水量、土壤含水率、截留水蒸发、植物散发、裸地及水面蒸发、降雪日的积雪深、积雪覆盖面积比等)的空间分布进行模拟。结果表明,模型反映的水量分布与实际的流域下垫面物理机制相符。流域的沙壤土和壤土地区的蒸散发量较大,而地表径流量较小。在有大面积水体或水库的区域,蒸散发量、植被截留水量很小,而地下径流量、深层土壤含水率较大。降雪日中流域的西北部更容易形成较大的积雪深。     

煤矿采空区特殊下垫面水文模型研究

煤矿采空区的形成改变了传统的水文过程,对洪峰和洪量具有明显的削减作用。以汾河水库控制流域为例,引入裂隙渗漏系数G和渗漏系数k分别表示采空区裂隙位于坡面与河道对产汇流过程的影响,构建了采空区特殊下垫面条件下的水文模型,选取1970～2015年间汾河水库控制流域内采空区先后出现的16场次洪水,对比分析了两种方案的水文模拟精度。结果表明,传统的水文模型在采空区出现前模拟效果较好,7场次洪水模拟合格率为71.43%,而在采空区出现后9场次洪水合格率仅为22.22%,流域中部煤矿采空区对暴雨中心位于中心区域的降雨引起的洪水过程产生较大的影响;对采空区出现后的暴雨中心在采空区附近的7场次洪水采用采空区特殊下垫面条件下的水文模型进行模拟,7场次洪水合格率为71.43%,精度得到了显著提升。     

中国南方地区VIC模型参数网格化公式及效果验证

以中国南方地区为研究区域,基于南方典型流域VIC模型的水文参数率定结果,运用多元逐步回归的方法分析了VIC模型水文参数与气候、土壤、地形地貌和植被因子之间关系,构建了中国南方地区VIC模型水文参数网格化公式,并对其进行了验证。结果表明,所建的南方地区VIC模型水文参数网格化公式均通过了显著性水平5%下的F检验,在验证流域上的应用效果较好,具有较高的模拟精度,为VIC模型在资料稀缺地区的应用提供了有力的技术支撑。     

基于DEM的分布式水文模拟模型及应用

选择太湖流域西苕溪水系为研究对象,以数字高程模型为基础,利用地理信息系统软件从DEM数据中提取研究区域的河网信息,将自动划分的子流域作为水文模型的最小计算单元,结合三水源新安江模型理论建立了基于DEM的分布式水文模拟模型并进行了应用.结果表明,所建模型适用于模拟湿润山区的降雨径流过程.