基于WEP的横断山垂直带水文过程模拟研究

为了更好模拟横断山在气象、植被、土壤、水分等垂直地带性影响下的水文过程，本文采用分布式流域水文模型 WEP，提出反映空间分异特征的垂直带参数化方案，并选择横断山流域 14 个水文控制断面 1960—2015 年的逐月径流数据进行了模拟验证。结果显示，垂直带参数化方案较好地模拟了横断山区的水循环过程；通过两种对照方案和垂直带参数化方案的对比表明，“垂直带参数化方案”比“普通的参数方案”的 NS 提高 0.03、RE 降低1%，比“均一化参数方案”的 NS 提高 0.3、RE 降低 19.6%。通过考虑参数的垂直变化影响，能够提高模型模拟效果，且可更好地反映气象、植被、土壤、水分等信息的垂直地带性，弥补以往水文模型对参数的垂直变化描述不足的问题。     

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。     

流域产输沙模型中考虑泥沙来源的动态粒径计算方法

为准确反映泥沙粒径分布特征在不同时间尺度上的变化过程,提高流域产输沙模型的模拟精度,以黄河干流玛曲水文站以上区域为研究对象,根据不同季节的泥沙来源不同这一特点,采用坡面、谷沟、河道各来源的泥沙量作为权重,基于WEP-SED分布式流域产输沙模型对流域产输沙过程中的综合泥沙中值粒径进行加权平均计算,并对采用泥沙固定粒径计算方法和不同来源的泥沙动态粒径计算方法的模型模拟的玛曲水文站输沙率进行比较。结果表明：与采用泥沙固定粒径计算方法相比,采用泥沙动态粒径计算方法可有效提高模型模拟精度,其NSE值从0.601提升至0.706;采用泥沙动态粒径计算方法模拟的泥沙中值粒径呈现汛期小、非汛期大的动态变化规律,其年内分布规律与实测资料一致。     

水循环演变中多因素综合影响贡献量分解方法

为了有效计算气候变化和人类活动对流域水循环过程的影响,需对多因素影响贡献量进行分解。由于多因素之间相互影响,单个因素影响量之和,一般并不完全等于所有因素综合影响量,因此传统方法多用于对两个因素进行影响量分解。本文提出一种基于分布式水文模型的分解方法,用于对多个因素进行影响量分解。该方法能综合考虑不同因素之间的相互作用,使得单因素影响量之和恰好等于所有因素综合影响量,并从理论和应用两个方面对此进行论证。相比于传统方法,新方法能更加科学地分解两个及两个以上因素对水循环过程影响的贡献量,同时在基准期和变化期的选择上也更具有灵活性。该方法不仅可用于水循环演变过程中多因素贡献量分析,还可与具有物理机制的模型相结合,应用于大气、环境和生态演化过程的贡献率分析。     

河道烧录算法提取出断裂河网的必要条件探究

河道烧录算法是比较常用的基于实际河网修正提取模拟河网的方法。该方法能有效地提取出同实际河网高相似度的模拟河网。然而,在某些情况下,所提取的河网会产生"断裂"现象。深入研究发现,出现"断裂"的必要条件是:(1)实际河网栅格中存在全局高估栅格;(2)实际河网源头栅格正好位于DEM有效数据边界上。在实际应用中,只要消除两个条件中的任何一个,即可有效地避免提取出"断裂"的模拟河网。     

抚河流域气象干旱向水文干旱传播的影响机制研究

气象干旱是水文干旱发生的前兆,探究影响气象干旱向水文干旱传播的主要因素对建立有效的基于气象干旱的水文干旱监测预警具有重要意义。以抚河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数分别评估气象干旱和水文干旱,并构建基于流域分布式二元水循环模型的干旱传播评估方法,采用多因素综合影响贡献量分解法量化气候变化和人类活动对干旱传播变化的贡献。结果表明：建立的抚河流域分布式二元水循环模型模拟流域出口断面流量的纳什效率系数大于0.85,相对误差在5%之内;气象干旱向水文干旱传播关系变化的时间是1980s—1990s。相对于1956—1990年,1991—2019年气象干旱向水文干旱的传播率降低了8.3%;在气象干旱向水文干旱传播的影响中,气候变化的减缓作用占主导地位,贡献量为-9.9%;其次是人类活动的加剧作用,贡献量为1.6%;降水作为干旱的主要致灾因子,变化期增加了144.3 mm,这对于减弱气象干旱向水文干旱传播的敏感性起到主要作用。     

基于三级汇流和产输沙结构的分布式侵蚀产沙模型

黄土丘陵沟壑区面临严重的土壤侵蚀问题,是黄土高原主要产沙区域,针对该区域的土壤侵蚀产沙模拟一直是黄河泥沙研究的热点。尽管如此,已有侵蚀产沙模型对坡面、沟壑侵蚀环节刻画并不完善,沟壑侵蚀过程的忽视限制了模型在沟壑区侵蚀产沙模拟的精度。为此,本文考虑了沟壑侵蚀的特殊性,从分布式水循环模型(the Water and Energy Transfer Processes in Large River Basins,简称WEP-L)的"坡面-河道"二级产汇流结构中单独分离出沟壑环节,提出了"坡面-沟壑-河道"的三级汇流和产输沙结构,从而构建了基于WEP-L的分布式侵蚀产沙物理模型(WEP-SED)。将WEP-SED应用于无定河流域白家川水文站控制区,模型得到的白家川1956—2010年月均输沙率过程与实测过程接近。结果表明,WEP-SED可有效应用于黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙模拟研究。此外,模拟的白家川沟壑环节多年平均侵蚀量约占该区域总侵蚀量的49%,且94%的沟壑侵蚀集中于7—9月。模拟结果充分说明该区域沟壑侵蚀的严重性,细化沟壑侵蚀过程对于提高该区域侵蚀产沙模拟精度具有重要意义。     

浅议基于实际河网修正提取模拟河网算法中 存在的问题

基于DEM提取模拟河网的过程中,使用实际河网进行修正是获取高精度模拟河网的主要方法。研究表明,基于实际河网修正模拟河网的过程中存在着一些问题,主要有实际河网栅格邻接问题,“高程修正”问题以及“流向修正”问题。这些问题在河网提取过程中不是必然出现的,属于特殊情况,但问题一旦出现,将使得提取的模拟河网同实际河网产生较大误差甚至错误。这些问题大部分都可以通过提高DEM分辨率或手动修正加以避免,也可以通过修改算法加以解决。     

种结合小波变换的SIFT特征图像匹配算法

研究目标识别和图像匹配优化问题,针对小波变换能压缩图像信息及抑制高频噪声的优点,采用小波变换与尺度不变特征变换相结合的图像匹配方法,克服了传统SIFT算法计算复杂实时性不强的缺点.算法首先对基准及后续图像分别做小波分解得到包含大量信息的低频图像,利用SIFT提取特征点,通过优化的最优节点优先(BBF)算法及随机抽样一致...     

一种改进的参数区间选取方法及 在 WEP2L 模型中的应用

分布式水文模型由于参数众多, 各参数之间不能完全独立, 在参数自动率定中存在部分参数的优选过程相互 抑制情况。以 WEP2L( Water and Ener gy transfer Pr ocess in Lar ge river basins) 分布式水文模型为例, 基于 GLUE 算法推求模型参数的后验分布, 将参数全局敏感性分析的 Sobol 方法与概念性水文模型的参数区间优选方法相结 合, 给出了在较少参数采样次数条件下分布式水文模型不完全独立的多参数自动优选方案, 并在白河流域进行了应 用。结果表明: ( 1) 用 GLUE 算法推求参数后验分布, 结合 Sobol 分析及参数的区间优选方法, 可对 WEP2L 实现参 数自动率定, 模拟精度能达到 01 633; ( 2) 将 Sobol 全局敏感度分析与参数的区间优选方法相结合, 可进一步优化参 数区间确定的原则, 提高模拟的精度。研究结果可为分布式水文模型的参数率定提供借鉴。