基于模型联用评估气候变化对径流特征的影响

应用流域模型与气象发生器模型联用的方法,评估了未来气候变化对泾河源头流域径流量的影响。使用泾川水文站2006—2014年的实测月流量资料,校准并验证了通用流域污染负荷模型(GWLF)的水文传输参数集。使用崆峒气象站1955—2014年逐日气象资料,对气象发生器(LARSWG 5)模型参数进行了率定与评估。基于HADCM3气候模式结果,针对IPCC定义的A1B、A2、B1三种温室气体排放情景,使用校准后的LARSWG 5模型进行降尺度分析,生成反映研究区域21世纪50年代和21世纪80年代气候状态的日降水与气温序列,并将其作为输入数据代入校准后的GWLF模型,分析对应时间段流域径流特征的响应变化。结果表明:未来气候变化会显著影响泾河源头流域径流过程,流域蒸散发作用会随气温升高而显著增强,水体经由地表径流进入河道的通量会增大,而经由浅层地下潜流的通量会减小,未来流域水量的增大主要集中在秋冬季节。     

径流还原计算技术方法及其应用研究

目前国内的水资源评价过程对河川径流进行还原计算时,所采用的大多都是传统的计算方法,在理论上简单易懂,为众多专家学者所亲睐,但是随着国民经济的快速发展、以及人类活动影响因素的增加,对水资源而言,流域的条件变得日益复杂,传统的水量还原计算方法难以适应快速发展的国民经济对水资源还原计算技术的要求.为此,探索新形势、新情况下的河川径流还原计算的新技术和新方法,是当前水资源评价中的一项需要迫切解决的新课题.本文以山西省坪上水库流域径流的还原计算为研究对象,在基于对径流还原计算原理深刻认识的基础上,为深层次挖掘用水资料中隐含的信息,本论文引入基于小波分解的分项预测模型,以期提高河川径流还原计算的精度.     

基于月水量平衡模型的黄河中游径流变化分析

在分析黄河中游径流情势变化趋势的基础上，建立了适用于该区间的月水量平衡模型，并利用９个代表流域的资料进行检验，模型结构简单，具有较高的模拟精度。用所建模型分析１９７０年后人类活动对径流的影响，取得了比较可靠的结果。     

基于GIS的泾河流域径流过程分形特征研究

运用分形理论对水文系统演化的非线性规律进行研究,可全面地揭示水文动力系统的复杂运动特征。论文首先运用DPS数据处理软件选取不同频率(25%、50%、75%)的典型年,整编泾河张家山站不同典型年的1日、7日、15日径流资料,再运用ARCG IS中的Hawthtool工具计算各频率典型年的1日、7日、15日径流过程分维数,以及1932年-1999年的年径流序列分维数,得出:平水年水量分配较枯水年和丰水年更不均匀,在这些年份里,积极准备防洪抗旱,实现合理的水资源调节,有着重要的现实意义。并在此基础上,进一步分析泾河流域径流过程的分形特征,得出:分维数是一段时间内自然因素和人类活动共同作用于径流过程的综合反映。研究对于指导研究区水资源的调控有着重要的意义。     

基于SWAT模型的气候变化和人类活动对伊洛河径流影响分析

应用SWAT模型,以黄河流域伊洛河为研究对象,通过设置6种HRUs(Hydrological Response Units)划分方案,分析了HRUs数量对SWAT模型参数和模拟性能的影响,并进一步用于伊洛河年径流变化的归因分析。结果表明:SCS径流曲线值(CN2)、土壤有效含水率(SOL_AWC)、深层土壤水渗透系数(RCHRG_DP)和河岸基流α因子(ALPHA_BNK)是伊洛河SWAT径流模拟敏感性高的几个参数。HRUs数量对SWAT模型参数和径流模拟精度影响较小。相对1971—1985年,1986—2015年气候变化和人类活动共同导致了伊洛河流域径流的减少。其中,1986—1995年、1996—2005年、2006—2015年3个时期气候变化对径流变化相对贡献率分别为68.7%、22.5%、83.1%,LUCC外的其他形式的人类活动对径流变化相对贡献率分别为30.9%、76.7%和16.9%,而LUCC的相对贡献不足1%。人类活动能够有效地缓解气候变化对径流的影响,使河道观测径流保持在相对稳定的变化范围。     

基于样本熵的泾河流域降水径流关系分析

受气候变化和人类活动影响,流域的降水径流关系发生了变化,如何准确识别降水径流内在关系对于区域水资源合理配置具有重要的意义.以泾河流域月降水和径流为研究对象,采用滑动样本熵分析降水径流的复杂性,并结合极点对称模态分解法探讨其周期与太阳黑子的关系;采用滑动移除样本熵分析降水径流的突变性,并结合滑动相关系数法分析降水径流的相...     

基于SWAT模型的盘龙江流域径流模拟

为了给日后的滇池治理和昆明市水资源保护利用提供依据,以昆明市区的盘龙江流域为研究区域,采用SWAT模型对该流域的径流进行模拟研究,通过加载流域的DEM、土地利用、土壤类型等数据到SWAT模型,选定1999—2004年为模型参数率定期,2005—2007年为模型验证期,对松华坝以上流域和以下流域分别进行模拟,并对模拟结果进行比较和评价。结果表明:松华坝以上区间流域的模拟相关系数R2在0.83以上,Ens在0.80以上;松华坝以下区域的模拟相关系数R2在0.70以上,Ens在0.58以上。即该模型对盘龙江流域具有良好的适应性,可以为盘龙江流域在不同土地利用的条件下对流域的水量、水质、泥沙进行模拟预测。     

密云水库流域径流变化及其影响因素分析

双累积曲线是检验降水与径流关系一致性及其变化的常用方法 ,通常用于水文气象要素一致性的检验、缺值的插补或资料校正,以及水文气象要素的趋势性变化及其强度分析。能够反映人类活动对径流影响的阶段性变化,可以定量地反映降水变化和人类活动变化的贡献率。根据密云水库流域1960年～2012年的逐日降雨、流量观测资料汇总,运用数理统计、随机水文学及时间序列理论等方法 ,通过对流域径流年内变化、年际变化、年代变化趋势及密云水库流域降水变化的分析,探讨人类活动对径流变化的影响,结果可为流域范围内水资源管理和合理利用提供科学依据。     

基于SWAT模型的北江飞来峡流域径流模拟

为满足北江飞来峡流域非点源污染负荷核算需要,利用SWAT模型对研究区1969-2011年日径流过程进行模拟。基于飞来峡流域水文、气象、地形、土地利用和土壤类型等资料构建SWAT径流模型,并运用SWAT-CUP中的SUFI-2方法对模型中的14个径流参数进行敏感性分析及参数率定,再进行径流模拟效果定量评价。结果表明:对径流过程有显著影响的参数主要为SCS径流曲线系数、主河道曼宁系数、地下水滞后系数以及地表径流滞后时间等;日径流率定期和验证期的效率系数均为0.83,相对误差分别为1.40%和0.58%,且大部分模拟数据落在不确定性区间内,模拟结果的不确定性较小,表明所构建的SWAT径流模型具有较高的精度,在北江飞来峡流域适用性良好。     

泾河流域土地利用/覆被变化对径流情势的影响

通过建立泾河流域SWAT分布式水文模型,重点模拟分析了河流径流情势对土地利用/覆被变化的响应,对比了不同气候条件及人类活动综合影响下研究区水文过程的变化。结果表明:1996年以前土地利用/覆被变化是影响水文过程的主要人类活动影响源,径流量年际变化平稳,属有小幅增加的正偏;年内影响以枯水季节为主,年内分配更趋均匀,径流集中度降低,集中期略有滞后,且趋于平稳;土地利用/覆被变化导致流域蒸散发量、冠层和落叶层截留量减小,入渗量增加,河川基流量和地表径流量相应增大,并在时域上耦合形成了水文过程的新变化;1996年以后,气候条件驱动下泾河年径流量呈现明显的增大趋势,人类活动亦从以土地利用/覆被变化为主转变为以人类水事活动为主的综合影响模式,且人类水事活动超过气候变化和土地利用/覆被变化成为影响水文过程变化的主因。     

基于变分模态分解的分频径流预测模型

准确的径流预测对于流域防洪减灾、农业灌溉、水库调度等具有重要意义。针对径流序列具有较强的非线性和非平稳性特征,提出一种月径流预测混合模型VMD-(CNN-LSTM, ELMAN)。首先运用VMD将径流序列分解为多个模态分量,并计算各个模态分量的样本熵值(SE),将其划分为高频和中低频分量;然后运用CNN-LSTM模型预测高频分量,运用ELMAN模型预测中低频分量;最后将预测结果相加得到最终预测结果。将模型应用于黄河流域中下游段白马寺和黑石关水文站的月径流预测,并与CNN-LSTM、ELMAN、VMD-CNN-LSTM模型的预测结果进行对比与评价。研究结果表明：本文模型预测结果的NSE值均大于0.99,优于其他模型,表明VMD-(CNN-LSTM, ELMAN)模型具有较高的预测精度,可应用于实际研究区的径流预测。     

基于RVA法的沙颍河周口段水文情势评价

沙颍河周口闸的建成运行,使得下游河流水文情势发生较大改变,对其水生态系统结构功能产生了显著影响。为定量评价周口段的水文情势变化,选取周口水文站1951-2016年的日径流资料,采用RVA法评估水闸建成前后33个水文指标的改变度及其生态影响。结果表明:(1)1975年后,人类活动尤其是周口闸的运行对沙颍河干流水文情势影响加剧,月均流量均呈明显下降趋势,河道内多次出现断流情况;(2)周口站的整体水文改变度为42.23%,属于中度改变,其中11月月均流量、最小1d流量出现时间和流量下降率受到的影响最为强烈,为高度改变;(3)沙颍河流域水资源供需矛盾突出,水闸的运行调度对水生态系统的稳定性产生不利影响,迫切需要对沙颍河进行生态修复,对河流流量适时调整,实现区域经济和水生态系统协调发展。     

泾河年径流量BP神经网络模型研究

以1957—2000年的实测降水序列和泾河年径流量序列为研究对象,利用EMD法和GA建立了泾河年径流量的BP神经网络模型。分析结果表明:泾河流域年降水量变化可能存在准2～3、5～7、10～13、18～22 a的周期;基于EMD的年径流量BP神经网络模型预测值的相对误差为-4.71%～8.21%,基于GA的年径流量BP神经网络模型预测值的相对误差为2.25%～12.22%。     

基于SWAT模型的北江流域生态径流调节服务评估

为评估北江流域生态径流调节效果并分析径流调节量的时空变化,基于SWAT模型,考虑气象、水文、下垫面等因素,模拟北江流域水文过程,分别计算1980、2000、2015年的植被生态系统对径流的调节量及其经济价值。结果表明:2015年土地利用情况下,生态系统对北江流域的多年平均年调节径流深为-141.2 mm,调节比例为-12.2%,调节价值量为396.2亿元;丰水期的调节径流深为枯水期1.8倍,调节比例小于枯水期,而且丰水期的调节量主要集中在前汛期。流域上游的调节径流深比下游大,2000年与2015年北江流域调节径流深空间分布基本一致,但由于植被覆盖减少、建设用地扩张,北江流域径流调节量减少0.82亿m³,调节价值量降低5.85亿元。     

基于云模型的非一致性年径流预测

采用云模型和非一致性水文计算法对岷江流域年径流建立预测模型,利用非一致性计算法将水文序列分成相对一致的随机性成分和非一致的确定性成分,再分别对确定性成分和随机性成分进行云模型的不确定性推理,最后根据时间序列分析的分解与合成理论进行数值合成,得到最终的预测值。通过与传统预测方法相比较,非一致性云预测方法有较高的预测精度和推广应用价值。     

近47年来降水变化和人类活动对滦河流域年径流量的影响

近47年来,随着流域降水量的减少,以及水利工程的修建、林草地的减少等土地利用方式的改变,在气候变化和人类活动双重因素的作用下,滦河流域年径流量呈现出显著的减少趋势。现基于降水-径流经验统计模型的构建,定量评估了滦河流域降水变化和人类活动对该地区年径流量的影响程度。结果表明:①1983年以前,滦河流域年径流量受环境变化影响较小,1983年以后,年径流量受到气候变化和人类活动影响较为显著;②1984年-2006年期间,受人类活动影响所产生的年均减水量为11.97亿m3,占该时段减水量的84.42%,受降水变化所产生的年均减水量为2.21亿m3,占该时段减水量的15.58%,人类活动的贡献率远大于降水变化。     

泾河长系列水沙变化规律与归因研究

近些年泾河径流量及来沙量大幅减少,在一定程度上影响到流域的水资源开发利用,为了厘清水沙减少程度及变化特征,探寻其变化背后的驱动因素,采用联合滑动t检验、距平累积曲线法和Copula等方法,从不同层面对泾河长系列水沙规律进行了研究。同时,建立分布式水文模型,分情景对泾河流域径流泥沙对气候和土地利用变化的响应进行了模拟。结果表明:气候变化对径流和泥沙减少的贡献率约为21. 20%和6. 08%;土地利用变化对径流泥沙减少的贡献率约为4. 04%和11. 08%;泾河流域径流泥沙变化除受气候变化影响外,还与土地利用(覆被)类型、面积比重等有关。研究结论表明:人为拦蓄和引水是河川径流减少的主要原因,而泥沙减少的主因除了退耕还林还草之外,通过淤地坝等水保措施直接拦沙也起到了重要作用。     

一种基于下垫面变化的产汇流模型及其应用

为土地利用变化较大的流域构建产汇流模型时,下垫面的变化是一个极其重要的因素。利用中国科学院土地资源分类系统将流域分为不同的下垫面类型,在每一种下垫面上分别考虑蒸发和下渗要素的影响,运用超渗-蓄满耦合产流模式进行产流计算,并采用单位线汇流和线性水库模型演算至流域出口断面,从而构建了基于下垫面变化的产汇流模型。在模型率定和验证时,对大清河水系紫荆关流域的洪水序列作频率分析,以不同重现期的洪水序列分别对模型进行率定和验证。从模拟结果来看,模型结构基本反映了流域产汇流的各个环节,模拟结果能够满足研究精度要求。     

基于SRM模型的金沟河流域融雪径流模拟

金沟河是以融雪为主要补给水源的山区性河流,为了更好地指导流域的水资源分配工作,在借助金沟河流域水文气象数据、DEM数据与MODIS数据的基础上,利用融雪径流模型进行金沟河流域的融雪径流模拟研究。研究结果表明:(1)SRM模型在金沟河流域具有良好的适用性,流域2009年4—9月份的拟合优度确定系数与体积差分别为0.87与2.0%,基本达到模型在其他流域应用的平均水平。(2)模型汛期峰值与峰值出现时间模拟出现偏差,汛期径流补给来源较为复杂。模拟结果可为金沟河流域径流预测提供一定的参考依据。