水文要素变异综合诊断

水文要素的变异将导致工程水文的一致性假设不复存在,给水利工程的规划、设计、运行管理和水资源的开发利用带来影响。因此,水文要素的变异诊断已成为水文学研究热点和重点问题之一。首先,定义了水文要素的变异点,区分了变异点与突变点的不同,并描述了其内涵;其次,基于无量纲化的均值和变差系数,提出了水文要素变异等级的划分方法;接着,系统总结和分析了国内外水文要素变异诊断的方法,包括传统的定性、定量诊断方法;然后,构建了水文要素变异综合诊断体系和方法,给出了综合诊断的4个步骤,即变异背景分析、变异点诊断、变异等级划分和综合诊断;最后,以渭河华县水文站径流变异诊断为例,对51 a的年径流序列进行了变异综合诊断体系和方法的验证,结果表明提出的综合诊断方法具有一定的科学性和合理性。     

水文非一致性变异及其对水库防洪影响的研究进展

分析了国内水文非一致性变异及其对水库防洪影响研究存在的问题,评述了水文非一致性变异的检验方法和频率计算中所涉及的还原或还现、直接频率法及水文非一致性变异对水库防洪的影响等,指出水文非一致性变异对水库防洪影响需在进一步研究变异诊断方法和频率分析计算的基础上,重视对防洪影响的科学评价与应对措施。     

图们江流域径流序列变异诊断

人类活动改变了水文过程的下垫面条件和水循环速度,使得水文序列很容易发生变异。图们江是中朝界河,其流域上有两国不同程度的人类活动。应用累积距平法和Mann-Kendall法对图们江图们江干流下游最后一个控制站1956—2012年的径流序列诊断分析,没有发现变异点,因此说明图们江流域受到人类活动的影响相对较小。     

水文模型尺度问题的若干探讨

尺度问题是制约水文模型发展和应用的一个重要因素。在回顾和分析水文模型尺度研究进展的基础上,提出了水文模型尺度研究中的若干问题,包括水文模型与水文过程的尺度关系、时空异质性问题、水文建模与耦合的尺度性、遥感及GIS与水文模型的关系等问题,建议通过建立和发展全球水循环观测网络、加强水文过程的机理研究、从理论的视角来构建多尺度水文模型、基于遥感和GIS技术开展不同尺度水文模型研究等方法来解决水文模型尺度的关键问题,进而利用不同尺度水文模型预测全球水循环变化趋势,更好地应对流域区域乃至全球的气候变化问题。     

水文模型不确定性及集合模拟总体框架

水文过程集合模拟将多种确定性和不确定性方法及物理模型和数值模型进行耦合集成,是当前减少水文过程模拟预报不确定性影响的一种有效方法。本文在回顾水文模型发展历程的基础上,从模型输入、模型参数和模型结构三方面的不确定性出发,剖析了水文模型不确定性的原因,最后对水文过程集合模拟的特点、总体框架及主要方法进行了评述。     

流域水文过程与植被相互作用研究现状评述

从流域水文过程与植被相互作用规律、流域生态水文模型、流域生态水文对气候变化的响应三个方面,对国内外相关研究现状进行了总结分析。从中发现,当前流域水文学正在从以单一水循环过程为主要研究对象发展成以研究水分、能量与物质耦合循环以及水文过程与生态过程的相互作用等为主要内容的综合性、交叉性学科。现关于流域水文过程与植被之间的关系研究多集中于单向作用的研究,如水文过程对植被的影响研究和植被变化对水文过程的影响研究,而对水文过程与植被之间的反馈机制以及对流域内土壤-植被-大气复杂系统的整体研究不足,缺乏对流域水文过程与植被相互作用机理的全面认识。有研究表明,气候变化已经影响到流域水文过程和植被生长,气候变化下的流域生态水文响应是水文学研究的前沿课题。水文学需要强化对流域生态水文机理的研究,只有在充分揭示流域生态水文机理的前提下,才能预测未来气候变化下的流域生态水文响应。生态最优性原理能够解释植被对外界环境变化的响应,从而被应用于描述植被与水文过程的相互作用。基于生态最优性原理的流域生态水文模型已逐渐成为生态水文学的研究热点之一。     

流域水文过程与植被相互作用研究评述

从流域水文过程与植被相互作用规律、流域生态水文模型、流域生态水文对气候变化的响应三个方面，对国内外相关研究现状进行了总结分析。研究发现，当前流域水文学正在从以单一水循环过程为主要研究对象发展成以研究水分、能量与物质耦合循环以及水文过程与生态过程的相互作用等为主要内容的综合性和交叉性学科。现关于流域水文过程与植被之间的关系研究多集中于单向作用的研究，如水文过程对植被的影响研究和植被变化对水文过程的影响研究，而对水文过程与植被之间的反馈机制以及对流域内土壤-植被-大气复杂系统的整体研究不足，缺乏对流域水文过程与植被相互作用机理的全面认识。研究表明气候变化已经影响到流域水文过程和植被生长，气候变化下的流域生态水文响应是水文学研究的前沿课题。水文学需要强化对流域生态水文机理的研究，只有在充分揭示流域生态水文机理的前提下，才能预测未来气候变化下的流域生态水文响应。生态最优性原理能够解释植被对外界环境变化的响应，从而被应用于描述植被与水文过程的相互作用。基于生态最优性原理的流域生态水文模型已逐渐成为生态水文学的研究热点之一。     

渭河流域水文均值变异的诊断分析

随着气候变化和人类活动的双重影响,自然环境的不断变化造成水文环境的相应改变,水文序列的非线性和复杂性也愈发的明显。文章基于水文变异诊断体系特点,结合流域要素展开水文变异的诊断分析,通过均值变异诊断分析渭河流域水文系统的变异特性和驱动方式,同时对于计算成果的二次验证说明该研究方法的适宜合理性。     

流域水文时空数据模型初探

简要分析流域水文过程模拟方法;在面向对象的GIS水文数据模型的基础上,讨论了水文时空数据模型的时间域表达概念和方式;应用水文时空数据模型显示降雨数据的时空变化过程。     

基于变异诊断分析的大通河流量预报模型研究

采用水文变异诊断方法对大通河享堂水文站1940年以来年平均流量序列进行了诊断,结果表明年平均流量变异显著,变异程度为中等,突变点为1990年,说明大通河年平均流量自20世纪90年代以来受人类活动影响发生了显著的突变。同时,在变异诊断分析的基础上,分别建立了基于跳跃变异和趋势变异的年平均流量预报模型,比较模型预报值与实测值可知,相对误差为±10.0%的年份,跳跃预报模型占89%,趋势预报模型占97%。采用所建模型分别预报2011—2020年平均流量,并用2011—2013年实测值进行验证,预报误差符合《水文情报预报规范》的规定,取得了较好的预报效果。     

气候变化对河川径流量的影响——以皇甫川流域为例

基于非参数检验方法 Mann-Kendall法,对黄河中游皇甫川流域的降水、平均气温和径流量的长期变化趋势和序列突变情况进行了检验,并运用水文敏感性分析和降水—径流相关关系分析两种方法探究了皇甫川流域径流锐减的原因。1985—2006年,皇甫川流域的气候暖旱化趋势显著。其中,年降水系列呈减少趋势,但减少趋势不显著;年平均气温呈明显的上升趋势,远远超过了α=0.05的显著性水平。年径流量也表现出显著的减少趋势,显著性水平α=0.1。径流突变性检验结果显示,在1998年前后皇甫川径流出现显著变化,天然时期(1985—1998年)和径流变化时期(1999—2006年)相比,年均径流量减少了60%。归因分析表明,气候变化因素对年均径流变化的贡献率为46%,说明气候变化是导致径流减少的重要因素。     

水文序列跳跃变异点的滑动相关系数识别方法

跳跃变异点识别与检验是处理非一致性水文序列的首要工作。针对目前方法未能直观反映序列跳跃变异实质的缺陷,本文通过推求原始序列与跳跃成分序列的相关系数表达式,构建其与跳跃变异前后均值差异程度的关系,在此基础上提出水文序列跳跃变异点的滑动相关系数识别与检验方法。统计实验结果显示:所提方法易于操作且容易求解,在受到序列长度、变异点位置、均值变化系数、Cv变化系数与Cs变化系数等多种因素影响时,其变异点识别效率与常用的Pettitt检验法、B-F检验法基本相同,但性能更加稳定。将所提方法应用于澜沧江下游允景洪水文站不同时间尺度的径流序列进行跳跃变异点识别与检验,并结合物理成因分析进行验证,结果显示了该水文站径流过程受其上游水利工程施工与运行影响很大,云南省境内澜沧江干流梯级水电站的调蓄作用(特别是年内的"削丰补枯"作用)十分明显,导致不同时间尺度上的径流过程多在2004年前后呈现出显著的跳跃变异。     

资料短缺地区径流模拟研究

以柬埔寨洞里萨湖流域为对象,基于多源降水信息分析、水文模型构建及适应性分析、参数移植研究及检验等,探讨了资料短缺地区的径流模拟问题。结果表明:气候再分析资料集Ag MERRA在洞里萨湖地区的精度较高,VIC模型在该区域的适应性较好,可以用来进行水文模拟;水文模型参数与流域气候和下垫面因子的相关性较好,拟合优度R2都在0. 65以上,移植的可信度较高;在3个验证流域的实测径流过程对比分析表明,基于参数移植方案构建的水文模型能较好地模拟资料短缺地区的流域水文过程。     

河流生态修复的尺度格局和模型

通过分析水文过程与生态过程的耦合特征,论证了流域尺度是编制河流生态修复规划的适宜尺度。讨论了景观空间异质性与物种多样性的相关关系,提出了在流域和河流廊道两种尺度上改善景观格局配置的方法。特别指出了在河流廊道尺度下提高景观空间异质性的两个要点,一是增强地貌学意义上的空间异质性,二是改善生态水文学和生态水力学意义上的水文、水力学条件。本文还介绍了景观格局分析方法和景观格局-生态过程模型。     

改进的多元方差分析用于黄河水位过程研究

作者从工程应用的角度提出了改进的多元方差分析法。并取黄河下游近年来出现过的三类具突变性洪水的水沙资料，用水沙因子的不同搭配描述其水位过程中的非线性扰动，依据最小均方误差原则得出了高精度的非线性拟合模型。这一模型结构及参数确定方式用于同对断面其它年份水位过程拟合时，精度相同。此外本文还阐明了黄河下游含沙量对水位的影响，及模型参数摆动的物理成因。     

水文模型参数敏感性分析方法评述

针对水文模型敏感性分析中存在的诸多问题,分析水文模型参数敏感性分析在模型构建及应用过程中的主要作用及其与不确定性分析和参数优化之间的联系,总结敏感性分析方法的3种分类,并探讨水文模型中常用的筛选法、回归分析法、基于方差的分析方法及基于代理模型技术的分析方法等4种关键技术方法,剖析水文模型参数敏感性分析方法的适用条件及优缺点,回顾各种方法在水文模型中的研究现状,提出水文模型参数敏感性分析的研究框架与步骤,指出水文模型参数敏感性分析的计算效率、可靠性和参数的相关性是未来的主要研究方向。     

基于GIS的水文模型对象解析

本文基于GIS,采用面向对象的分析方法,将流域抽象概化成为水文模型对象的集合,并从地理空间角度和水文角度对其进行了解析,最终完成了水文模型对象类的抽象,为建立通用型的洪水预报软件平台提供了便利。     

鄱阳湖临湖区范围确定研究

鄱阳湖临湖区是鄱阳湖湖体与五河流域的衔接带,但没有明确的边界范围。为此,从生态环境科考的角度出发,界定了鄱阳湖临湖区内涵及范围;并采用GIS空间分析方法和野外考察相结合,划定了临湖区的界线。临湖区有入湖口18个,涉及南昌市、九江市、上饶市、宜春市和景德镇市,总面积2.34万km2。临湖区范围的确定,为地表水过程、泥沙过程的研究提供了清晰的边界,并在空间上实现了自然过程和人文过程的衔接。     

基于云计算架构的水文大数据云平台建设

随着信息技术的应用发展,水文行业在水情采集、分析、业务处理等方面产生的数据量急剧膨胀,突发性汛灾情的频发使得各水文领域应用系统对调用数据的时效性和并发性要求越发严苛,现代高效的水文数据中心的建设需求随之变得更加迫切。大数据技术与云计算技术在海量异构数据的高效存储、处理、数据挖掘等方面具有天然优势,在气象、国土等行业已落地应用,但水文行业目前尚未有大数据和云计算技术的应用先例。综合水文大数据的特点和目前浙江省水文中心私有云建设现状,创造性提出基于云计算与大数据技术的混合云水文数据中心架构设计,以满足海量水文数据高效分布式采集、融合与分发,同时为水文数据的挖掘分析提供操作平台。     

Parameter identification and global sensitivity analysis of Xin’anjiang model using meta-modeling approach

Parameter identification, model calibration, and uncertainty quantification are important steps in the model-building process, and are necessary for obtaining credible results and valuable information. Sensitivity analysis of hydrological model is a key step in model uncertainty quantification, which can identify the dominant parameters, reduce the model calibration uncertainty, and enhance the model optimization efficiency. There are, however, some shortcomings in classical approaches, including the long duration of time and high computation cost required to quantitatively assess the sensitivity of a multiple-parameter hydrological model. For this reason, a two-step statistical evaluation framework using global techniques is presented. It is based on (1) a screening method (Morris) for qualitative ranking of parameters, and (2) a variance-based method integrated with a meta-model for quantitative sensitivity analysis, i.e., the Sobol method integrated with the response surface model (RSMSobol). First, the Morris screening method was used to qualitatively identify the parameters’ sensitivity, and then ten parameters were selected to quantify the sensitivity indices. Subsequently, the RSMSobol method was used to quantify the sensitivity, i.e., the first-order and total sensitivity indices based on the response surface model (RSM) were calculated. The RSMSobol method can not only quantify the sensitivity, but also reduce the computational cost, with good accuracy compared to the classical approaches. This approach will be effective and reliable in the global sensitivity analysis of a complex large-scale distributed hydrological model.