新安江模型汇流参数与地貌特征规律分析及应用

基于数字高程模型对皖南山区屯溪流域及其嵌套子流域进行数字化,提取了研究流域的面积坡度与河道平均坡度,以新安江模型汇流参数的物理意义为基础分析了参数与地貌特征间的规律,并进行了实例验证.结果表明,所得规律能较好地反演皖南山区7个流域的河网水流消退系数及河道汇流河段数,研究结果合理、有效.     

基于参数分解法的无资料流域洪水预报研究

针对目前无资料流域洪水预报方法存在的不足,提出了参数分解法,即利用武江流域控制站犁市水文站1980~1996年43场降雨径流资料作为模型参数率定资料,分别率定武江流域大、中洪水的新安江洪水预报模型参数,并以1997~2004年16场降雨径流资料进行检验,在模拟和检验达到较好的结果后,再利用参数分解法推求武江流域内田头水子流域大、中洪水的新安江洪水预报模型参数,并利用田头水59场降雨洪水实测资料对模型进行验证。结果表明,利用该方法建立的田头水子流域洪水预报模型预报大、中洪水的验证精度均达到乙级以上标准。     

基于TOPSIS法的水文模型多目标参数自动优选方法研究

将TOPSIS法与遗传算法相结合,以径流总量误差、总径流过程均方误、洪峰过程均方误和枯水过程均方误为目标函数,采用均方差确定目标函数权重,利用四个流域连续雨洪资料对新安江模型进行多目标参数优选,并与距离函数法比较,探讨其对水文模型多目标参数优选的适应性。结果表明,TOPSIS法和距离函数法模拟效果相当,基于TOPSIS法的多目标参数优选优于单目标参数优选。     

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。     

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。     

基于山坡Pe'clet数推求土壤水蓄水容量

山坡几何形状影响流域水流汇聚,土壤厚度则影响径流生成,在水文过程模拟中考虑山坡地貌因素十分必要。基于山坡单元,通过研究水文相似因子山坡Pe'clet数(Pe数)在不同流域空间分布的规律,发现山坡Pe数的累积分布曲线与流域蓄水容量曲线类似,由此确定两者之间的关系式。实例验证表明,利用山坡Pe数推求流域土壤水蓄水容量的方法可行。利用关系式反推新安江模型中的参数B,对比率定参数B的径流模拟结果与推求参数B的径流模拟结果表明,推求参数B的模拟结果整体较好,避免了新安江模型中参数B的率定,进一步验证了该方法的合理可行性。     

改进的分布式水文模型在渭河流域的适用性分析

将具有物理机制的Green-Ampt下渗曲线引入到基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)中,在DDRM的栅格结构中增加了超渗产流模块,实现了对DDRM模型的改进。将原模型、改进的模型和新安江模型在渭河流域进行应用和验证,探讨了DDRM模型在半干旱半湿润地区的适用性,即采用渭河流域1km×1km的DEM提取流域特征信息并划分子流域,并以子流域作为空间分解单元,借助多线程并行化计算提高了模型计算效率。从Nash-Sutcliffe效率系数、径流深相对误差角度对模拟结果进行比较分析,表明改进的DDRM模型模拟效果优于原模型;改进的DDRM模型径流深相对误差小于新安江模型,但NashSutcliffe效率系数略低于新安江模型;且由于产流机制的改变,改进前后模型模拟的两种水文要素分布也呈现出一定的差异。     

基于主成分分析的流域聚类研究

针对流域聚类研究中流域特征指标变量过多会增加计算的复杂性和指标间存在相关性使信息重叠导致计算结果失真的问题,采用主成分分析的方法将原特征指标综合为少数几个不相关的主成分,且提取出的主成分基本包含原特征指标的全部信息,并根据各流域在主成分上的得分值作为新样本进行流域聚类研究,找出相似流域,实现了无资料地区的参数移植。实例应用结果表明,该方法可行、有效。     

TOPMODEL模型在长江上游无资料地区的水文模拟

针对无资料地区水文模拟精度不高的问题,以长江上游李庄、朱沱、寸滩、宜昌四个子流域为例,假定其中一个流域无实测资料,其余流域为参证流域,分别选择TOPMODEL模型和新安江模型,以多目标算法MOCSCDE进行模型参数率定后,移用于无资料流域,开展水文模拟研究工作与结果分析。结果表明,TOPMODEL模型径流模拟结果与实际具有更高的拟合度,更适用于无资料情况下的流域水文模拟,为TOPMODEL模型在无资料地区的应用提供一定依据。     

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。     

二参数Weibull分布在风能资源参数长年代订正中的应用探讨

选择代表平原、丘陵和山区的6个气象站分别作为参证站和订正站,采用二参数Weibull分布法和线性回归法进行30 a订正效果检验,结果表明:短期资料进行风电场风能资源评估,误差较大;二参数Weibull分布法适宜不同地形风能资源参数长年代平均订正,年平均风功率密度的订正效果更好;线性回归法适宜于订正站和参证站线性相关性较好的长年代平均订正;使用2 a以上的观测资料,订正效果较1 a资料有所提高。     

基于贝叶斯优化算法的新安江模型参数优化及应用

鉴于参数优化是保证水文模型预报效果的重要途径,以息县流域为例,采用贝叶斯优化算法对新安江模型参数进行优化,并与遗传算法进行比较。结果表明,在息县流域日径流预报问题上,贝叶斯优化算法相比遗传算法效率提升显著,精度略优于遗传算法,非常适用于解决新安江模型参数优化问题。     

岩溶流域枯季径流的区域频率分析

了解岩溶流域枯季径流的变化对维持岩溶生态系统的发展有重要意义。采用线性矩法以年最小7日平均径流量作为枯季径流的统计特征量,通过样本一致性检验、样本相似区检验及区域分布函数识别后,分别采用5种分布函数进行频率分析计算,并以概化的罗枝斯蒂分布(GLO)作为区域统一分布线型,采用指标洪水法对研究区贵州省乌江水系进行枯季径流的区域频率分析。结果表明,GLO分布能取得较好的枯季径流模拟精度。     

龙角山水库入库洪水实用预报方法对比研究

为提高流域洪水预报精度,以山东半岛龙角山水库为例,利用25场洪水资料,选择降雨径流经验相关法和新安江模型对比分析二者的预报精度。结果表明,降雨径流经验相关法在率定期和验证期的地面径流深预报合格率分别为94.1%、87.5%,精度为甲等级别;新安江模型洪峰、峰现时间和径流深三个预报项目平均合格率在率定期、验证期分别为84.3%、83.3%,精度为乙等级别。与新安江模型相比,降雨径流经验相关法能够对洪量做出更为准确的预报,而新安江模型尽管总体预报精度偏低,但其还能对洪峰和峰现时间做出预报。在实际洪水预报作业中,可采用两种预报方法相结合的方式,取长补短,对各种水文预报要素做出更加准确的预报,从而为水库调度决策提供更有利的技术支撑。     

水库调度对不同降雨类型下径流的影响分析

针对研究水库调度对径流的影响并未考虑年内降雨特性的问题,选取碧流河流域为研究对象,采用模糊聚类法对1984～2005年年降雨序列进行聚类分析,建立水库径流情势影响评价指标,研究不同时间分布类型降雨条件下水库调度对径流特性的影响.结果表明,不同降雨类型下水库调度对径流特性的影响不同,年降雨量越小、年内分布越分散、降雨过程线越平缓,其影响程度越大.     

基于基本单元的沿渡河流域分布式汇流模型

在概化基本单位为"V"形基本单元和马蹄形基本单元基础上,提出了分布式汇流模型(即坡面汇流、河道汇流模型).给出了坡面汇流"V"形、马蹄形基本单元面积-时间曲线及时段单位线方程,推求了基本单元坡面最大汇流时间;利用马斯京根法建立了河道汇流的水量平衡方程和槽蓄方程.以沿渡河流域为例,概化出59个基本单元,计算出内、外单元的平均面积、链长及坡长,采用新安江模型分析沿渡河流域的雨洪资料,利用其中10场地表径流资料对模型参数进行率定,验证结果表明模型合理可靠,具有较好的实用价值.     

基于多目标GLUE算法的新安江模型参数不确定性研究

针对新安江水文模型参数的不确定性问题,以湘江湘潭断面控制流域为例,采用新安江日模型和两个纳什效率系数作为水文模型参数率定的目标函数,结合SCE-UA优化算法,分析了不同目标函数对实测径流的模拟能力,在此基础上进一步分析了单目标GLUE方法、多目标GLUE方法和NSGA-Ⅱ优化算法获得不确定性区间特征值。结果表明,不同目标函数对径流过程显示了不同的模拟性能;NSGA-Ⅱ算法可优化多目标拥有较小的不确定性区间,但区间对实测值的覆盖率较小;与单目标算法相比,在相同的区间宽度下,多目标GLUE方法具有更高的区间覆盖率。     

CMORPH卫星反演降水数据质量评估及水文过程模拟

卫星降水对展现降雨空间分布特征、提供防洪决策依据起着重要作用。以綦江流域五岔水文站以上控制面积为例,采用网格大小为0.25°×0.25°的CMORPH卫星反演降水数据,利用TS评分、空报率、漏报率三种指标评估日尺度卫星晴雨预报精度,利用平均绝对误差、显著性检验和相关性分析评估日尺度和月尺度卫星降水数值精度;将该降水数据和站网数据分别作为新安江模型的日模型输入,以2009～2012年为率定期,2013～2014年为验证期。设置最优参数不变和最优参数对比两组试验,利用纳什效率系数、径流深相对误差、均方根误差评估水文过程模拟精度。结果表明,对于中小流域,基于CMORPH卫星降水的新安江模型模拟结果对大洪水洪峰模拟偏低,小洪水洪峰模拟偏高,退水段模拟结果较好,总体模拟精度较高。参数率定时应更侧重于SM、CS两个敏感参数,且KC的初值可定得适量大一些,以期得到令人满意的结果。     

大汶河戴村坝径流序列一致性影响分析

基于大汶河流域戴村坝水文站1952~2014年径流、降水及蒸发资料,采用双累积曲线法、有序聚类法及游程检验法、Kendall秩次相关检验法、t检验法、累积量斜率变化率比较法对流域径流序列进行一致性分析和检验,并计算了气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明,大汶河戴村坝流域年径流序列呈逐渐下降趋势,且变化趋势显著,突变年份发生在1964年,一致性不好;研究流域降水量、蒸发量和人类活动对径流变化的相对贡献率分别为15.809%、23.678%和60.513%,说明在大汶河戴村坝流域,人类活动影响较自然气候变化对径流量变化的影响更大,研究结果可为大汶河流入东平湖后的一系列优化调度计算提供合理数据。     

西江流域枯水径流频率分析

以西江流域控制性水文站最枯月径流、枯水期平均径流序列作为频率分析的特征指标,采用PPCC检验法,对10个水文站点6种理论概率分布进行了对比计算,并分析了不同线型、不同频率区间内枯水设计值的误差变化趋势及外延可靠性。结果表明,采用三参数对数正态分布描述西江流域枯水径流概率分布最优,对数皮尔逊Ⅲ型分布次之,最优分布型式在流域空间分布上无明显差异,在西江流域枯水径流实际水文频率计算时应分析所用频率曲线的可靠性,慎用外延值。