TOPMODEL模型在半湿润地区径流模拟分析中的应用及改进

为了使TOPMODEL模型结构更合理,并能够用于半湿润地区或半干旱地区的径流过程模拟,文章对TOPMODEL模型的蒸发产流模块以及汇流模块进行改进,在蒸发产流模块中添加植被冠层截留蒸散发模型和Holtan超渗产流模型,汇流模块中坡面汇流采用瞬时单位线模型,河道汇流采用马斯京根河道洪水演进模型。通过对半湿润地区流域内降雨径流过程的模拟验证,表明通过对TOPMODEL模型的改进,模型对半湿润地区的降雨径流过程模拟精度有很大的提高,拓展了TOPMODEL模型适用范围。     

DEM分辨率对TOPMODEL模拟精度影响研究

选取韩江流域梅河水系宁江河上游合水水库部分为研究区,采用多流向法对研究区内多分辨率的DEM数据提取地形指数以进行降雨-径流模拟,研究TOPMODEL在湿润地区小流域中应用的可行性,及DEM分辨率变化对TOPMODEL降雨-径流模拟精度的影响。     

根河流域洪水实时预报方法

根河流域的汛期雨季实时洪水预报精度不理想,文章结合水文历史数据,开展退水分析、降雨径流分析、单位线分析工作,通过对预报系统进行人工干预,对蒸发产流、汇流模块改进后,预报精度明显提升,为防汛抗旱工作提供更加有力的技术支撑。     

双超模型在小流域洪水预报中的应用

在半干旱半湿润地区,其降雨径流的形成过程十分复杂,既有蓄满产流,又有超渗产流。为了适应这种复杂的降雨径流的形成机制,建立适用于超渗产生地表径流和超蓄产生壤中流的"双超"产汇流模型,并将其应用于山西省古县小流域洪水模拟预报。计算结果表明,该模型模拟预报的洪水过程与实测洪水过程基本吻合。     

土石山区山坡降雨入渗产流模型

在分析土石山区下垫面特性的基础上,引入碎石体积比例系数量化土壤中碎石对入渗的影响,并考虑山坡基岩凹凸面及封闭裂隙储留,构建了一种包括植被截留、洼地储留、土壤入渗、壤中流、基岩凹凸面及封闭裂隙储留等计算模块的土石山区山坡降雨入渗产流模型;采用径流小区天然降雨产汇流试验对模型进行验证,并与现有山坡降雨入渗产流模型的模拟结果进行了对比分析。结果表明:与现有模型相比,构建的入渗产流模型可以较好地模拟地表径流强度和土壤入渗率,实测值与模型模拟值较为吻合;暴雨期土壤入渗率的模拟值远小于实测值,可能原因在于该模型忽略了碎石与土壤的直接接触面间可能形成的水流快速通道,未考虑土石山区山坡土壤层和基岩层中可能存在的优先流,模型尚需进一步完善和改进。     

山地小流域降雨及输沙过程的计算模型及其数值模拟

本文依据山地小流域产流及汇流特征，采用数理分析方法，探讨了其降雨强度，出口流量及输沙率随时间变化过程的数学表达关系，建立了从降雨至径流输沙的系统模型，经编程计算，模拟值与某小流域降雨和汇流资料吻合较好。     

新安江产流和TANK汇流耦合模型在南方湿润地区的应用

为提高南方湿润地区中小河流的径流计算的精度,充分合理利用附近或者下垫面相近流域的水文测站,解决无径流资料地区模拟径流成果可靠度的问题,同时为无资料地区兴建水利工程在运行提供合理以及科学的决策依据,提出了新安江产流和TANK汇流相结合的径流计算分析方法,并以铜山源溪流域为例,通过1962—2016年降雨和蒸发分析该地区径流,研究计算表明,该流域主要受梅雨控制,主汛期主要在4—7月,径流量占全年的58.9%,多年平均径流深为1 198 mm,能充分反映出流域真实的径流特性;经与铜山源水文站实测12年径流成果对比分析,径流深年际变化规律一致,计算径流成果误差不超过2%,认为新安江产流和TANK汇流耦合的径流分析方法的计算成果是合理的,既能满足成果合理性的需要,又能补齐地区水文资料匮乏的短板,在降水丰沛且地区水文环境较差地区具有较好的可操作性。     

基于TOPMODEL的分布式水文模型应用研究

在TOPMODEL模型理论基础上，设计了一个分单元处理产流和汇流过程的分布式水文模型。该模型分单元计算地形指数和模拟产汇流过程，并通过引入Nash地貌瞬时单位线进行单元汇流演算。最后，用模型对一个流域的产汇流过程进行了模拟并和实测的径流量做了比较，结果表明此模型合理具有较高的精度。     

考虑喀斯特地貌的分布式降雨径流模型在西江流域的应用

受喀斯特地貌影响,喀斯特区的产汇流情况与非喀斯特区差别较大,适用于非喀斯特流域的降雨径流模型不能照搬到喀斯特流域。基于喀斯特地貌的水文特性及变异性,考虑了表层岩溶带对蓄水能力、地下河系对产流速率的影响,实现了对基于DEM的分布式降雨径流模型DDRM(DEM-based Distributed Rainfall-Runoff Model)在喀斯特流域的改进。以西江流域梧州站以上区域为研究对象,开展了模型应用研究,模拟梧州站2010—2016年日径流过程。结果表明:改进后的DDRM模型可显著提高喀斯特流域日径流的模拟精度,对洪水期和枯水期的径流过程均有较好的模拟效果。     

LSPC 模型在半干旱半湿润地区 多年连续日径流模拟中的应用

LSPC 模型是基于物理过程的半分布式水文水质模型, 美国环境保护局将其作为 TMDL 计划制定实施过程中 估算污染物负荷最主要的模型之一, 在美国有着非常广泛的应用; 但在中国此前尚无实际应用案例。半干旱半湿润 地区蓄满产流和超渗产流模式交织在一起使得该地区降雨径流形成过程非常复杂, 其水文模拟对模型物理过程表 达的准确性及物理参数的率定都有很高的要求; 为了研究 LSPC 模型在中国半干湿地区的适用性, 根据水平衡理论 提出了水平衡三步参数率定法, 并利用该方法对位于河北境内的武烈河流域进行了多年连续日径流的模拟研究。 该模型在验证期的日径流模拟相对误差为 10. 8%、 决定系数为 0. 78、 纳什系数为 0. 57。研究表明, 水平衡三步参数 率定法可以较好得应对半干旱半湿润地区复杂的产汇流过程, 使其基流和峰值的模拟都取得良好的效果, 同时也说 明 LSPC 模型对水文循环物理过程的数值模拟适用于我国半干旱半湿润地区, 对长期连续日径流量的模拟具有良 好的适用性, 能在我国推广使用。     

不同蒸发计算方法对水文过程模拟影响的分析

为研究不同蒸发输入对流域水文模拟的影响,以印江河流域印江水文站以上集水区域为对象,将蒸发站蒸发皿实测资料和P-M公式计算的参考作物蒸散发作为模型蒸发输入,应用于垂向混合产流模型进行日径流过程模拟。研究结果表明,以P-M公式计算的参考作物蒸散发为蒸发输入的垂向混合产流模型,其模拟精度总体上要高于以蒸发皿实测蒸发为输入的模拟精度,能够更合理地模拟印江河流域的日径流过程。     

三参数月水量平衡模型在丹江口水库控制流域的应用

基于水热平衡方程和流域蓄泄关系,建立了流域三参数月水量平衡模型,该模型概化了径流、降雨、蒸发和流域蓄水量之间的关系,并根据分区域汇流特点计算月径流量。利用该模型对丹江口上游7个子流域及全流域1977—1987年的月径流过程进行模拟和检验,率定期和检验期的确定性系数分别为0.85和0.80,径流总量相对误差分别为0.7%和0.2%。模拟和检验结果表明,所建模型具有较强的适用性,能较好地模拟丹江口水库控制流域及其各子流域的月径流过程,为建立丹江口水库月径流预报模型提供了可靠的技术途径。     

Hydrological daily rainfall-runoff simulation with BTOPMC model and comparison with Xin'anjiang model

A grid-based distributed hydrological model, the Block-wise use of TOPMODEL (BTOPMC), which was developed from the original TOPMODEL, was used for hydrological daily rainfall-runoff simulation. In the BTOPMC model, the runoff is explicitly calculated on a cell-by-cell basis, and the Muskingum-Cunge flow concentration method is used. In order to test the model's applicability, the BTOPMC model and the Xin'anjiang model were applied to the simulation of a humid watershed and a semi-humid to semi-arid watershed in China. The model parameters were optimized with the Shuffle Complex Evolution (SCE-UA) method. Results show that both models can effectively simulate the daily hydrograph in humid watersheds, but that the BTOPMC model performs poorly in semi-humid to semi-arid watersheds. The excess-infiltration mechanism should be incorporated into the BTOPMC model to broaden the model's applicability.     

基于TOPMODEL的中小河流分布式洪水预报模型及其应用

近年来广东省中小河流洪水灾害频发,研究中小流域洪水预报模型对预防洪水灾害具有重要意义。本研究改进了传统的TOPMODEL模型,以栅格为单元构建了基于TOPMODEL的中小河流分布式洪水预报模型,并以高田水上游流域为研究对象,采用SCE-UA优选算法对1975—2008年的8场洪水进行参数优选,并对2010—2012年的4场洪水进行模型验证。模拟结果表明,本次预报在率定期和验证期平均确定性系数为0.85,径流深预报合格率为92%,峰现时间预报合格率为100%,模型模拟效果较为理想。用改进后的模型研究了某场洪水汇流过程不同时刻的空间分布情况,表明改进后的TOPMODEL模型能够直观地反映洪水的时空变化,模型具有一定的合理性和实用性。     

非均匀下垫面流域径流模拟与径流分析──岩溶地区水资源研究之一

同下垫面较均一的地区相比，岩溶地区流域下垫面不均匀性影响十分显著，各处产流的过程与特性差异较大。本文根据对黔中高原地区岩溶流域的实地查勘、流域下垫面结构、坡地水流特性与水文学原理，并在原有研究基础上，进一步改进和提高了岩溶地区非均匀下垫面流域的水文模拟技术，对岩溶地区河流的径流成份作了进一步分析，获得了满意的成果。     

通过流量放大减小水文模拟与预报不确定性的应用研究

应用TOPMODEL模型,采用普适似然不确定估计(GLUE)方法,以属于半干旱地区的东湾流域为例,探讨径流系数在水文模拟与预报中的影响作用。通过其影响来提高径流系数较低地区的模拟精度,减小水文模拟与预报的不确定性。研究发现,模拟精度随着径流系数增大而提高,并在径流系数为0.5附近达到峰值后逐渐降低。基于此通过流量放大的改进方法进行东湾流域的水文模拟,改进后的结果有较大改善。     

基于SWAT模型的宝库河流域日径流模拟

根据西宁市宝库河流域土地利用、土壤类型及气候特征建立了适合于该区的SWAT分布式流域水文模型,并参考月过程的参数率定结果对日过程进行模型校准和验证。结果表明:基于SWAT模型的日径流模拟在该流域得到了成功运用,其中模拟的相对误差R e为16.9%,Nash-Suttclife系数E ns为0.76,相关系数r2为0.72,为后续模拟该流域鱼类产卵期的流量脉冲过程提供了数据支撑。     

平原城市雨洪过程模拟

本文提出一个适合平原城市水文过程模拟的数学模型，由产流、坡面汇流、管网汇流、河网汇流4个子模型组成.对北京市太平湖排水小区雨洪过程模拟验证表明，结果是可靠和合理的.     

基于改进降水输入模块的融雪径流模拟:以拉萨河为例

降水是自然界物质循环和水循环的重要组成部分,是高寒地区径流的重要来源,水文模型中降水数据的输入精度对提高高寒地区融雪径流模拟效果具有十分重要的作用。青藏高原地区气象站点较少,站点数据无法全面反映流域内降水时空分布的真实情况,传统的融雪径流模型在地形、风向和水汽等要素对降水垂直分布的影响考虑不够全面,制约了模型在山区融雪模拟以及预测中的应用,因此有必要对模型的降水输入项进行改进,以期提高半干旱高寒地区融雪径流模拟效果。本文基于改进的遥感卫星数据校正理论,开发了适用于半干旱高寒地区的降水输入模块,将其与度日因子模型进行耦合,利用高程分带将降水组合成半网格半站点的降水输入数据驱动模型,并在拉萨河流域进行试验研究。结果表明:降水输入模块能够显著提高降水卫星反演地面降水精度,改进后的融雪模型在率定期和验证期的NSE(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient)分别为0.741和0.770,高于原融雪模型的模拟效果,表明改进后的模型能够在流域各个分区获得较为精确的降水数值,融雪径流模拟精度比原模型精度得到提高。总之,耦合降水输入模块的融雪模型可以有效提高降水输入精度,对缺资料半干旱高寒地区融雪模拟具有重要的参考价值。