流域水文模型研究综述

流域水文模拟是用数学的方法描述和模拟水文循环的过程.按照水文循环运动的物理规律和空间变化规律介绍了流域水文模型的分类及其特点,回顾了流域水文过程模型的研究进展,总结、介绍了国内外分布式流域水文模型的开发研究成果,结合当前流域水文模型研究中存在的尺度、非线性、模型动态耦合等主要问题,提出了发展方向。     

SWAT和WetSpa Extension在罗玉沟流域的应用比较

近年来,运用水文模型来研究流域水文状况越来越普遍,本文以黄土高原丘陵沟壑区第三副区的典型小流域为例,基于SWAT和WetSpa Extension两个模型,从模型的输入数据、模型的参数和模型模拟结果等方面进行比较,以期为该区水沙模拟选择合适水文模型并为将来模型性能的改进提供参考。连续15年的校准验证表明:两个模型都能得到较好的结果,而SWAT模型能应用于水文及泥沙等模拟过程,相对来说功能更全面;WetSpa Extension模型目前仅能提供水文模拟的模块,优点在于模拟时间步长较任意,可进行洪水模拟。     

SWAT模型的参数灵敏度分析——以贡嘎山海螺沟不同植被类型流域为例

目前分布式水文模型在我国各种流域的水文过程模拟中已得到广泛的应用,为了深入了解不同分布式水文模型参数在水文循环过程中的影响程度,文中针对贡嘎山海螺沟4种不同植被类型流域,采用扰动分析方法定义模型参数的灵敏度并根据灵敏度的取值分为5级,基于SWAT(Soil&Water Assessment Tool)分布式水文模型研究了模型参数灵敏度在年内夏季和冬季的变化及其对水文过程模拟结果的影响。计算结果表明:冬季模型参数的灵敏度普遍偏高,会出现枯水期径流过程模拟误差较大的现象,而夏季模型参数的灵敏度相对降低;但在同时模拟汛期和枯期的径流过程情况下,前者的误差会小于后者。通过对SWAT模型参数在不同植被类型流域的灵敏度分析,将会有助于减少水文模拟的不确定性或能获得更好的估计结果。     

基于人工神经网络的雅砻江流域 水文过程多模型集合模拟

为降低水文模型的不确定性对流域水文过程模拟的影响,优化模型的实际应用效果,选取四种常见的水文模型:SWAT模型、BTOPMC模型、VIC模型和DTVG模型在中国西南的雅砻江流域分别建模,采用一套统一的模型输入数据与模拟时间范围,再次运用四个水文模型进行径流计算,并运用北京师范大学水科学研究院自主开发的基于人工神经网络方法的多模型输出集合系统对四个模型的模拟结果进行集合计算,得到集合计算的流量过程线及误差水平,与各水文模型计算结果相比较。研究结果表明,多模型集合计算的确定性系数和纳什效率系数均达到了0.90,相比单一水文模型的计算精度有大幅提高,且计算结果较稳定,与实际径流过程具有很好的一致性,说明多模型集合模拟在该流域具有很好的适用性。     

白洋淀流域分布式水文模型开发与验证

针对白洋淀流域水资源保护工作开发了分布式水文模型WEP-L模型。WEP-L模型是对流域水循环过程与能量循环过程的综合模拟,具有较高的模拟精度。对白洋淀流域1956 } 2000年的径流模拟计算表明:主要水文站的相对误差在5%以内,Nash-Sutcliffe效率系数在0. 8以上,可以用于白洋淀流域的水文循环分析。     

数据同化对流域蒸散发过程模拟的影响研究

为研究数据同化系统对流域水文过程模拟特别是蒸散发模拟的矫正情况,构建一种基于时变增益水文模型和遥感蒸散发的确定性集合卡尔曼滤波同化系统。参照流域出口流量和子流域蒸散发观测分析水文过程的模拟精度。在时间过程和空间分布上探求流域蒸散发的模拟精度、变化过程和同化校准效应。结果表明,经过数据同化,时变增益水文模型的模拟精度在纳西效率系数和水量平衡系数2个指标上都得到提高;子流域尺度上蒸散发精度也得到改善。进一步分析发现,数据同化对极端气候和人类用水影响明显下的水文模拟实现了较为显著的修正。该方法具有潜在的实用价值,可作为水文过程模拟的备选工具。     

基于统计仿真和数据同化的流域水文过程模拟

针对模型参数率定计算负荷量和优化性能问题,以沙河流域为研究区域,基于分布式时变增益水文模型,通过PSUADE平台提供的响应曲面参数优化方法,结合误差纠偏的集合卡尔曼滤波数据同化算法,实现水文模拟的综合优化。利用流域出口流量观测作为验证数据,以纳西效率系数和水量平衡系数及其综合函数作为评价目标,借鉴响应曲面方法生成水文模型的统计仿真代理模型,对模型参数进行敏感性分析并缩小取值范围,利用全局优化方法实现参数率定。基于遥感蒸散发观测、借助集合卡尔曼滤波算法,进行水文模型的数据同化,实现流域径流过程模拟的有效校正。结果显示:借助统计仿真方法降低了参数率定的计算消耗;利用数据同化调整了模型模拟的轨迹,验证期水量平衡系数、纳西效率系数、综合评价指标分别达到1.102、0.798、0.152,整体径流模拟效果较好,蒸散发模拟结果同样得到改善。     

不同水文模型在滦河流域对比运用研究

为对比研究不同水文模型在滦河流域的模拟精度,分别选取垂向混合产流模型和VIC模型,以滦河滦县水文站以上流域为研究流域,基于滦县水文站1980—1989年水文资料,对比分析不同水文模型的模拟精度,并在此基础上,定量分析不同蒸发输入和不同计算时段对水文模型模拟的影响。研究结果表明:垂向混合产流模型相比于VIC模型,在滦河流域具有更好的适用性,日模拟相对误差均小于VIC模拟的相对误差,且确定性系数均高于VIC模型;时段步长为0.5 h的次洪模拟,不论是在洪峰峰值模拟还是整个洪峰过程的拟合程度方面模拟精度都要优于计算步长为1 h的次洪模拟;运用Penman-Monteith公式计算的潜在蒸散发作为垂向混合产流模型蒸发输入,模拟的日径流过程总体上优于运用实测蒸发皿蒸发作为蒸发输入的模拟精度。模型的研究成果可以为滦河流域水文模拟和模型研究提供参考价值。     

NAM模型在鳌江流域洪水预报中的应用

介绍了NAM水文模型的结构,并模拟计算鳌江流域洪水过程,对所计算的结果进行分析比较。结果表明,NAM模型结构简单,使用方便,能较好地模拟鳌江流域的水文物理过程。     

山区流域洪涝预报水文与水动力耦合模型研究进展

受人类活动及气候变化的影响,我国山区流域洪涝灾害频发,研制洪涝模拟及预报模型对于流域洪涝灾害防治及水环境综合整治具有重要的理论意义和应用价值。论文评述了洪涝模拟与预报使用的水文及水动力模型的优缺点,指出单一的水文或水动力模型的局限性。基于此,分析并比较了国内外已有的水文模型与水动力模型的不同耦合方式,包括水文模型与水动力模型的串联耦合、水文模型与一维水动力模型的动态单向耦合、水文模型与二维水动力模型的动态单向耦合。总结了各类耦合模型的优势和适用性,评价了已有耦合模型在计算精度、数值格式稳定性和计算效率等方面所取得的创新。论文探讨了流域洪涝发生和发展的水文过程与水动力过程的互馈机制,分析了水文模型与水动力模型新的耦合方法及可行性,介绍了水文与二维及一维水动力的动态双向耦合模型。动态双向耦合模型预期能更加真实地反映流域洪涝发生及发展物理机制,具有提高洪涝模拟预报精度和计算效率的潜力。各类耦合模型各有其自身优势,可以根据流域及城市防洪实际,选取合适的水文与水动力耦合模型,为山区流域洪涝模拟和预报提供技术支持。     

LL-Ⅲ模型在美国Baron Fork流域的应用

有物理基础的流域分布式水文模型对流域产汇流以及对洪水过程的模拟与预报一直是水文研究的重点.分析了美国Baron Fork流域的降雨产汇流特性,应用基于DEM的LL-Ⅲ水文模型对Baron Fork流域进行产汇流模拟及洪水预报,结果表明,从模型模拟精度来看,该水文模型在Baron Fork流域洪水预报、流量模拟应用中取得了较好的效果,可以在水文、地质、地貌、气候等方面与该地区类似的流域推广.     

基于MIKE SHE模型的沙河水库流域水文模拟研究

为了探究流域水文循环及河道水动力变化规律,根据收集到的基础数据资料,基于MIKE SHE模型构建沙河水库流域分布式水文模型,模拟流域径流过程,并根据物理参数意义及率定的方式确定了模型相关参数。研究结果显示：MIKE SHE模型在研究区具有良好的适应性,2018年全年径流过程E_ns达到0.75,R²为0.77,径流总量RE为1.3%;汛期(6～9月)径流过程E_ns为0.71,R2为0.73,径流总量RE为7.5%,模拟精度达到良好水平,可为流域层面水环境模拟提供基础支撑,也可为其他相似地区水文模拟提供参考。     

分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用

旨在通过对国外比较流行的分布式流域水文模拟模型的介绍，对比分析各类模型的总体结构、特点及适应领域，结合在流域水资源管理中的应用，为流域水资源管理部门及相关研究工作人员在进行流域水文模拟模型选用时提供参考。     

数字水文模型在漳河观台以上集水区域的应用

结合当前地形处理技术及数字高程模型,生成了观台以上集水区域的数字流域.在此基础上,在子流域内分别建立新安江模型,并构建观台以上数字水文模型.应用此数字水文模型完成对流域内的5次历史洪水的模拟,将模拟结果与传统水文模型的结果进行了对比.分析表明,此数字水文模型具有一定的精度,为建立完全的数字水文模型提供了必要的研究基础.     

基于多模型控制技术的湟水流域水沙预报模型研究

传统的水文预报方法和水文模型往往是基于一个参数固定或慢时变得系统过程，预报结果精度差，难于作为预报方案推广。本文将多模型技术引入预报方案，利用现代水文预报方法开发了一套适合湟水流域的水沙预报模型。通过1990年～2000年，共11a资料对其进行模拟及预报，预报结果表明：此模型效果良好，可以作为预报方案推广。     

流域水文模型不确定性研究进展

流域水文模型不确定性显著影响模拟结果的精度,科学分析流域水文模型的不确定性是实际应用过程中的重要环节,对流域水污染科学管理具有重要意义。针对不确定性的分类,着重对近年来流域水文模型在输入数据、参数以及结构方面的不确定性研究进行总结,概述每种不确定性的来源及影响,并从降低流域水文模型不确定性的角度展望未来的研究重点和方向：(1)空间输入数据具有尺度效应,应权衡好模型尺度与计算量、精度的矛盾;(2)优化多源数据融合算法,提高降水数据的完整性和准确度;(3)探究参数动态变化和空间异质性对参数组合的影响;(4)推动并行和集群等高算力手段在多模型耦合模拟中的应用。     

基于 HSPF 的东江分布式水文模型构建

针对东江流域,在基于 HSPF 水文模型的基础上,构建了东江流域分布式水文模型。详细介绍了 HSPF 分布式水文模型构建的原理、模型数据准备、模型构建以及模型验证过程。从气象分布变异的角度出发,将东江流域划分成 51 个子流域,从物理分布变异的角度出发,将东江流域的土地利用类型与土壤类型和坡向重新叠置成 29 种特征类型的下垫面。通过模型的模拟效果来看,两校准站（河源站和博罗站）的相对误差均小于 15% ,NASH 系数都在 0.9 以上,模拟效果良好。     

基于数值天气预报模式的流域中期径流预报

研究耦合天气预报模式的径流预报对提高预报预见期及流域防洪减灾具有重要意义。以金溪池潭水库流域为例,通过尺度转换和气象要素联结实现GEM和GFS两种数值天气模式与新安江模型的单向耦合,进行流域水文模拟以及中期径流预报。日径流过程和次洪过程模拟结果发现耦合数值天气预报模式的流域中期径流预报能够较好地预估一段时间内的径流总量,而对洪峰以及洪水过程预报能力稍有不足。预报误差来源有水文模型误差和降水预报误差两种,且降水预报的误差在水文模型中会有放大的效应,这增加了中期径流预报的不确定性。     

汉江流域分布式水循环模拟研究

详细描述了汉江流域分布式水文模型构建和求解的过程,验证了WEP模型模拟研究区水循环的可行性。提出了"参数分区"的新理念,为研究参数不确定性空间变异提供了高效的模型空间结构。分别采用分割样本检验法和代表样本检验法对模型模拟结果进行检验。模拟结果的评价采用年径流总量模拟的误差RE、Nash指数及模拟的降雨径流相关系数个指标。     

变动态存储系数法在辽宁大凌河流域河道洪水演算中的运用研究

本文选用变动态存储系数法进行河道洪水演算,弥补传统水文模型河道洪水演算将洪水传播时间设为定值的不足。论文选取辽宁大凌河上游大城子水文站2000-2013年15场洪水资料对模型进行率定和验证,并和传统水文模型河道洪水演算方法模拟结果进行对比研究,结果表明相比于传统水文模型,采用变动态存储系数法的洪水模拟精度有所提高,15场洪水模拟合格率提高20%。研究成果对于大凌河流域水文模拟,特别是分布式水文模拟提供较为重要的参考价值。