GIS中的通用水文模型数据结构研究

针对水文模型与GIS平台数据结构不一致这一数字流域集成的最大障碍,从模型角度研究地理数据与GIS融合的标准方法,并设计了标准化地理数据接口和可复用地理数据组件.自定义GIS兼容的地理数据结构,解决了GIS与水文模型高度集成的时空特征和拓扑结构不匹配问题.以软件工程中常用的组件接口技术为核心方法,提炼水文模型所采用的地理...     

水文学与“大数据”

论述了"大数据"方法的特点和优势,即用密集的数据替代数学公式来精细地表达水文现象的时空变化或微分方程的解,讨论了水文学需要"大数据"方法的理由,以及获取水文大数据的技术支撑。认为"大数据"方法可能引发科学思维方法的创新,可能成为解决水文学一些困难问题的途径之一。     

大流域水文监测模拟与可视化实现

针对传统的水文信息系统难以集成多源信息,且实时性与三维可视化能力不足的问题,基于数字地球平台技术,设计开发了面向水文大流域的水文监测、分析和模拟的三维可视化服务平台。根据水文数据的特点,对功能模块与基础组件进行重新设计,对相关数据和水文模型进行服务发布,并将服务层统一集成到三维可视化平台中。在三维可视化环境中实现了水文信息的集成应用与三维展示,可为水文管理和研究人员提供一个三维可视、人机交互的操作环境。     

下垫面变化对流域产汇流影响研究进展

近年来随着人类活动影响的加剧,流域的下垫面条件发生了显著变化,改变了流域入渗、蒸散发、径流等水文过程的特征,对流域的水资源、洪旱都造成了显著影响。为科学合理地开发流域水资源,下垫面变化对流域产汇流影响成为水文科学研究的热点问题。近年来国内外关于下垫面变化对水循环影响方面的相关研究历程可以划分为萌芽阶段、起步阶段和发展阶段,现有研究认为,森林砍伐与草地开垦、农业开发与城镇化建设活动可以增加径流量,而水土保持措施可以减少径流量,流域下垫面通过各种景观变化的耦合作用影响河川径流。下垫面变化的水文效应的研究方法主要有流域对比试验法、特征变量时间序列法、水文模型法等,其中,流域生态水文模型是生态水文研究的前沿和热点。此外,多种综合方法越来越多地应用在下垫面变化影响水文效应的研究中,而"原型观测+数值模型"的研究方法可能会成为一个发展趋势。     

新一代水文模拟系统的流域嵌套式强化观测方案设计——以新安江水文水资源实验站改建项目为例

气候变化和高强度的人类活动对水文循环及其时空演变规律产生了重要影响,原有研究成果已不能真实反映现代条件下的水文变化规律。作为概念性模型的代表,新安江模型已不能适应变化环境下流域综合水文要素的模拟,因此有大量应用基础研究工作亟需加强。为解决这一难题,文章以新安江水文水资源实验站改建项目为例,阐述嵌套式强化观测流域设计方案的应用,在原有设施基础上,嵌套增建了原型小流域及坡地水文综合要素观测场、嵌套式强化观测流域、水文综合实验与分析测试中心及远程接收中心。结果表明该设计方案能够有效的提升数据资源类型及涵盖面,为发展新一代水文模型系统提供数据支撑,为建设流域大气-水文-生态综合模型提供科学依据。     

基于MapX控件绘制水文数据等值线

采用VB集成MapX控件进行地理信息系统GIS开发的技术,解决了雷达测雨及分布式水文模型计算所得的大量分布式栅格地理数据的处理和显示问题.在地理数据分析中选用一种基于正交网格的等值线算法,并由VB程序实现.将该项技术应用于史灌河流域,并绘制了雷达估测的降雨数据及分布式模型计算所得的水文数据的等值线图,表明将该技术应用于分布式水文模型的数据分析与显示是成功的。     

新一代水文模拟系统的流域嵌套式强化观测方案设计 —以新安江水文水资源实验改建项目为例

气候变化和高强度的人类活动对水文循环及其时空演变规律产生了重要影响,原有研究成果已不能真实反映现代条件下的水文变化规律.作为概念性模型的代表,新安江模型已不能适应变化环境下流域综合水文要素的模拟,因此有大量应用基础研究工作亟需加强.为解决这一难题,文章以新安江水文水资源实验站改建项目为例,阐述嵌套式强化观测流域设计方案的应用,在原有设施基础上,嵌套增建了原型小流域及坡地水文综合要素观测场、嵌套式强化观测流域、水文综合实验与分析测试中心及远程接收中心.结果表明该设计方案能够有效的提升数据资源类型及涵盖面,为发展新一代水文模型系统提供数据支撑,为建设流域大气-水文-生态综合模型提供科学依据.     

分布式水文模型与网络GIS技术集成的研究

分布式水文模型是目前流域模型方面的研究热点。为此,将分布式水文模型与网络GIS技术相集成,探讨了分布式水文模型在网络GIS框架下的数据存储、物理实现和消息通信方式,设计了完整的分布式水文模型与网络GIS框架集成方案,并根据集成方案实现了CREST模型的网络计算服务实例。实例结果表明,分布式水文模型与网络GIS技术集成具有良好的应用效果,能够拓展分布式水文模型的应用范围。     

空间嵌套式流域水文模型的初步研究——以三峡水库入库洪水预报为例

三峡水库的防洪调度是多任务和多目标的,既需要掌握整个长江上游的水、雨和工情,也不能忽视三峡区间洪水信息。本论文以三峡水库入库洪水预报为例,依据入库洪水特性,在整个长江上游和三峡区间分别构建了大小两种尺度网格单元的分布式水文模型,并与一维和二维非恒定流的库区水动力学模型相结合,初步实现了这两种尺度水文模型的空间嵌套,以此探讨适合于大型流域数字水文模拟的空间嵌套式流域水文模型结构与构建方法。研究初步表明,嵌套模式构建的流域水文模拟方法,能够解决大流域水文模拟中多尺度之间的衔接问题。     

几种典型流域水文模型类比分析

流域水文模型是研究水文自然规律和解决水文实际问题的重要理论基础。按照流域水文模型的基本分类,简单总结分析了国内外几种典型流域水文模型的基本建模思路、适用范围及其优缺点等。在此基础上,以模型效果评价指标为准则,通过对同一流域上不同模型、以及同一模型在不同流域上的应用效果进行类比和分析,提出了在特定流域应该选取比较适用的水文模型以及几种典型水文模型的最佳适用流域。     

论流域水文模型

论述了流域水文模型结构和参数的水文学基础、物理上的耦合关系,以及集总式流域水文模型与分布式流域水文模型的本质区别,讨论了2种模型解算方法的特点,以及在参数率定中产生异参同效的原因和减少异参同效影响的措施;提出了一个比较客观的模型验证和相互比较的方法。     

数值天气预报的成功经验对洪水预报的启示

鉴于近30年来数值天气预报有了长足的进步,而在洪水预报中试图推行流域水文模型却进展缓慢这一现状,试图寻找洪水预报精度与数值天气预报精度的差距原因。通过对大气模式(型)和流域水文模型的比较,围绕预报方法及预见期、初始场和边值场、数据同化和融合等问题,论述了数值天气预报的成功经验和流域水文模型在洪水预报应用中存在的问题,期望洪水预报能从中得到启示,在不远的将来实现流域水文模型与数值天气预报的无缝衔接,以进一步提高洪水预报精度,增长洪水预报预见期。     

物理性流域水文模型研究新进展

在计算机、空间观测等相关学科发展的推动下,物理性流域水文模型目前己成为流域水文模拟研究的重要发展方向。国内外很多学者通过一些新理论、新方法的应用,促进了物理性水文模型的研究,同时也使它成为了一个充满机遇和挑战的活跃领域。传统的物理性流域水文模型以数值求解控制水流运动的偏微分方程组为基本手段,存在模型应用尺度和方程适用尺度不匹配的尺度问题。为了解决这一问题,学者们开展了大量的思考和研究,同时也构成了当代水文学理论研究的中心内容,目前在物理性流域水文模型方面的研究可以归结为3个代表性的发展方向：在物理性和计算效率之间取得平衡的准物理性水文模型、基于不规则网格的物理性水文模型以及直接在宏观尺度建立数学物理方程的尺度协调的物理性水文模型。     

Potential implications of pre-storm soil moisture on hydrological prediction

Numerous hydrological models with various complexities, strengths, and weaknesses are available. Despite technological development, the association of runoff accuracy with the underlying model's parameters in watersheds with limited data remains elusive. Evaluating the soil moisture impacts at the watershed scale is often a difficult task, but it can be vital to optimally managing water resources. Incorporating pre-storm soil moisture accounting (PSMA) procedures into hydrologic models affects the watershed response to generate runoff from storm rainfall. This study demonstrated the impact of pre-storm and post-storm soil moisture in order to circumvent major obstacles in accurate runoff estimation from watersheds employing the conventional curve number (CN) model. The proposed hydrological lumped model was tested on a data set (1,804 rainfall-runoff events) from 39 watersheds in South Korea. Its superior performance indicates that the reconciliation of pre- and post-storm conceptualization has the potential to be a solution for efficient hydrological predictions and to demonstrate the complex and dynamic nature of tractable hydrological processes. The statistically significant results reveal that the proposed model can more effectively predict runoff from watersheds in the study area than the conventional CN model and its previously proposed modifications.     

Comparison of IDW and Physically Based IDEW Method in Hydrological Modelling for a Large Mountainous Watershed,Northwest China

Topography and spatial patterns of landscape significantly affect spatial distribution of precipitation and, in turn, hydrological modelling, especially in high elevation, mountainous watersheds of arid regions. This study incorporates a physically based inverse distance and elevation weighted (PBIDEW) method into a distributed conceptual hydrological model, distributed large basin runoff model, and compared with an inverse distance weighted (IDW) method to assess the performances of both methods in precipitation estimation for hydrological modelling at watershed scale. The PBIDEW method considers the impacts of topography using month‐dependent parameters in its interpolation of meteorological variables while the IDW method does not. Both the IDW and the PBIDEW methods are evaluated and compared in hydrological modelling at different spatial resolutions in the upper reach of the Heihe River Watershed, Northwest China. Results show that the IDW method underestimated the areal precipitation, and the PBIDEW method produced more realistic precipitation estimations in the study area. Both methods have some limitations, the performance of the IDW method was mainly influenced by the availability of observation data, while that of the PBIDEW method was mainly influenced by the representation of topographical information. Considering more detailed information for precipitation estimates, the PBIDEW method performed better at finer spatial resolution. Overall, the PBIDEW method, using month‐dependent physical interpolation parameters, seems more suitable for precipitation estimation in hydrological simulations in data‐scarce, high elevation and topographically complex mountainous watersheds in arid area. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

流域变化环境下水文非平稳异方差序列随机建模研究进展

气候变化和高强度人类活动的显著影响使流域水文序列出现异方差性,破坏了Box-Jekins法ARMA模型建立的前提条件。基于国内外相关研究进展和存在的主要科学问题,提出了目前几个主要研究内容和研究途径。金融学、经济学和信号处理等领域的观测序列与流域变化环境下水文非平稳序列异方差性波动特性相似,而且这些领域中已取得了许多成功的案例。应用金融学、经济学和信号处理等领域的异方差性原理和方法,结合流域水文特性,开展变化环境下水文非平稳异方差序列随机建模是可行的,与分布式水文模型相比,该方法是一种实用的建模途径。文中提出的一些思路可为变化环境下精确描述流域水文要素值的变化规律、涉水工程的规划设计与科学管理以及干旱风险调控提供依据。     

鸭绿江流域分布式水文模型开发及验证

基于水分能量传输模型(WEP模型),构建了鸭绿江流域基于物理机制的分布式水文模型,该模型综合了水文模型和陆面过程模型的优点,耦合了水分循环和能量过程的模型。以"子流域套等高带"为计算单元,将全流域划分为558个子流域和2 427个等高带,以日为时间步长,对冠层截留、蒸散发、下渗、产汇流等水循环要素过程逐一模拟计算,并以该流域2个主要水文站的还原流量资料为准,对模型进行校准与检验。在校准期与检验期,沙尖子站Nash-Sutcliffe效率系数在0.9左右,水量模拟误差约-4%,梨树沟站Nash-Sutcliffe效率系数在0.94左右,水量模拟误差仅为0.4%左右,表明该模型模拟精度很高,可为流域广义水资源评价、洪水预报预警和国际河流开发利用等提供有力的决策依据。     

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。