雨量站网密度对洪水模拟及模型参数的影响

以湿润地区呈村流域为研究对象,通过模糊聚类方法控制雨量站网密度,并基于新安江模型探究了站网密度对洪水模型模拟结果和模型参数的影响。结果表明,对于呈村流域,当雨量站网密度高于100 km2/站,次洪模拟精度不会再随着站网密度的增大有显著的提高,同时也难以再通过参数优化得到改善;随着雨量站网密度的增大,新安江模型参数SM呈现增大的趋势,参数CS呈现减小的趋势;新安江模型参数在高雨量站网密度条件下表现平稳,裁撤少量雨量站后可沿用由高站网密度所率定的模型参数。     

东湾流域下垫面变化及其子流域嵌套分析

采用双累积曲线法和新安江模型分析东湾流域1960—2011年降水及径流变化,将东湾流域洪水系列划分为1994年前后2个系列,并以东湾流域与其潭头、栾川2个子流域为研究对象,用1994年前后东湾流域率定出来的两套参数模拟其子流域。结果表明:下垫面的变化影响到嵌套流域的降雨径流关系,1994年前东湾流域的参数对其子流域的模拟较好,1994年后东湾流域的参数模拟其子流域的精度已经达不到洪水的精度要求。     

XPBK神经网络模型的构建与应用

为了较好地模拟流域汇流过程,采用K最近邻算法、Pareto前沿解集法等方法对传统的BP模型进行了改进,然后结合新安江模型的产流模块构建了XPBK模型,以呈村、东湾、阜平3个流域作为研究对象,对各流域进行了模拟。结果表明:①在呈村、东湾和阜平3个流域中,XPBK模型的模拟效果总体上优于新安江模型的;②呈村流域新安江模型和XPBK模型的确定性系数均值均为0.97,东湾流域、阜平流域中XPBK模型的确定性系数均值均大于新安江模型的;③XPBK模型运用于流域模拟是可行的,尤其对湿润地区的模拟精度较高。     

新安江模型参数优化的一种约束SCE-UA算法研究

在新安江模型参数优化领域,洗牌复合形进化(Shuffled Complex Evolution,简称SCE-UA)算法得到了广泛的应用。但在长序列降雨径流模拟和模型参数优化中面临一些问题需要解决。当模型参数适配不当时,土壤含水量易于出现负值,此外,不同径流成分对应的汇流参数需要满足一定的大小关系。上述问题的处理,决定着优化算法能否找到具有正确物理意义的最优模型参数,以及径流模拟结果的合理性和可靠性。针对这些问题,提出了一种约束SCE-UA算法,通过罚函数法对土壤含水量和汇流参数施加约束,引导优化算法向具有正确物理意义的参数可行域展开搜索,在寻优的同时确保了物理意义的正确性。在呈村流域开展了基于约束SCE-UA算法的新安江模型参数优化研究,数值模拟结果表明,约束SCE-UA算法能够确保模型参数物理意义的正确性,解决了土壤含水量出现负值和汇流参数大小关系错误的问题。利用优化获得的最优参数开展水文模拟,能够取得更好的水量平衡效果和更高的模拟精度。     

SAWH模型及其在洪水预报中的应用

针对流域水文模拟中存在的方程适用尺度和模型应用尺度不匹配问题建立了SAWH模型,对美国Baron Fork河流域1996—2000年的6次洪水过程模拟结果表明:对于洪峰流量差别很大、峰型也不同的洪水过程,SAWH模拟得到的流量过程线与观测值均十分吻合,表明模型在洪水预报中具有很高的精度;参数敏感性分析表明,植被蒸发系数对洪水过程的影响很小,饱和导水率和洼地调蓄能力对洪峰和洪量均有明显的影响,而河道糙率主要影响洪峰峰型。     

基于MIKE SHE的洪水模拟与尺度效应分析

以淮河黄泥庄流域为研究对象,构建用于洪水模拟预报的分布式流域水文模型MIKE SHE,根据参数物理意义以及率定的方式确定MIKE SHE的模型参数。选用流域出口控制站黄泥庄水文站1983年～2009年间的21场洪水资料,对建立的模型进行了模拟与验证。在此基础上,研究设定了5种网格大小及5种时间步长,探究时空尺度变化对模型模拟效果的影响。结果表明,MIKE SHE模型对时间与网格尺度大小均较为敏感,且在一定尺度范围内,洪峰与洪量随网格增大而增大,随时间步长增加而减小。     

VIC模型汇流改进及在流域洪水预报中的应用研究

VIC模型一般在3 000 km²以上的大流域径流模拟中广泛应用,然而其原有的单位线汇流方法时间尺度为日,难以实现小时尺度的汇流计算,限制了VIC模型在中小流域洪水预报中的发展与应用。采用基于Gamma分布函数的单位线法对VIC模型现有汇流方法进行改进,将VIC产流模型与改进的分布式汇流模型相耦合,实现了基于VIC模型的小时尺度洪水预报,并在碧流河流域进行实例验证。结果表明：率定期和验证期确定性系数平均值为0.81,径流深预报合格率为95%,洪峰流量预报合格率为90%,模型模拟精度较高。改进后的汇流模型可以较好地模拟出洪水的起涨消退过程,能够满足流域洪水预报的需求,具有一定的应用价值。     

基于网格新安江模型的汇流方法研究

为使网格新安江模型更好应用于无资料地区洪水模拟及预报,文章采用网格水滴汇流方法构建网格新安江模型的汇流部分,以湿润地区屯溪流域为研究流域,将网格水滴模型与扩散波汇流模型及马斯京根汇流模型对比验证其模拟精度,并将网格水滴模型应用于半湿润半干旱地区东湾流域验证其适用性。结果表明,采用网格水滴汇流方法的洪水模拟过程在屯溪流域的模拟精度与其他2种方法基本相当,均可以达到甲级预报精度;同时在半湿润半干旱地区东湾流域的应用达到乙级预报精度。网格水滴汇流方法具有一定适用性。     

一种基于下垫面变化的产汇流模型及其应用

为土地利用变化较大的流域构建产汇流模型时,下垫面的变化是一个极其重要的因素。利用中国科学院土地资源分类系统将流域分为不同的下垫面类型,在每一种下垫面上分别考虑蒸发和下渗要素的影响,运用超渗-蓄满耦合产流模式进行产流计算,并采用单位线汇流和线性水库模型演算至流域出口断面,从而构建了基于下垫面变化的产汇流模型。在模型率定和验证时,对大清河水系紫荆关流域的洪水序列作频率分析,以不同重现期的洪水序列分别对模型进行率定和验证。从模拟结果来看,模型结构基本反映了流域产汇流的各个环节,模拟结果能够满足研究精度要求。     

秦皇岛汤河流域产汇流参数特性

基于同一流域的产汇流参数,随着降雨强度及时空分布呈一定规律变化的特点,现结合汤河秦皇岛水文站实测资料,阐述了浅山区流域产汇流参数在不同条件下的计算方法,分析计算了流域前期影响雨量Pa、最大损失量Im、稳定下渗率fc、汇流参数m值,并利用计算的参数对历史洪水进行了检验,计算精度较高,对本流域及类似流域产汇流规律研究、洪水预报、工程设计均有一定参考价值。