基于DEM的分布式新安江模型在径流模拟中的应用研究

穆棱河流域雨量测站和水文站网比较稀疏,下垫面情况复杂,给中小河流的洪水预报工作带来了困难.本文构建了基于DEM的分布式新安江模型,选取穆棱河湖北闸站以上流域进行径流模拟,并分析了T RM M卫星降雨产品RT数据在径流模拟预报中的适用性.比较不同降雨输入下日径流模拟效果,实测站点数据的日径流模拟效果都很好,RT数据的径流...     

基于Source平台的祖厉河流域降雨径流模拟

选用基于Source平台的SIMHYD模型进行祖厉河流域的降雨径流模拟。采用1956—1985年靖远站实测径流数据进行参数率定,并采用1986—2000年的数据进行模型验证。结果表明,多年平均径流量及最大、最小日平均径流量计算值分别与实测值相差-8.6%、0.2%、-20.1%,相关系数为0.98,Nash效率系数为0.96。SIMHYD模型总体模拟结果较好,可以满足模型精度要求。采用更为准确的降雨、蒸发和用水资料,进一步率定优化参数,可以提高模拟结果。     

基于WEP模型和TRMM_PR的唐家山堰塞湖入湖径流预报

为解决缺资料地区的堰塞湖入湖径流模拟预报问题,本文以2008年5月12汶川大地震形成的唐家山堰塞湖为研究对象;采用分布式水文模型与热带降雨测量卫星的降雨数据（TRMM_PR）相结合的方法,设置了3种降水输入模式,对堰塞湖形成期内（5月12日—6月9日）的日均入湖流量进行了模拟预报,并利用监测期内（5月29日—6月9日）入湖径流实测资料与模拟结果进行了对比。结果表明：根据气象站实测降水数据对TRMM_PR数据进行修正后输入模型（模式3）,比将气象站实测数据直接输入模型（模式1）和将TRMM_PR观测数据直接输入模型（模式2）的模拟结果要好。本文的模拟结果表明,分布式水文模型可以和星载雷达测雨数据相结合可有效弥补因气象站点过于稀疏、单站控制面积过大造成的资料缺乏问题,而利用气象站点观测数据对TRMM_PR数据进行修正可以有效改善模型的降水输入,从而可以提高入湖径流预报精度。     

气象数据不确定性对SWAT模型径流模拟影响

气象数据是SWAT模型重要的输入数据之一,受当前大气观测技术的局限,实测气象要素数据存在一定的不确定性,这种不确定性会影响模型模拟结果的精度。以黑河上游莺落峡流域为例,通过蒙特卡洛采样获得服从正态分布的随机数,在实测数据上加入随机误差来表示数据的不确定性,进而探讨气象数据输入不确定性对SWAT模型径流模拟结果的可能影响。结果分析表明:总体上,输入的气象要素数据不确定性对模型模拟结果影响较大;其中降水数据的不确定性对模型模拟结果影响最大;同时发现在模拟过程中考虑气象数据本身的误差影响,可有效提高径流模拟的精度。     

随机森林算法在西江洪水预报中的应用研究

以西江迁江站、柳州站和武宣站1952—2005年实测洪水数据为基础，通过分析上下游站点洪水流量的相关关系选取洪水预报特征因子，采用随机森林算法建立了武宣站洪水预报模型。结果表明：模型率定期预测的武宣站12～48 h洪水过程确定性系数大于0.98、合格率大于98%,验证期预测的12～24 h洪水过程确定性系数大于0.72、合格率大于82%,预报精度较高，预报结果不确定性较小，可为洪水预报提供方法参考。     

基于雷达和雨量站的权重校准法研究及其应用

利用雷达测量降雨可获得流域面上的瞬时降雨分布,但数据有一定的误差,可利用雨量站实测资料修正。以湖北省白莲河水库流域为例,首先运用集对分析方法确定雷达估算降雨场的Z~I关系,然后结合流域雨量站点对雷达估算降雨量进行校准。在此基础上提出了一种基于雷达和雨量站点资料的权重校准法,通过雨量站确定流域内各网格的降雨量级,对各网格的雷达测量降雨量精度进行调整,以充分发挥两种降雨估算方法各自的优势,得到比较理想的流域面雨量,最后将其输入到三水源新安江洪水预报模型,与其他降雨估算方法进行比较,洪水预报精度有一定提高。     

基于SWAT与新安江模型的闽江建阳流域径流模拟研究

采用SWAT模型对闽江建阳流域的日径流过程进行模拟计算,利用研究区1993年～1997年的实测流量数据进行模型参数率定,1998年～2000年的实测流量数据进行模型检验,并与三水源新安江模型的模拟结果进行对比,采用纳什效率系数NS、相对误差RE和决定性系数R²作为模型模拟精度的评价指标。研究结果表明,两个模型在建阳流域日径流模拟中都具有较好的适用性,且均能很好地用于该流域的径流预测与防洪规划。进一步分析建阳流域降雨和径流空间分布与变化特征的结果表明,该流域多年平均降雨量从西北向东南递减,径流空间分布与降雨空间分布相似,差异较明显;研究区总体径流呈增加趋势,但径流深的空间分布差异性呈减小趋势。     

基于多卫星降雨产品和多降雨径流模型的西江流域径流集合模拟

由于水文模拟不确定性的存在,单一模型获得的径流模拟结果难以满足水文精度要求。集合模拟则是减少不确定性,提高模拟精度的有效方法。现有研究多考虑水文模型的结构不确定性,将不同水文模型的径流模拟结果综合起来。但模型输入的不确定性也是水文模拟不确定性的重要来源。因此,基于贝叶斯加权平均(BMA)方法,考虑模型结构和输入的不确定性,设置了3种集合方案,对2种卫星降雨产品(TRMM、CMORPH)输入到3种水文模型(DDRM模型、新安江模型、GR4J模型)得到的径流序列进行集合,对各集合方案的模拟精度和不确定性进行分析。结果发现,不同卫星降雨产品输入到分布式水文模型中所得到的不同模拟序列具有较好的互补性,采用BMA方法对其进行集合模拟可以有效提高模拟精度,减小径流模拟不确定性。     

基于HEC-HMS的资料匮乏山区洪水模拟研究

以白花河小流域为例,探讨缺资料地区HEC-HMS模型的适用效果。通过流域DEM等下垫面数据获取流域信息,采用SCS-CN曲线法、SCS单位线法、指数衰退法、马斯京根演算法进行流域产汇流计算及河道洪水演算,构建了HEC-HMS降雨径流模型,结合广东省综合单位线法与推理公式法的结果对模型参数进行率定。结果表明,设计洪水计算结果的误差均小于20%且平均相对误差均小于10%;实测洪水模拟的洪峰流量相对误差小于10%,Nash系数为0.90。HEC-HMS模型进行径流模拟效果较好,可适用于研究区山洪预报。     

基于新安江模型的降雨不确定性传播

基于模糊隶属度理论,结合蒙特卡罗方法,定量分析了降雨不确定性在新安江模型中的传播特性及其对流量过程的影响。用模糊隶属度函数表示降雨量的不确定性,用蒙特卡罗方法把3 h雨量随机解集为1 h数据,以表征降雨时程分布的不确定性影响。应用新安江模型对褒河流域进行径流模拟。结果表明,雨量量级大小的不确定性在降雨不确定性中占据主导位置,降雨时程分布的影响次之。     

雷达降水同化方法在辽东暴雨易发地区的应用研究

本文采用卡尔曼滤波算法对辽宁东部降雨雷达数据进行同化处理,并将降雨雷达同化数据作为水文模型输入。结果表明:采用卡尔曼滤波算法进行降雨雷达数据处理后,面降水数据和实测数据之间的误差低于20%,单站降雨误差可通过90%置信度的F检验。以同化处理后的降雨数据作为水文模型输入,场次洪水模拟精度可达到乙级。研究成果可为辽宁地区雷达降水的应用提供参考。     

闹得海水库水文自动测报系统优化改造

文章根据闹得海水库自动测报系统现状和洪水预报要求,提出闹得海水库水文自动测报系统遥测站网优化改造.统计分析了闹得海水库流域内降雨径流预报洪水预见期和河段预报洪水预见期,计算、对出了遥测站点增设前后流域3日面雨量误差.从洪水预见期、流域降雨产流特点、面雨量精度、遥测站布设密度、水文规范要求等方面,论证闹得海水库水文自动测报系统改造的合理性与必要性.     

基于参数不确定性的概率预报研究

水文模型参数的选取通常依靠经验判断或者依赖历史库中的不完备数据集进行自动优选,所选参数并不一定能够准确反映流域降雨径流特点,更不足以反映不同洪水涨落阶段洪水特征的变化。基于水文模型参数存在显著不确定性的客观事实,以随机参数驱动水文模型,并结合数值模型实现概率预报。通过东湾流域36场洪水模拟试验,揭示了水文参数不确定性对洪水预报结果的显著影响,提出的概率预报算法能够给出精确、可靠的预报结果,说明该算法能够降低水文模型参数所带来的洪水预报不确定性。     

基于参数不确定性的洪水概率预报研究

水文模型参数的选取通常依靠经验判断或者依赖历史库中的不完备数据集进行自动优选,所选参数并不一定能够准确反映流域降雨径流特点,更不足以反映不同洪水涨落阶段洪水特征的变化。基于水文模型的参数存在显著不确定性的客观事实,以随机参数驱动水文模型,并结合数值模型实现概率预报。通过东湾流域36场洪水模拟试验,揭示了水文参数不确定性对洪水预报结果的显著影响,验证了概率预报算法能够给出精确、可靠的预报结果,说明该算法能够降低水文模型参数所带来的洪水预报不确定性。     

气象降雨数据在无资料流域水文模拟中的适用性分析

当前水文模拟过程主要采用水文监测站点提供的降雨数据,不过部分区域受自然地理和社会条件的限制,水文站点稀疏雨量数据缺乏导致水文模拟难。针对这一问题,提出了一种利用气象数据用于水文模拟的方法,并以雅砻江安宁河流域为例开展了应用研究。采用安宁河上游气象站网2001—2005年日降雨数据作为输入,支流控制站点孙水关站水文数据作为参考,率定获取孙水关站对应预报分区新安江模型参数,随后将该参数应用至安宁河流域其它无资料地区。结果表明,在有效资料有限的情况下,采用该方法验证期(2006—2010年)内孙水关、米易站流量预报平均相对误差控制在7%～8%,NSE均值分别为0.67、0.78,NSE年际之间变化幅度小且较为稳定,模拟结果基本可信且较好的反映了洪水过程,证明了流域内资料稀疏情况下气象站网数据作为流域水文模拟的降水输入合理性及安宁河流域气象水文参数迁移对水文模拟具有良好的适用性。     

LSTM变体模型在径流预测中的性能及其可解释性

基于湘江流域1999—2013年实测水文气象数据,采用LSTM模型和其变体模型研究多个预见期下不同输入变量和不同模型结构对径流预测结果的影响,评估LSTM模型及其变体模型在短期径流预测中的性能,基于排列重要性法和积分梯度法探究了LSTM模型对流域径流预测的可解释性。结果表明：在历史径流输入数据的基础上增加有效的水文气象变量输入,可以明显改善模型的预测效果,输入变量的改变比模型结构的差异对预测结果的影响更大;随着预见期的增大,降水数据的加入对预测效果表现出不同程度的提升,预见期为1 d时,预测结果的纳什效率系数(NSE)提升2.0%,预见期为2～4 d时,NSE提升可达13.6%;降水和历史径流在预测中起着重要的作用,而前期湿润条件与降水事件的共同作用是湘江流域洪水的主要诱发因素;LSTM模型可反映两种不同的输入输出关系,这两种关系对应于近期降雨和历史降雨两种洪水诱发机制。     

雨量站网分布对雨量插值算法及径流响应的影响

为比较雨量站网密度及分布对不同空间插值算法的影响,选取6种雨量站密度的不同分布,采用4种空间插值算法对研究区2006—2014年的日降雨进行插值,并将面均雨量作为新安江模型的输入,分析和比较其降雨径流响应。结果表明:①雨量站网空间分布越均匀,降雨插值误差越小,其径流模拟的精度也越高;②在雨量站网均匀布置的情况下,各空间插值算法的插值结果差异较小;雨量站网布置不均匀时,站点数目越少各空间插值算法插值结果差异越大;③计算点雨量时,考虑空间变量的克里金法能更准确地计算日降雨的结果;计算面雨量时,不同插值算法间差异较小,建议选用计算简便的插值算法,比如泰森多边形、反距离权重法。     

基于SWAT模型的北江飞来峡流域径流模拟

为满足北江飞来峡流域非点源污染负荷核算需要,利用SWAT模型对研究区1969-2011年日径流过程进行模拟。基于飞来峡流域水文、气象、地形、土地利用和土壤类型等资料构建SWAT径流模型,并运用SWAT-CUP中的SUFI-2方法对模型中的14个径流参数进行敏感性分析及参数率定,再进行径流模拟效果定量评价。结果表明:对径流过程有显著影响的参数主要为SCS径流曲线系数、主河道曼宁系数、地下水滞后系数以及地表径流滞后时间等;日径流率定期和验证期的效率系数均为0.83,相对误差分别为1.40%和0.58%,且大部分模拟数据落在不确定性区间内,模拟结果的不确定性较小,表明所构建的SWAT径流模型具有较高的精度,在北江飞来峡流域适用性良好。     

新安江模型在唐乃亥站洪水预报中的应用

基于黄河上游玛曲-唐乃亥站流域降雨及洪水特性,筛选玛曲站和唐乃亥站1998-2014年共9场洪水资料,玛曲、军功、玛沁、河南、唐乃亥5站的时段雨量资料,以及军功水文站蒸发资料,利用泰森多边形法计算各站所占面积权重,运用新安江模型建立洪水预报方案。结果表明:次洪率定所得参数对检验期洪水模拟效果良好,率定参数适合该流域洪水预报;检验期洪水确定性系数均在0.9以上且合格率达到100%,故新安江模型可以作为唐乃亥站降雨径流预报的一个可靠手段,预报结果可用于正式预报。     

塞内加尔河流域降雨径流模拟

针对塞内加尔河上游流量系列严重不足的问题,使用GR2M降雨径流模型,以模拟和延长其上游的水文系列。在计算流域降雨量、平均潜在蒸散量,以及最大、最小和平均土壤含水量的基础上,对模型输入的降雨量和土壤含水量数据进行了灵敏度分析。基于纳什-苏特克里弗标准,按流域选择了输入数据的最佳组合。根据输入数据,选择模型参数设置,最终完成模型交叉率定-验证测试。该研究延长了塞内加尔河上游的水文系列,为该河的梯级大坝建设提供了有价值的统计数据。