复合生态系统的降雨截留过程模拟

在水文水资源分析计算中，对降雨损失的处理，往往只对蒸散发和土壤下渗量进行计算，忽视了植被的降雨截留损失，这样至少说在理论上是不完善的。因而，在水文分析计算中，准确模拟植被的降雨截留过程，对合理评价水资源量，具有现实意义和理论价值。在系统分析复合生态系统的降雨截留过程的基础上，建立了半理论的复合生态系统截留计算模型，用于小型生态流域模拟降雨截留过程，不仅丰富了水文学的内容，而且完善了降雨损失计算的理论。     

基于BTOPMC模型的NDVI分辨率影响研究

归一化植被指数NDVI是S-W模型计算蒸散发的主要输入资料之一。分别采用月分辨率和10d分辨率的NDVI估算黄泥庄流域1985~1987年蒸散发能力并驱动一个水文模型,以研究NDVI分辨率对蒸散发能力估算和水文模型精度的影响。结果表明:由10d分辨率NDVI计算的根系层蒸发能力和植被截留蒸发能力都比由月分辨率资料计算的值小,年根系层蒸发能力减少9.77%~13.64%,植被截留蒸发能力减少5.34%~8.43%,并且,NDVI分辨率在夏季对根系层蒸发能力影响较大,而在冬季对截留蒸发能力影响较大。利用估算的两种蒸散发能力值分别驱动BTOPMC模型并分别率定参数,模型两种模拟结果较接近,水文模型对NDVI分辨率并不敏感。     

吉林省中小流域经验模型的应用探讨

由于中小河流水文站点多数都属于无资料站,所以用传统的经验相关或者流域水文模型有一定难度。吉林省水文水资源局水情预报中心的工作者根据多年预报经验总结提出吉林省中小流域经验模型。该方法主要依据流域特征以及降雨和洪峰流量的关系,推算流域产流;再根据时段降雨按照产流过程叠加处理,概化流量过程,进行洪水预报。属于产汇流一体的流量过程计算模型。     

松散耦合分布式水文模型原理与结构

文章分析了松散耦合分布式水文模型的构建理论与主要方法,模型主要包括单元水文模型与河网汇流模型2大部分。单元水文模型涉及到冠层截留、融雪、蒸散发、坡面流、非饱和土壤水运动和地下水出流等水文物理过程。产流计算考虑到地形坡度的影响采用基于地形指数的计算方法。汇流演算基于河网结构采用分段马斯京根方法。探讨了分布式水文模型的发展趋势,简单高效的基于松散耦合的分布式模型仍然会受到更多的关注。     

区域土壤侵蚀模型PESERA介绍及其应用现状

土壤侵蚀模型已被广泛用于认知土壤侵蚀因素、土壤侵蚀过程及其交互作用,并且成为土壤侵蚀学科研究的重点之一。多数现有土壤侵蚀模型是基于次暴雨的坡面、小流域侵蚀产沙模型,能够适用于区域尺度、长时段的土壤侵蚀模型仍较为缺乏。在我国,土壤侵蚀严重且时空分异显著,对区域尺度、长时段土壤侵蚀模型的需求尤为紧迫。PESERA模型是一个新开发的具有物理基础、大尺度、长时段、分布式土壤侵蚀模型,能够有效弥补当前土壤侵蚀模型的尺度不足,为土壤侵蚀防治和生态恢复提供科学依据。该模型充分考虑水文,土壤侵蚀与植被生长过程及其交互,具有良好的物理基础,并且已在欧洲地区进行广泛应用和验证。系统介绍了PESERA模型的原理、输入参数与输出结果及其应用、验证和改进,以期为该模型未来在国内土壤侵蚀研究中的应用提供参考。     

温榆河上游流域WDHM模型的原理及建立

针对北京市温榆河上游流域的下垫面条件,采用数学物理方程,建立了机理性的分布式水文模型WDHM,描述次降雨条件下的植被截留、土壤入渗、地表产汇流及河道汇流等水文过程,并用1998年和2000年的2场较大洪水进行了模型的参数率定和检验.     

城市背景下草地植被根系层蒸散发及土壤水分模拟

为揭示城市化背景下草地植被根系层蒸散发和土壤水分的变动特性,选取扬州大学扬子津校区农水与水文生态实验场的禾草坪为研究区,对集中降雨事件同期的土壤水分变动过程进行分析,采用Penman-Monteith公式推求草地植被生长期内根系层(0～30 cm深度)的蒸散发量,并分析其变化特性。基于Richards方程构建研究区的一维土壤水分计算模型,在检验模型适用性的基础上,对草地植被根系层土壤水分变化过程进行模拟。结果表明:草地根系层土壤含水量在集中降雨期间有较明显的增加,而后逐渐减小,但不同深度的土壤含水量的增加幅度和变动过程存在较明显的差异;ET与降雨的联系密切,在集中降雨发生后,ET通常有较大幅度的增加;在计算时段内,所构建的一维土壤水分计算模型具有较高的计算精度。研究结果可以为城市化背景下草地植被根系层蒸散发及土壤水分运动的研究提供部分基础数据和方法上的借鉴。     

若干水文预报方法综述

将现有水文预报方法分为过程驱动模型方法和数据驱动模型方法两大类.过程驱动模型指以水文学概念为基础,对径流的产流过程与河道演进过程进行模拟,从而进行流量过程预报的模型.过程驱动模型近年在中长期预报方面的发展主要表现在对概念性流域降雨径流模型的结构进行改进,以适应较大时间尺度预报的需要.数据驱动模型则是基本不考虑水文过程的物理机制,而以建立输入输出数据之间的最优数学关系为目标的黑箱子方法.数据驱动模型以回归模型最为常用,近年来由于神经网络模型、非线性时间序列分析模型、模糊数学方法和灰色系统模型等的引进,以及水文数据获取能力和计算能力的发展,数据驱动模型在水文预报中受到了广泛的关注.     

森林对流域蒸发和径流影响的动态模拟

为了揭示森林植被对流域蒸发和径流的影响,用耦合模型SSiB4T/TRIFFID对长江两条支流蒸发和径流对植被覆盖动态变化的响应过程进行了模拟,分析了森林植被影响蒸发和径流的机制。在植被动态演替过程中,上游的梭磨河流域森林主要通过改变土壤蒸发和冠层截留蒸发影响蒸发和径流,其水文效应与冠层截留能力和土壤蒸发能力有关;下游的青弋江流域森林主要通过自身较强的蒸腾作用明显增加蒸发和减小径流。     

HEC-HMS模型和NAM模型在降雨径流模拟中的应用研究

HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System)模型是半分布式水文模型,NAM(Nedb?r-Afstr?mnings-Model)模型是集总式概念性模型,通过对两种模型计算原理和模型架构及参数组成进行对比,并选取滁河沙河集子流域的5场日径流进行模拟,通过模拟结果对两种模型在降雨径流模拟性能上进行比较研究。研究结果表明,两种模型均有较好的模拟效果,预报的径流深均在许可误差范围内。两种模型在降雨径流模拟过程中均存在一定的局限性,HEC-HMS模型计算功能强大,部分参数能直接反映流域的具体特性,但是其建模过程较繁琐,且内部的观测值难以进行检验,NAM建模过程简便,所需参数较少且物理意义明确,但是模型计算过程忽略了流域的空间变异及产流的空间分布。     

黄土高原小流域分布式水蚀预报模型

本文基于黄土高原丘陵沟壑区小流域地形复杂、径流与侵蚀产沙具有明显垂直分带性的特点，以栅格DEM(Digital Elevation Model)为基础，提出由水文模块和侵蚀模块两部分组成的黄土高原小流域分布式水蚀预报模型。水文模块包括降雨、截留、微地形表面存储、入渗、地表径流和沟道流过程，采用运动波方程实现汇流演算；侵蚀模块考虑雨滴击溅分离、坡面薄层水流、细沟水流、浅沟水流和沟道流剥离与沉积等基本过程，运用泥沙物质平衡原理完成泥沙输移计算。应用模型对次降雨事件模拟的初步结果表明，模型对中度以上侵蚀性降雨事件的模拟精度在85％以上。     

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。     

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。     

坡面径流阻力计算模式对比研究

坡面流是污染物迁移、土壤侵蚀、泥沙输移的主要动力因素,阻力系数是影响坡面流模拟的重要参数。为比较三种阻力计算模式(阻力系数为常数、以淹没度为变量的Lawrence模型和阻力分割模型)在裸坡、砾石覆盖坡面、植被覆盖坡面三种常见坡面上的适用程度,本文建立了坡面降雨径流模型,对不同类型坡面的产流进行了模拟。坡面径流模型采用扩散波模型,坡面降雨入渗模型采用考虑坡度影响的Green-Ampt模型,当存在植被时,考虑冠层降雨截留损失。结果表明:在裸坡上,三种阻力计算模式均适用;而在有砾石覆盖和植被覆盖的坡面上,考虑阻力系数时空变化的阻力分割模型模拟精度最高。阻力系数对坡面径流流量的影响在坡面汇流的涨水与退水阶段较大,而在稳定阶段很小。对有植被覆盖坡面,降雨强度存在阈值,大于阈值时,不同阻力模式对坡面流模拟结果影响甚微;反之,需选择合适的阻力计算模式,且坡长越长,坡度越缓,降雨强度阈值越大。     

樟树林冠截留模拟试验研究

林冠截留是水文循环中的重要成分之一。为探究降雨特征和林分特征对樟树林冠截留效应的影响,针对降雨量、降雨强度、叶面积指数（LAI）和树龄这些相关影响因子,采用室内模拟的方法进行对比截留试验。试验得到4种样树的16组降雨量、降雨强度和截留量,以及其各自的LAI值。分析结果表明：①降雨量、降雨强度和LAI是截留的主要影响因子,树龄对截留的影响效果不明显;②雨强与截留量呈反比关系,截留量与降雨量呈二次函数关系,叶面积指数（LAI）与截留量呈正比关系;③树叶伸展方向对截留产生较大影响,模拟试验方法仍需进一步改进和完善。     

城西试验流域水文特性及水文过程模拟

水文试验是认识水文规律的重要基础工作。根据我国东部低山丘陵区城西试验流域的实测资料,分析不同尺度降雨径流之间的响应关系,再利用新安江流域水文模型进行径流模拟,进一步探讨该模型在我国东部低山丘陵区的适用性。结果表明:在试验流域空间尺度(几十平方公里)的暴雨洪水过程中,洪水峰现时间一般滞后雨峰3～4 h;场次和月尺度上的降雨径流具有较好的正相关关系;在日尺度上,降雨径流关系散乱,以10和70 mm降雨量为阈值呈U型分布; 3种时间尺度上,径流均受到前期退水过程的影响,其中,时间尺度越短,受前期退水过程的影响越显著;新安江流域水文模型在我国东部低山丘陵区具有较好的水文模拟能力,且月尺度水文过程的模拟效果优于日尺度,对天然流域的模拟效果优于人类活动扰动的流域。     

基于贝叶斯理论的水文多模型预报

水文预报对于防洪、抗旱以及水资源调度等具有重要意义。水文预报通常依靠水文模型来完成,由于受到不同流域特点、产汇流机制等的限制,每个水文模型都具有各自的特点及适用区域。单一模型具有非常大的水文预报不确定性,为了解决单一模型局限性的问题,多模型水文预报常作为降低水文预报不确定性有效方法之一。选用三种常见的水文模型:时变增益水文模型、新安江模型和萨克拉门托模型,在珠江飞来峡流域进行分布式建模,采用相同的输入与初始场,三个模型独立进行模拟,然后对比三个模型的结果,并进行贝叶斯多模型加权平均和简单平均得到多模型平均结果,研究结果表明,贝叶斯模型处理后的结果要比单个模型模拟结果和简单平均处理后的结果准确率高。     

森林植被截留降雨实验与模拟

根据半干旱地区樟子松林冠截留降雨的实测资料,对林冠截留与大气降雨之间的关系进行了分析。在几个假设的基础上,建立林冠截留及林内雨量的半理论半经验公式,并介绍了参数确定方法。经检验,公式的计算值与实测值取得较好的一致性,基本上反映出林冠截留降雨的一般规律,揭示了林冠对降雨截留作用的数量关系和客观实质。     

Quantifying the Uncertainty Interaction Between the Model Input and Structure on Hydrological Processes

Input error is one of the main sources of uncertainty in hydrological models. It mainly comes from the uncertainty of precipitation data, which is caused by inaccurate measurement at the point scale and imperfect representation at the regional scale. The structural error of the hydrological model is dependent on the input, and the uncertainty interaction between the model input and structural will increase the cumulative error of the hydrological process. Therefore, the objective of this study is to investigate the impacts of the uncertainties of rain gauge station input levels and hydrological models on flows with different magnitudes by setting nine input levels of rain gauge stations using three hydrological models (i.e., HyMod, XAJ and HBV). The variance decomposition method based on subsampling was used to dynamically quantify the contribution rates of rain gauge station input levels, hydrological models, and their interaction to the runoff simulation uncertainty. The results show that different rain gauge station input levels and hydrological models dynamically affected the hydrological simulation due to an uneven spatiotemporal distribution of precipitation. Moreover, the simulation accuracy was poor at low flow but better at high flow. Increasing the number of rainfall stations input under a certain threshold could significantly improve the hydrological simulation accuracy. In addition, the contributions of the uncertainties of the rain gauge station input levels and its interaction with the hydrological model to runoff were significantly enhanced in the flood season, but the contribution of the hydrological model uncertainty was still dominant. The results of this study can provide a decision-making basis and scientific guidance for the management and planning of water resources within basins under the influence of a changing environment.