川中丘陵区小流域分布式水沙模型

以川中丘陵区的解家湾小流域为研究对象,将分布式水文模型与土壤侵蚀产沙模型嵌套,构建了解家湾分布式流域水沙模型。模型基于DEM将流域离散为＂坡面＋沟道＂系统,利用数理方程描述流域水沙过程,坡面单元模拟了降雨、截留、蒸散发、入渗、地表径流、壤中流和地下水、侵蚀产沙过程,沟道单元模拟了汇流演算以及泥沙输移过程。在解家湾小流域的率定和验证结果表明,模型结构合理,水文模块精度良好,侵蚀产沙模块令人满意。通过对不同工况下径流过程的模拟,对径流参数的敏感性进行了检验,表明饱和导水率是模型敏感参数,植被截留影响较小,土壤前期含水量影响壤中流。     

基于遥感信息的新安江模型产流计算参数估计

卫星遥感技术和水文模型的结合应用是当今水文学研究中的热点问题。但是,直接利用遥感信息提取水文模型相关参数来模拟径流过程存在较大的不确定性。为了分析其对径流模拟不确定性的影响,构建了利用遥感信息估计新安江模型3个产流计算参数的框架:基于土壤属性推求WM,基于流域几何特征推求B,基于土地覆被分类和Landsat遥感影像推求IMP;并采用GLUE方法在高关水库流域作了长系列径流模拟研究。传统的新安江模型参数需要根据实测资料进行率定,而在新的参数估计框架下,需要率定的参数减少了3个。模拟结果表明:新的参数估计框架减少了参数的不确定性,计算得到的模拟径流90%置信区间基本包含所有的实测数据,且区间范围明显小于传统方法,尤其是在低流量的模拟结果上差别更加明显,即基于遥感信息的参数估计框架显著降低了径流模拟的不确定性,这种方法可以应用到其他相似的流域中进行径流模拟。     

黑龙江流域分布式水文模型研究

黑龙江是高纬度寒区界河,防洪问题突出,模型研究较少.本文建立黑龙江流域空间信息库,构建了基于物理机制的黑龙江流域分布式水文模型GBHM-HLJ.其中引入冻土导水率随冻融期温度指数型变化的概化模型,模拟土壤冻融循环对水分运移的影响.率定期和验证期10个主要站点日均流量模拟的Nash-Sutcliffe效率系数均在0.73...     

数字流域模型在长江上游龙河流域的应用

数字流域模型是当前水文领域研究的热点问题。本研究选取长江上游龙河小流域为研究对象,将数字流域模型应用于长江流域。首先利用ArcGIS软件提取河网信息,选取该流域1982年汛期的降雨及流量过程,采用基于因素分析的图解法对模型进行率定及验证。结果显示模拟的Nash系数达到0.965,洪峰相对误差在10%以内,表明该模型可以很好地模拟长江小流域产汇流过程。然后还对模型中涉及的几个重要参数进行敏感性分析,结果表明：土壤垂向饱和导水率主要影响峰值,二者成负相关;土壤初始含水量主要影响径流量,二者成正相关;田间持水量与峰值和径流量均成负相关;植被截留水量与峰值和径流量均成负相关;糙率主要影响峰型,与峰值成负相关。若要将率定后的数字流域模型应用到具体工程实践中,还需用近期实测数据对模型进一步进行验证。     

一维水沙耦合模型参数敏感性分析——以2020年黄河下游洪水演进为例北大核心CSCD

一维水沙输移及河床冲淤模型中有较多理论上尚未解决的参数,而这些参数对一维模型精度的影响缺少定量分析。本文首先介绍了一维水沙耦合动力学模型,并将其应用于2020年汛期黄河下游的水沙过程模拟。计算结果表明:该模型能准确模拟水位和流量的变化,纳什效率系数基本大于0.85,均方根误差比相应的实测特征值小一个量级;计算沙峰虽然偏大,但计算的含沙量过程与实测过程整体符合,且模型计算的分河段冲淤量与断面地形法实测值较为接近。为分析模型中经验参数对模型计算结果的影响,以水文断面特征水沙参数的纳什效率系数作为目标函数,采用Sobol全局敏感性分析方法计算了各经验参数的敏感度指标。计算结果表明:糙率的总敏感度指标较高,是模型的高敏感参数;目标函数的选取对参数敏感度分析有一定影响,以含沙量纳什效率系数为目标函数时,挟沙力公式的系数及淤积时恢复饱和系数公式中指数的一阶敏感度和总敏感度指标较高;各参数组合对不同目标函数的影响差别较大,但对于同一目标函数存在影响作用相似的参数组合。全局敏感性分析方法刻画了模型参数的敏感性特征,有助于优化水沙数学模型参数取值。     

河宽模型对Muskingum-Cunge方法汇流的影响

分布式流域水文模型常采用Muskingum-Cunge方法进行河道汇流,通过有限差分求解运动波方程来近似扩散波方程,方程中的水流波速和水力扩散度根据河道单宽参考流量来计算,因此需要给出各处的河道宽度。BTOPMC采用Lu河宽模型,河流动力学中介绍了阿尔图宁模型,本文在Lu模型和阿尔图宁模型的基础上,综合考虑河床、河岸淤积物的土质组成和河道坡度等因素,对河宽模型进行了改进,并根据卫星地图量测实际河宽来确定模型参数。应用各种河宽模型,利用BTOPMC对韩江流域进行全年的日径流模拟,结果表明,河宽模型越准确,Muskingum-Cunge汇流方法精度越高,曼宁糙率系数的估算值越合理,日径流模拟效果也越好。     

基于SWAT模型的青龙河流域气候变化径流响应研究

气候变化影响水资源时空分布,为探讨气候气候变化对径流的影响,以青龙河流域为研究区,依据流域DEM、土地利用、土壤、气象水文等数据,建立了SWAT流域水文模型,采用SWAT-CUP软件内嵌的SUFI2算法,根据t-Stat和p-Values值分析了参数敏感性,采用Pfactor、Rfactor、Nash-Suttcliffe系数Ens及相关系数R2四个指标评价了模型的适用性,结果表明流域水文模型模拟精度高,不确定性小,能较真实地模拟流域的水文过程。采用气候方案假定法,利用流域分布式水文模型,模拟丰、平、枯三种水平年降雨量和温度组合因素下的径流过程。结果表明降水量和气温的变化影响径流过程,其中降水的影响较为明显,是影响该流域水资源变化的主要因素。     

包气带污染物运移过程基于Hydrus-1D的参数敏感性分析

针对污染物在包气带中运移过程的研究,目前较为认可的方法是采用Hydrus-1D软件建立数学解析模型,进行包气带中污染物运移数值模拟研究,模拟污染物在包气带中的运移规律。模拟分析过程中采用的有关计算与反应参数多数为经验值,相关参数的取值对模拟分析的结果具有较大的影响。本文从给定的水文地质条件及其概念模型为基础,采用控制变量法,并以敏感性指数作为量化指标,研究不同分析参数对模拟结果的影响。得到结论 :针对本研究所选择的5个参数,在参数变幅范围为-40%~+40%的条件下,确定土壤特征曲线经验参数n的取值对模拟分析的影响最为敏感,其他参数的敏感性由大到小依次为:饱和导水率Ks、纵向弥散度、分配系数Kd、饱和含水率θ。     

长短时记忆网络与新安江模型耦合的降雨径流模拟性能

深度学习技术在降雨径流模拟方面具有广阔应用前景,但受训练样本限制,需与传统水文模型相耦合,由传统水文模型提供训练数据。耦合数据的选择和超参数方案对耦合模型的模拟性能影响显著,但尚未有专门的研究。本文以东湾流域为例,用双向长短时记忆网络耦合新安江模型不同模块数据,并用灰狼优化算法优化超参数,构建降雨径流模型。结果表明：模型耦合不同数据时,对日径流和场次洪水的模拟性能均有提高,尤以耦合产流量和模拟流量数据时最为明显。不同耦合数据需调整超参数方案,灰狼优化算法可满足需求。本研究为提高耦合模型径流模拟能力提供了新思路和新方法。     

基于径流和积雪资料的水文模型多目标率定

以雅鲁藏布江奴下水文站以上流域作为研究区，采用HBV水文模型（Hydrologiska Byr?ns Vattenbalansavdelning model）对研究区域的积雪和径流进行模拟。提出了一种同时考虑径流、雪深和积雪覆盖面积的多目标优化方法对水文模型的参数进行率定，并同仅考虑径流和雪深的率定结果进行了对比。结果表明，率定时仅考虑径流和雪深时，HBV模型能较好地模拟研究区的径流过程，但对雪深变化过程的模拟效果欠佳；率定时增加积雪覆盖面积目标函数后，模型能精确判断流域积雪覆盖情况，径流的模拟效率系数也有所提升，表明同时基于径流、积雪覆盖面积和雪深数据的HBV水文模型可以更好地预测和模拟研究区积雪和径流变化。     

黄河海勃湾段黄河鲤、兰州鲶栖息环境水力学特征研究

淹没、径流调节变化对鱼类等生物资源的影响是水库建设关注的重要环境问题.本文以黄河海勃湾河段为背景,在介绍黄河鲤、兰州鲶生态习性的基础上,对鱼类繁殖期的流速、水深及水位波动特征进行了计算和分析.结果表明:鱼类产卵期4～8月海勃湾坝址下游断面平均流速在1m/s以下,且变动幅度较小;兰州鲶产卵期日水深波动低于0.1m,三日水位波动幅度在±0.1m之间,五日水位波动幅度最大约0.15m;黄河鲤产卵期日水深波动幅度最大约0.16m,三日水位波动幅度最大为0.4m,五日水位波动幅度最大为0.6m.     

漫滩洪水中不同房屋分布的阻力特性研究

漫滩洪水是威胁滩区居民生命财产安全的一种主要自然灾害,村庄等微地貌直接影响洪水演进过程,故采用概化物理模型和数值模拟的方法研究滩区房屋分布的阻力特性。以黄河下游兰考东明滩区地形为参考,修建概化滩区的物理模型,研究主槽4种不同进口流量下,房屋呈4种不同排列方式及4种迎流角度条件下,房屋试验区水流的变化情况。试验结果显示随主槽进口的流量增大,房屋试验区四周的水深呈非线性增加;房屋试验区房屋呈不同排列方式时,模型试验区形成的局部阻力不同。然后采用数学模型计算典型工况的洪水演进过程,水位的计算值与实测值符合较好,模型具有较好的计算精度。最后采用加大糙率法计算溃堤水流演进过程,发现以曼宁系数取0.05、0.08、0.12和0.16分别代表房屋以3×3、4×4、5×5及交错排列情况下的综合阻力时,计算得到水深、水跃位置与模型试验结果基本一致。研究结果将为房屋合理布局,减少漫滩洪水淹没损失提供参考依据,亦可用于检验水动力学模型的计算精度。     

基于物理基础与基于栅格的分布式水文模型研究

借鉴分布式水文模型CASC2D的研究并结合中国的情况进行改进。为提高模型的计算速度以及增加模型在中国流域的实用价值,在模型中引入Preissmann隐式差分方法来计算河道汇流并与原模型的显式差分方法进行对比;引入蓄满产流模式计算栅格单元的产流并与原模型的Green-Ampt产流模式进行对比;引入线性水库或滞后演算方法来描述湿润地区地下径流的汇流过程。根据Goodwin Creek和舒家实验流域的概况,拟定具体的研究方案,模型在两实验流域都取得了良好的洪水模拟效果,从而验证了模型结构的合理性和正确性。随着地理信息系统和遥感技术的进一步发展,分布式CASC2D模型将广泛应用于中小流域的洪水模拟和预报。     

基于多种递归神经网络的海岛水库径流预报

海岛地区径流量偏小甚至出现断流,会极大影响短期径流预报精度。对海岛地区供水水库多组入库径流时间序列,基于三种递归神经网络（RNN）建立了不同预报因子组合和预见期的径流预报模型,探讨了RNN模型在海岛地区短期水文预报中的适用性。以舟山岛水库群为例,说明研究方法的有效性。结果表明仅考虑径流时间序列信息的预报精度最差,而耦合气象预报信息可提高径流预报准确性;随着预见期的增加,简单RNN模型的信息融合能力有限,而具有复杂神经元结构的基本长短时记忆神经网络和门控循环单元预报效果稳定;RNN模型对于平稳时间序列数据模拟效果优于非平稳序列,而气象信息的引入和参数优选能够改善其在处理非平稳时间序列中的缺陷。     

具有趋势变异的非一致水文序列重现期计算研究

气候变化和人类活动会导致水文序列的非一致性,而非一致水文序列的重现期计算方法并没有统一。本文对比了传统重现期、基准年重现期、基于事件发生时间期望(EWT)的重现期和通过序列成分分析法计算的重现期,以探讨具有趋势变异的非一致水文序列重现期计算方法。以渭河流域林家村站年径流量序列为例,构建时变参数概率模型,计算各类重现期相应的设计年径流量。结果表明,传统重现期计算方法用单一分布无法准确描述含有趋势变异的水文序列。在研究区年径流量呈现减小趋势的背景下,小径流量事件发生概率增大,但大重现期相应的设计年径流量并没有逐年减小。EWT重现期较基准重现期考虑了趋势变异的影响,而基准重现期计算简单。文中方法以期为非一致性水文序列频率分析提供依据。     

黄河干流年径流量非一致性频率计算

采用具有时变统计参数的GAMLSS（generalized additive model for location, scale and shape）模型,研究黄河干流年径流系列的非一致性水文频率计算方法。首先介绍了模型结构、参数估计及拟合效果的评价方法,然后在分析6个水文站1956—2017年年径流量变化趋势的基础上,构建非一致性水文频率计算备选模型集,选取AIC值最小的概率分布类型和参数作为最优模型,通过残差序列的统计特征和设计径流量的分位数图检验模型拟合效果。结果表明本文所构建的各优选模型与径流序列的拟合效果较好,各站年天然径流系列对应的设计径流量有随时间减少的趋势。在水资源评价和调配中,应充分考虑径流的非一致性特点,开展变化环境下水资源的预报预测及不确定性评估工作。     

基于SCHISM模型的三维两相浑水模型研究

传统水沙模型多采用雷诺平均方程结合含沙量对流扩散方程，并用纯水紊流模型进行封闭。这类模型无法考虑固、液相间作用，在含沙量较大、颗粒粒径较粗时会产生误差。文章采用两相浑水紊流模型对两相浑水基本方程进行封闭。两相浑水理论将固、液两相流看作一个整体，但考虑了固、液相间作用和颗粒碰撞等微观物理机理，而且偏微分方程的数量和形式与传统水沙模型中的基本方程相同，方便将两相浑水理论嵌入至已有的水沙模型中，并应用于河流、湖泊和河口等大尺度水沙流动模拟。首先对两相浑水理论进行梳理，将其转化为三维水动力学模型SCHISM控制方程的形式并嵌入至SCHISM模型中，最终将其应用在经典的二维明渠恒定、均匀流实验、深槽实验和2012年黄河花园口至艾山段洪水过程的三维数值模拟。     

含零值水文序列频率计算方法研究

针对常规水文频率分析方法无法进行含零值水文序列频率计算的问题,研究3种含零值水文序列频率的计算方法。选用Gamma分布,推导极大似然法（ML）、最大熵原理（POME）和概率权重矩法（PWM）非零和含零值序列参数估计公式,研究非零值序列和含零值序列参数转换关系和设计值计算。应用蒙特卡洛试验,研究零值序列长度对参数估计方法不同重现期设计值的影响。以陕西省6个测站枯水期1月份月降水资料为例,研究不同参数估计方法的适用性,计算高尾部设计值的累积误差平方和,进行拟合优度评价。结果表明：最大熵原理和极大似然法对含零值降水序列均具有较好的拟合效果,研究结果可为含零值水文序列频率计算提供依据。