基于GIS的分布式托普卡匹水文模型在洪水预报中的应用

本文对托普卡匹(TOPKAPI)水文模型进行了改进，增加了植物截留、降水下渗、土壤水深层渗漏、地下径流等计算模块，并对壤中流计算模块作了相应的调整，将TOPKAPI模型改进成一个较完整的分布式流域水文模型。该改进后的TOPKAPI模型应用于面积约为1万km2的息县以上淮河流域1998年、2002年和2003年汛期洪水的模拟，模型确定性系数均在0.84以上，模拟成果令人满意。该模型可应用于洪水预报、土地利用和环境影响评价、洪水极值分析、无资料地区水文模拟计算等。     

A distributed eco-hydrological model and its application

Eco-hydrological processes in arid areas are the focus of many hydrological and water resources studies. However, the hydrological cycle and the ecological system have usually been considered separately in most previous studies, and the correlation between the two has not been fully understood. Interdisciplinary research on eco-hydrological processes using multidisciplinary knowledge has been insufficient. In order to quantitatively analyze and evaluate the interaction between the ecosystem and the hydrological cycle, a new kind of eco-hydrological model, the ecology module for a grid-based integrated surface and groundwater model (Eco-GISMOD), is proposed with a two-way coupling approach, which combines the ecological model (EPIC) and hydrological model (GISMOD) by considering water exchange in the soil layer. Water interaction between different soil layers is simply described through a generalized physical process in various situations. A special method was used to simulate the water exchange between plants and the soil layer, taking into account precipitation, evapotranspiration, infiltration, soil water replenishment, and root water uptake. In order to evaluate the system performance, the Heihe River Basin in northwestern China was selected for a case study. The results show that forests and crops were generally growing well with sufficient water supply, but water shortages, especially in the summer, inhibited the growth of grass and caused grass degradation. This demonstrates that water requirements and water consumption for different kinds of vegetation can be estimated by considering the water-supply rules of Eco-GISMOD, which will be helpful for the planning and management of water resources in the future.     

基于 TOPKAPI 模型的湿润流域洪水模拟

为了研究分布式水文模型在湿润流域的应用效果,将基于物理的分布式TOPKAPI模型应用到淮河上游息县以上流域,模拟该区域2007-2017年间的11场次洪水过程,分析模型的适用性。结果表明,TOPKAPI模型在湿润流域场次洪水模拟中精度尚可,但随着流域面积的增大,大坡岭、长台关、息县的平均纳什效率系数依次为0.54、0.5、0.29,模拟精度有所下降;在合理范围内调整滞时,平均纳什效率系数最多提高0.2,在合理范围内调整河网蓄水消退系数,平均纳什效率系数最多提高0.3,考虑滞后演算法的TOPKAPI模型的平均纳什效率系数能达到0.7。分析结果表明,合理采用滞后演算法的TOPKAPI模型能有效用于湿润流域的洪水预报。     

分布式洪水预报模型在汾河流域的应用

为提高汾河流域的洪水预报水平,选取了该流域DEM、土壤、土地利用及水文气象资料,基于EasyDHM建立了汾河流域分布式洪水预报模型,并进行参数率定。通过场次洪水对模型验证表明,该模型可以很好地应用于流域水情形势分析,从而为流域防洪调度工作的数字化提供技术支持。     

分布式水文概念性模型及应用

在遥感与GIS支持下,建立地理空间信息库,提取了流域土地利用、土壤类型和植被类型等地理信息及相应的水空间参数,采用已有的水概念性模型,建立了一个分布式水概念性模型．模型结构简单,所需参数较少,易于率定,可操作性强．实例应用表明,该模型对雁栖河流域径流量的模拟是有效的,可用于评估流域水资源量、气候变化以及土地利用变化对水资源的影响．     

汉江流域分布式水文模型构建及应用研究

基于分布式流域水文模型EasyDHM,根据汉江流域不同区域的特点,运用长系列水文实测资料,建立了流域分布式水文模型。在汉江流域水文模拟基础上,分析了1980年、1995年和2000年土地利用情境下,流域气候条件和土地利用的变化对流域水资源响应关系。     

Application of TOPMODEL in Buliu River Basin and comparison with Xin'anjiang model

Along with the rapid development of computer and GIS technology, hydrological models have progressed from lumped to distributed models. TOPMODEL, a bridge between lumped and distributed models, is a semi-distributed model in which the predominant factors determining the formation of runoff are derived from the topography of the basin. A test application of TOPMODEL in the Buliu River Basin is presented. For the sake of comprehensively evaluating the TOPMODEL, the Xin’anjiang model, a classic lumped hydrological model, was also applied in the basin. The structural differences and the simulation results of the two models are compared and analyzed.     

分布式水文模型EasyDHM在西江 流域的应用

从模型建立和参数率定等方面分析了分布式水文模型在西江流域的应用情况,通过模型验证发现,该模型可以很好的应用于流域水情形势分析,从而为珠江流域统一调度提供参考。     

河道洪水实时预报模型及在寸滩—螺山河段的应用

采用水力学和水文学相结合的方法，根据河道非恒定流的圣维南方程组，建立了河道洪水相应涨至预报模型和扩散波洪水预报模型，既可预报流量，又可预报水位。在模型的实时校正技术中，采用了具有时变遗忘因子的递推最小二乘实时校正算法，提高了参数实时跟踪能力和辨识精度。相应涨差实时预报模型和扩散波实时预报模型在寸滩－螺山河段上的应用均获得较好的效果。     

基于分布式水文模型的山洪灾害预警预报系统研究及应用

基于分布式水文模型的山洪灾害预报预警系统研究方法,包括基于DEM的子流域划分及特征提取、无资料小流域单位线分析、山洪灾害预警预报软件设计、山洪灾害预警系统建设思路等,对其在实际中的应用进行了分析。     

玉符河流域分布式洪水预报模型及应用

玉符河是济南西南部防洪安全的主要威胁,高精度洪水预报是科学调度防洪工程、降低防洪风险的基础。在分析暴雨洪水特征的基础上,识别了流域主要产汇流机制,结合地形、土壤、植被、水库/塘坝分布等下垫面信息,建立了玉符河流域分布式洪水预报模型;选用卧虎山水库2010-2013年4场典型洪水过程率定了模型参数,检验了模型精度;选择典型洪水过程,通过连续模拟结合滚动修正,预估了暴雨过程的流域初始条件,应用区域降水预报数据驱动模型预报流域洪水过程,结果表明模型在72 h预见期内具有较高精度,能够为水库防洪调度提供支撑。     

分布式水文模型在山洪规划治理中的应用

本文对分布式水文模型HSPF进行介绍,并以黑草河小流域为例,建立模型,通过对制定的八种规划方案进行模拟、计算,分析了各种土地利用类型对流域减水、固沙的影响,证明了分布式水文模型在山区洪水管理中的适用性。     

考虑橡胶坝影响的水动力学模型

为提高含堰坝河段水动力模拟精度,建立考虑橡胶坝复杂调度条件的水动力学模型。基于Preissmann四点隐式差分格式离散方法,构建橡胶坝数值模拟计算流程并进行逻辑判断,采用替代法思想处理含有橡胶坝的河道,求解一维河道水动力学离散方程组。用淠河流域下游六安城区河道橡胶坝的实际洪水过程对模型进行验证,针对近年来淠河流域发生的典型洪水过程,分别对橡胶坝塌坝与不塌坝两种不同工况进行数值模拟。结果表明：考虑橡胶坝塌坝模拟的计算结果可以较好地拟合淠河流域的实测数据,模型可以有效模拟橡胶坝调度影响下的洪水演进过程,提高洪水期间的模拟精度。     

基于坡向判断的分布式水文模型研究应用

针对西北内陆高寒山区的水文、气象特点,以网格为最小单元将流域离散。通过分析同一高程网格坡向不同及其对到达地面太阳短波辐射通量的影响,提出地形要素差异导致地面冷热源再分布,调控融雪出流量,继而将坡向判断也作为系统重要输入项之一嵌入到模型计算中。最后通过在每一栅格单元上采用融雪型新安江产流模型与SCS汇流模型,构建整个流域的分布式水文模型。该模型在甘肃省石羊河流域进行模拟研究,其结果令人满意。     

HEC-HMS水文模型在大渡河流域的应用研究

HEC-HMS模型是一个具有半物理机制的半分布式降雨径流模拟模型,在洪水分析和洪水预报中具有广泛的应用。以大渡河流域上游为例,结合流域实测水文气象资料,构建了流域的HEC-HMS模型,基于Morris筛选法确定了模型敏感性参数为CN、初损、滞时以及峰值系数。通过大渡河上游的7场洪水过程对该模型进行了率定验证,结果表明纳什效率系数均在0. 72~0. 88之间,洪峰流量相对误差均小于14. 4%。分析表明该模型在大渡河流域洪水模拟中有较好的适用性。     

POS优化算法在SWAT模型参数优化中的应用

当前,分布式水文模型SWAT模型在国内水文模拟中应用较为广泛,但模型参数较多,人工经验设定参数存在工作量较为繁杂,且模拟精度不高的缺陷,为此本文引入POS优化算法,对SWAT模型参数进行批量优化,并以汤河西支流域为研究区域,结合区域实测水文数据,对比分析参数优化前后,对SWAT模型模拟精度的影响。研究结果表明： POS优化算法可实现SWAT模型参数的批量优化,相比参数优化前,参数优化后SWAT模型模拟径流深相对误差减少5.7%,流量过程拟合系数提高0.118。研究成果对于水文模型参数优化和自动率定提供参考价值。     

淮河干流分布式水文水动力耦合模型研究

综合传统水文模拟方法及水动力学模拟方法,建立淮河干流的水文水动力数值模型,依据其水流的水动力学要素特点,将淮河流域的不同区域进行分类,并建立了实际流域基本对象与数值模型要素之间的映射关系。在分布式架构下,以节点水位为基本变量,对全流域水流进行耦合隐式求解。利用数字流域系统构建了淮河干流淮滨至老子山段的洪水演进的数学模型并对模型进行了参数率定及验证分析。结果表明,该模型稳定、可靠,能应用于今后淮河流域的洪水预报、水资源调度、工程管理等工作。     

热-流-固耦合渗流的数学模型及其应用

热-流-固耦合问题涉及许多领域,诸如石油热力开发领域中的渗流问题,孔隙介质中的渗流场、温度场以及岩石变形场之间就存在着复杂的耦合作用。该文首先建立了热-流-固多场完全耦合渗流数学模型,研究了全耦合偏微分方程组的求解方法,然后采用有限体积法和有限元方法相结合的数值模拟方法对耦合数学模型进行了求解,通过砂土固结算例验证了耦合模型及求解方法的正确性,最后作为应用实例,利用所建立的热-流-固耦合渗流数值计算模型对油页岩原位加热开发的渗流过程进行了数值分析。     

Kriging插值模型在地下水位监测网优化中的应用

目前运行的地下水监测网存在着很多问题,很难适应现代社会对信息的需求,需要对地下水监测网进行优化。详细介绍了Kriging插值模型的建立及求解过程,并运用该模型对黄水河流域平原区进行了地下水水位监测网的优化,得到了备选方案,然后根据具体的优化目标选出最优方案,结果较为合理。Kriging插值模型充分考虑了水文地质条件的影响,是优化地下水监测网密度的有效方法。     

基于SWAT模型的盘龙江流域径流模拟

为了给日后的滇池治理和昆明市水资源保护利用提供依据,以昆明市区的盘龙江流域为研究区域,采用SWAT模型对该流域的径流进行模拟研究,通过加载流域的DEM、土地利用、土壤类型等数据到SWAT模型,选定1999—2004年为模型参数率定期,2005—2007年为模型验证期,对松华坝以上流域和以下流域分别进行模拟,并对模拟结果进行比较和评价。结果表明:松华坝以上区间流域的模拟相关系数R2在0.83以上,Ens在0.80以上;松华坝以下区域的模拟相关系数R2在0.70以上,Ens在0.58以上。即该模型对盘龙江流域具有良好的适应性,可以为盘龙江流域在不同土地利用的条件下对流域的水量、水质、泥沙进行模拟预测。