基于栅格的分布式流域水文模型的构建与应用

以栅格植被根系层深度、田间持水量、饱和土壤含水量作为衡量流域内各点蓄水容量和最大蓄水容量的基础,建立了基于蓄满产流的栅格型分布式流域水文模型,并模拟了积雪融雪、蒸散发及产汇流过程.模拟结果表明,构建的流域水文模型模拟精度较高,方法可行.     

基于SEBAL模型的老哈河流域蒸散发研究

针对传统的蒸散发计算方法存在的不足,采用基于地表热量平衡的SEBAL模型,利用1 km分辨率的MODIS影像数据估算了位于半干旱地区的老哈河流域的实际蒸散发量及其时空分布特征,并综合分析了蒸散发量与土地利用、土地覆被、地表温度、植被指数、高程、坡度的关系.结果表明,该流域蒸散发时空分布不均匀,且实际蒸散发与地表温度呈指数相关,与归一化植被指数和高程等参数呈线性相关.该方法可为国内半干旱地区的实际蒸散发研究提供参考.     

北京清水河流域水循环垂直地带性研究

为明确山区地形及下垫面对水循环过程的影响,以北京市清水河流域为例,采用分布式水文模型WEP-L对清水河流域水文过程进行模拟,在模型验证效果较好的基础上,利用模型计算结果分析清水河流域不同海拔和下垫面的水循环要素通量变化情况。结果表明,降水和入渗量随海拔的升高而增加,蒸散发量和径流深则随海拔的升高而减少;山区水文过程呈现出在海拔较高处降水形成大量入渗,但主要在海拔较低处形成径流;不同下垫面情况的蒸散发量和径流深呈现出常绿针叶灌木林落叶阔叶林草甸,而入渗量则表现为草甸落叶阔叶林常绿针叶灌木林;海拔的差异对水循环要素的影响较下垫面对水循环要素的影响更大。该结果对于山区水循环过程的深入理解和植被生态建设具有重要意义。     

基于互补相关原理的实际蒸散发模型估算能力评价

基于洵河流域1961~1986年的逐日气象资料和同期径流量资料,采用基于互补相关原理的实际蒸散发模型（AA模型、GG模型、CRAE模型）分别估算该流域的逐日实际蒸散发量。根据水量平衡法的实际蒸散发计算结果对三种模型的原始参数进行调整,并在不同的时间尺度上对三种模型进行了比较,评估了三种实际蒸散发模型的估算能力。结果表明,采用三种模型的原始参数计算出的实际蒸散发量误差较大;调整原始参数后,各模型对年实际蒸散发量的计算精度大为提高,逐月的估算效果也有不同程度改善;参数调整后的AA模型与GG模型的模拟结果相近,优于CRAE模型的模拟效果;年、月尺度的模型模拟效果综合分析表明GG模型在洵河流域的估算效果相对最佳。     

不同地下水位埋深下五道沟地区地表径流变化规律分析

基于五道沟实验站1991~1999年实测降水、地表径流及地下水位埋深资料,运用水文学原理及数理统计方法,选取不同降雨量和降雨类型,分析了不同量级降雨量、前期土壤干湿状态、次降雨过程砂姜黑土地表径流量及径流系数随地下水位埋深的变化规律。结果表明,对于砂姜黑土,在50mm以上日降雨过程中,存在土壤表层蓄满、深部超渗的分层产流机制;地表径流量及径流系数随地下水位埋深增加呈指数递减趋势,且随降雨量的增加地表径流系数呈上升趋势;而前期土壤干旱时间长、土壤含水率较低、地表径流系数随地下水位埋深增加而减少,且降雨集中分布比降雨分散分布的地表径流系数高。     

石羊河流域主要生态类型现状耗水分析

采用SEBAL模型,基于MODIS遥感数据,计算了石羊河流域2004年植被生长期的蒸散发量,并根据土地利用/覆被数据计算分析了主要生态类型的耗水状况.提出了以维持沿河天然植被为主的“民勤绿洲”发展方案.结果表明,耕地、林地和草地为石羊河流域主要生态类型,各类型的月蒸散发量呈规律性变化,且呈“双峰”分布.     

地形指数算法设计对分布式水文模型径流模拟影响研究

阐述了单流向、多流向的地形指数算法设计思想,介绍了改进的多流向IMFD算法并对其进行了修正,构建了基于TOPMODEL概念的分布式水文模型.以汉江上游的酉水街流域为例,利用不同算法计算地形指数并代入模型检验.结果表明,不同的地形指数算法得到的地形指数及地形指数空间分布曲线均有较大的差别,但对分布式水文模型的径流模拟系数及径流总量模拟影响不大,仅在地表径流和地下径流量的模拟有一定的差别.采用改进的多流向算法模拟精度较高.     

基于HBV模型的实际蒸散发估算模型评估

为了更准确地评估三种基于蒸发互补相关原理的实际蒸散发计算模型(AA模型、GG模型、CRAE模型)对实际蒸散发的估算能力,首先根据北江流域1964~1987年间的逐日气象资料和同期径流量数据,采用HBV模型模拟得到逐日实际蒸散发量,再利用三种模型分别估算该流域的逐日实际蒸散发量,并对计算结果进行初步分析比较,而后以HBV模型计算结果为标准进行原始参数的率定,最后在不同的时间尺度上对三种模型的实际蒸散发计算结果进行对比评价。结果表明,三种模型利用原始参数进行模拟的计算结果误差较大;模型参数经率定后,各模型的模拟精度在年、月尺度上均得到提高:以HBV模型模拟得到的实际蒸散发量为标准,计算所得年极差的变化情况分别为AA模型由274mm减至-0.1mm;GG模型由-84.5mm减至0.3mm;CRAE模型由-91.1mm减至0.3mm;AA模型与GG模型的模拟结果相似,在冬季均呈现出模拟结果偏大的现象。通过分析年、月尺度上的结果可知,在北江流域,三种模型中AA模型对实际蒸散发量的估算能力最佳。     

基于MODIS的SEBAL模型在流域蒸散发反演中的应用

地表蒸散发是地气水分循环过程中的重要环节,合理准确地估算蒸散发对了解大尺度流域内水分循环和能量平衡具有重要意义。以汉江上游为例,利用MODIS遥感数据,选用马里兰大学UMD分类机制对2001年土地覆盖进行分类,并采用基于地表能量平衡原理的SEBAL模型对日蒸散发进行估算和分析。结果表明,林地的平均日蒸散发量最大,草地、耕地次之。     

地下水位埋深对地表径流量及入渗补给量影响的数值模拟

针对五道沟实验站亚粘土（砂姜黑土）且无植被覆盖区内的蒸渗仪中的不同地下水位埋深之上的非饱和土层,建立了非饱和带数值模型,进而模拟出不同地下水位埋深时的地表径流量及入渗补给量变化规律。数值模拟结果表明,地表径流量及入渗补给量随降雨量增大而增大,地表径流系数总体随降雨量增大而增大,随地下水位埋深增加而减小;但对强降雨,地下水位埋深对地表径流系数影响较小。     

基于多项式混沌展开的水文模型参数敏感性分析

针对水文模型参数不确定问题,选取干旱半干旱地区开都河流域为研究对象,提出了基于多项式混沌展开的水文模型参数敏感性分析方法。首先在开都河流域多年气象、水文观测数据的基础上建立SLURP水文模型;然后利用稀疏网格配置法获得配置点对模拟径流量进行多项式混沌展开;最后根据混沌系数计算Sobol指标评估模型参数及其交互效应对径流的影响。结果表明,在参数主效应中选取的参数中Sobol敏感度指标最大的是降雨系数,最小的是深层地下水截留常数;在交互效应中,浅层土壤蓄水容量和降雨系数之间交互效应最强,Sobol敏感度指标最大,浅层土壤截留常数与深层地下水截留常数之间交互效应最弱,敏感度指标最小。     

气候变化与人类活动对湘江流域径流变化的影响分析

为进一步了解气候变化与人类活动对湘江流域径流变化的影响,将湘江流域划分为上游、中游、下游三个汇流区间,采用Mann-Kendall非参数检验法和累积距平法等数理统计法揭示了湘江流域上游、中游、下游径流与气象因素在1961~2013年之间的演变规律,利用弹性系数法定量分析了气候变化与人类活动对湘江流域径流量变化的影响。结果表明,湘江流域径流与降水变化趋势不明显,潜在蒸散发呈下降趋势,径流变化具有较明显的阶段性;湘江流域气候变化与人类活动均起着增加径流的作用,人类活动对上游与中游的影响较大,下游则是以气候变化的影响为主。     

P-M公式与双源蒸散发模型在淮河流域上游地区的适用性及对比研究

为定量分析P-M公式和双源蒸散发模型在淮河流域上游地区的适用性及计算精度,将双源蒸散发模型及P-M公式计算得到的蒸散发量与流域内息县水文站实测蒸发皿蒸发量的相关性进行对比分析,并定量分析不同蒸散发输入对水文模拟精度的影响。研究结果表明,双源蒸散发模型计算值与实测值的相关性及其水文模拟精度更高,更适于淮河流域上游地区蒸散发计算。研究成果可为淮河流域上游无资料地区的水文模拟和蒸散发计算提供参考。     

基于泰尔指数的地表径流时空特征分析

为了更好地分析地表水资源分布的时空特征,不断完善和创新分析地表水资源分布特征的方法,将经济学领域分析区域经济差异的方法——泰尔指数应用于地表水资源空间分布和径流时间序列年际特征的分析中。基于济宁地区主要的七条河流1956~2005年的年径流资料,采用泰尔指数分析了该地区的地表径流空间分布情况;同时利用泰尔指数分析了漳泽水库1956~2008年的径流时间序列的年际特征。结果表明,泰尔指数在地表径流空间分布特征和年际特征的分析中均有较好的适用性。湖东、湖西两区域之间的地表径流量分布的不均匀性是导致济宁地区地表径流分布不均匀性增加的主要原因;漳泽水库径流量的泰尔指数在20世纪50年代到70年代、80年代到21世纪初这两阶段呈递增趋势,20世纪70年代泰尔指数突然减小。     

土壤含水率空间分布的快速计算方法

针对栅格分布式水文模型计算土壤含水率空间分布的低效率问题,基于地形指数与单点蓄水容量的内在关联,构建离散蓄水容量曲线,并将其应用于集总式新安江模型中替换传统蓄水容量曲线进行产流计算,通过解析离散曲线与空间栅格的对应关系快速获取土壤含水率的空间分布,将该方法应用于紫罗山流域洪水过程后的土壤水空间分布计算。结果表明,本文模型与栅格水文模型中输出的土壤含水率空间分布一致,而所需计算量仅与单栅格相同,极大地提高了计算效率。     

土壤大孔隙对坡地产汇流和溶质运移影响研究

以室内土槽为平台,采用人工模拟降雨实验探讨了有无大孔隙土槽中土壤含水量、地面径流、壤中流、地下径流及溶质运移的变化.结果表明,相对于无大孔隙土槽,含有大孔隙的土槽中各层土壤含水量增加较快、增幅较大、峰现时刻较早、地面径流量较小、壤中流和地下径流量较大、地面径流中溴离子浓度较低、铵根离子浓度较高、硝酸根离子浓度对比变化较复杂、地下径流中三种离子浓度较高,且变幅较大.     

岷江流域径流变化及成因分析

针对水利工程建设运行造成岷江流域径流情势变化等问题,定量分析岷江流域径流情势变化,运用Mann-Kendall法、累积距平法、滑动T检验法分析了径流量与降水量特征;考虑水利工程建设对突变前后水文指标进行割裂,选择生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)和水文改变度法综合评价岷江水文情势变化;基于6种Budyko假设公式,量化分析气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明,1956～2017年岷江流域径流量呈明显下降趋势,并在1993年前后发生突变;整体径流情势改变度为45%(呈中度改变),整体降水改变度为37%(呈中度改变);降水量及潜在蒸散发量在同期内呈下降趋势,但整体变化趋势不显著;人类活动是影响岷江流域径流情势变化的主导因素。     

标准化综合干旱指数在北汝河流域干旱评价中的应用

河南省北汝河流域频发的干旱灾害严重影响工农业生产和人民生活,分析评价干旱旱情对指导抗旱救灾、减轻干旱灾害损失具有重要意义。采用新安江模型模拟计算北汝河汝州站以上流域1985～2016年日尺度径流深、蒸散发、土壤含水率,对其月尺度值与月降水量进行核熵成分分析,构建综合干旱指数,在对比分析不同分布函数拟合优劣的基础上选取拟合最优的对数逻辑斯特分布函数对综合干旱指数进行标准化得到标准化综合干旱指数;基于标准化综合干旱指数分析流域1985～2016年干旱情势演变,并与标准化降水指数和降水距平百分率的评价结果进行比较。结果表明,北汝河流域1985～2016年干旱事件发生频率呈增加趋势;标准化综合干旱指数对轻度干旱事件更为敏感,能较好地反映流域干旱特性及典型干旱事件的演进过程。研究结果为北汝河流域抗旱减灾提供了科学支撑,亦对其他地区干旱评价具有借鉴意义。     

山西介休市实际蒸散发模拟及变化特征分析

为准确评价中小城市实际蒸散发(ET),采用物理机制明确的分布式时变增益水文模型(DTVGM)对介休市蒸散发进行模拟,以MOD16A2遥感产品验证分析蒸散发时空分布特征,并探讨了土地利用变化对蒸散发的影响。结果表明,DTVGM在研究区具有良好的适用性,总体模拟效果满足精度要求;介休市多年平均蒸散发量为375.4mm;年内呈现先增大后减小的单峰型分布趋势,主要集中在5～9月,蒸散发量最小和最大月值分别为14.0、71.7mm;多年平均蒸散发量具有较强的空间分异性,呈东南高西北低的变化趋势,不同季节蒸散发量的空间分布差异明显;不同土地利用类型蒸散发,林地草地耕地城乡、工矿、居民用地;同一乡镇,不同土地利用类型对蒸散发的影响有差别;同一土地利用类型在不同乡镇的蒸散发也有差异。     

HEC-HMS水文模型在圪洞流域洪水模拟中的应用

随着3S技术的发展,基于DEM的分布式水文模型的应用和研究已成为现代水文模型研究的热点内容之一。将流域性洪水模拟系统(HEC-HMS)应用于山西省吕梁市三川河一级支流—北川河上游圪洞水文站控制流域,利用圪洞水文站2005~2014年的实测资料进行洪水模拟,并分析了参数敏感性。其中产流计算选用Green and Ampt损失法、直接径流计算选用SCS单位线法、河道洪水演进选用Muskingum法,地下径流计算选用消退基流法。模拟结果显示,洪峰流量合格率为80%,洪量的合格率为90%,DC均值为0.71,洪峰出现时差均值为0.69h;模型参数中树冠截流量、地表截流量、土壤稳定下渗率、流域滞时及蓄量常数等较为敏感,而土壤湿润锋吸力和土壤饱和含水率等参数相对不敏感。研究结果表明HEC-HMS模型在我国干旱半干旱黄土丘陵地区具有较好的适用性,可为北方干旱半干旱黄土丘陵地区防洪预警提供依据。