基于改进型DNDC 模型的小流域非点源氮迁移过程模拟与空间拓展应用

以长江上游紫色土区截流堰小流域和大兴小流域为研究对象,应用改进型DNDC（Enhanced Denitrification Decomposition Model）模型对紫色土区小流域径流、泥沙和氮流失过程进行模拟研究。采用截流堰小流域2007-2009年和2010-2011年径流、泥沙及氮迁移监测数据分别进行模型参数率定和验证,检验模型在紫色土区的适用性,然后利用大兴小流域2011年水文、水质监测数据对该模型进行拓展验证,探讨模型在具相似空间结构特征的小流域尺度拓展的可行性。结果显示：率定期和验证期月径流、土壤侵蚀、氮流失Nash-Sutcliffe效率系数大多超过0.80,相对误差均在16.36%以内。拓展验证期,月径流、土壤侵蚀、总氮（TN）和颗粒态氮（PN）的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.70、0.55、0.76和0.71,相对误差分别为6.2%、31.2%、9.5%和30.4%。改进型DNDC模型能较好模拟紫色土区小流域径流、泥沙和氮迁移过程,但尺度拓展过程中泥沙、颗粒态氮的模拟偏差有所增大。     

基于改进型DNDC模型的小流域非点源氮迁移过程模拟与空间拓展应用

以长江上游紫色土区截流堰小流域（0.35 km2）和大兴小流域（4.65km2）为研究对象,应用基于水文过程的生物地球化学循环模型—改进型DNDC模型对紫色土区小流域径流、泥沙和氮流失过程进行研究。本文采用截流堰小流域2007～2009年和2010～2011年径流、泥沙和氮迁移监测数据分别对模型进行参数率定和验证,检验模型在紫色土区的适用性,然后利用大兴小流域2011年水文、水质监测数据对该模型进行拓展验证,探讨模型在具相似空间结构特征的小流域实现尺度拓展的可行性。结果显示：率定期和验证期月径流、土壤侵蚀、氮流失Nash-Sutcliffe效率系数Ens大多超过0.80,相对误差Re均在15%以内。拓展验证期间,月径流、土壤侵蚀、总氮（TN）和颗粒态氮（PN）的Nash-Sutcliffe效率系数Ens分别为0.70、0.55、0.76和0.71,相对误差Re分别为6.2%、31.2%、9.5%和30.4%,模型较好的反映了大兴小流域径流、泥沙和氮迁移过程。但是模型拓展验证期间,泥沙、颗粒态氮的模拟偏差有所增大。     

SWAT模型在缺资料地区的应用——以高明河为例

将SWAT分布式水文模型应用于珠江三角洲地区的佛山市高明河流域,利用GIS强大的空间分析与数据处理能力,对流域流量、气象、DEM、土地利用、土壤等水文气象和下垫面资料进行分析处理,率定模型参数,研究SWAT模型在降雨资料系列短、无长系列实测的河道水位流量数据、缺少有效的水文预报方案等缺资料的中小流域或区域的适用性,并分析误差原因。采用相对误差、相关系数以及Nash-Sutcliffe效率系数三项指标对模型进行评价检验,率定期和验证期的相对误差均在0.2以下,相关系数均在0.6以上,Nash-Sutcliffe效率系数均在0.5以上。结果表明,SWAT分布式水文模型能够对高明河流域日时间尺度水文过程进行准确模拟,达到GB/T 22482—2008《水文情报预报规范》中精度评定的丙级,在缺资料的珠三角中小流域具有较好的适用性。     

基于TOPKAPI模型的黑河上游径流模拟研究

为了进一步完善黑河上游区域近几年的水文循环研究,采用基于物理基础的分布式水文模型TOPKAPI模型,对1998年~2007年的日径流、月径流过程分别进行模拟研究;并使用径流深误差Re、Nash-Sutcliffe效率系数及决定系数R~2三种评价指标对结果进行分析。黑河上游流域的日径流过程模拟径流深误差合格率在率定期和验证期合格率均为100%;Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.82、0.77;相关系数R~2分别为0.84、0.81。月径流过程率定期和验证期的径流深误差Re均为-0.36%,模拟径流量相对偏小;效率系数E也均为0.81,相关系数R~2分别为0.85、0.89。结果表明,TOPKAPI模型可以较好地模拟黑河上游流域的日径流及月径流过程,有良好的适用性。     

基于VIC模型的龙滩水库流域径流模拟研究

基于大尺度陆面水文模型VIC(Variable Infiltration Capacity)模型,采用纳什效率系数和相对误差作为评判标准,探讨VIC模型在龙滩水库流域上的适用性,并对径流的时空分布进行分析的结果表明,VIC模型在龙滩水库流域具有良好的适用性,率定期和验证期的月径流模拟Nash-Sutcliffe效率系数均在0.85以上,相对误差大部分在10%以内,满足流域水资源评价与规划的要求;VIC模型对径流变化过程具有较好的模拟效果,峰现时间模拟较准确,对峰值流量的模拟效果略有不足,且丰水年模拟效果优于枯水年模拟效果;流域径流在空间上呈现东多西少,北多南少的分布特性;与基准期相比,流域在2001年~2010年多年平均径流呈现出一定的减少。     

SWAT模型在金沙江上游小流域径流模拟中的应用

为探讨SWAT分布式水文模型在金沙江上游小流域水文过程模拟中的适用性,选择金沙江一级支流冲江河流域为研究区,利用该小流域控制站来远桥水文站1961~2012年月径流量数据进行模型参数率定与模型验证研究。结果表明：SWAT模型对金沙江上游山区小流域径流模拟精度较高,冲江河流域率定期和验证期月径流模拟值与实测值的相关系数分别达0.97和0.81,平均相对误差分别为16%和20%,纳什系数Ens分别为0.84和0.82。     

SWAT模型在天山西部山区的应用

以伊犁喀什河流域为研究对象,采用分布式流域水文物理模型SWAT对喀什河流域进行径流模拟,并建立模型所需的土壤、土地利用、气象数据库。应用1990-1996年的月径流资料进行模型参数的率定;1997-2000年月径流资料进行模型的验证,评估了模型在天山西部山区的适用性。模型经过多次的参数率定后,能较好地模拟新疆山区水文过程。结果表明:率定期的径流相对误差RE为8.6%,Nash-Sutcliffe效率系数为0.8,模拟值与实测值之间的拟合程度较好。融雪是新疆径流形成的重要环节,模型中的融雪参数对模拟径流结果的影响较大,适当的调整融雪参数值,可提高模拟精度。     

基于SWAT模型的中尺度流域径流变化过程模拟

采用黄土丘陵沟壑区耤河流域1962—2008年逐日水文气象数据,基于GIS空间分析功能建立空间和属性数据库,利用SWAT模型对该流域过去47 a的径流变化过程进行了模拟与验证。结果表明:对于年、月尺度径流的校准与验证,模拟值和实测值变化趋势保持一致,但模拟值总体上均偏大;校准期年均流量模拟值的相对误差、与实测值的复相关系数、效率系数分别为15.3%、0.638、0.720,验证期分别为26.0%、0.569、0.511,可见验证期的模拟效果不如校准期的;月均流量也有类似的模拟效果,但不如年均流量模拟效果好。     

北洛河流域TOPMODEL模型基流分割定量评估

为探究水文模拟结果对总径流、地表径流和地下径流(基流)的影响,首先采用Mann-Kendall检验方法识别出■头水文站水文序列突变点,然后构建北洛河流域TOPMODEL水文模型,最后采用数字滤波方法分别对模拟水文过程和实测水文过程进行基流分割,并定量分析水文模型模拟结果对地表径流和地下径流的影响。结果表明:①北洛河流域径流突变年份为1994年;②率定期和验证期纳什效率系数、可决系数和相对误差绝对值分别为0.69与0.63、0.87与0.82以及18.5%与13.4%;③率定期基流指数大于验证期且大于0.75,这意味着北洛河流域基流量对河川径流的补给作用显著;④模型在非汛期径流的模拟精度优于汛期的,能够为非汛期的基流分割提供依据;⑤不同时期基流量水文过程线起伏差异较大,但其形状基本与径流过程线保持一致。     

新安江模型与水箱模型在马家沟水库洪水预报的适用性研究

洪水预报是重要的非工程防洪措施之一,是防洪指挥决策的主要依据。为避免单一模型预报结果的不确定性,以城固县马家沟水库为对象,应用新安江模型和水箱模型分别模拟了2019—2021年流域日径流和次洪水过程,并结合遗传算法率定优化的模型参数比较了模拟结果与精度。日模方面,水箱模型的模拟效果更优,洪量相对误差小于16%,洪峰相对误差小于4%,峰现时差小于1 h, Nash-Sutcliffe效率系数大于0.58,均达到了《水文情报预报规范》的评定精度要求,且对于水库大洪水的模拟效果也较为理想。次模方面,2个模型的峰现时差表现相当,新安江模型的模拟效果更平滑,水箱模型的洪量和洪峰模拟更贴近实测流量过程。整体来看,水箱模型比新安江模型更适合马家沟水库的洪水预报。     

EasyDHM模型参数识别研究

模型参数取值的准确与否直接影响模拟精度的高低,为了提高乌鲁木齐河流域流量模拟精度,根据LH-OAT分析法筛选出对流域流量模拟精度影响较大的参数,利用SCE-UA方法计算出这些参数的最优值,并用1990—2009年实测日资料进行了参数率定及模型验证。结果表明:1土壤田间持水率、河道长度修正系数、径流曲线系数、土壤深度占总土层厚度的比例对流量模拟的影响最为敏感;2模型在率定期和验证期的模拟值与实测值的日相对误差均低于5%,纳什效率系数均超过0.80,相关系数在0.90以上,表明EasyDHM模型在乌鲁木齐河流域流量模拟的精度较高且适应性良好。     

基于SWAT模型的延河流域月径流量模拟分析

近年来SWAT模型在我国南方湿润半湿润流域以及众多大尺度流域取得了良好的应用效果,但在水文资料缺乏、气候相对干旱的流域应用不多。以黄土高原典型流域陕西省延河流域为例,结合国内外已有的研究和GIS技术,根据延河流域现有的数据成功构建了基于SWAT的水文模型,其中1980—1985年为模型的率定期,1986—1989年为模型的验证期。通过对模型的参数进行敏感性分析以及一系列率定,最终得到结果为率定期的Nash-Sutcliffe效率系数NS和相关系数R²分别是0.644和0.832;验证期的Nash-Sutcliffe效率系数NS和相关系数R²分别为0.63和0.872,均达到模型模拟的要求,表明SWAT模型基本上能够模拟延河流域月径流量水文过程,为SWAT模型在黄土高原典型流域的进一步应用提供了科学依据。     

基于HEC-HMS模型的温榆河流域水文模拟

水文模拟对于流域防洪减灾、水资源规划管理有重要的意义。将分布式水文模型HEC-HMS应用到北京温榆河流域,模拟该区域1980-2005年间6场暴雨洪水过程和1983-1995年日降雨径流过程,评估HEC-HMS模型在模拟场次洪水和日径流过程两种时间尺度上的适用性。结果表明,场次洪水模拟的洪峰流量和洪量相对误差均在20%以内,峰现时差均不超过2h,平均Nash效率系数为0.82,平均相关系数r为0.92;日径流模拟率定期和验证期的平均Nash效率系数为0.6,平均相关系数r为0.78,平均相对误差为3.95%。分析结果表明,HEC-HMS模型在温榆河流域的适用性较好,能够有效模拟北方地区短时和长时降雨径流过程,可用于该区域的洪水预报和水资源评价与管理。     

AnnAGNPS模型在黄土丘陵沟壑区小流域的适用性评价

在水土流失较严重、生态环境较脆弱的黄土丘陵沟壑区定量化研究土壤侵蚀对于合理利用土地及保护环境显得尤为重要。本文运用基于过程的Ann AGNPS模型对典型黄土丘陵沟壑区-岔口小流域的水土流失进行模拟,以5场次暴雨径流量及泥沙量评价模型适用性。模拟结果表明:模型能较好的模拟地表径流,模拟相对误差为-21.46%~2.26%,确定性系数R2为0.99,Nash-Sutcliffe系数为0.99。模型对泥沙模拟精度较低。对岔口小流域土壤侵蚀定量分析表明,单位面积泥沙流失量最严重的区域集中在坡耕地上,尤以核桃树与玉米间种的坡耕地流失最大。     

基于SWAT模型的寒区小流域径流模拟及径流成分研究

由于冻土、降雪及融雪入渗等影响因素的特殊性，寒区流域产汇流特性都有别于非冻区，使寒区径流模拟研究较为困难，已有的研究内容对寒区小流域的径流模拟研究以及径流成分分析还比较少。为探讨寒区小流域径流模拟方法并分析流域内径流成分组成，以永翠河流域为研究区域，选取1994—2015年共22年的水文气象资料，构建SWAT模型，以决定系数（R2）和效率系数Nash-Sutcliffe (NSE)评价SWAT模型的适用性，并基于构建的SWAT模型分析永翠河流域径流成分组成。结果表明，SWAT模型能够较好的模拟寒区小流域的径流过程，各径流成分中壤中流占比最大，地表径流次之，地下水占比最小，且三种径流成分产水量总体都呈现上升趋势。     

基于相似流域法的SWAT模型模拟黄河中游无资料地区径流

选用黄河中游两个小流域,基于相似流域法探求分布式水文模型SWAT在黄河中游小流域无资料地区径流模拟的适用性。通过距离、流域面积相近及属性相似的方法,用已知流域率定参数移植到无资料流域进行径流模拟。选取2009-2013年的日径流与月径流进行模型率定,以效率系数(NS)和决定系数(R2)为评价指标,率定出4个模型敏感系数,并用2014-2016年的日径流与月径流进行模型验证。结果显示:率定期月径流模拟的R2为0. 76,NS为0. 70;日径流模拟的R2为0. 70,NS为0. 64;验证期月径流模拟的R2为0. 82,NS为0. 74;日径流模拟的R2为0. 78,NS为0. 68。说明基于相似流域法的SWAT模型对于无资料的小流域月径流量模拟具有很好的适用性。     

新安江NAM和TOPMODEL模型在安阳河流域比较应用研究

海河流域作为我国的政治文化中心,流域内人口密度大,水循环过程受到强烈的人为干扰,导致流域的水文水资源特征改变。因此,为了探讨海河流域河流的产流机制,本研究以安阳河流域为例,分别采用新安江模型、NAM模型和TOPMODEL模型进行日径流过程模拟和次洪模拟计算,结果表明在海河流域三个模型模拟效果均良好。三种水文模型模拟的结果为:在日径流模拟方面,NAM模型与新安江和TOPMODEL模型相比,在率定期其确定性系数较其它模型相对较高,在验证期其率定系数也相对较高,且径流深相对误差较小;在次洪模拟方面,NAM模型与新安江和TOPMODEL模型相比,2场洪水的确定性系数有所提高;2场洪水的径流深相对误差都较小;2场洪水的洪峰相对误差较小,峰现时差有了明显的提高。因此,NAM模型在安阳河流域的应用效果最佳。     

目标函数对滦河流域SWAT模型径流模拟不确定性的影响

针对水文模型参数和径流模拟结果不确定性问题,选取2Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)、改进的决定系数(R_m²)、相对误差(PBIAS)、Kling-Gupta效率系数(KGE)4种目标函数,对构建的滦河流域潘家口水库上游SWAT模型进行参数率定及验证,分析了不同目标函数下模型参数的敏感性差异及径流模拟的不确定性。结果表明：参数敏感性会随迭代次数增加和抽样范围变化发生改变,不同目标函数下率定的参数范围和最优值显著不同;NSE和KGE作为目标函数在各站点径流模拟中更稳健,分别表现出较高的模拟精度和较低的模拟不确定性。     

缺资料地区水电工程径流计算方法研究

针对缺资料地区水电工程水文计算难题,以国外两个水电站设计为例,在掌握全球共享气象、地形、植被、土壤基础数据的前提下,以基于3S技术的分布式水文模型SWAT为工具建模,利用Nash-Sutcliffe效率系数及相对误差指标评估径流模拟精度,论证分布式水文模型在缺资料地区水电站径流计算的可行性。     

基于SWAT模型的滦河流域径流模拟

应用SWAT模型对滦河流域进行了天然径流模拟,以承德、三道河子和滦县3个水文站的还原径流量对模型进行了参数率定与模型验证,基于模型模拟结果分析了下垫面变化对径流的影响。结果表明:滦县水文站率定期与验证期月径流模拟值与实测值的相关系数、确定性效率系数均在0.90以上,相对误差控制在5.00%左右,表明模型具有较高的模拟精度;与1985年相比,2000年土地利用的变化主要是林地面积减少与耕地、草地面积增加,导致径流量增加了2.91%,而年内降水量的增加则强化了下垫面变化对径流的影响程度。