大尺度分布式水文模型VIC在嘉陵江流域径流模拟中的应用

大尺度分布式流域水文模型是目前评价流域环境变化的重要工具,以嘉陵江流域为研究对象,构建了嘉陵江流域大尺度分布式VIC模型(Variable Infiltration Capacity,VIC model),利用Maryland大学的全球1 km×1 km土地覆盖数据,同时参考LDAS(Land Data Assimilation System)成果,建立了嘉陵江流域VIC模型的参数库,通过4个水文站以上流域的水文模拟试验,结果表明建立的VIC模型能有效地模拟嘉陵江流域各典型站的日、月径流过程,模拟的水量平衡误差在5%以内,日径流过程模拟的确定性系数均在70%以上,月径流过程模拟的确定性系数超过90%。该模型可以用来分析环境变化对嘉陵江流域水资源及洪水过程的影响。     

可可西里湖泊群立体监测技术方法及应用

高原地区的湖泊自然、地理、气候条件恶劣,常位于人烟稀少的无人区,实地获取湖泊的基础数据十分困难。为了解决高原地区湖泊的水资源、水环境、水灾害的监测、评价、研究等方面比较滞后的问题,以青海省可可西里地区盐湖流域为研究区域,建立空-天-地-水一体化立体监测集成系统,获取盐湖湖泊全方位的基础数据,并对可可西里盐湖的面积、水位、容积及湖泊潜在溢出路径等进行分析与预测。结果表明：盐湖湖泊面积从2015年1月的147.41 km2增长至2018年12月的196.27 km2,4 a期间增长面积达48.86 km2,增长率达24.9%;湖泊容积由19.116亿m3增长至33.878亿m3,4 a期间增长容积达14.762亿m3,增长率达43.6%。通过建立基于高原湖泊的空-天-地-水一体化立体监测系统,获取高精度的高原地区湖泊的基础数据,能为可可西里盐湖流域的水资源管理与生态环境保护提供数据基础和决策支撑。     

改进VIC模型在辽宁地区水文模拟中的应用

结合汤河流域内2000~2010年实测水文数据,对比分析改进前后的VIC模型对区域水文模拟精度的影响,结果表明:改进后的VIC模型对径流深相对误差和流量过程确定性系数有明显改善;研究成果对于区域水文模拟具有参考价值。     

基于VIC的中小尺度黄泥庄流域径流模拟

为对黄泥庄流域水资源进行评价与规划,探讨VIC大尺度分布式水文模型在中小尺度流域上的适用性,采用VIC模型对黄泥庄流域的径流进行模拟,结果表明:VIC模型在黄泥庄流域具有较好的适用性,说明VIC大尺度水文模型在中小尺度流域具有一定适用性;月径流模拟的Nash-Sutcliffe效率系数均在0.80以上,相对误差大部分在0.10以内,满足该流域水资源评价与规划的要求;模拟过程中部分较大洪峰,VIC模型的径流模拟效果稍显欠佳,参数率定结果的不确定性也给模拟结果带来一定误差,需进一步研究改进。     

资料短缺地区径流模拟研究

以柬埔寨洞里萨湖流域为对象,基于多源降水信息分析、水文模型构建及适应性分析、参数移植研究及检验等,探讨了资料短缺地区的径流模拟问题。结果表明:气候再分析资料集Ag MERRA在洞里萨湖地区的精度较高,VIC模型在该区域的适应性较好,可以用来进行水文模拟;水文模型参数与流域气候和下垫面因子的相关性较好,拟合优度R2都在0. 65以上,移植的可信度较高;在3个验证流域的实测径流过程对比分析表明,基于参数移植方案构建的水文模型能较好地模拟资料短缺地区的流域水文过程。     

气候变化对可可西里盐湖流域湖泊水量变化的影响分析

湖泊是气候变化的敏感指示器。为了研究气候变化对湖泊水量的影响,以盐湖流域为研究区,应用统计方法对1989—2018年降雨、气温、蒸发进行线性趋势和突变分析,采用多源卫星遥感技术对湖泊面积等水文要素进行监测,分析湖泊面积与气象要素、湖泊面积与湖泊水量之间的相关性。利用VIC模型模拟径流并结合计算的冰川水量得到盐湖径流组成,定量探讨气象要素对湖泊水量变化的影响,综合分析2011年前后气象要素影响流域湖泊水量的差异。结合统计分析与水文模型定量计算可知:年降雨量、年平均气温显著升高,年蒸发量呈下降趋势,且与湖泊面积有较好的相关性。湖泊面积与湖泊水量间相关性较高,可间接体现气象要素对湖泊水量变化的影响。2011年前卓乃湖和盐湖水量变化主要受降雨量影响,库赛湖和海丁诺尔湖水量变化主要受气温影响;2011—2014年4个湖泊水量变化主要受降雨量影响;2015—2018年4个湖泊水量变化中降雨增加量、冻土释水和地下水补给增加量、冰川融水量对湖泊扩张的贡献约为34.48%、57.66%、7.86%,气温变化成为影响湖泊水量变化的主要因素,降雨量影响次之。     

两种水文模型在汤河流域水文模拟中的对比分析

本文分别引入分布式水文模型SWAT模型和VIC模型,以汤河流域为例,结合流域内二道河子水文站2000~2010年实测水文数据,对比分析不同分布式水文模型在汤河流域的适用性和模拟精度。基于分布式水文模型SWAT模型,通过设定2种气温变化情景模式,定量分析气温变化对流域径流影响。研究表明:SWAT模型模拟的径流深相对误差和确定性系数均好于分布式水文模型VIC模型,SWAT模型更适合于汤河流域水文模拟。研究成果对于汤河流域分布式水文模拟提供参考价值。     

改进的SCS模型在流域径流模拟中的应用

介绍了改进的通用SCS日模型,应用该模型对汉江牧马河等8个流域进行长系列水文模拟,结果表明:模型对于较大径流系数的流域模拟效果较好,而较小径流系数的流域则不够理想;模型不仅仅可用于小流域径流计算,对于较大流域也一样可以取得满意的结果。结合M OD IS遥感数据确定模型参数,为开展无资料地区的水文预报进行了一定的尝试。     

DEM分辨率对葫芦河流域径流模拟的影响

选取北洛河支流葫芦河张村驿水文站以上控制区域为研究区域,基于ASTER GDEM V2 30 m DEM数据与张村驿水文站1980—1990年实测流量数据,建立流域月尺度的SWAT水文模型,并评价了模型在该流域的适用性,分析了DEM分辨率对流域水文地形特征提取与径流模拟的影响。结果表明:建立的SWAT模型可以用于研究区域的径流模拟;DEM分辨率对坡度、面积、子流域划分影响较大,对高程提取影响较小;不同分辨率的DEM数据对径流的模拟结果不同,其中120~150 m分辨率模型模拟结果较优,DEM分辨率为150~1 000 m时,模拟结果可满足精度要求但存在一定偏差;各模型均存在低估流量值的现象。     

大型水库流域SWAT模型构建和径流模拟

本文介绍了基于大型水库流域地质条件、土壤种类等要素建立水库流域土壤数据库，结合流域DEM图，土壤使用地图，土壤类型图及其气象数据构建流域SWAT模型，并利用实测径流资料进行参数率定的过程。径流模拟结果分析表明，构建的SWAT水文模型能较好模拟研究区地表径流过程，为水库流域进一步开展变化条件下水文响应及水质模拟等研究奠定了基础，为流域今后经济和社会的可持续发展和水资源的合理开发利用提供了科学依据。     

Application of hydrological models in a snowmelt region of Aksu River Basin

This study simulated and predicted the runoff of the Aksu River Basin, a typical river basin supplied by snowmelt in an arid mountain region, with a limited data set and few hydrological and meteorological stations. Two hydrological models, the snowmelt-runoff model （SRM） and the Danish NedbФr-AfstrФmnings rainfall-runoff model （NAM）, were used to simulate daily discharge processes in the Aksu River Basin. This study used the snow-covered area from MODIS remote sensing data as the SRM input. With the help of ArcGIS software, this study successfully derived the digital drainage network and elevation zones of the basin from digital elevation data. The simulation results showed that the SRM based on MODIS data was more accurate than NAM. This demonstrates that the application of remote sensing data to hydrological snowmelt models is a feasible and effective approach to runoff simulation and prediction in arid unguaged basins where snowmelt is a major runoff factor.     

水文模型植被参数获取方法及应用研究

引入Spot/Vegetation(简称SPOT-VGT)归一化植被指数NDVI遥感资料,建立了叶面积指数LAI-NDVI模型,进行大尺度陆面水文模型VIC植被参数获取方法研究,将结果应用于黑河莺落峡流域水文模拟,并分析了植被参数对陆面水文循环要素的影响.结果表明:采用SPOT-VGT遥感资料建立的LAI-NDVI模型计算的叶面积指数较好地反映了实际叶面积指数的空间分布和时间变化,用此方法获取的植被参数结果优于模型推荐的查表法.     

基于HJ-1A CCD数据的湖泊叶绿素a浓度反演——以贵阳市百花湖为例

为及时、快速地获取百花湖叶绿素a浓度情况,形成具有可操作性的水质遥感监测技术,结合HJ-1A卫星数据与2012年4月实测的光谱数据,建立百花湖叶绿素a的遥感反演模型。结果表明:①第1波段和第2波段比值(B2/B1)与叶绿素a浓度的相关性最好,相关系数(R~2)为0.84。②利用波段比值构建的回归模型具有不错的反演效果,模型决定系数(R~2)为0.87,平均绝对误差(MAPE)为13%,均方根误差(RMSE)为4.32 mg/m~3;用12月份实测的数据对模型进行验证,效果也比较理想,说明该模型适用于百花湖冬、春季叶绿素a浓度的反演,在一定时间范围内具有一定的普适性。③百花湖湖边叶绿素a浓度高于湖心,分布趋势自北向南逐渐增加;④营养状态指数空间分布主要呈富营养化状态,富营养状态区域占全湖的85%,中营养状态区域仅占全湖的15%。叶绿素a反演及富营养化评价结果与实际分析情况相符,表明HJ-1A CCD数据可用于百花湖水质参数的遥感监测。     

基于VIC模型的三峡库区流域小时尺度实时洪水预报

VIC模型在流域面积大于3 000km2 的大型流域日或月尺度洪水模拟中表现出良好的适用性,而在大型流域小时尺度实时洪水预报过程中的适用性尚未得到验证。以三峡库区大型流域为例,通过建立小时尺度VIC分布式洪水预报模型,构建三峡库区流域实时滚动洪水预报方案,将VIC分布式洪水预报模型实地化部署并应用于2022及2023年三峡库区实时洪水预报。结果表明：VIC模型应用于2014—2021年三峡库区各子流域历史洪水模拟,率定期和验证期的洪量、洪峰平均合格率均在80%以上,确定性系数均值在0.70以上,构建的VIC分布式洪水预报模型在三峡库区及其子流域洪水模拟中表现出良好的适用性;在2022及2023年三峡库区4场典型洪水的实时洪水预报中,径流深和洪峰的平均相对误差达到16.3%和5.0%,重点产流区产流量平均相对误差为7.8%,能够准确把握库区重点产流区的洪量及来水过程,因此VIC模型在大型流域小时尺度实时洪水预报中具有较大的应用潜力。     

湖泊藻类动态模型数据同化模式的改进

以太湖为研究区域,采用2014—2016年的水环境生态监测数据,率定了三维水生态动力学模型(3DHED),模拟了太湖蓝藻生物量的时空变化;通过融入遥感数据建立了基于集合卡尔曼滤波(EnKF)的蓝藻生物量预测数据同化(DA)模式,同时提出了一种改进数据同化(mDA)的策略,降低了遥感数据不确定性的影响,显著提升了模型模拟精度。结果表明:相比3DHED蓝藻生物量的模拟结果,DA模拟结果的均方根误差均值降低了10.4%,IOA均值增加了48.8%;mDA在DA基础上对蓝藻生物量的模拟精度进一步提升,其均方根误差均值为1.16 mg/L,在DA基础上降低了8.6%,IOA均值为0.71,在DA基础上增加了10.9%,并有效提升了对蓝藻生物量峰值的捕捉能力,表明提出的mDA方法能有效减小原DA模式中遥感观测数据误差的影响,提升水华模拟精度。     

基于土壤含水量模拟的干旱监测指数研究

以山西省汾河流域为例,采用水量和能量平衡原理的VIC模型模拟了区域内径流和土壤含水量的变化过程,并构建了土壤干旱指数进行实例研究。结果表明:建立的VIC模型能够较好地模拟研究区站点的径流和土壤含水量的变化过程,基于土壤含水量模拟的土壤干旱指数与实际干旱的发生具有较好的相关性,土壤干旱指数物理意义清晰,能较好地刻画区域干旱在时空上的发生、发展及结束过程,对区域干旱监测具有一定的应用价值。     

时空变源混合产流模型及其在小流域洪水模拟中的应用——以四川省、甘肃省的4个小流域为例

近年来山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失不断增加,基于GIS和遥感数据的水文模型为山洪预报提供了新的思路。利用DEM和遥感数据提取小流域基础属性并划分地貌水文响应单元,利用垂向混合产流计算产流量,采用包气带非饱和土壤计算下渗,建立垂向上的时空变源混合产流模型。利用时空变源混合产流模型,模拟四川省和甘肃省4个流域多场次洪水过程,通过SCE算法进行参数率定和产流分析。结果表明:模型模拟与实测数据基本吻合,纳什效率系数均超过0.8;四川和甘肃两省小流域受到下垫面信息影响,主导产流成分不同。模型能够提供较为精确的山丘区流域洪水预报。     

Terrestrial hydrological features of the Pearl River basin in South China

This paper presents the terrestrial hydrological features of the Pearl River basin in South China by using a macro-scale hydrological model, the Variable Infiltration Capacity (VIC) model, and a routing scheme. Without calibration, the VIC model is used to simulate streamflow, evapotranspiration and soil moisture change at a daily time step for the period 1951–2000. After aggregation of daily output, it is observed that the VIC streamflow simulation is comparable to the observation at a month step. Moreover, from the model simulation, the study reveals that the monthly soil moisture change varies dynamically for maintaining the basin water balance, and both of the streamflow and evapotranspiration are dominant hydrological processes over the basin. With the routing scheme, the hydrological simulation from the VIC model is investigated at a daily step. It is observed that the scheme can improve the simulation of the timings and magnitudes of the daily streamflow peaks significantly, and the temporal scale of the influence of the routing on the streamflow simulation is less than 2–3 weeks in the Pearl River basin.