郑州市贾鲁河流域分布式水文模型研究

以郑州市贾鲁河流域为研究区,在地理信息系统技术支持下,基于DEM、土地利用、土壤、气象、用水排水数据、农业管理措施等资料构建了SWAT分布式水文模型,经参数率定和模型验证,结果表明模型在研究区有较好的适应性。为研究流域水循环演变规律和实施最严格的水资源管理制度提供了技术支撑。     

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。     

基于二元水循环的灌区分布式水文模型的应用研究

针对中国北方灌区的水文特点,在二元水循环理论的指导下,对自然流域水文模型SWAT进行了改进,构建了灌区分布式水文模型,改进了SWAT模型的灌溉水运动模块、稻田水分循环模块、稻田水量平衡各要素和产量模拟的计算方法,增加了渠系渗漏模拟模块等.以河南省人民胜利渠灌区为例,利用改进的SWAT模型对该灌区的水循环过程进行了模拟.为验证模型的有效性,选用Nash-Suttclife效率系数(纳西效率系数)E、线性回归系数R2来评估模型在校准和验证过程中的模拟效果.结果表明:该模型适合灌区水分循环的模拟.模型的构建和改进,对分布式水文模型在高强度人类活动影响区域的水资源、水环境研究和管理起到积极的作用,为灌溉水文学提供了新的研究方法.     

改进SWAT模型在强人类活动地区的应用

摘要：SWAT模型是一个具有较强物理机制的、长时段的流域水文模型。针对中国人类活动强烈的流域水循环特点，在二元水循环理论的指导下，以SWAT模型为基础，进行了灌溉和人工耗用水模块的开发和改进，构建了适用于此类区域的二元水循环模型。利用改进后的模型对全世界用水最为强烈的区域之一——天津市的水循环过程进行了模拟，结果表明，改进后的模型模拟的NASH效率系数从0.62提高到0.89，相关系数从0.79提高到0.91，比改进前有明显的提高。模型构建和改进的成功，对分布式水文模型在高强度人类活动影响流域的水资源水环境研究和管理将起到积极的作用。     

CMADS在霍童溪流域SWAT模型径流模拟中的应用研究

中国东南沿海山区中小流域同样存在气象数据稀缺问题,导致流域水文模型研究受限。中国大气同化驱动数据集(CMADS)是一类可获得再分析气象数据集,用于填补水文模型数据空缺,研究其在SWAT径流模拟中的适用性显得尤为重要。以福建霍童溪流域为研究区,以测站数据为参照,通过数据一致性评价、SWAT模型径流模拟的检验系数以及水文要素空间分布对CMADS进行适用性评价。研究结果表明:两类数据降水空间分布一致,温度数据相关性较高;CMADS和测站数据在月、日尺度SWAT模型径流模拟中R~2和NSE系数均达到了较好的结果;CMADS模式水文相关分量与测站模式偏差较小且空间分布一致,CMADS数据集在东南沿海代表性流域径流模拟有较好的适用性。     

改进的SWAT模型在强人类活动地区的应用

针对中国人类活动强烈的流域水循环特点,在二元水循环理论的指导下,以SWAT分布式水文模型为基础,进行了灌溉和人工耗、用水模块的开发和改进,构建了适用于此类区域的二元水循环模型。利用改进后的模型对天津市的水循环过程进行了模拟。结果表明,改进后的模型模拟的NASH效率系数从0.62提高到0.89,相关系数从0.79提高到0.91,比改进前有明显的提高。模型的构建和改进,对分布式水文模型在高强度人类活动影响流域的水资源、水环境研究和管理将起到积极的作用。     

CMADS驱动SWAT模型在水循环模拟中的应用——以洱海流域为例

基于大气数据驱动水文模型的输出结果开展水循环模拟研究是大气和水文学界的研究热点。利用中国大气同化驱动数据集CMADS驱动SWAT模型,模拟2009～2016年期间洱海流域关键水循环要素的时空分布特征。结果表明:①CMADS数据集可很好地驱动SWAT模型,在洱海流域适用性较好,可用于水循环模拟研究。②从时间上看,洱海流域年降水量、实际蒸散和年产水量均呈现出先减少后增加的趋势,分别以4.6,29.3,15.0 mm/a的速率递增,多年平均降水量、多年平均实际蒸散发和多年平均产水量分别为792.8,565.5,286.1 mm。从空间上看,洱海西部降水最丰沛,东部地区次之,北部地区最低;实际蒸散发空间差异性相对较小,高值区主要分布于洱海湖区周围;产水量空间分布差异性较大,洱海西部产水量最大,其次为洱海北部和东部山区。③湿润度呈现出增加的趋势,而产水系数表现出减少的趋势,多年平均湿润度和产水系数分别为0.61和0.43;实际蒸散发与降水变化趋势一致,但与潜在蒸散发变化趋势相反,表明水分条件是限制洱海流域潜热的主要因子。     

SWAT模型在大尺度流域径流模拟影响因素分析——以巴拉那河上游流域为例

为了探讨SWAT模型在大尺度流域水文分析模拟的效果,以巴西巴拉那河上游流域为研究区,利用构建的流域大尺度SWAT模型,定量分析美国国家环境预报中心再分析数据(CFSR)降水再分析数据质量、子流域划分数量及模型参数对径流模拟结果的影响。结果表明,CFSR再分析数据对流域降水的空间分布估计偏差较大,导致径流模拟误差较大,模型参数经1次迭代后,确定系数(R²)值均小于0.2。随着子流域划分数量的增加,实测站点降水数据可以更准确地估计子流域面雨量,进而提高径流模拟拟合度。在子流域划分数量分别为66、781和4 111的情况下,比较模型参数经过1次迭代后的径流模拟效果发现,子流域个数为781个时,R²值相对于两种情况有明显提高。在涉及SWAT模型径流模拟的20个参数中,土壤蒸发补偿系数(ESCO)和SCS径流曲线数(CN2)是最敏感的两个参数。由分析可知,SWAT模型可以在大尺度流域径流模拟中应用,研究结果可以为大尺度流域水文模型的构建与应用提供参考。     

黄河流域托万区间SWAT模型土壤属性数据库的建立

通过对国内外众多SWAT模型研究的深入调研,并根据现有数据的特点,利用Matlab6．5软件通过插值法完成土壤质地转换,并利用SPAW程序估算了SWAT模型部分所需参数,建立了SWAT模型土壤属性库,为SWAT模型在该流域后续水文过程模拟奠定了基础。     

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。     

瑞士RS模型在金沙江流域洪水预报中的应用

为更好地服务于长江流域防汛抗旱及水资源综合管理工作,依托中瑞合作"气候变化下金沙江流域水资源与风险综合管理项目",引进瑞士RS洪水预报模型及系统,以金沙江流域作为试验区,构建了长、中、短期多尺度的RS分布式水文模型。试验应用成果表明:瑞士RS模型对高跨度、多水库、多方式径流补给的金沙江流域具有较强的适用性,模型可运用气象数值产品中降雨、蒸发、气温等数据源完成多尺度洪水预报。预报成果合理可靠,可为电力生产、水资源调配及防汛决策提供技术支撑,同时为该模型扩展至其他流域提供了重要参考。     

滦河流域气象干旱向水文干旱传播特征及风险分析

干旱是一种复杂的自然灾害,气象干旱可能导致水文干旱等灾害,严重影响社会经济发展。探明气象干旱向水文干旱传播的特征及规律,可为减小干旱损失、保障流域供水用水安全提供技术支持。本文基于滦河山区1960—2017年的气象水文数据,应用游程原理识别气象水文干旱事件,甄别二者间的传播特征,并借助Copula模型评估气象干旱向水文干旱的风险和干旱传播的临界关系。结果表明：（1）在1960—2017年期间,与气象干旱事件相比,水文干旱事件具有频率低、历时长、峰值低的特点;（2）滦河地区气象干旱和水文干旱传播关系以单场气象干旱向单场水文干旱传播为主;（3）气象干旱向水文干旱的传播存在明显的滞后效应,从上游至下游地区干旱滞后时间依次增长;（4）Gumbel Copula函数能够更准确地评估该流域干旱传播风险,结果显示上游地区发生干旱传播的风险低于下游地区,上、下游地区气象干旱发展成水文干旱的临界历时分别为0.93个月和1.26个月,临界峰值强度分别为0.66和0.44。本研究可为评价不同干旱事件间的传播与演变关系,构建流域干旱风险评价模型提供新思路。     

Hydrological assessment of TRMM rainfall data over Yangtze River Basin

High-quality rainfall information is critical for accurate simulation of runoff and water cycle processes on the land surface. In situ monitoring of rainfall has a very limited utility at the regional and global scale because of the high temporal and spatial variability of rainfall. As a step toward overcoming this problem, microwave remote sensing observations can be used to retrieve the temporal and spatial rainfall coverage because of their global availability and frequency of measurement. This paper addresses the question of whether remote sensing rainfall estimates over a catchment can be used for water balance computations in the distributed hydrological model. The TRMM 3B42V6 rainfall product was introduced into the hydrological cycle simulation of the Yangtze River Basin in South China. A tool was developed to interpolate the rain gauge observations at the same temporal and spatial resolution as the TRMM data and then evaluate the precision of TRMM 3B42V6 data from 1998 to 2006. It shows that the TRMM 3B42V6 rainfall product was reliable and had good precision in application to the Yangtze River Basin. The TRMM 3B42V6 data slightly overestimated rainfall during the wet season and underestimated rainfall during the dry season in the Yangtze River Basin. Results suggest that the TRMM 3B42V6 rainfall product can be used as an alternative data source for large-scale distributed hydrological models.     

长江流域防洪调度决策支持系统设计初探

为了提高长江流域防洪调度决策的时效性和可靠性,需构建一套服务于多层级用户的防汛管理智能决策支持体系。通过建立长江流域河网及控制性节点的拓扑关系,对核心业务功能进行了模块化设计,实现水情预报、洪水演进、防洪调度以及洪水风险分析的预报调度一体化。基于核心业务模型和信息扩展接口,利用GIS可视化技术及WebService交互技术的集成,研制了长江流域防洪调度决策支持系统,可实现流域水雨情的实时查询和防洪调度方案的快速模拟,为流域防汛管理决策提供专业、科学、准确的技术支持。     

基于分布式水文模型的“尼伯特”台风暴雨洪水反演

台风暴雨具有强度大、降雨集中的特点,容易在沿海地区中小流域形成局地破坏性洪水灾害,基于高精度地形地貌数据构建分布式水文模型,是实现中小流域洪水模拟和预报的重要手段。以福建闽清县梅溪流域为研究区,基于高精度DEM、土壤和土地利用数据,采用中国山洪水文模型(CNFF-HM),构建了梅溪流域分布式水文模型,以56场实测水文气象资料对模型进行率定和验证,并对2016年7月9日发生的"尼伯特"台风带来的暴雨洪水进行反演。结果显示,构建的分布式水文模型验证和率定效果良好,对"尼伯特"台风暴雨洪水模拟的洪峰流量误差小于20%,确定性系数达到0.96,因此模型能够很好地反映流域短历时强降雨引发的洪水特征,为流域防洪减灾提供可靠的技术支撑。     

沙颍河(河南段)水污染的时空分布规律

对沙颍河流域(河南段)的沙河、颍河、贾鲁河水质进行监测,分析沙颍河水污染的时空分布规律特征。结果显示:①流域内主要支流沙河、颍河、贾鲁河水体TN浓度均超过Ⅴ类地表水质量标准要求,为劣Ⅴ类。②流域水体CODMn、TP浓度从上游的Ⅳ类到下游的Ⅴ类逐步恶化,部分河段超过Ⅴ类水质要求。周口段贾鲁河和沙颍河NH3-N、TN、TP、CODMn浓度超过Ⅴ类水质标准;沙河、颍河TN、CODMn浓度为Ⅴ类或超Ⅴ类水质标准,NH3-N符合Ⅲ类水质标准,TP符合Ⅳ类水质标准。③沙颍河流域水体TN、TP、CODMn浓度随季节而变,枯水季节的TN、TP浓度明显高于丰水季节,CODMn浓度明显低于丰水期。④沙颍河流域主要污染因子为TN,其次为CODMn和TP。认为流域水污染最严重的河流为贾鲁河,其次为颍河和沙河,该流域水体不仅点源污染严重,还存在明显的面源污染。     

Initiatives to clarify mechanisms of hydrological evolution in human-influenced Yellow River Basin

Significant changes in water cycle elements/processes have created serious challenges to regional sustainability and high-quality development in the Yellow River Basin in China. It is necessary to investigate the impacts of climate change and human activities on hydrological evolution and disaster risk from a holistic perspective of the basin. This study developed initiatives to clarify the mechanisms of hydrological evolution in the human-influenced Yellow River Basin. The proposed research method includes: (1) a tool to simulate multiple factors and a multi-scale water cycle using a grid-based spatiotemporal coupling approach, and (2) a new algorithm to separate the responses of the water cycle to climate change and human impacts, and de-couple the eco-environmental effects using artificial intelligence techniques. With this research framework, key breakthroughs are expected to be made in the understanding of the impacts of land cover change on the water cycle and blue/green water redirection. The outcomes of this research project are expected to provide theoretical support for ecological protection and water governance in the basin.     

黄河流域水土资源联合配置技术框架

黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略,对黄河流域水土资源配置提出了新要求。随着气候变化和人类活动的影响,黄河流域面临水资源总量不足、水土资源空间不匹配、水沙异源和生态用水用地矛盾突出等问题。在分析黄河流域水土资源所面临问题及成因的基础上,以山水林田湖草整体保护、系统修复和综合治理为导向,基于已有水土资源要素数据和精密监测获取的数据,识别黄河流域水土资源演变规律及生态关键阈值,构建基于水土资源高效利用与保护的黄河流域水土资源联合配置模型。本研究旨在规范黄河流域水土资源开发,为黄河流域生态保护和高质量发展提供技术支撑。     

基于水循环的分布式水资源调配模型开发与应用

自以水循环为基础的水资源动态配置模式提出以来,一批基于耦合分布式水文模型的水资源配置模型被先后提出,但其采用的耦合方法往往忽视了经济社会用水过程与天然水文过程之间的动态反馈作用。本文通过改进SWAT模型,并嵌合水资源配置模块,开发了基于水循环的分布式水资源调配模型（Water resources allocation and regulation model based on the SWAT,SWAT-WARM）,从模型结构、耦合方法、配置规则等方面系统描述了模型的双向耦合原理。以唐河流域为例开展模型的构建与应用研究,采用包含河道流量过程、特征频率径流总量、国民经济用水量和水资源开发利用量的多指标校验方法验证模型的性能,在此基础上,分析了不同时空尺度的水资源配置结果以及全流域年度水循环转化情况。分析结果表明,该模型通过分布式水文模拟和水资源配置模拟的动态结合,能够描述“自然-社会”水资源复杂系统的实时互馈过程,可为流域水资源精细化管理提供技术支撑。     

基于气象模式的汉江流域洪水预报系统

针对现行洪水预报方法的不足与汉江流域的特点,建立了汉江流域MM5气象预报模式和VIC分布式水文模型,耦合集成3种预报模式并开发了基于气象模式的汉江流域洪水预报系统。应用2005~2007年汛期日水文气象资料进行验证,结果表明所建VIC分布式水文模型具有较高的模拟与预报精度。基于气象模式的汉江流域洪水预报系统可为汉江流域的中长期水文预报和水资源综合管理提供技术支撑和决策参考。