DEM分辨率对喀什河流域径流模拟精度的影响

为合理地研究资料匮乏的高寒山区水文规律、提高融雪径流模拟的精度,以地形复杂且站点稀少的喀什河流域为例,基于DEM不同分辨率（30 m×30 m、90 m×90 m、200 m×200 m、400 m×400 m、600 m×600 m和1 000 m×1 000 m）构建了SWAT模型,探讨了不同分辨率DEM的差异性及DEM分辨率对河流径流模拟精度的影响。结果表明,随着DEM分辨率的降低,流域地形变缓,流域总面积、高程区间及平均坡度逐渐减小,进而影响到径流模拟的结果;随着DEM分辨率的降低,模型整个模拟期的Nash-Sutcliffe效率系数大致呈逐渐减小趋势,相对误差大致呈逐渐增大趋势,说明低精度的DEM所带来的误差,会导致径流峰值降低,洪峰衰减,从而使模拟出的径流量和实测径流值存在偏差,因此喀什河流域最优的DEM分辨率为90 m×90 m。     

变化环境下水文模型在洛阳河流域中的应用

为了提高通胜山丘区来水模拟精度,解决通胜地区防洪安全问题,分析了洛阳河流域下垫面土地利用类型,并基于遗传算法构建水文模型进行洪水模拟。结果表明,近20年来,在现有气候、下垫面等变化环境下,洛阳河流域下垫面不同土地类型面积变化较大,快速城镇化使得旱地明显减少,水田增加11%,水面基本保持不变,水文模型参数也在发生动态变化,新水文参数与原始水文参数相差较大,前者模拟结果在径流深、洪峰、峰现时间、确定性系数4个方面均明显优于后者,可见基于遗传算法优化的水文模型参数能较好地反映现状下垫面水文情景。     

基于海绵城市的生物滞留池水文效应分析

由城市化带来的水问题说明城市雨洪调控和建设海绵城市的重要性。运用暴雨洪水管理模型(SWMM)构建模型,模拟分析研究区天然状态、城市化后无调控措施和添加生物滞留池调控三种情景下水文指标的变化情况和相应的水文效应,并通过改变生物滞留池的表层厚度模拟径流参数的变化。结果表明,生物滞留池能有效减小径流、削减洪峰、延迟出口流量过程出现的时间,且对小降雨事件的调控性能显著;改变生物滞留池的表层厚度对下渗几乎无影响,随着表层厚度的增大表面出流和径流系数都减小,而对出口流量过程影响不大,因此可以提高生物滞留池的面积比例或其他措施共同调控城市的径流。     

基于统计学与新安江模型相结合的土地利用变化引起的径流响应分析方法

鉴于水文模型评价土地利用变化的特点,实际上水文模型的参数也可反映流域水文特性和降雨径流过程,不同时期的最优参数可以反映流域系统的变化。将统计学方法与水文模型相结合,分析土地利用变化对径流的影响,即先利用统计学方法判断降雨径流的趋势,找出降雨径流系列的突变点并据此划分不同时期,然后对不同时期日模型参数进行优选,并对参数变化结果进行对比分析。在大坡岭流域的应用表明,该方法对土地利用变化引起的径流响应分析行之有效。     

基于CASC2D模型的县北沟流域径流模拟研究

基于物理基础的分布式水文模型中的CASC2D模型,对县北沟流域径流过程进行了模拟分析,以确定性系数、洪峰相对误差、径流深相对误差为评判标准。结果表明,采用CASC2D模型在县北沟流域的径流模拟效果良好,8场洪水中有6场洪水确定性系数在0.75以上,且均值为0.85。洪峰相对误差合格率为100%,径流深相对误差合格率为87.5%,只有1986062614这场洪水径流深相对误差不合格。可见,CASC2D模型在县北沟流域具有较好的适用性,能用于该流域径流过程的模拟。     

SWAT模型在大尺度流域的应用探索

为检验SWAT模型在大尺度流域径流模拟的应用效果，构建了巴西巴拉那河上游流域分布式水文模型并分析了模型的敏感性参数，利用17个流量站进行模型参数率定和验证。结果表明，土壤蒸发补偿系数和SCS径流曲线数是影响模拟的最敏感参数；对于实测站点密度较大的子流域，模型可以较好地模拟流域径流变化，17个流量站中有11个站的R²值大于0.5;受降水数据不足和土地利用变化等因素的影响，模型验证期表现不如率定期。可见SWAT模型可以作为大尺度流域的径流模拟工具，但模拟精度很大程度上取决于降水数据质量。     

生物滞留池水文效应的模拟试验研究

为研究生物滞留池滞留雨水径流和缓解城市渍涝的能力,通过模拟试验监测了生物滞留单元的入流和出流过程,研究其对雨水径流总量的削减率、洪峰削减率和洪峰出现时间延迟等的水文效应。结果表明,生物滞留池对径流总量的削减率在12.83%～48.12%之间,对洪峰的削减率平均为70.85%,延迟洪峰出现时间约26.6min,对小流量的洪峰延迟时间最长(达31.7min)。     

不同分辨率下SWAT模型在大汶河径流模拟中的应用

以大汶河流域为例,借助SWAT模型,采用SUFI2方法进行参数率定,以Nash-Sutcliffe为目标函数,分别对2008~2009年大汶河流域8组不同分辨率组合的数据(DEM数据和土地利用数据)进行了16次迭代,每次迭代300次模拟,并通过添加两组分辨率不匹配的组合模拟,探究了分辨率匹配与否对模拟径流结果的影响。结果表明,各分辨率组合模拟的Nash-Sutcliffe效率系数(NSE系数)和决定系数(R2)均超过了0.85,偏差百分比(P_(BIAS))绝对值均小于10%,说明不同分辨率组合下模型对大汶河流域校准模拟结果均较好;分辨率不匹配的模拟结果比分辨率匹配的模拟结果稍差;30×30(DEM和土地利用分辨率均为30m)组合为大汶河流域模拟的最佳分辨率组合。     

基于TOPSIS法的水文模型多目标参数自动优选方法研究

将TOPSIS法与遗传算法相结合,以径流总量误差、总径流过程均方误、洪峰过程均方误和枯水过程均方误为目标函数,采用均方差确定目标函数权重,利用四个流域连续雨洪资料对新安江模型进行多目标参数优选,并与距离函数法比较,探讨其对水文模型多目标参数优选的适应性。结果表明,TOPSIS法和距离函数法模拟效果相当,基于TOPSIS法的多目标参数优选优于单目标参数优选。     

TOPMODEL模型几个问题的研究

为了推动TOPMODEL的发展，为变化环境下水文循环模拟的研制开拓一些思路，概述了TOPMODEL模型的物理概念和基本方程推手，以板桥流域为例，探讨了不同分辨率DEM对地形指数计算的影响，绘制了单元流域计算流程图，同时比较了它与传统集总式模型和分布式水文模型的优缺点，指出TOPMODEL需要进一步研究改进的问题。     

基于DEM的渭河大流域特征分块提取方法

受流域面积、DEM数据尺度、数据量和计算机性能的影响,无法直接整块提取大流域特征。对此,以渭河流域为研究区,基于DEM数据,依据坡面流模拟方法,使用ArcGIS软件中的水文分析工具,分块提取流域特征,再对提取的信息进行合并,衔接断裂河流和破碎的集水区,并通过拓扑处理,生成完整的流域数据。对比发现,提取的河网与实际河网较吻合,提取的流域面积精度较高,从而验证了该提取方法的可行性。     

基于流域基本单元的分布式流域汇流计算方法

结合现行离散化方法的优缺点,引入流域基本单元的概念,在DEM平台上利用Arcview软件将流域离散化为基本单元,计算流域地貌特征值,构建基本单元—河网型分布式流域水文模型。推导出V形和马蹄形基本单元的面积—时间曲线,用以计算坡面汇流;对于河网汇流则运用Muskingum法计算,其优势在于可充分考虑水流汇集的物理概念和下垫面因子分布不均对流域汇流的影响。以星丰流域和沿渡河流域为对象进行水文模拟应用研究,结果表明,该模型具有良好的适用性。     

基于数字高程模型的流域地貌特征提取及其规律研究

流域的地形地貌特征对流域水文响应具有重要影响,是水文学研究中必须考虑的因素。基于数字高程模型,对皖南山区内36个流域进行了数字化,提取了流域地貌特征信息,并对其规律进行了分析。结果表明,皖南山区流域的面积坡度、河道平均坡度与流域面积成反比关系,主河道长与流域面积成正比关系,且均可建立较好的幂函数关系,由此建立了流域面积坡度与河网蓄水消退系数的定量关系。同时,生成了流域地形指数分布曲线与地貌瞬时单位线,为皖南山区无资料流域的水文模型研究奠定了基础。     

煤粉粒径对密相气力输送流型影响的数值模拟

针对目前密相气力输送数值模拟过程中所存在的关键问题,提出了一种描述固相内部相互作用对颗粒运动影响的数学模型,采用该模型能够对稠密气固两相流动(乃至颗粒发生大量沉积的情况)进行数值模拟.新模型在离散颗粒模型的基础上,通过描述颗粒所在局部空间的固相浓度及颗粒群运动特征所建立,使其既能够模拟悬浮流动的稀相颗粒运动,又能模拟管内出现堆积情况的密相气固两相流.利用所建立的数学模型对高压密相煤粉气力输送的颗粒流动过程进行了数值模拟.模拟结果显示,随着颗粒粒径增大,粉体密相气力输送流型从沉积层流变化为沙丘流,进而演变成栓塞流的演变过程,并结合实验验证了典型的栓塞流、沙丘流等流型特征;并且平均栓塞长度随着粒径的增大而减小,而随着粉体粒径的增大,输送管道中固相容积份额则整体上呈增大趋势.     

基于DEM的分布式汇流模型及其在洪水预报中的应用

基于数字高程模型,并结合国外在河网水系提取的研究成果,归纳出提取河网水系的方法,并将其应用于实际的水系提取.建立了流域尺度的概念型分布式新安江模型,该模型在栅格单元中采用新安江模型作产流计算,根据单元的不同属性 （坡地、河道）及所推求的汇流时间场建立汇流模型.将此模型应用于淮河黄泥庄以上集水区域,对黄泥庄站的洪水过程进行了模拟研究,模拟结果符合洪水预报的规范要求.     

伽玛分布地貌瞬时单位线在中小河流洪水预报中的应用

针对无资料或缺资料中小河流洪水预报问题,基于地貌瞬时单位线(GIUH)理论,利用更符合水文物理规律的伽玛分布函数来代替一般GIUH理论中的指数分布概率密度函数,考虑坡面汇流的传播时间,将坡地作为特殊河流计入地貌瞬时单位线,建立了具有水动力学基础的两参数伽玛分布GIUH汇流模型,采用Eagleson-Bras经验公式推求水动力学参数,采用半经验方法计算特征河长,减弱了模型对实测资料的依赖,并将该模型应用于广西西江水系双和流域。结果表明,利用该模型模拟的各场次洪水确定性系数均值为0.83,合格率为80%,模拟结果较好。     

改进的分布式水文模型在渭河流域的适用性分析

将具有物理机制的Green-Ampt下渗曲线引入到基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)中,在DDRM的栅格结构中增加了超渗产流模块,实现了对DDRM模型的改进。将原模型、改进的模型和新安江模型在渭河流域进行应用和验证,探讨了DDRM模型在半干旱半湿润地区的适用性,即采用渭河流域1km×1km的DEM提取流域特征信息并划分子流域,并以子流域作为空间分解单元,借助多线程并行化计算提高了模型计算效率。从Nash-Sutcliffe效率系数、径流深相对误差角度对模拟结果进行比较分析,表明改进的DDRM模型模拟效果优于原模型;改进的DDRM模型径流深相对误差小于新安江模型,但NashSutcliffe效率系数略低于新安江模型;且由于产流机制的改变,改进前后模型模拟的两种水文要素分布也呈现出一定的差异。     

基于SWAT模型的白莲河流域径流模拟研究

以湖北省白莲河流域为研究区,探讨了SWAT模型在中小流域尺度的径流模拟中的适用性,利用白莲河流域的水文气象数据、DEM数据、土壤类型和土地利用等资料建立了白莲河流域的SWAT模型,并选用1995~1999年汛期(4~10月)为模型参数的率定期、2002~2004年汛期(4~10月)为模型参数的检验期.模拟结果表明;SWAT模型基本能反映白莲河流域的日径流水文过程,具有一定的适用性,为研究水资源提供了科学依据.     

Mesh and load distribution requirements for actuator line CFD simulations

Fundamental numerical testing has been carried out to determine mesh density and force distribution guidelines for an actuator line‐based computational fluid dynamics method for simulating kinetic turbines. The method computes forces from lifting surfaces (i.e. wings or blades) by using the evolving flowfield and tabulated airfoil data. The forces are applied to the flow as momentum source terms distributed with a Gaussian smoothing function about the physical locations of the blade/wing quarter‐chord line. The chosen length scale of the Gaussian distribution affects the magnitude and distribution of the resulting induction and necessitates a minimum grid resolution for accurate results. Tests have been conducted to determine appropriate distribution length scales and mesh spacing by using an infinite span wing and finite span wings with constant and elliptical spanwise circulation distributions. These test cases were chosen because they have simple analytical solutions derived from lifting line theory. The eventual goal is to simulate turbine rotors; however, these fundamental test cases provide a means to evaluate the required mesh spacing and the appropriate distribution length scale without the complexity of modeling a turbine rotor wake. It was found that the source distribution length scale ? should be proportional to the local airfoil chord length c with a ratio ? / c of approximately 1/4 and that the mesh spacing at the actuator line should satisfy ? / Δ_grid ≥ 4. This limit is likely somewhat code specific and should be evaluated for all solvers used for actuator line simulations. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于无网格法的边坡稳定性模糊评价

针对边坡稳定性模糊评价中评审专家主观意识对评价结果的影响,采用无网格法对变权排序法所确定的因素权重进行修正,建立了基于无网格法的边坡稳定性评价模型。以某处边坡为例,根据边坡实际情况对边坡进行评价。结果表明,该边坡较稳定,与实际情况相符,说明所建模型精确有效,可降低主观意识的影响。