遥感技术在现代水文学中的应用

遥感是一门新型的技术。近20年来遥感技术在水文学的应用中有了长足的发展和进步。简要介绍了遥感在降雨、土壤水分、蒸发散发、水质(地下水水质)、径流、洪水过程实时动态监测、水域面积的识别以及在流域水文模型中的应用。     

遥感技术在水文学中的应用前景

和其他方法相比，遥感技术在收集自然数据方面具有速度快，宏观性强，精度高，可重复等明显优势，而大部分自然地理数据都可用于水文分析和计算，因此，随着遥感技术实用性的日益提高，它正逐步成为水文工作者收集数据的重要工具，本文概括地介绍了与水文学有关的遥感平台，传感器，电磁波段，遥感解释等基本概念和遥感数据在水文学中应用的特点，以Ｊ．Ｐ．富廷模型为例，展示了以遥感数据为基础的降雨径流模型的设计思路和基本结构     

水文学的现状及未来

分析水文现象的复杂性及还原论的缺陷,探讨水文学发展的动力,总结现行水文学的理论基础及局限性,指出流域水文模型发展中可能存在的误区。最后,对水文学必须从"线性"向"非线性"拓展进行了初步讨论。     

水文学中流域水循环机制与水文模型研究

随着社会的迅速发展,人类对自然水循环的影响越来越严重;流域内的水并非静止不动,而是处于不停地运动变化与相互变更的状态,这就要求我们要把大气、土壤及水看作一个整体或者一个系统,从而对其进行研究管理。介绍了几个较为典型的流域水文学模型,分析了现有流域水文模型的局限性,指出当前的不足及其原因。     

渭河流域水利水保工程对洪水影响分析研究

渭河流域由于其下垫面条件的复杂性和人类活动的多样性以及降水时空分布的不均匀性，给研究流域洪水形成及变化规律带来较大困难。通过大量实地调查，分析了渭河流域水利水保工程对实测洪水的影响；进而利用流域水文模型，定量分析下垫面条件变化和暴雨时空变化对设计洪水的影响。结论认为：渭河流域设计洪水计算中，可既不考虑水库工程影响还原，也不考虑设计条件下工程的影响。     

水文学的研究方法与理论创新

回顾了水文学在其 30 0余年的形成和发展中曾出现过的若干引人入胜、富有启发性、对学科发展起着重要推动作用的研究成果 .论述了“假设”、“猜想”、“推理”、“比拟”、“综合”和“实验”等研究方法的运用在水文学理论创新中的重要作用 .     

数据密集范式与水文学的未来

讨论了水文实验客观上的局限性及进一步发展的困难,论述了提升水文观测技术和方法的重要性及重点发展的若干方面。在分析科学研究数据密集范式产生背景及其强大生命力的基础上,指出水文学研究适合应用数据密集范式的理由,并提出了初步设想。呼吁水文学家应抓住机遇,在大力、深入发展水文遥感的同时,将发展数据水文学提上议事日程,摆到重要位置。展望未来,水文学将是在数据密集范式驱动下,物理水文学、随机水文学、仿真水文学和数据水文学相互补充、融合发展的水文学。     

数字水文学的萌芽及前景

简要阐述了数字水文学产生的背景及主要内涵.指出数字化技术正在使水文要素的采集、传输、存储、处理和显示等产生根本性的变革.展示了迄今为止国内外学者在数字高程模型(DEM)平台上所取得的初步研究成果,包括:自动生成流域和水系,自动提取流域地形地貌特征,给出下垫面特性和降雨的空间分布的定量描述,揭示水文的规律和机理,构建具有物理基础的完全分布式水文模型等.事实初步证明,以信息化带动水文科技现代化将会给水文科学的发展增添无限生机.     

用水文学方法确定中小河流域区河段设计洪水水面线

随着城市建设的改造与发展，道路，桥梁、房屋建筑等重要市政工程都必须考虑防洪标准所规定的高程，这就需要对沿河各种设计频率洪水水面线进行计算，确定各项工程的防洪设计标高。中小河流域区上下游河侧面其流域面积差别很大，洪峰流量差别也大，再加上河道内筑有各类壅水建筑物，对洪水面线影响较大，往往用水力学方法计算洪水水面线精度不高。本文通过水文学的方法。结合贵阳市南明河“９１．７”、“９６．７”特大洪水调查资料     

赛塘流域ISVC方法应用中的关键问题分析

详细介绍了ISVC方法中关键点平稳期选择及平稳期阈值的确定,以赛塘流域为研究对象,分析了平稳期选择及平稳期阈值对ISVC方法修正效果的影响,结果表明,平稳期选择及平稳期阈值对修正结果有着明显影响,在实际应用中,应选择主要降水还未开始,只有零星降水,河道洪水过程较为平稳的阶段作为平稳期,以避免降水对修正结果的干扰。在确定平稳期阈值时,应尽量选择更多的洪水场次,找出平稳期阈值与整场洪水之间的规律,避免阈值设置不当造成的过度修正和修正不足等问题。     

Evaluation of different optimization algorithms in parameter calibration of Xin’anjiang modelEI北大核心CSCD

In response to the problem of finding a practical, robust, and efficient optimization algorithms in hydrological simulation forecasting and determining the global optimal solution of parameters based on them, the Wucha section, a typical control section in the Qijiang River Basin, was selected as the research object. Four optimization algorithms, GA、 SCE-UA、CMA-ES、PSO, were selected to calibrate the convergence parameters of the distributed Xin’anjiang model. The parameter calibration performance of the algorithm was evaluated from four aspects: effectiveness, stability, time consumption, and efficiency. The results show that CMA-ES algorithm has the best optimization effect and the least time consumption under the same number of iterations. SCE-UA algorithm has the highest stability and efficiency, but its time consumption significantly increases with the increase of iteration times. PSO algorithm has relatively better effectiveness and efficiency, but the stability is the worst. GA algorithm takes relatively less time and has the worst optimization effect and efficiency. The comprehensive property is ranked from best to worst as CMA-ES, SCE-UA, PSO, and GA algorithms. © 2023, Editorial Board of Water Resources Protection. All rights reserved.     

考虑暴雨中心的子流域划分在洪水预报中的应用

为研究降雨分布不均对水库近坝区洪水预报精度的影响,以五强溪近坝区流域为研究区域,选取 2014—2020 年 20 场历史洪水资料,采用反距离权重法绘制流域暴雨中心图,并据此进行子流域划分,其中,13 场 洪水用于模型率定,7 场洪水用于模型验证。选取 2021 年 4 场洪水进行检验,对比分析仅依据自然子流域划分和 考虑暴雨中心的洪水预报结果。结果表明：两种子流域划分方法在其最优参数下的洪水模拟精度相似,考虑暴雨 中心划分的洪水模拟确定性系数均值为 0.83,略高于仅依据自然子流域划分洪水模拟确定性系数,4 场洪峰误差 均在 10％以内,洪量误差均在 20％以内,达到了甲级精度标准,说明考虑暴雨中心对子流域进行划分是合理的。     

饶河流域未来水资源量变化预测分析

利用景德镇气象站1961-2001年的实测降水、气温数据以及NCEP再分析数据,建立饶河流域降水、气温的SDSM统计降尺度模型;根据IPCC AR4排放情景特别报告中的A2和B2情景,对HADCM3输出数据进行降尺度处理,预测饶河流域未来时段(2010-2099年)的降水、气温变化情况;与新安江模型进行耦合,得到未来时段饶河流域的水资源量。结果表明:饶河流域未来水资源量持续减少,且A2情景比B2情景的降幅更大,至2080s时期(2070-2099年)昌江支流最大降幅可达31.01%。     

基于新安江模型的曲江流域水文模拟研究

水文模型在水文理论研究和实践中具有重要意义。将曲江流域西山水文站以上区域作为研究对象,分析了新安江模型在该区域的适用情况。结果表明:新安江模型在曲江流域模拟效果良好,Nash效率系数多在0.7以上,水量平衡误差也基本控制在±10%以内;资料序列的长度对模拟效果影响显著,长序列资料的峨山站和西山站模拟结果明显优于短序列的大矣资站和马家庄站;新安江模型能较好适用于我国南方山区,对研究变化环境下水文过程的响应具有良好的适用性。     

基于分形理论的新安江模型参数空间尺度效应分析

水文尺度效应一直是当今水文科学研究的前沿问题。基于分形理论建立模型空间敏感参数在不同尺度之间的定量转换方程,进而提出了一种水文模型参数空间尺度效应分析方法。以三水源新安江模型为例,分析模型参数在嘉陵江小河坝站以上流域的空间尺度效应。结果表明:新安江模型空间敏感参数(SM、KG、KI、CG、CI、CS)具有随空间尺度变化的标度不变性,与流域集水面积之间定量关系可用幂函数关系进行描述,并可建立相应的定量转换方程。通过在研究流域不同空间尺度上的应用检验,发现基于分形理论标度不变性建立的新安江模型参数空间尺度转换方程具有较高的适用性,能实现有资料地区模型参数向无资料地区的移用,为无资料地区水文模型参数的确定提供参考。     

论古洪水研究在工程水文中的作用

古洪水的研究可以了解近期实测资料中尚未反映出来的洪水特征以及洪水的历史变化规律,从而加深对洪灾成因的认识,为制定减灾措施提供可靠的依据。对古洪水的定义、研究进展进行了阐述,指出古洪水的研究重点是由洪水沉积物保存下来的可分析的沉积记录。总结了古洪水的研究范围及所完成的工作。着重评述了古洪水在工程水文中的三大作用,依次为古洪水在极值洪水分析中的作用,古洪水在设计洪水中的作用,古洪水在检验PMP/PMF成果中的作用。     

不同蒸发数据在降雨径流模拟中的适用性

为了探究不同质量和精度蒸发数据对降雨径流模拟的影响,选取E601蒸发皿蒸发数据、离散化的Thornthwaite经验公式计算的潜在蒸散发和将固定值作为蒸发数据3种来源的蒸发资料作为输入,利用新安江模型分别对屯溪流域1981-2004年的径流过程进行模拟,对比分析了3种数据对径流模拟结果的影响,结合年内各季节误差规律,分析了不同季节对蒸发数据精度的敏感程度。结果表明,蒸发皿蒸发、公式计算蒸散发和固定值的模拟结果确定性系数均值分别达到0.90、0.89和0.86,公式计算蒸散发值适用性较好;在季节尺度上,季节内蒸发存在趋势性变化的春季和秋季对不同来源的蒸发数据更加敏感,对流域潜在蒸散发的精度要求更高;通过优化冬季蒸发的固定值模拟结果显示,使用固定数值代替流域蒸发能力的方案在夏季和冬季适用性较好,其中冬季蒸发固定为1mm时在降雨径流模拟中可以取得较好的模拟效果。     

SPARROW模型的传输过程研究——以新安江流域总氮为例

建立新安江流域总氮的SPARROW模型,以土-水传输因子(LDF)表示降雨、坡度、气温3个土-水传输变量的影响,结合农业源、林草地源、生活源3个污染源排放系数,分析总氮经过土-水传输之后到达河道的比例(LDR),由此揭示总氮的非点源污染特征。结果显示坡度的影响在整个流域范围内差异相对较大,LDF为0.86~1.06,因而对3类污染源进入河道的传输比差异亦较大。综合考虑3个土-水传输变量作用下,子流域60土-水传输因子最大,而子流域225最小,因此若制定减排措施要求入河减少量相同,管理上会优先考虑子流域60所在的地区。研究采用改进的河流衰减方程同时描述水文和非水文因素的影响,代替河流分级衰减系数,引进传质系数作为模型模拟参数,削减速率与流量呈负相关关系,且大部分河段削减速率均在以往文献研究范围之内,表明改进的传质速率用于新安江流域总氮模型具有可行性。     

粒子群算法参数设置对新安江模型模拟结果的影响研究

合理的粒子群算法(Particle Swarm Optimization Algorithm,PSO)的参数设置,可以提高算法的优化效率、避免陷入局部最优值,但常用参数设置对于特定优化问题,如新安江模型模拟,不具普适性。为分析种群规模pop、惯性权重w、学习因子c1和c2以及速度位置相关系数m这5个粒子群参数对新安江模型模拟结果的影响,对每个参数取5个不同水平,应用L25(56)正交表,设计了正交试验。通过对试验结果进行分析,得出了参数对PSO算法性能的影响能力和最优的参数组合方案(pop=80,w=1.3~0.4线性递减,c1=1.85,c2=2.5,m=0.05)。通过极差分析和方差分析,得出参数pop和w对模型模拟结果具有高显著性,其他三个参数对模型模拟结果不显著。将不同PSO参数组合应用于新安江模型模拟,证明了合理的PSO算法参数设置可以有效提高新安江模型模拟精度。通过对各因素分别进行趋势分析,得到了因素取值变化趋势与模型结果变化趋势的相关关系。本文提出的方法为如何寻找某一特定应用情景下的PSO算法参数组合提供了一种借鉴。