基于TOPMODEL的分布式水文模型应用研究

在TOPMODEL模型理论基础上，设计了一个分单元处理产流和汇流过程的分布式水文模型。该模型分单元计算地形指数和模拟产汇流过程，并通过引入Nash地貌瞬时单位线进行单元汇流演算。最后，用模型对一个流域的产汇流过程进行了模拟并和实测的径流量做了比较，结果表明此模型合理具有较高的精度。     

基于TOPMODEL的分布式水文模型在中小流域的应用研究

及时准确的洪水预报可为防汛减灾、洪水风险评估、水资源调配管理等方面提供重要的理论指导和决策依据.本文根据TOPMODEL和一维水动力学原理,构建了一套适用于中小流域的松散型分布式水文模型,筛选了40场代表性洪水,对模型的模拟精度进行了评价.结果表明:所有场次洪水模拟结果的峰现时间误差绝对值合格率为97.5%、达到甲级预报精度,洪峰相对误差合格率为75%、达到乙级预报精度,效率系数合格率为77.5%、可达乙级预报精度.本文构建的松散型分布式水文模型,模型参数少、运算速度快且具有较强的物理机制,可为分布式水文模型在实时洪水预报领域的应用提供一条新思路.     

TOPMODEL模型在流域洪水预报中的应用研究

文章首先介绍了TOPMODEL模型基本原理和计算过程,然后以田湾河为应用实例,对模型在流域洪水预报中的具体应用做了系统介绍,结果表明应用效果良好。同时,文中指出了TOPMODEL模型的一些优点及应注意的一些问题。     

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。     

TOPMODEL中地形指数的几点看法

在TOPMODEL模型中地形指数的计算方法基础上,针对一些地形指数的改进算法指出了其中的不妥之处,认为之所以会出现这种改进算法是因为对于"径流在任一位置上的累积趋势"理解有所偏差所致,据此对该点提出了自己的理解和建议;针对坡度为0的栅格地形指数的计算提出了解决方法,所得结论愿与读者共飨。     

TOPMODEL模型改进及应用研究

为了使TOPMODEL模型结构更合理,并能够用于半湿润地区或半干旱地区的径流过程模拟,文章对TOPMODEL模型的蒸发产流模块以及汇流模块进行改进,在蒸发产流模块中添加植被冠层截留蒸散发模型和Holtan超渗产流模型,汇流模块中坡面汇流采用瞬时单位线模型,河道汇流采用马斯京根河道洪水演进模型。通过对半湿润地区流域内降雨径流过程的模拟验证,表明通过对TOPMODEL模型的改进,模型对半湿润地区的降雨径流过程模拟精度有很大的提高,拓展了TOPMODEL模型适用范围。     

新安江模型、TOPMODEL和萨克拉门托模型的应用比较

通过ArcView软件对英那河流域进行了流域信息的提取．并利用VB编程提取出该流域的地形指数与河网等流时线,使之成为TOPMODEL的客观参数。为了客观表示流域的初始状态,还建立了初始土壤缺水量与地形指数之间的关系式：并选用TOPMODEL、萨克托门托模型和新安江模型对英那河上史家堡流域和英那河水库流域的产汇流规律及洪水预报进行了应用研究,对三个模型在研究区域应用的结果进行了比较分析。     

TOPMODEL和新安江模型的应用比较

通过ArcView软件对淮河息县以上流域进行了流域信息的提取,并利用VB编程提取出该流域的地形指数与河网等流时线,使之成为TOPMODEL模型的客观物理参数。为了客观表示流域的初始状态,还建立了初始土壤缺水量与地形指数之间的关系式。最后将TOPMODEL模型和新安江模型分别应用于该流域的洪水模拟中,并在径流深相对误差、洪峰相对误差、确定性系数等方面进行了比较和分析。     

TOPMODEL模型在黄河中游未控区间的应用研究

TOPMODEL模型是一种基于物理过程的半分布式流域水文模型,其结构明晰,参数较少,物理意义明确。以黄河中游府谷至吴堡未控区间为研究对象,利用TOPMODEL模型进行了洪水模拟,获得的3项模拟精度指标显示,该模型在率定和检验两个阶段的模拟精度都比较高,表明TOPMODEL模型可以应用于黄河中游干旱半干旱地区大尺度流域,从而拓宽了该模型的应用范围,对该区间的洪水预报和防洪具有重要的现实意义,对揭示近年来黄河中游因未控区间加水引起的径流变化成因也有一定的参考价值。同时,对该模型在模拟中存在的问题进行了讨论。     

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。     

新安江模模型、TOPMODEL和萨克拉门托模型的应用比较

通过ArcView软件对英那河流域进行了流域信息的提取,并利用VB编程提取出该流域的地形指数与河网等流时线,使之成为TOPMODEL的客观参数.为了客观表示流域的初始状态,还建立了初始土壤缺水量与地形指数之间的关系式:并选用TOPMODEL、萨克拉门托模型和新安江模型对英那河上史家堡流域和英那河水库流域的产汇流规律及洪水预报进行了应用研究,对三个模型在研究区域应用的结果进行了比较分析.     

TOPMODEL模型中地形指数计算方法的研究进展

半分布式流域水文模型（TOPMODEL）是以计算地形指数ln（a/tanβ）及其分布为基础的.目前常用的计算地形指数的方法为多流向法,在现行的多流向法的计算中,当网格单元没有入流（即计算单元网格比周围单元地势高）时,公式中出现分母为零的情况,这给通过格网DEM自动计算地形指数带来了困难.笔者把栅格单元径流的流入与流出各自看成独立事件,提出了一种栅格流入与流出方向各自权重归一化的方法,并对多流向法进行了改进.     

基于子流域的TOPMODEL模拟研究

 TOPMODEL是根据水文相似性——地形指数相同的栅格划分为同一产流单元进行产流计算,但是其不能考虑降雨和地形指数统计分布曲线等流域地形地貌信息的空间不均匀性。通过对流域DEM处理,建立了基于水系子流域的TOPMODEL。该模型考虑了降雨、地形指数分布曲线等空间不均匀性。将基于子流域的TOPMODEL和TOPMODEL应用在九州流域,并进行模拟比较,发现基于子流域的TOPMODEL更能反映流域的实际情况,模拟的结果更加合理。可以预测不同子流域降雨组合下的流域出口的流量过程。     

DEM分辨率对TOPMODEL模拟精度影响研究

选取韩江流域梅河水系宁江河上游合水水库部分为研究区,采用多流向法对研究区内多分辨率的DEM数据提取地形指数以进行降雨-径流模拟,研究TOPMODEL在湿润地区小流域中应用的可行性,及DEM分辨率变化对TOPMODEL降雨-径流模拟精度的影响。     

基于Sobol法的TOPMODEL模型全局敏感性分析

Sobol法是最具代表性的全局敏感性分析方法。应用Sobol全局敏感性分析方法分析TOPMODEL模型的参数对Nash-Sutcliffe效率系数、总水量平衡误差系数、低水流量误差系数和高水流量误差系数4个目标函数的敏感性。通过对白盆珠水库、流溪河水库的分析结果表明,较敏感的参数有M、lnT0、Sr0和Rv,Sobol方法给出的定量敏感度能衡量敏感性表现的差异,并反映出了模型"异参同效"的现象。     

TOPMODEL 在韩江流域暴雨径流模拟中的应用研究

该文借助ArcMap与GRIDATB计算地形指数-面积分布函数,运用TOPMODEL模型对广东省韩江棠荆流域的暴雨径流进行研究,利用该流域1989-2004年的降雨、蒸发与流量资料,采用地貌参数法与人工调参法对其中的6场洪水进行模型参数的率定,使用另外的6场洪水进行模型的验证,并对影响模型模拟精度的因素进行了讨论。在参数率定期及验证期的确定性系数平均值可达82.05％和76.58％,结果表明,该模型可用于韩江棠荆流域的暴雨径流模拟。该研究成果对广东省中小流域的洪水预报具有重要的实际意义。     

基于TOPMODEL的DEM空间尺度转换关系探讨

由于地形指数的计算与数字高程模型DEM空间分辨率紧密联系,采用TOPMODEL进行水文过程的模拟通常受到DEM分辨率的影响。本文引入分辨率因子考虑DEM分辨率对单宽上坡集水面积的影响;对坡度应用分形的方法,将计算地形指数的尺度变化方法与TOPMODEL进行耦合,构建不受DEM分辨率影响的TOPMODEL,并将其应用于褒河流域的9场次洪模拟,结果表明,使用27″分辨率的DEM数据作为模型输入,不受DEM分辨率影响的TOPMODEL模拟得到的结果较接近于3″分辨率DEM数据下的结果。该方法能在一定程度上削弱DEM分辨率对TOPMODEL模拟精度的影响,是一种合理可行解决水文过程中尺度问题的有力工具。     

TOPMODEL模型在半湿润地区径流模拟分析中的应用及改进

为了使TOPMODEL模型结构更合理,并能够用于半湿润地区或半干旱地区的径流过程模拟,文章对TOPMODEL模型的蒸发产流模块以及汇流模块进行改进,在蒸发产流模块中添加植被冠层截留蒸散发模型和Holtan超渗产流模型,汇流模块中坡面汇流采用瞬时单位线模型,河道汇流采用马斯京根河道洪水演进模型。通过对半湿润地区流域内降雨径流过程的模拟验证,表明通过对TOPMODEL模型的改进,模型对半湿润地区的降雨径流过程模拟精度有很大的提高,拓展了TOPMODEL模型适用范围。     

MOVPSO算法在TOPMODEL参数优化中的应用

为了对水文模型中难以直接测算的参数进行调试和优化,将多目标涡流粒子种群优化算法(Multi-Objective Vortex Particle Swarm Optimization,MOVPSO)应用于水文模型参数优化计算中,并以逼近性(Generational Distance,GD)及超体积值(Hyper-Volume,HV)作为算法性能评价指标。将MOVPSO算法与NSGA-Ⅱ算法及多目标粒子种群优化算法(Multi-Objective Particle Swarm Optimization,MOPSO)独立运行50次所得Pareto前沿的GD值及HV值进行统计分析,并结合方差分析比较3种算法的性能。将MOVPSO算法迭代过程中的粒子种群速率、种群半径的估计值与测量值进行对比分析并判别两者的拟合程度。用尼泊尔巴格玛蒂河流域2005~2011年期间实测洪水日径流过程资料作为TOPMODEL模型参数率定系列,运用MOVPSO算法对模型参数进行优化,得出Pareto最优解,并利用2013年5场洪水日径流过程进行模型检验。结果表明:MOVPSO算法所得Pareto解集性能优于NSGA-Ⅱ及MOPSO算法,拟合历史洪水平均确定性系数达到0.85,模型预报精度高,表明MOVPSO优化算法在解决多参数多目标优化问题中具有优势。