TOPMODEL模型在安阳河流域洪水预报中的模拟研究

文章以安阳河流域为例,采用TOPMODEL模型进行日径流过程模拟和次洪模拟计算,以流域内1990-1994年雨量站及水文站的实测数据进行模型率定,以1980-2004年的实测资料对模型进行检验。TOPMODEL模型模拟结果表明:模拟期Nash系数平均值为0.79,洪峰预报误差的平均值为-21.10%,峰现时间平均值为-3h;检验期Nash系数平均值为0.85,洪峰预报误差平均值为-15.20%,峰现时间平均值为-2h。TOPMODEL模型在安阳河流域的预报水平为乙等水平。模型在该流域具有较强的适用性,可以用于安阳河流域汛期的流量预报,可为流域的安全运行和科学管理提供数据支持。     

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。     

基于TOPKAPI模型的黑河上游径流模拟研究

为了进一步完善黑河上游区域近几年的水文循环研究,采用基于物理基础的分布式水文模型TOPKAPI模型,对1998年~2007年的日径流、月径流过程分别进行模拟研究;并使用径流深误差Re、Nash-Sutcliffe效率系数及决定系数R~2三种评价指标对结果进行分析。黑河上游流域的日径流过程模拟径流深误差合格率在率定期和验证期合格率均为100%;Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.82、0.77;相关系数R~2分别为0.84、0.81。月径流过程率定期和验证期的径流深误差Re均为-0.36%,模拟径流量相对偏小;效率系数E也均为0.81,相关系数R~2分别为0.85、0.89。结果表明,TOPKAPI模型可以较好地模拟黑河上游流域的日径流及月径流过程,有良好的适用性。     

基于多源遥感土壤湿度与模型数据同化的流域径流模拟

为提升径流模拟精度,以秦淮河流域为例,采用集合平均法将SMAP、SMOS、AMSR2卫星遥感土壤湿度融合并利用地形湿度指数进行空间降尺度处理,采用卡尔曼滤波算法和栅格新安江模型进行遥感融合土壤湿度同化。对2016—2018年秦淮河流域3个流量站记录的11场洪水进行模型数据同化的结果表明：日尺度率定期洪峰、径流深相对误差合格率均为71.43%,验证期洪峰、径流深相对误差合格率分别为66.67%和100%;经同化后,8场洪水径流深误差减小,平均误差降低29.01%;8场洪水确定性系数增大,范围在0.01～0.09之间,模拟精度最高可提升11.84%;同化多源遥感土壤湿度能有效改善土壤湿度估计的准确性,进而提升径流模拟精度。     

三参数月水量平衡模型在丹江口水库控制流域的应用

基于水热平衡方程和流域蓄泄关系,建立了流域三参数月水量平衡模型,该模型概化了径流、降雨、蒸发和流域蓄水量之间的关系,并根据分区域汇流特点计算月径流量。利用该模型对丹江口上游7个子流域及全流域1977—1987年的月径流过程进行模拟和检验,率定期和检验期的确定性系数分别为0.85和0.80,径流总量相对误差分别为0.7%和0.2%。模拟和检验结果表明,所建模型具有较强的适用性,能较好地模拟丹江口水库控制流域及其各子流域的月径流过程,为建立丹江口水库月径流预报模型提供了可靠的技术途径。     

基于SWAT模型的北江飞来峡流域径流模拟

为满足北江飞来峡流域非点源污染负荷核算需要,利用SWAT模型对研究区1969-2011年日径流过程进行模拟。基于飞来峡流域水文、气象、地形、土地利用和土壤类型等资料构建SWAT径流模型,并运用SWAT-CUP中的SUFI-2方法对模型中的14个径流参数进行敏感性分析及参数率定,再进行径流模拟效果定量评价。结果表明:对径流过程有显著影响的参数主要为SCS径流曲线系数、主河道曼宁系数、地下水滞后系数以及地表径流滞后时间等;日径流率定期和验证期的效率系数均为0.83,相对误差分别为1.40%和0.58%,且大部分模拟数据落在不确定性区间内,模拟结果的不确定性较小,表明所构建的SWAT径流模型具有较高的精度,在北江飞来峡流域适用性良好。     

土地利用变化对卧虎山水库入库径流的影响

采用情景模拟分析法,基于HIMS模拟分析了不同土地利用情景下济南三川流域卧虎山水库入库径流的变化。研究结果显示:HIMS模型能够较好地模拟卧虎山水库月入库径流过程,率定期和验证期入库径流模拟与实测值的纳西效率系数大于0.88,相对误差小于13%。对比不同土地利用情景下径流模拟结果发现:将25°的耕地退耕还林还草,将20°且25°的耕地转化为林地、草地或园地,以及将15°且20°的耕地转化为草地或园地,卧虎山水库年入库径流减少量不超过6%。     

基于HIMS的渭河中游黑峪口子流域径流模拟及其对气候变化的响应研究

水文模型是认识水循环机理、模拟水文系统及其对气候变化响应的重要工具和方法。基于国内自主研发的水文综合模拟系统(Hydro-Informatic Modeling System,HIMS),选择渭河中游的黑峪口子流域(面积1 476 km2)作为研究对象,构建黑峪口子流域的集总式水文模型,模拟黑峪口子流域1991—2000年的日径流过程,并在此基础上模拟8种气候变化情景(降水增加10%、不变、减少10%;蒸发增加10%、不变、减少10%)下的径流响应。研究取得了以下几点认识:①模型的整体模拟效果评价:在模型率定期(1991—1996年)Nash-Suttcliffe系数为0.64,相关系数为0.65,体积误差为5%;在模型验证期(1997—2000年)Nash-Suttcliffe效率系数为0.63,相关系数为0.66,体积误差为10%;②降雨的空间差异性较大,并且降雨是径流的直接来源,而在整个黑峪口子流域内只用到了3个气象站的连续观测资料,导致在整个子流域内降雨站点分布较少的情况对于径流模拟效果并不理想(Nash-Suttcliffe系数未大于0.7);③模型的体积误差在验证期偏大,约为10%,引起体积误差偏大的原因是模型在对最大洪峰的模拟上效果不理想,模型还需要在洪峰模拟上改进;④径流对于降雨与蒸发的响应均很敏感,并且径流对于降雨量的敏感性高于对于潜在蒸发的敏感性,在降水量不变的情况下蒸发每增加10%,年径流量减少0.2亿m3,在降水增加10%和减少10%时,年径流量的变化率分别为17.1%和-16.0———而在蒸发不变的情况下,降水每增加10%,年径流量增加0.6亿m3,在蒸发增加10%和减少10%时,年径流量的变化率分别为-4.6%和5.0%,降水引起的径流变化率为蒸发引起的径流变化率的3～4倍;⑤径流与降雨量的变化呈现正相关关系,而径流与潜在蒸发量的变化呈现负相关关系,并且径流对于降雨量和潜在蒸发量的响应均呈现非线性关系。     

TVGM-LSTM耦合模型及其径流模拟效果分析

为提升变化环境下流域径流模拟与预测精度，以白河流域为例，构建了基于时变增益水文模型(TVGM)和长短期记忆网络(LSTM)的TVGM-LSTM耦合模型，并利用随机森林算法识别模型最优解释变量。将耦合模型应用于2011—2018年白河流域径流模拟，结果表明：TVGM-LSTM耦合模型在白河流域具有较好的径流模拟效果，率定期与检验期纳什效率系数分别为0.95与0.90;与TVGM相比，耦合模型提升了对非汛期径流的模拟精度，且能够较好地模拟汛期与非汛期洪峰；耦合模型能够有效避免过拟合问题，泛化性能较优，预测精度稳定性较强。     

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。     

地表水质模型研究综述

水质模型是进行水污染控制和水环境质量规划的有效工具。简要描述了地表水质模型的分类和国内外研究现状,重点介绍了目前几个主要的综合地表水质模型:Streeter Phelps模型及其修正公式、QUASAR模型、QUAL模型、WASP模型、MIKE模型,并对地表水质模型研究方向进行了展望。     

游荡河型成因及其河型转化问题的研究

本文借鉴前人有研究成果，归纳分析后得出河床纵向与横向稳定性指标的表达式，并进一步给出河床的综合性指标ＮＷ，将它作为区划河型的判数：ＺＷ〈５，游荡型；５≤ＺＷ≤１５，分汊型；ＺＷ〉１５，弯曲型，为研究游荡河型转化而进行的自然河工模型试验表明，若要将黄河下游的游荡河型转化为限制性弯曲河型，两岸有效的控导工程总长度至少应占工度的８８％，每处工程长度需要达到４ｋｍ左右，但就现在的整治工程情况而言，即使来多     

山区流域洪涝预报水文与水动力耦合模型研究进展

受人类活动及气候变化的影响,我国山区流域洪涝灾害频发,研制洪涝模拟及预报模型对于流域洪涝灾害防治及水环境综合整治具有重要的理论意义和应用价值。论文评述了洪涝模拟与预报使用的水文及水动力模型的优缺点,指出单一的水文或水动力模型的局限性。基于此,分析并比较了国内外已有的水文模型与水动力模型的不同耦合方式,包括水文模型与水动力模型的串联耦合、水文模型与一维水动力模型的动态单向耦合、水文模型与二维水动力模型的动态单向耦合。总结了各类耦合模型的优势和适用性,评价了已有耦合模型在计算精度、数值格式稳定性和计算效率等方面所取得的创新。论文探讨了流域洪涝发生和发展的水文过程与水动力过程的互馈机制,分析了水文模型与水动力模型新的耦合方法及可行性,介绍了水文与二维及一维水动力的动态双向耦合模型。动态双向耦合模型预期能更加真实地反映流域洪涝发生及发展物理机制,具有提高洪涝模拟预报精度和计算效率的潜力。各类耦合模型各有其自身优势,可以根据流域及城市防洪实际,选取合适的水文与水动力耦合模型,为山区流域洪涝模拟和预报提供技术支持。     

Comparison of infiltration models to describe infiltration characteristics of bioretention

Bioretention is one of low-impact development measures, which widely used not only because it can reduce stormwater runoff total volume, decrease peak flow rate and delay peak flow time, but also can remove the runoff pollutants. Infiltration is an important hydrological process for bioretention to evaluate its runoff total volume reduction and pollutants removal. So, it is important to find an optimal infiltration model that can well describe the infiltration performance of bioretention. The Horton, Philip and Kostiakov infiltration models were selected to compare their accuracy when using for describe the infiltration characteristics of bioretention, and the errors between the different models simulate results and experiment results were assessed via the maximum absolute error (MAE), bias and coefficient of determination (R²). The experimental results showed that Horton model is fitting well and flexible under different experiment conditions, especially when the hydraulic head was 10 cm, with MAE of 0.50–0.81 cm/h, bias of 0.1–0.23 cm/h and R² of 0.98–0.99. R² of the Philip and Kostiakov models were all over than 0.87 at the initial infiltration period, but the model fitting accuracy decreased significantly with infiltration time elapse. Furthermore, the total runoff volume capture ratio and emptying time were advanced used to evaluate the flexibility of Horton model, and the Nash-Sutcliffe efficiency coefficients of them were over than 0.61 and 0.58, respectively. Therefore, the Horton model can be optimal selected to describe the infiltration process of bioretention and for its hydrological evaluation.     

变态模型对水流运动相似的影响

归纳了模型变态的三种主要方式,重点对垂直比尺与水平比尺不同（λh≠λl=λB）的方式进行了介绍,分析模型变态对水流运动相似的影响,推导建立了其变态模型比尺关系,并重点推导出了矩形、梯形断面河渠的糙率比尺关系式。     

软基沉降预测模型的比较分析与应用

公路软基沉降预测是目前高速发展的软土地区公路建设中亟待解决的一大技术难题,预测模型也有多种,预测精度不尽相同。对工程中基于经验公式法预测沉降的传统模型(指数模型、双曲线模型)和成长曲线模型(Logistic模型、Gompertz模型、Weibull模型)给予介绍,并分别对各模型进行了数学比较分析。结果表明:传统模型不能利用施工期间的观测数据,只能用工后资料预测工后沉降,且对工后资料的要求较高;成长曲线模型能较好的反映沉降全过程的变化规律。Weibull模型较其它两种成长模型有较广泛的适应性,其对沉降的预测与实际吻合较好。     

河型变化段河工动床模型设计方法研究

以模型相似原理为基础，结合黄河小浪底至花园口河段河道整治模型试验研究，对河型变化段河工动床模型设计方法进行了初步探索，提出了“分段设计、过渡处理”的设计方法．辩证地解决了同一模型具有不同河型河段的河工动床模型设计问题。     

Hyperbola-Logistic叠加模型预测地基沉降

针对Hyperbola模型和Logistic模型的优缺点,提出Hyperbola-Logistic叠加模型,该叠加模型综合了两种单项预测模型的优点,以期达到高精度的预测结果。结合发电厂地基沉降现场观测数据,利用Hyperbola-Logistic叠加模型预测地基沉降,并与单项沉降预测模型的拟合结果进行比较分析。结果表明:与两种单项预测模型的预测结果相比较,叠加模型减小了系统误差,提高了整体的预测精度,拟合结果可靠,适用于发电厂地基沉降量的预测。新模型具有一定的适用性,是一种分析预测地基沉降的有效方法。     

A NEW DEPTH-AVERAGED ALGEBRAIC STRESS MODEL AND ITS VERIFICATION TEST

1.mThonvrmNTurbulencemodelshavefoundtheirwideapplicationsinscienceandtechnolOgyrelaedtofiuidflOw.UptonowvariouskindsOfturbulencemedelsaredeveloPedincludingtheone-equatbomodel(Bradshaw,P.etal.,1967),thetwo-equatbomedel(SPalding,l969),themuliple-equationmodel(Davidov,1961),thealgebraicstressmodl(Launder,etal.,1972)andsoon.Amongthesemodels,thetwo-equationkBmodeliswidelytestedandued.Thealgebraicstressmodelsareintermediatebetweensecond-ordercforuerschemesusingtranSPOrtequatbosfortheindividual…     

黄龙滩水电厂洪水调度方案生成模型与计算方法

针对黄龙滩水电厂洪水调度的具体情况 ,在指定的目标要求和内外环境下 ,运用定量、定性或两者相结合的方法 ,提出了常规调度、优化调度和自拟调度三种洪水调度模型 ,产生了相应的洪水调度方案。这些方案是电厂运行人员分析、比较、评判和选择洪水调度方式的基础