分布式水文模型中模块分解与组合的理论研究

本文以已有的分布式水文模型为基础,利用形式概念分析(Formal Concept Analysis,FCA)方法,识别模型中描述主要水文过程的基本方程,通过组合这些方程产生新概念,并形成概念格层次结构。采用Hasse图直观反映了新概念的层次结构,以此来指导设计者开发具有定制功能的模块化水文模型,本研究力图实现模块的即插即用功能。文中以分布式水文模型中的地表产流过程为案例,描述了关联规则挖掘的全过程及其优化组合,验证了该方法的可行性。     

分布式水文模型软件系统MWEasyDHM 简介

本文介绍了分布式水文模型EasyDHM模型的软件系统MWEasyDHM,主要由4个部分组成：（1）面向水文分析的通用GIS软件;（2）前处理模块;（3）模拟模块;（4）后处理模块。其中面向水文分析的通用GIS软件以开源GIS软件MapWindow为基础开发,并包括了其他模块所涉及的基本GIS功能;前处理模块包括基于DEM的水文分析组件,模型参数推求模块和降水量、气象数据插值模块;模拟模块提供了实时计算功能,能实时查看模拟结果;模型后处理模块包括了模型参数自动识别、运算结果统计分析及以表格、图表等方式对模拟结果的展示。MWEasyDHM的开发解决了分布式水文模型快速建模及率定的难题,并为将来升级开发及大范围推广应用奠定了基础。     

西南岩溶灌区水文特性及其模拟模型的构建

从岩溶水文和灌区水文两方面分析了西南岩溶灌区水文的特殊性和脆弱性。针对西南岩溶灌区水文特点,在对自然流域水文模型SWAT改进的基础上,构建岩溶灌区分布式水文模型。建立的岩溶灌区分布式水文模型主要添加了表层岩溶带水循环模块、岩溶地下河汇流过程,改进浅层岩溶水计算方法、稻田水分循环模块、渠系渗漏计算模块,增加塘堰的灌溉功能等,并介绍了模型的流域离散方法和水循环结构。岩溶灌区分布式水文模型的构建可为西南岩溶灌区水文特性及其对变化环境的响应等研究提供有效的工具和手段。     

面向对象模块化的分布式水文模型MODCYCLE Ⅰ：模型原理与开发篇

MODCYCLE是一个定位于流域/区域长时间尺度水量平衡分析的分布式水文模型,具有较强的物理基础。该模型采用基于DEM的子流域划分对流域进行离散,并可针对土地利用和土壤的不均匀性进行下垫面细化,同时对人类活动影响下水循环过程的描述较为全面,可详细模拟大气水、土壤水、地表水和地下水之间复杂的"四水转化"过程。该模型具有以下特点:(1)基于C++语言以完全面向对象的方式(OOP)模块化开发,具有清晰的模型结构和灵活的功能扩展性;(2)基于数据库平台并采用ADO通用数据接口引擎,模型输入输出数据管理比较便利;(3)具有层次化水量平衡校验机制,既可为用户提供不同水循环子系统的水量平衡状况,又可辅助开发人员在模拟异常时定位错误发生的模块;(4)实现了并行计算,在多核计算机系统上运行可大幅提高计算速度。     

分布式水文模型EasyDHM模型

介绍了自主开发的分布式水文模型EasyDHM的空间单元离散方式、主要理论模块及相应的模型软件系统MWEasyDHM。EasyDHM模型的空间离散采用自主开发的通用子流域划分算法,很大程度上扩展了分布式水文模型的通用性,支持多种产汇流算法,支持用户对主要产汇流参数的敏感性分析和参数优化,以优化模型模拟效果,开发了专门的洪水预报模块,支持洪水实时校正及多模型组合预报技术并在嫩江流域使用EasyDHM模型进行了应用验证。     

DEM与分布式水文模型中的耦合研究

以自然物理机制为基础的分布式流域水文模型,是当今水文界研究的热点之一.介绍了基于GIS的数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)模块在分布式水文模型中的应用(产生流向、划分子流域、河网分级等)、数字化地理信息数据获得方法、分布式水文模型的结构及其成功应用的实例.     

分布式水文模型在不同地形条件下的应用研究

本文旨在开发不同地形及水文地质条件下的具有结构上通用性和核心模块具有易调节性功能的分布式水文模型。基于GIS利用运动波理论基础方程式,结合不同流域的地形(水文地质条件),分别构建了黄土高原北部沟壑区的六道沟流域、位于平原区流经内蒙古东部和黑龙江西部的阿伦河流域,以及山地流域-Bukoro河流域(日本)的分布式水文模型,并利用对观测流量的数值模拟分别检验模型在各流域的实用性。结果表明:针对不同地形条件构建的分布式水文模型在对流域降雨-径流过程的模拟,取得了较好的效果,模拟精度在误差判断基准允许的范围之内(误差0.03),分析了在不同地形条件下构建分布式水文模型时模型结构上的通用性和核心模块的易调节性。本成果可以为不同地形的流域构建分布式水文模型提供参考和借鉴。     

黄土高原小流域分布式水蚀预报模型

本文基于黄土高原丘陵沟壑区小流域地形复杂、径流与侵蚀产沙具有明显垂直分带性的特点，以栅格DEM(Digital Elevation Model)为基础，提出由水文模块和侵蚀模块两部分组成的黄土高原小流域分布式水蚀预报模型。水文模块包括降雨、截留、微地形表面存储、入渗、地表径流和沟道流过程，采用运动波方程实现汇流演算；侵蚀模块考虑雨滴击溅分离、坡面薄层水流、细沟水流、浅沟水流和沟道流剥离与沉积等基本过程，运用泥沙物质平衡原理完成泥沙输移计算。应用模型对次降雨事件模拟的初步结果表明，模型对中度以上侵蚀性降雨事件的模拟精度在85％以上。     

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SWAT模型的流域水环境管理及预报系统

基于SWAT模型的流域水环境管理及预报系统是一个以地理信息系统(GIS)和数据库管理系统为开发平台,通过与SWAT分布式水文模型的集成,面向管理和决策层的可视化动态信息系统。本系统利用SWAT分布式水文模型对水资源水环境进行综合评价和预报,并结合GIS技术实现了流域管理的可视化和辅助决策功能,实现流域水环境的信息管理与查询,来为管理部门提供有效、直观的决策信息。     

分布式水文模型研究与应用进展

分布式水文模型是探索和认识复杂水文循环过程和机理的有效手段,也是解决许多水文实际问题的有效工具。当前水多（洪水）、水少（干旱）、水脏（水质污染）、水浑（土壤侵蚀）的现状,以及全球气候变化和数字水文学的兴起,为分布式水文模型的研究、开发和应用带来了巨大的挑战。本文从当前水文水资源研究的热点问题出发,系统总结了分布式水文模型在解决水文学面临的重要问题中研究与应用的现状以及主要进展与不足,探讨了分布式水文模型的发展趋势,并讨论了建模中存在的难点问题和关键技术。     

分布式水文模型子流域划分方法

子流域划分是构建分布式水文模型的重要工作之一,它关系到水文模拟和预报精度的好坏。通过综述分布式水文模型子流域划分方法的国内外研究进展,总结了现有子流域划分方法在不完整流域的子流域划分、无分叉长河段的子流域划分、水文站和水库控制范围确定以及子流域划分软件等方面存在的问题,提出了水文实践对子流域划分方法的需求,最后针对该问题从开发适用性更高的子流域划分算法、开发通用的子流域划分软件和加强子流域划分层次或水平的研究等三个方面对子流域划分研究方向进行了展望。     

分布式水文模型研究与应用进展

分布式水文模型是探索和认识复杂水文循环过程和机理的有效手段,也是解决许多水文实际问题的有效工具。本文从当前水文水资源科学研究的热点问题出发,系统总结了分布式水文模型在解决水文学面临的重要问题中研究与应用的现状、进展与不足,讨论了建模中存在的难点问题和关键技术,并探讨了分布式水文模型的发展趋势。     

分布式水文模型在短期水文预报中应用的可行性探讨

针对目前基于物理机制的分布式水文模型在短期水文预报业务中尚未推广应用的事实,论证了分布式水文模型在短期水文预报中的可行性.以第二类分布式水文模型SWAT为例,分析了水文过程的模拟原理、方法和基本步骤,提出了其在短期水文预报中应用所需的降水预报技术、降水数据的空间展布技术、“3S”技术、流域坡面离散技术、对人工侧支水循环的处理技术等关键技术,并指出了分布式水文模型应用于短期水文预报时存在输入资料不足、模型自身缺陷、计算精度和效率的权衡等局限性和不足,提出需要进一步加强水循环过程的机理研究,加强与气象模型的耦合研究及对“3S”技术的应用研究.     

遥感技术在分布式水文模型中的应用研究进展

遥感技术与分布式水文模型的深入结合,推动了现代水文学科的发展。在简要介绍分布式水文模型与遥感技术发展状况基础上,对遥感技术在分布式水文模型应用过程中出现的降水、蒸散发、河川径流、陆面温度、土壤水分、土地利用/土地覆盖、叶面积指数等参数,给出详细的反演方法。结合技术及模型本身特性,指出遥感技术在分布式水文模型应用中存在的问题,并展望研究发展方向。     

气象集合预报在水文领域中的应用研究进展

集合预报是针对数值预报的不确定性而发展起来的概率预报技术,在水库控制中应用集合预报信息可以延长水文预报有效预见期并且提高预报精度。目前,集合预报已在发达国家中得到广泛的应用。现概括了集合预报的发展过程,并从洪水预警、径流预报、水库调度决策3个方面分析了集合预报在水文领域中的研究进展,探讨了集合预报的检验和集合预报应用中存在的关键问题。     

The Design of an International Real Time Data Collection System: SADC-HYCOS

It is increasingly clear that there is a need to assist National Hydrological Agencies in Africa to improve their hydrometric data collection capabilities and at the same time to halt the decline in hydrometric standards. This has to be achieved in a cost-effective and sustainable way and, at the same time reinforce existing systems with new technology and equipment and strengthen the institution capacity of these agencies. The Southern African Development Community-Hydrological Cycle Observation System (SADC-HYCOS) will provide the framework, methodologies and tools to achieve this goal. This paper provides the first opportunity to inform the global hydrological community of the aims and activities of the SADC-HYCOS project. Significant advances will be made in the installation of real time data collection platforms and transmission system, the development and implementation of a regional database, the improvement and/or development of data exchange and dissemination systems using a regional electronic network and Internet links, the development of hydrometeorological products from the database and establishing a large scale training programme relating to activities during the life-time of the project. SADC-HYCOS will promote the collection, processing and exchange of hydrological data and information within the region and raise the profile of the regional hydrological issues, hydrological research, operational hydrology, availability of data and information to a global audience.     

淮河流域洪水预报系统的模型集成研究

根据淮河流域洪水特征和水系构成,分析了水文学与水力学模型在洪水过程、洪水要素和空间范围方面的集成方式,并且介绍了两种模型针对淮河流域特点所采用的关键技术方法.为实现两种模型的充分集成,采用了数据 - 模型 - 应用3层结构的总体集成框架,通过模型应用过程的模块化处理和数据有效交换,建立了集模拟、率定和预报功能于一体的综合计算平台.本文所建立的集成模型采用长系列实测资料进行了参数率定和模型验证,应用结果表明建立的集成模型具有较高的计算精度.     

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。