LL-III分布式水文模型在宁蒙灌区水资源研究中的应用

采用由武汉大学李兰教授开发的LL-III全分布式水文模型来研究流域水资源.在模型中,利用了大量的GIS和RS数据及信息研究流域水资源的时空变化,分析气候变化和人类活动带来的影响.模拟结果表明,LL-III分布式水文模型适用于干旱半干旱地区的水资源模拟研究.     

分布式陆面-水文模型在淮河流域的应用

分布式水文模型是模拟地表径流、研究流域水循环的有效手段,以淮河流域为研究对象,利用数字高程DEM(digital elevation model)、全球植被覆盖数据、土壤结构资料等构建气象数据驱动下的分布式陆面-水文模型,根据1980-1982年淮河流域水文站实测数据进行模型参数率定,采用相对误差、确定性系数和Nash效率系数作为衡量指标来验证模型的模拟精度,并对比淮河流域主要水文站实测逐日径流量与模拟值,分析该模型对洪水流量的模拟效果.研究结果表明,该分布式陆面-水文模型具有较高的模拟精度,能较好地模拟流域水文过程,可用于变化环境下的水循环过程模拟和流域水文响应研究.     

基于GIS的LLCHEN-A分布式水文模型与水资源预测

构建了一种以地理信息系统技术为支撑,充分利用DEM高程数据、土壤类型数字化、土地利用遥感数据等数字化信息以及考虑流域水资源利用情况的数字流域分布式水文模型(命名为LLCHEN-A模型).该模型产汇流原理采用了通用的水量平衡原理和蓄泄关系,模型代码全部是自编源代码,模型集成上除了融雪产汇流模块外,还有暴雨径流产汇流模块和水资源利用模块,使得模型具有适应性,能广泛适用于融雪地区、暴雨径流地区及河口地区的洪水预报和水资源预测,同时水循环模拟对象也从汛期洪水径流扩大到全年的水资源模拟.多个水文变量过程计算结果分析表明:该模型结构合理,计算的各环节水文过程符合实际水文规律.将模型应用于暴雨径流为主的杭州瓶窑以上东苕溪流域,应用实例表明该模型在水资源模拟与预测中能取得较好的效果.     

基于栅格式SCS模型的分布式水文模型研究

利用基于栅格分布的土地利用类型和土壤类型,通过将SCS模型改进为栅格式的SCS模型,并结合栅格式Clark单位线汇流方法,构建了一个具有松散耦合型分布式水文模型.该模型结构简单,模型参数较少,所需流域特性资料容易获取,对流域具有较强的适应性,并可以获得流域栅格分布式的产流结果.本研究将该模型应用到欧阳海流域上,构建洪水预报模型进行场次洪水过程模拟,并与新安江模型模拟结果进行对比.模拟结果表明,所构建的松散结构分布式水文模型具有较高的模拟精度,能够应用到实际的洪水预报中.     

灌区水资源循环转化研究进展

灌区水资源循环转化研究在理论和方法上都取得了显著的进展,研究方法由单一的数学规划模型发展为数学规划与现代模拟技术等的耦合模型;研究目标上由注重灌区水源水量的研究发展为灌区水源水质水量并重的研究;研究尺度由田间尺度的水文循环研究发展为大尺度跨流域水资源循环研究.但由于水资源循环转化关系的复杂性,当前研究仍存在不足,主要表现为分布式水文模型在应用上的局限性、"人工-自然"二元水循环模型存在较大不确定性和水质水量联合评价研究较少.由此提出了水资源循环转化研究的发展趋势:考虑多种水资源之间的循环转化,考虑人类活动的影响,研究各种协调关系以及多种方法的耦合.     

SWAT模型简介及其在非点源污染研究中的应用

非点源污染是现代环境科学研究的热点之一,SWAT模型作为一种分布式流域尺度水文模型,能有效模拟土壤侵蚀和水土流失,地表水和地下水污染情况,进行水资源评价和管理等,是进行非点源污染模拟的有效工具。本文在参阅前人文献的基础上,就SWAT模型进行非点源污染模拟的机理,以及模型在国内外的应用情况和取得的成果进行了一些简单的介绍。     

基于DEM的岷江上游数字流域的离散化

流域地形与土地覆被类型离散化是构建分布式水文模型的关键问题之一，文中通过地形坡向分析技术在栅格DEM基础上生成数字化的流域水系和流域边界，按照流域地形特征将整个流域从空间上划分成多个自然子流域；在每个子流域内部，通过土地利用和土壤分布数字地图的叠加，生成体现单一土地利用类型和土壤类型组合的水文响应单元，并将研究区岷江上游流域离散为31个子流域，136个水文响应单元(HRU)，实现了数字流域的空间离散化，为构建分布式水文模型奠定了基础。研究表明：河道面积阈值的大小决定了离散子流域数目，也决定着水文响应单元的数量，具体流域的阈值需要进行比较分析来确定。     

分布式水文模型在渭河流域水环境分析中的应用

在基于数字高程模型(DEM)的分布式水文物理模型基础上,将大流域划分为若干子流域,利用流域的地貌特征参数将子流域划分为汇流区间和山坡,模拟渭河流域的径流过程,分析径流形成机理,描述了网格单元的截留、蒸发量、下渗、地表径流、地下径流、融雪等水文物理过程,在每一个网格上用地形高程建立地表径流之间的关系.并与一维对流扩散水质模型相结合,根据已有年的相关资料进行了日径流过程及主要水质指标的模拟分析.结果表明,分布式水文模型与水质模型在渭河流域的耦合应用取得了良好的模拟效果.     

飞来峡流域基于栅格DEM的分布式水文模拟

基于栅格DEM的分布式水文模型能利用DEM提供的流域地形,包括流域边界、坡度、坡向、河网等特征信息,充分考虑下垫面条件的不均匀性及空间尺度相耦合性.以集水面积34097km2的飞来峡水库流域为例,利用SRTM90m精度的DEM资料提取流域特征信息和划分水系和子流域,采用基于栅格DEM的分布式水文模型来计算每个栅格的产汇流,河道汇流采用马斯京根法,参数率定采用SCE-UA优化算法.结果表明:一个结构简单、物理过程明确、参数较少的栅格DEM分布式模型可以被用于大中型流域的水文模拟,以更好地利用流域地形特征信息和描述流域水文过程.     

SWAT模型在淅川县丹江口库区的应用研究

水文模型是水文科学研究中重要的方法和手段之一.在分布式水文模型SWAT支持下,利用研究区DEM生成河网和流域边界并划分子流域,根据在收集资料、实地调查和土壤采样分析的基础上,通过对模型所需的气象、土壤、地形、土地利用等影响因子进行参数化,模拟了淅川县丹江口水源区的水文过程与产沙过程.     

一个雨雪混合洪水预报模型及其应用

在总结暴雨融雪混合洪水形成规律的基础上,讨论了雨雪混合产流模型结构,利用临界温度来判断降水的形式和融雪因子,同时考虑降雨引起的融雪量,结合LL-Ⅰ分布式水文模型建立一个雨雪混合洪水预报模型.利用新疆塔城地区喀浪古尔河流域暴雨融雪洪水资料进行模拟和验证.模拟和验证结果表明,预报模型具有较高的精度,其确定性系数超过0.80.     

面向大尺度区域分布式水文模型的子流域划分方法改进

子流域划分是构建流域/区域分布式水文模型的基础工作,关系到流域/区域水文模拟和预报精度的好坏。在针对大尺度区域进行子流域划分时,目前普遍使用基于地表径流漫流模型,通过单一集水面积阈值进行河网提取和子流域划分的方法在准确描述研究区的空间范围、确定流域出水口、提取内流区河网等方面存在一定不足。为此,作者对传统子流域划分方法进行改进,面向大尺度区域分布式水文建模提出一套基于流域出水口自动识别和多阈值虚拟河网融合技术的子流域划分方法,该方法包括4大部分,即流域出水口的识别,大、小集水面积阈值的确定,多阈值虚拟河网融合,子流域划分与编码。应用该方法对全国范围内进行了水系提取和子流域划分,共划分子流域25 174个,子流域平均面积381 km2,最大面积5 512 km2,最小面积4 km2,模拟范围与全国水系实际范围的吻合程度达到99.92%。进一步地,将研究结果与全国实测水系和现行流域区划成果进行对比分析,验证了该方法的适用性。该方法高效快速,在准确刻画大尺度区域范围的同时大幅降低了子流域个数,兼顾了模型模拟效率,较好地解决了传统子流域划分方法在大尺度区域分布式水文建模中面临的难题。相关研究可为大尺度区域分布式水文模型构建提供基础支撑,有助于更好地为大面积区尤其是国家宏观层面的水文水资源管理服务。     

气候变化和土地利用变化对水文过程影响研究进展

气候变化及强人类活动已经对区域水资源情势造成了一定的影响。变化环境对水文过程的影响是国际水文十年Panta Rhei计划强调的核心主题。环境变化使流域水文过程变得复杂,区域水文循环对变化环境的响应机理和不确定性研究是未来水文科学研究的重要内容。文中系统综述了气候变化、土地利用变化对区域水文过程的影响以及分布式水文模型在中、大尺度流域应用等方面的研究进展;在此基础上,进一步讨论了变化环境下水文科学领域需要强化研究的方向。     

基于水环境复杂系统理论的地下水氮污染负荷来源的测度方法

开发了地下水环境综合模拟框架(IGESF),用以测度地下含水层氮污染来源。考虑到地下含水层氮污染来源测度的复杂性,基于流域水循环及其伴生过程的理论基础,利用分布式水文模型、分布式水环境模型、地下水数值模拟以及污染物运移模型构建了IGESF。在对地下含水层氮污染来源测度时,结合地下水总氮浓度的实测数据,以华北平原作为典型区进行了分析。结果表明:华北平原在1995—2004年来自面源的地下含水层氮污染负荷为38 400 t/年;来自河道的线源污染为26 000 t/年。得出的结论与海河流域水资源综合规划数据基本相同。     

分布式流域水文物理模型的应用和检验

应用BBMW流域资料来检验分布式流域水文物理模型 ,分析探讨径流形成原理及地表径流的空间分布规律 ,并与新安江模型的模拟结果进行比较 .5场洪水过程模拟的模型效率系数为 85 .2 % ,水量守恒指数为 0 .98,模拟效果较好 ,略高于新安江三水源模型     

BTOPMC在山区流域暴雨洪水预警预报中的应用

为验证分布式水文物理模型BTOPMC在山区流域暴雨洪水预警预报中的适用性,利用BTOPMC模型对四川省2个山洪易发流域的暴雨洪水过程进行模拟。结果表明：BTOPMC模型能够较准确地模拟洪峰流量以及洪峰出现时间,达到暴雨洪水预警预报对模型的要求,该模型适用于山区流域的暴雨洪水预警预报。     

基于CMADS驱动的SWAT模型在辽宁浑河流域的应用研究

我国气象观测资料较为匮乏,尤其在高山寒区,使得高寒地区的水文建模研究未能很好地开展。流域水资源研究对区域经济社会发展、水资源管理、生态平衡及环境保护等均具有重要意义。研究选取浑河流域沈阳水文控制站以上区域构建SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型,并采用中国大气同化数据集(China Meteorological Assimilation Datasets,CMADS)作为大气输入数据驱动SWAT模型,通过对区域内4个水文站的月尺度径流和日尺度径流的率定与验证,来评估CMADS+SWAT模式在高寒山区的适应性。此外,在SWAT模型参数敏感性分析的基础上,应用SWAT模型优化率定工具——SWAT-CUP中自带的SUFI-2优化率定方法对模型参数进行校准与验证。研究发现:在率定期,模式Nash-Sutcliffe效率系数NSE和决定系数R~2均在0.74以上;在验证期,NSE和R~2也均大于0.58。结果表明:CMADS+SWAT模式在浑河流域取得了较好的模拟结果,CMADS数据集可很好地体现浑河流域下垫面地表大气特征。研究总体认为:CMADS数据集可为我国气象观测资料匮乏的地区提供重要的基础数据支持;同时,利用CMADS+SWAT模式可为我国气象无站或缺测区的水资源利用、水土保持及非点源污染防治等研究提供重要的科技支撑。     

一种基于面积-时间关系的单位线分析方法

为了分析分布或半分布式水文模型计算单元的单位线，提出了一种基于面积-时间关系的单位线分析方法．首先利用数字高程模型（DEM）分析计算面积-时间关系，然后将其转换为流量-时间关系．考虑到流域对径流的调蓄作用，利用线性水库将流量-时间关系转换成单位线．将分析的单位线用于HEC—HMS并在沿渡河流域进行实例应用，结果表明，模拟过程与实测过程拟合较好．提出的方法可用于分析无资料流域的汇流单位线．     

基于GIS的分布式月水量平衡模型及其应用

应用地理信息系统 (GIS)技术 ,在MapInfo平台上建立分布式流域水文模型 ,模拟赣江流域的径流过程 ,探讨月水量平衡模型参数的地区分布规律 ,计算各网格的径流深和水资源量 ,并与实测值进行比较 .结果表明模拟径流深与实测径流深吻合良好 ,年径流的相对误差可控制在 10 %以内     

SWAT模型土壤物理属性数据库本土化构建研究

SWAT模型是美国农业研究中心研发的专门针对流域水文过程和非点源污染模拟的分布式水文模型,在我国有较为广泛的应用。由于美国同我国的土壤指标的分类标准不同,导致SWAT模型中土壤数据库的本土化构建较为困难,目前已成为制约其在我国进一步推广的瓶颈。鉴于此,为寻求更为便捷、高效的参数确定途径,对SWAT模型土壤物理属性数据库的本土化构建进行了相关研究,并将构建好的SWAT模型用于洪安涧河上游东庄水文站以上流域的水文过程模拟。结果表明,相关系数R~2达到了0.875,效率系数E_(ns)达到了0.840,取得了较好的模拟效果。该研究为建立符合我国国情的土壤物理属性数据库提供了思路和方法,可进一步促进SWAT模型在我国的应用,可为流域水文模拟提供技术支撑。