分布式双源蒸散发模型的构建与运用研究

文章以淮河上游息县水文站以上为研究区域,基于研究区域的数字高程数据、土地利用数据以及研究区内外附近8个气象站点2000-2010气象要素数据,运用分布式双源蒸散发模型实现了研究流域蒸散发的时空全过程模拟,为对所构建的蒸散发模型进行验证,结合研究区内息县水文站2000-2010实测蒸散发资料进行了回归分析和相关性检验,并选用F检验和T检验两种方法从日尺度和年尺度对所构建的回归方程进行了拟合度的检验,研究结果表明:所构建的分布式双源蒸散发模型计算结果与息县实测蒸散发具有较好的一致性和相似性,在日尺度和季尺度上,相关系数均可达到0.85以上,所建立的回归方程均通过了显著性水平a=0.01的F检验和T检验,研究成果可为研究区的分布式水文模型中蒸散发的计算,特别是无资料地区的蒸散发计算提供参考价值。     

分布式水文模型在半干旱地区洪水预报中的应用

分布式水文模型以其考虑流域的水文过程和地理要素的时空差异对流域水文过程和水文效应的影响为优势,目前已经成为国内外水文学研究的热门课题。我国最近几年开展了大量分布式水文模型研究,但是实际应用到流域进行洪水预报的还不太多,该文对分布式水文模型应用于半干旱地区洪水预报的研究成果进行了阐述,对于半干旱地区洪水预报的研究具有一定的意义。     

基于Web的北京市降雨产流测报系统

以北京市为例,采用面向对象的设计思想开发了B／S模式下的实时降雨产流测报模型系统。该系统具有实时降雨分析、蒸发分析、地表水产流计算、水量平衡分析等功能。在北京市水文总站的实际应用表明,该系统简单方便,具有良好的稳定性、可移植性和可扩展性,可为政府管理部门、各行业生产单位及公众提供降雨、产流及洪水等方面的信息,辅助建立快速反应机制,为领导进行水资源和雨洪调度决策提供更加科学和直观的依据。     

基于物理基础的分布式水文模型应用研究

为了探讨基于物理基础的分布式水文模型在国内半干旱半湿润流域的应用,研究模型径流模拟在中小尺度流域的合理性与适用性,采用基于连续栅格单元演算的分布式水文模型CASC2D,对县北沟流域1983年～2007年8场洪水和栾川流域1961年～1998年8场洪水进行了径流模拟.对模拟精度、特征值等方面进行的比较分析结果表明,模型在县北沟流域和栾川流域均取得较好的模拟效果,且县北沟流域的模拟效果比栾川流域好;模型适用于中小尺度的半干旱半湿润流域,在超渗产流与混合产流流域均能取得较高的精度.     

遥感驱动的分布式实际径流模拟研究

以WBM/WTM(Water balance model/Water transport model)模型为基础,以遥感反演的月降水和月蒸发为主要数据源,开发了基于遥感的分布式水量平衡与传输模型(Remote sensing based Water balance/Water transport model,RSWB/WTM)。利用2002年-2007年的TRMM卫星的降水数据与2004年-2008年基于遥感反演的蒸散发数据,用该模型模拟了白洋淀流域阜平、中唐梅、紫荆关三个水文站的实际径流,对模型的模拟精度进行了评价。三个站的效率系数均大于0.54,其中中唐梅和紫荆关站的效率系数大于0.62。从R2来看,三个站分别是0.56、0.64和0.64。白洋淀流域水库、塘坝对实际径流的干扰较大,进而影响到了模型的模拟精度。另外,遥感反演降水与蒸发存在的不确定性也是影响模拟效率的原因之一。建立的完全以遥感为数据源的分布式水文模拟模型将为基于遥感的水资源评价提供新的技术手段。     

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。     

基于VIC模型和Palmer干旱指数的区域干旱化评价研究

基于VIC(可变下渗容量)模型的流域网格划分及其对径流、蒸散发和土壤含水量变化的模拟,对Palmer干旱指数各水量平衡分量的计算进行了优化,并采用分级修正的方式,改进了Palmer干旱指数中气候特征系数K的确定方法。在此基础上,建立了基于VIC模型和Palmer干旱指数的区域气候干湿变化评价系统,并将该系统在黄土高原进行了应用。结果表明,近40 a黄土高原气候正向暖干化趋势发展,1990年以后暖干化趋势尤为明显。研究区干旱发生频率在空间上呈由西北向东南递减趋势,不同季节干旱发生频率空间分布存在一定差异。该评价系统物理机制清晰,地区适应性较强,在实时监测和评估气候干湿变化及其时空分布上存在较大应用潜力。     

基于志愿计算模式的分布式水文计算

志愿计算是通过使用很多由用户自愿提供的,数量庞大的空闲计算资源,来提供无限计算能力,以此满足科学计算的需要。文章介绍如何把这种非专用计算资源运用到分布式水文计算中,用分布式运算的方法来提高水文计算的效率和复杂度。并使用一个新型志愿计算系统XtremWeb来实现基于DEM的产流计算,从运行效率和时间上优于传统串行计算模式。分析并讨论了如何把资源共享的计算模式用于更多水信息科学的计算和研究。     

基于可变下渗容量模型和Palmer 干旱指数的区域干旱化评价研究

基于可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)模型的流域网格划分及其对径流、蒸散发和土壤含水量变化的模拟,对Palmer干旱指数各水量平衡分量的计算进行了优化,并采用分级修正的方式,改进了Palmer干旱指数中气候特征系数K的确定方法。在此基础上,建立了基于VIC模型和Palmer干旱指数的区域气候干湿变化评价系统,并采用该系统对黄土高原进行了研究。结果表明,近40年黄土高原气候正向暖干化趋势发展,1990年以后暖干化趋势尤为明显。研究区干旱发生频率在空间上呈由西北向东南递减趋势,不同季节干旱发生频率空间分布存在一定差异。该评价系统物理机制清晰,地区适应性较强,在实时监测和评估气候干湿变化及其时空分布上存在较大应用潜力。     

基于多重演化模式重构的水文预报模型及应用

因长期受人类活动、气候变化等多重因素作用,水文时间序列表现出多时间尺度、多频率、动态变化、自记忆性等复杂性特征,增加了水文预报结果的不确定性。本文将经验模态分解模型,核主成分分析模型和支持向量机模型耦合,建立了针对复杂性水文时间序列的预报模型,并采用NASH效率系数、自相关系数、相对误差作为模拟预测精度及参数率定的多目标判断标准。模型应用于黄河花园口水文站径流序列的长期水文预报中,结果表明:模型预报时段长,具有较好的预测准确性和实践应用价值。该模型为多重因素作用的复杂性水文时间序列预报提供了一种方法。     

水文干旱的时间分形特征探讨

介绍了分形理论的基本概念及其分维计算方法．探讨了干旱要素在一定标度范围内的统计时间分形特征．通过实例分析表明：不同程度的干旱现象具有各自的时间演变规律，时间分形与干旱发生的周期存在反相关关系，即时间分维越小，干旱发生的周期越长，干旱现象越严重；而轻轻的干旱现象则以短周期为主，发生频繁，分维值较高．时间分维有可能对干旱规律的认识和预防有重要价值．     

现代水资源规划若干问题及解决途径与技术方法(一)--还原"失真"与"失效"

针对人类活动剧烈条件下的水资源分析问题,探讨了传统水文还原方法存在的“还原失真”与“还原失效”的现象及其成因,并通过对人类活动水文效应的物理机理分析,提出了利用分布式水文模型进行水资源分析的一致性修正方法。     

黄河流域典型区域实际ET计算案例研究

针对黄河流域典型区域的实际ET(蒸散发量)计算问题,基于SWAT分布式水文模型,提出了相应的计算方法,对所需资料、数据处理和方法验证进行了设计,以黄河流域鄂尔多斯地区为研究实例,通过计算和分析可知,该区域1990—1999年平均降水量为268 mm,区域实际ET有天然ET(由陆地ET和水域ET构成)、耕地ET、城乡居工地ET组成,其中平均天然ET为246 mm,耕地ET为133 mm,城乡居工地ET为0.547 mm。1990—1999年,鄂尔多斯地区平均实际ET为379.5 mm。对区域实际ET计算方法的研究和验证,可为进一步探索黄河流域水资源管理模式奠定基础。     

基于分布式水文模拟的干旱评估预报模型研究

本文从流域水文循环角度,以长江上游为例,利用数字高程、气象水文、土壤植被和土地利用等地理信息数据,采用分布式水文模型模拟水文过程各环节,获取各项气象水文要素。继而依循PDSI干旱模式原理,建立了干旱评估预报模型GBHM-PDSI。对2006年重庆地区严重干旱事件的模拟应用表明,该模型不仅能综合评估旱情等级,而且可以定量地描述干旱的发生、发展直至结束过程,在表现旱情的地区差异和随时间的演变过程等方面具有优势,且能够结合气象信息对旱情发展进行推演预报。     

基于短时间尺度自适应帕尔默干旱指数的中国干旱演变特征分析

以帕尔默干旱指数(PDSI)为基础,构建融合Penman-Monteith潜在蒸散发公式且具有短时间尺度效应的自适应帕尔默干旱指数scPDSI_(pm),分析了1951—2016年中国旱涝演变趋势及干旱特征的空间分布规律和历史干旱事件的时空演变过程,并结合实际旱情记录资料验证了指数的可靠性。结果表明:空间上,中国东北、华北、华中、西北呈变旱趋势,西北和东南少数地区为变涝趋势;中国大部分地区旱情开始时间集中在6—7月,北部地区干旱历时长且干旱烈度大,南部地区干旱历时短、干旱烈度小;scPDSI_(pm)能够很好地指示旱情发生时间和区域,准确地捕捉到旱情中心的转移过程。     

Calibration, Validation and Sensitivity Analysis of the MIKE-SHE Model Using the Neuenkirchen Catchment as Case Study

Calibration and validation of the MIKE-SHE model was performed using the Neuenkirchen research catchment hydrologic characteristics and a two-year time series of stream flows at the outlet of the catchment. A reasonable match was obtained between the observed and simulated hydrograph at the catchment outlet with minor calibration effort. For the validation runs, the base flows were overestimated in the period of high rainfall intensity while the peak flows were reasonably matched. Sensitivity of the model to structural parameters such as grid size and time step, and to the functional parameters, including hydraulic resistance coefficient, surface and subsurface hydraulic properties, was investigated. The results indicated that the peak overland flow and the total overland flow were very sensitive to the flow resistance parameters and to the vertical hydraulic conductivity of the surface soil, while the peak aquifer discharge and the total aquifer discharge were sensitive to the horizontal hydraulic conductivity in the saturated zone. The model output variables considered were neither affected, to a significant extent, by the vegetation parameters nor by the specific storage coefficient.     

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。     

基于干旱过程模拟的旱情综合评估方法应用研究

在对国内外干旱评估方法研究进行综述的基础上,指出干旱起因是降水偏少,但发展成灾,则有一个缓慢渐进过程,它不仅取决于降水、气温等气象条件,还与地形、土壤、作物等因素密切相关。考虑到旱灾的成因是多条件的,旱灾的影响和体现也是多方面的,只有结合干旱发展的各阶段,才能全面地认识和评估旱情。利用基于分布式水文模拟的干旱模型,在完整模拟干旱发生发展和结束过程的基础上,整合多种旱情指标,提出能反映干旱发展过程主要特征的旱情综合评估方法体系,并以长江上游川渝地区2006年严重干旱事件为例,开展了应用示例研究。     

考虑水土保持措施的水文水力耦合模型研究

基于栅格型DEM数据,提取数字水系和空间拓扑信息,在考虑流域水保措施的情况下,建立了水文学水力学相耦合的适用于黄土干旱区小流域的分布式水文模型。以黄河无定河水系岔巴沟流域为例,应用分布式水文模型对该流域1970年~1989年11场洪水进行了流量过程模拟。结果表明：计算结果与实测值基本吻合,一定程度证实了所研制水文模型结构、参数和计算方法的合理性。     

我国流域水文模型构建与水库调度问题研究

介绍了流域水文模型的特点,分析了模型建立过程中的重点难点及需要的发展支撑;剖析了我国水库调度存在的矛盾问题并提出了解决方法。