雨量站网布设对水文模型不确定性影响研究

应用新安江模型,以呈村流域为例,通过改变雨量站网的密度及同密度下的站点分布,比较分析不同雨量站网布设方式下水文模型的不确定性.结果表明:增加雨量站网密度能提高径流模拟精度,从而减小水文模型的不确定性,但雨量站达到一定数量之后,精度提高的趋势减缓;同站网密度不同位置组合的布设方式也会影响模拟精度.     

雨量站网分布对雨量插值算法及径流响应的影响

为比较雨量站网密度及分布对不同空间插值算法的影响,选取6种雨量站密度的不同分布,采用4种空间插值算法对研究区2006—2014年的日降雨进行插值,并将面均雨量作为新安江模型的输入,分析和比较其降雨径流响应。结果表明:①雨量站网空间分布越均匀,降雨插值误差越小,其径流模拟的精度也越高;②在雨量站网均匀布置的情况下,各空间插值算法的插值结果差异较小;雨量站网布置不均匀时,站点数目越少各空间插值算法插值结果差异越大;③计算点雨量时,考虑空间变量的克里金法能更准确地计算日降雨的结果;计算面雨量时,不同插值算法间差异较小,建议选用计算简便的插值算法,比如泰森多边形、反距离权重法。     

面雨量的不确定性对洪水期间径流模拟的影响

降雨是洪水过程模拟的重要输入,研究降雨输入的不确定性对洪水期间径流模拟的影响是优化洪水预报的重要手段。为研究不同降雨数据密度下面降雨量的特征以及其对径流模拟结果的精度影响,以曹娥江流域上浦闸以上为研究区域,2021年“烟花”洪水为研究案例,选取不同数量的实测降雨站点数量,使用泰森多边形插值法对研究区域内实测点降雨数据进行空间插值得到面降雨量。在高密度降雨数据情况下,使用自研发的率定软件对NAM水文模型和HD水动力的耦合模型进行模型参数的联合率定。确定模型参数后,模拟不同密度的面降雨输入下的径流结果,计算实测径流过程与模拟径流过程的误差,量化面雨量计算的不确定性对模拟精度的影响。结果显示：降雨数据密度由低至高,各站的模拟径流确定性系数分别为,嵊州新市站0.84、0.83、0.83、0.76;嵊州站0.97、0.96、0.95、0.92;黄泽站0.83、0.91、0.89、0.90;东山站0.97、0.97、0.98、0.98。结果表明：在降雨数据较少的情况下,面降雨数据易受到单个站点的数据影响,径流模拟结果的不确定性较大。整体而言,降雨数据的密度越大,面降雨量的不确定性越小,径流模拟结果...     

基于多卫星降雨产品和多降雨径流模型的西江流域径流集合模拟

由于水文模拟不确定性的存在,单一模型获得的径流模拟结果难以满足水文精度要求。集合模拟则是减少不确定性,提高模拟精度的有效方法。现有研究多考虑水文模型的结构不确定性,将不同水文模型的径流模拟结果综合起来。但模型输入的不确定性也是水文模拟不确定性的重要来源。因此,基于贝叶斯加权平均(BMA)方法,考虑模型结构和输入的不确定性,设置了3种集合方案,对2种卫星降雨产品(TRMM、CMORPH)输入到3种水文模型(DDRM模型、新安江模型、GR4J模型)得到的径流序列进行集合,对各集合方案的模拟精度和不确定性进行分析。结果发现,不同卫星降雨产品输入到分布式水文模型中所得到的不同模拟序列具有较好的互补性,采用BMA方法对其进行集合模拟可以有效提高模拟精度,减小径流模拟不确定性。     

ERA-5降水数据在雨量站稀疏地区的适用性研究 ——以缅甸密支那流域为例

为探究降水产品在雨量站稀疏地区的适用性,选择位于缅甸的密支那流域作为研究流域,以雨量站数据作为参考数据,评估了ERA-5再分析降水数据的精度;并使用ERA-5数据率定和驱动CREST模型,探究了该数据应用于径流模拟的可行性.结果表明:在整个研究区域内,ERA-5数据和雨量站数据之间的相关程度高,差距较小;而在径流模拟方...     

分布式水文模型结合雷达测雨用于三峡区间的洪水预报

长江三峡区间因暴雨形成的洪水峰高量大, 对三峡水库防洪安全和运行调度的影响不容忽视。依据三峡地区的地形地貌特征,采用基于 GIS的分布式水文模型来模拟区间洪水过程,以尽量减小洪水预报中的不确定性。研究表明 ,降雨信息缺失是洪水预报不确定性的主要来源,尤其是在雨量站稀疏的山区,雨量站观测 的降雨信息难以充分表征降雨空间变化。为此,进一步尝试利用雷达测雨数据作为分布式水 文模型的输入,通过对2个小流域的示例研究,结果表明雷达测雨能捕获降雨的空间分布, 它与分布式水文模型相结合,是提高洪水预报精度的有效途径之一。     

雨量站网密度对洪水模拟及模型参数的影响

以湿润地区呈村流域为研究对象,通过模糊聚类方法控制雨量站网密度,并基于新安江模型探究了站网密度对洪水模型模拟结果和模型参数的影响。结果表明,对于呈村流域,当雨量站网密度高于100 km2/站,次洪模拟精度不会再随着站网密度的增大有显著的提高,同时也难以再通过参数优化得到改善;随着雨量站网密度的增大,新安江模型参数SM呈现增大的趋势,参数CS呈现减小的趋势;新安江模型参数在高雨量站网密度条件下表现平稳,裁撤少量雨量站后可沿用由高站网密度所率定的模型参数。     

基于SWAT与新安江模型的闽江建阳流域径流模拟研究

采用SWAT模型对闽江建阳流域的日径流过程进行模拟计算,利用研究区1993年～1997年的实测流量数据进行模型参数率定,1998年～2000年的实测流量数据进行模型检验,并与三水源新安江模型的模拟结果进行对比,采用纳什效率系数NS、相对误差RE和决定性系数R²作为模型模拟精度的评价指标。研究结果表明,两个模型在建阳流域日径流模拟中都具有较好的适用性,且均能很好地用于该流域的径流预测与防洪规划。进一步分析建阳流域降雨和径流空间分布与变化特征的结果表明,该流域多年平均降雨量从西北向东南递减,径流空间分布与降雨空间分布相似,差异较明显;研究区总体径流呈增加趋势,但径流深的空间分布差异性呈减小趋势。     

目标函数对滦河流域SWAT模型径流模拟不确定性的影响

针对水文模型参数和径流模拟结果不确定性问题,选取2Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)、改进的决定系数(R_m²)、相对误差(PBIAS)、Kling-Gupta效率系数(KGE)4种目标函数,对构建的滦河流域潘家口水库上游SWAT模型进行参数率定及验证,分析了不同目标函数下模型参数的敏感性差异及径流模拟的不确定性。结果表明：参数敏感性会随迭代次数增加和抽样范围变化发生改变,不同目标函数下率定的参数范围和最优值显著不同;NSE和KGE作为目标函数在各站点径流模拟中更稳健,分别表现出较高的模拟精度和较低的模拟不确定性。     

基于小波分析的径流分级组合预报模型

为进一步提高径流预报精度、降低预报的不确定性,利用小波分析法提取径流系列的概貌和细节成分;采用BP网络模型、RBF网络模型、SVM模型分别模拟预报,进行径流分级。根据不同级别的径流,对预报结果予以变权重组合,构建了基于小波分析的径流分级组合预报模型,并对其预报结果作了分析和总结。宜昌站中长期径流预报结果表明,组合预报模型能够较好地提高预报精度。     

雨量站网密度对不同气候区月径流模拟的影响

降水资料的收集是流域水文模拟中非常繁重的工作,流域内雨量站点的适当选取对开展大尺度水文模拟及气候变化影响评价研究具有重要意义。根据分别位于干旱半干旱气候区和湿润半湿润气候区的两个流域的资料,利用月水量平衡模型分析了雨量站网密度对月水文过程模拟的影响。结果表明:雨量站密度对面平均降水量的计算有一定影响。对于湿润地区,月水文过程模拟精度随雨量站网密度减小而降低,但若站网密度高过某一阈值（淮河息县以上约1 000 km2/站）,模拟效果并不会显著提高。但对干旱半干旱地区,站网密度与水文模拟精度没有明显的关系,而主要暴雨产流区的雨量站点资料对水文模拟非常重要。由不同站网密度计算的面平均降水量差异对水文模拟的影响可以通过参数优化在一定程度上得到改善。     

DDRM模型在渠江流域的应用研究

为了进一步探究分布式水文模型(DDRM)的适用性,基于渠江流域的数字高程模型(DEM),提取了研究区域的边界、河网水系,计算了研究区域的地形指数;然后采用基于DEM的DDRM模型进行流域降雨-径流过程模拟,并用确定性系数、洪峰相对误差、峰现时间误差等对DDRM模型的模拟精度进行了评价;同时,对比分析了不同DEM栅格分辨率(1 km和2 km)对模型模拟精度的影响。结果表明:基于上述2种分辨率的DDRM模型在渠江流域降雨-径流模拟中均取得了较好的模拟效果,其中基于1 km栅格的DDRM模拟精度略优于2 km栅格。DDRM模型结构简单,参数较少、物理过程明确,而且能够模拟流域土壤含水量和径流量的空间分布,可为缺资料地区水文模拟提供一种新的方法。     

气象数据不确定性对SWAT模型径流模拟影响

气象数据是SWAT模型重要的输入数据之一,受当前大气观测技术的局限,实测气象要素数据存在一定的不确定性,这种不确定性会影响模型模拟结果的精度。以黑河上游莺落峡流域为例,通过蒙特卡洛采样获得服从正态分布的随机数,在实测数据上加入随机误差来表示数据的不确定性,进而探讨气象数据输入不确定性对SWAT模型径流模拟结果的可能影响。结果分析表明:总体上,输入的气象要素数据不确定性对模型模拟结果影响较大;其中降水数据的不确定性对模型模拟结果影响最大;同时发现在模拟过程中考虑气象数据本身的误差影响,可有效提高径流模拟的精度。     

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。     

基于SWAT模型的汤河西支流域水量时空模拟研究

本文应用分布式水文模型SWAT模型模拟汤河西支流域水量时空分布, 并通过设定气温分别升高和降低2.5℃, 模拟分析气候变化对流域水量的影响. 分析结果表明SWAT模型适用于汤河西支流域的径流模拟,模拟的汤河西支流域2000-2010年年径流深和实测径流之间相对误差均小于7%, 月流量过程拟合系数达到0.86以上, 具有较高的模拟精度; 汤河西支流域径流空间分布受流域降水空间分布的影响总体上呈现北大南小的分布趋势, 径流深在600-800mm的区域主要集中在西北区域. 气温升高2.5℃, 在降水不变化的前提下, 汤河西支流域径流减少, 气温降低2.5℃, 流域径流增加. 研究成果对于汤河西支水资源评价和管理可提供参考价值.     

DEM空间分辨率对流域水文特征信息提取及径流模拟影响研究

文章以大凌河流域为研究对象,利用8种DEM空间分辨率建立SWAT水文模型,探讨了水文特征信息提取及径流模拟受空间分辨率的影响规律。结果表明:河流洪峰流量模拟精度、模拟和实测流量误差精度随着空间分辨率的增大分别增加、减少,径流拟合曲线随分辨率的提高其吻合度显著变大;在不同的DEM分辨率下河流平均高度变幅最小,而最低、最高高程随着分辨率的减少分别逐渐增大、减少。文章所建立的模型表现出良好的精确性和准确性,适用于大凌河流域在月尺度的水文模拟研究。     

聊城市雨量站网密度对报汛的影响分析

通过对聊城市降水分布特点和雨量站网分布情况的总结,分析聊城市不同雨情监测站网密度情况下对雨情报汛精度的影响,并提出高密度雨量站网对于决策防洪提供优质、高效的水文信息有着重要意义。     

雨量输入对分布式流溪河模型中小流域预报精度的影响

中小流域由于资料欠缺、洪水汇流时间短、水量集中等特点,导致其洪水预报难度大,预报精度低。针对我国中小流域的洪水预报精度有待进一步提高的问题,为了让分布式水文模型在全国广泛投入实际应用,选取四川省达州市清溪河流域作为了研究对象。采用流溪河分布式水文模型,从降水量入手,讨论雨量数据对模型结果的影响,探讨满足预报精度所需的雨量站布设密度条件,并将得到的洪水模拟结果与传统预报模式下的洪水模拟结果进行对比分析。结果表明:12场洪水中,确定性系数在80%以上的洪水有10场,占比83.33%,其中11场洪水的洪峰误差小于20%,合格率为91.67%,峰现误差合格率达到100%。因此,流溪河分布式水文模型对于中小流域的洪水预报具有较强的适用性,模拟结果较好。中小流域不同雨量站的降水差异明显,降水总量和雨型的差异对模型输出结果影响较大,当前提高预报精度的重要措施是提高基础数据的质量。清溪河流域雨量站布设密度达到86 km~2/站时已基本满足该流域流溪河模型预报的要求。现阶段我国许多地区雨量站布设密度已达到较高水平,采用流溪河模型等分布式水文模型进行中小流域洪水预报变为可能。     

雨量输入对分布式流溪河模型中小流域预报精度的影响

中小流域由于资料欠缺、洪水汇流时间短、水量集中等特点,导致其洪水预报难度大,预报精度低。针对我国中小流域的洪水预报精度有待进一步提高的问题,为了让分布式水文模型在全国广泛投入实际应用,选取四川省达州市清溪河流域作为了研究对象。采用流溪河分布式水文模型,从降水量入手,讨论雨量数据对模型结果的影响,探讨满足预报精度所需的雨量站布设密度条件,并将得到的洪水模拟结果与传统预报模式下的洪水模拟结果进行对比分析。结果表明: 12 场洪水中,确定性系数在 80%以上的洪水有 10 场,占比 83. 33%,其中 11 场洪水的洪峰误差小于 20%,合格率为91. 67%,峰现误差合格率达到 100%。因此,流溪河分布式水文模型对于中小流域的洪水预报具有较强的适用性,模拟结果较好。中小流域不同雨量站的降水差异明显,降水总量和雨型的差异对模型输出结果影响较大,当前提高预报精度的重要措施是提高基础数据的质量。清溪河流域雨量站布设密度达到 86 km2 /站时已基本满足该流域流溪河模型预报的要求。现阶段我国许多地区雨量站布设密度已达到较高水平,采用流溪河模型等分布式水文模型进行中小流域洪水预报变为可能。     

模拟降雨条件下径流侵蚀力与地貌特征的动态响应关系

本文通过模拟降雨模型试验,用高精度摄影测量、GIS技术和分形理论,对不同雨强条件下小流域模型次降雨径流侵蚀力和地貌形态分形维数变化及其动态响应关系进行了研究。结果表明,基于次降雨洪峰流量模数和径流深乘积的流域尺度径流侵蚀力量化方法揭示了径流的做功效率;大雨强的次降雨径流侵蚀力明显高于小雨强,不同雨强的次降雨径流侵蚀力随模拟降雨场次增加均呈现较为相似的变化趋势;小流域模型历经25场模拟降雨,地貌形态趋于复杂化,地貌形态分形维数呈波动增加趋势;小流域模型地貌形态分形维数的所处取值范围对于相同降雨条件下次降雨径流侵蚀力变化趋势具有决定性影响。本研究揭示了地貌形态特征与次降雨径流侵蚀力空间变异定量作用关系,提高了流域尺度土壤侵蚀预报模型精度和适用性。