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.     

基于SWAT模型的沙澧河流域径流模拟

基于SWAT构建沙澧河流域分布式水文模型,通过LA-OAT法进行参数敏感性分析,借助数字滤波技术分割基流;以1997—2002年实测流量对各径流成分进行参数率定和验证;初步分析了35种气候变化情景对径流的影响.研究结果表明率定期和验证期总径流模拟相对误差、相关系数和Nash系数分别为-4.3%、0.82、0.73和19%、0.94、0.87.多情景分析表明,降水增加和温度降低将有利于径流增加,其中,最有利的情景为降雨增加15%,温度降低2℃,径流将增加25%.研究成果将为该流域未来水资源规划与管理提供参考.     

气候变化下兰江流域未来径流的变化规律

为了研究气候变化对径流变化的影响,选择了浙江省钱塘江流域支流兰江作为研究区域,以1971—2000年为基准期,以2071—2100年为预测期,结合统计降尺度方法的LARS-WG天气发生器和CMIP5模型,利用分布式水文模型SWAT,计算和分析了兰江流域未来径流可能变化的情况。研究结果表明,在气候变化影响下,兰江流域未来的径流总量增加的概率较大,同时夏季发生洪水的频率也将有所增加。     

基于SCS模型桥河流域不同时期的水文特性

选取我国南方湿润地区——湖北省漳河灌区桥河流域作为研究对象,并根据1966—2010年土地利用的变化划分为4个阶段.将SCS模型改进后应用于流域的产汇流计算,并分析该流域不同阶段的降雨-径流关系和洪峰流量变化.分析结果表明,在相同频率下,年径流量和洪峰流量随着时间的推移有减少的趋势.这说明了土地利用的变化对流域水文特性具有一定的影响,也说明了加强人类活动影响研究的重要性.     

基于DEM的分布式流域水文物理模型

在全面综述分析国内外文献的基础上 ,提出和建立了一个基于DEM的分布式流域水文物理模型 ,并用来模拟小流域的降雨径流时空变化过程 ,得到了较好的模拟结果 .论文分为模型结构和应用检验两部分 .本文论述模型结构和数值解法 ,详细分析植物截留 ,蒸散发 ,融雪 ,下渗 ,地表地下径流方向和洪水演进等水文物理过程     

王快水库流域土地利用变化的径流响应

土地利用变化是影响流域径流的重要因素之一。文中以王快水库流域为研究区,基于1980年、2005年、2010年三期土地利用数据,应用ArcGIS10.3软件和SWAT模型,分析不同时期土地利用变化情况及其对径流的影响。结果表明：1)林地和草地是王快水库流域的主要土地利用类型,2005～2010年1 889.99 km~2的草地转换为林地;2)SWAT模型在该流域具有较好的适用性,该流域径流量总体呈减少趋势,2005～2010年多年平均径流量减少了0.51亿m~3;3)林地面积与径流变化呈显著负相关(p<0.01),草地面积与径流变化呈显著正相关(p<0.01)。研究成果可为王快水库流域水资源合理规划、土地资源合理配置提供科学的理论依据。     

降雨径流模拟神经网络模型及应用

针对水文系统的非线性,构建了基于遗传算法和人工神经网络的降雨径流模拟神经网络模型(GA-BP模型).采用附加动量法和自适应学习速率对BP神经网络进行改进,遗传算法用于优化神经网络的初始权重.以大别山及皖南山区月潭流域为例,将GA-BP模型、BP模型以及新安江模型应用于水文日径流过程模拟,进行应用比较以及分析GA-BP模型在水文径流模拟过程中的难点及其可行性.结果表明,GA-BP模型优化了网络结构,加快了算法收敛速率;可以用于降雨径流过程模拟,也为今后类似研究提供一种模拟技术.在实际应用中可以根据流域资料情况选择合适的模型进行水文模拟作业.     

基于DEM的分布式流域水文物理模型

在全面综述分析国内外文献的基础上,提出和建立了一个基于DEM的分布式流域水文物理模型,并用来模拟小流域的降雨径流时[空变化过程,得到了较好的模拟结果,论文分为模型结构和应用检验两部分,本文论述模型结构和数值解法,详细分析植物截留,蒸散发,融雪,下渗,地表地下径流方向和洪水演进等水文物理过程。     

渭河流域陕西段气象水文要素变化特征分析

渭河流域陕西段的径流量不断减少,其径流变化特征分析对于陕西省的水资源的开发利用尤为重要.采用渭河流域陕西段1960—2005年46年间的气温、降水量以及径流量等资料,采用Kendall秩相关系数、R/S分析法和M-K突变检验法等方法对渭河流域陕西段径流进行了变化趋势、突变特征的分析,得出以下成果:46年间降水量以及气温有所波动,降水量和气温均表现为降低趋势.径流量年际极值比为5.57倍,表明其年际变化幅度较大.四季径流都呈递减趋势,秋季递减趋势最为明显,并且未来径流量同样保持递减的趋势.年径流量发生2次突变,时间分别是1981,1993年,四季径流突变点不同.降水量与径流量之间呈线性正相关,气温与径流量之间呈线性负相关.     

考虑蓄满产流机制的流域分布式产汇流模型

洪水预报通常基于降雨径流模拟进行。以山坡水文学理论的蓄满产流机制为出发点,展开了对山区流域降雨径流模拟的研究,以此建立分布式三水源产汇流模型。首先,对研究流域进行离散化,以数字高程数据为基础提取流域的地形数字特征,使离散化坡面单元的数据同时完成自动匹配,实现参数的空间离散化,为模型的应用提供参数支撑。其次,采用水流连续方程和达西公式计算单元坡面内的产流量;以圣维南方程组简化的运动波方程为控制方程,推导出坡面流近似的偏微分方程,利用特征线法对每一单元坡面进行汇流计算。所建分布式水文模型可模拟从非饱和壤中流漫溢到坡面单元上形成饱和坡面流的暴雨径流过程。同时借由马斯京根-康吉法衔接了坡面离散单元水文子过程与主河道的汇合。最后选取美国古德温河流域典型的降雨过程进行次洪过程模拟,采用确定性系数、相关系数来评定模拟精度,结果表明其模拟精度达到了径流过程模拟和作业预报的精度要求。总体来说,所建分布式产汇流模型不但适用于单一坡面的径流分析,且能够应用于一般流域以进行降雨径流过程的模拟,在一定程度上可为防洪调度提供参考依据。     

ENSO事件与渭河径流变异的响应关系

为研究ENSO事件对径流变异的影响,以渭河干流华县水文站和支流北洛河状头水文站的还原年径流流量之和作为渭河流域出口流量,采用其1956—2010年径流系列,分析了ENSO事件与渭河流域径流变异的响应关系.结果表明:渭河流域径流量的丰枯变化和变异与ENSO事件都有明显的对应关系,El Nio事件发生年径流偏枯概率较大,La Nia事件发生年径流偏丰概率较大.采用曼-肯德尔(Mann-Kendall)非参数统计检验方法,对渭河流域径流序列进行了变异诊断,得到变异点为1991—1992年;径流变异年份也是El Nio事件发生强烈年;采用Pearson、Kendall、Spearman法对变异点前ENSO事件的不同强度发生年月径流序列与变异年份月径流序列相关性进行检验,表明径流变异年份1991—1992年与El Nio事件年1987年,与La Nia事件年1970年、1956年和1988年在0.01水平(双侧)上显著相关,有明显的响应关系.     

水文水质综合模型与城市小流域河流污染分析

针对城市小流域的特点,以西安市的皂河为例,考虑自然、水文特性以及人文社会各因素对流域产、汇流及河流水质的影响,构建了适合城市小流域的三层串联水箱模型、运动波模型以及一维河流水质模型相结合的一体化水文水质综合模型,模拟流域的径流过程及河流主要水质变化趋势.各项指标的模拟值与实测值趋势吻合较好,说明构建的综合模型可以较好地模拟城市小流域河流的水文水质变化趋势.借助模拟结果探明了皂河污染对渭河的影响,可为皂河最终排入渭河西安段的污染控制及管理提供依据.     

关中盆地地貌类型及新构造运动分析

关中盆地属于陕西省境内的大型断陷盆地,主要由渭河及其南北两岸的阶地和若干支流组成,也称渭河盆地。通过收集和整理该地区的地质资料并结合前人的工作成果,对关中地貌类型进行了分类,主要有断块山地、黄土台塬、河流阶地、洪积平原等;同时根据其分布的特征和构造活动的响应,并结合新构造运动对断块山地、黄土台塬、河流阶地的控制作用,说明了关中盆地地貌形成与新构造运动有关。     

基于小波变换的径流周期与ENSO事件响应关系研究

在气候变化和人类扰动下,河川径流过程变化日益复杂,探索径流变化对气候因子(ENSO事件)的响应规律,掌握区域水资源发展动态,对科学制定区域水资源规划和管理策略及满足人类需求与生态系统的水平衡要求极为重要。通过交叉小波变换法与凝聚谱方法,分析陕西省渭河咸阳站、无定河丁家沟站、汉江安康站河川径流规律与ENSO事件的相关性,从物理驱动因素层面探讨径流周期变化的潜在机理。分析结果显示:20世纪70年代以前,各站径流与ENSO指数(MEI指数)在小尺度2~4 a周期上均存在着显著的负相关;从20世纪70年代开始,径流与ENSO指数的相关性变得复杂,这与研究区内人类活动影响增强并成为径流驱动的主因有关。研究表明:交叉小波变换法与凝聚谱方法适用于水文和气象要素间响应关系的分析,可深层次地揭示两者之间的相关性和响应时滞方面的联系,可反映气候因子对径流过程影响的时域变化特征。案例结果表明:陕西省河川径流变化在20世纪70年代以前主要受气候因子驱动,响应较为紧密;20世纪70年代以后,人类活动影响逐渐超越气候因子影响,径流变化表现为人类与气候双驱动模式,且以人类活动为主。     

时变增益水文模型的改进及实时预报应用研究

考虑到流域降雨时、空变化和流域地形、河道特征对流域产汇流的非线性影响，通过改进时变增益水文模型（TVGM），建立了流域非线性产流、汇流模型以及流域洪水实时预报校正方法，将研制的模型以及流域洪水实时预报校正方法，将研制的模型应用于洋河水库流域洪水预报，取得较为满意的效果。     

水箱模型在小流域水文水质模拟中的应用研究

水箱模型也称Tank模型,是应用较为广泛的流域水文模型.模型将复杂的降水径流过程简单概化为流域的蓄水与出流关系进行模拟.针对皂河小流域的降水、径流和水循环等水文特性,建立了4层串联水箱模型,模拟流域的降水径流过程,计算流域径流量,并结合河流水质模型,综合模拟河流流量及主要水质指标变化.结果表明:各项指标的模拟值与实测值吻合较好,说明水箱模型用于小流域的径流模拟较为准确,可与水质模型耦合使用,综合模拟小流域的水文水质变化.     

An improved modeling of precipitation phase and snow in the Lancang River Basin in Southwest China

Precipitation phase(e.g., rainfall and snowfall) and snow(e.g., snowpack and snowmelt runoff) in high-mountain regions may largely affect runoff generation, which is critical to water supply, hydropower generation, agricultural irrigation, and ecosystems downstream. Accurately modeling precipitation phase and snow is therefore fundamental to developing a better understanding of hydrological processes for high-mountain regions and their lower reaches. The Lancang River(LR, or the Upper Mekong River)in China, among the most important transboundary rivers originating from the Tibetan Plateau, features active dam construction and complex water resources allocation of various stakeholders in Southeast Asian countries under climate change. This study aims to improve precipitation phase and snow modeling for the LR basin with a hydrological model and multisource remotely sensed data. Results show that joint use of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) land surface temperature product with high spatial resolution(1 km×1 km) and an air temperature product can more precisely distinguish precipitation phase than air and wet-bulb temperature products in the LR basin. Snowfall and snowmelt were found to be controlled primarily by rainfall and snowfall temperature thresholds in snow modeling. The rainfall and snowfall temperature thresholds derived from the hydrological model through calibration with remotely sensed snowpack at basin scales were considerably lower than those derived from in situ observations. Rainfall and snowfall temperature thresholds derived from in situ observations could lead to the overestimation of snowmelt runoff due mostly to the lack of representation of point-based measurements at basin scales. This study serves as a basis for better modeling and predicting snow for the LR basin and potentially other similar basins globally.     

污水处理对渭河宝鸡市区段的水环境影响

渭河作为陕西境内的主要河流,长期以来污染严重,宝鸡位于渭河陕西段上游,研究该段的水质及城市污水处理对水质的影响具有重要意义.采用一维多点稀释自净模型,以现有多年的水文及水质资料,预测了在各种保证率下修建城市污水厂对渭河水质改善程度.在分析渭河宝鸡市区段水污染状况的基础上,比较了宝鸡市建与不建污水厂对该段水质状况的影响.结合宝鸡市污水处理工程规划和生态城市建设规划,分析2020年宝鸡市污水处理工程全部建成后渭河宝鸡段水环境变化,认为宝鸡市污水处理工程建设对实现宝鸡市生态园林城市建设具有重要意义.     

黄河中游无定河流域的水文模拟研究

基于SIMHYD降水径流模型,研究了黄河中游无定河流域的水文模拟问题.对无定河流域的7个子流域的日、月流量过程进行了模拟,结果表明:该模型不能很好地模拟无定河流域的水文过程.分析认为:资料的代表性不足、模型本身的局限性及流域下垫面等条件的复杂性是模拟效果不理想的主要原因.     

青藏高原东部地区水文气候变化趋势分析

青藏高原是众多河流的发源地,为了解该地区水文气候变化的情况,对其东部地区雅鲁藏布江(奴下站)、怒江(嘉玉桥站)、澜沧江(昌都站)、通天河(直门达站)、雅砻江(泸宁站)、黄河(唐乃亥站)共6个流域自20世纪80年代以来的年气温、年降雨和年径流的变化趋势进行研究,分析了年径流对气候变化的响应。结果表明:6个流域的年气温和年降雨基本呈较明显的上升趋势;年径流受气温和降雨的共同影响,奴下站、嘉玉桥站和泸宁站呈一定的上升趋势,昌都站、直门达站和唐乃亥站呈一定的下降趋势。区域内径流多年平均变化率与冰雪面积比例大致呈正相关关系:年径流呈现上升趋势的流域,冰雪面积比例较大,受降雨增加和融雪增加的影响偏大;年径流呈下降趋势的流域,冰雪面积比例较小,受气温上升导致蒸散发增大使径流减少的影响偏大。这些研究结果将对青藏高原地区防洪抗旱、水资源的合理配置和开发、区域水资源可持续利用等具有重要的作用和意义。