HSPF模型在渌水流域洪水预报中的应用

近年来,流域暴雨洪水灾害事件频发,准确、可靠的洪水预报是有效预防和抵御山洪灾害的重要措施。以渌水流域为研究区域,构建HSPF半分布式模型,选取流域2013～2020年洪水资料中代表性较好的场次洪水完成模型参数的率定和验证,并采用确定性系数、相对误差等指标进行洪水模拟精度评价。结果表明,该模型在渌水流域场次洪水模拟中表现良好,15场洪水模拟的峰现时间、洪峰流量合格率分别为100.0%、80.0%,洪量及径流深的模拟合格率均为93.3%,确定性系数均值为0.80,总体预报精度达到乙级,说明构建的HSPF洪水预报模型在渌水流域具有较好的适用性,可为该地区的洪水预报提供依据。     

基于HEC-HMS的西南山区中小河流洪水预报研究

针对目前中小河流洪水预报难度较大、预报精度偏低的问题,以西南山区荥经河流域为例,基于HEC-HMS构建了荥经河流域分布式水文模型,以2009～2018年23场洪水进行参数率定,4场洪水进行模型验证.通过参数敏感性分析和有效率定,模拟的洪水过程与实测洪水过程吻合较好,其中模拟洪峰流量平均误差为6.81％,平均纳什效率系数...     

松涛水库入库洪水预报流溪河模型研究

为准确、可靠地预报松涛水库入库洪水,基于流域降雨量和下垫面物理特性,探讨了分布式水文模型流溪河模型在松涛水库入库洪水预报中的适用性。结果表明,流溪河模型在松涛水库流域对场次洪水有较好的模拟效果,34场洪水模拟的确定性系数均值达0.869,洪峰误差均值为0.1。以洪峰流量的20%作为许可误差,松涛水库预报方案合格率为79%,预报方案精度达到乙级,说明该模型可应用于松涛水库入库洪水预报。研究成果可为松涛水库防洪调度提供技术支持。     

煤矿采空区特殊下垫面水文模型研究

煤矿采空区的形成改变了传统的水文过程,对洪峰和洪量具有明显的削减作用。以汾河水库控制流域为例,引入裂隙渗漏系数G和渗漏系数k分别表示采空区裂隙位于坡面与河道对产汇流过程的影响,构建了采空区特殊下垫面条件下的水文模型,选取1970～2015年间汾河水库控制流域内采空区先后出现的16场次洪水,对比分析了两种方案的水文模拟精度。结果表明,传统的水文模型在采空区出现前模拟效果较好,7场次洪水模拟合格率为71.43%,而在采空区出现后9场次洪水合格率仅为22.22%,流域中部煤矿采空区对暴雨中心位于中心区域的降雨引起的洪水过程产生较大的影响;对采空区出现后的暴雨中心在采空区附近的7场次洪水采用采空区特殊下垫面条件下的水文模型进行模拟,7场次洪水合格率为71.43%,精度得到了显著提升。     

双超模型在吕梁市圪洞流域山洪模拟中的应用

为分析双超模型在圪洞流域洪水模拟中的适用性,利用流域内1966~2012年14场代表性降雨对模型参数进行率定和验证,并利用洪峰流量相对误差、径流深相对误差、确定性系数及峰现时差四个指标评价了双超模型的模拟精度,之后探讨了不同土地利用下模型主要敏感参数的取值。结果表明,双超模型在圪洞流域的适用性良好,山洪预报结果基本能够满足实际应用的要求;不同土地利用类型下,土壤水分最大吸力、土壤饱和时的渗透力等模型主要参数排序由小到大均为建设用地、草地、林地、耕地。研究结果为双超模型在黄土丘陵沟壑区的应用提供了借鉴。     

HEC-HMS模型和TOPMODEL模型在东庄流域山洪预报的应用研究

水文模型是山洪预报的理论依据,不同模型间的结构、适用性、精度均不同。为探究HEC-HMS模型和TOPMODEL模型的特性及其模拟效果的差异,选取东庄流域10场代表性洪水,以峰现时间误差、径流深误差、时间误差和确定性系数为检验指标,进行场次洪水模拟。结果表明,两模型的预报方案在东庄流域模拟中各评定指标均达标,率定期均为甲等精度,验证期均为丙等精度。HEC-HMS模型和TOPMODEL模型对蒸散发的差异性参考,使得在半干旱区HEC-HMS模型的适用性更好。研究成果对于HEC-HMS模型和TOPMODEL模型在该区域的应用及防灾减灾有重要意义。     

基于蓄满超渗兼容模型的山洪灾害临界雨量探讨

山洪预警是减少山洪灾害损失的重要手段,临界雨量的确定则是山洪预警过程中重要的一环。以裴河流域为例,根据山丘区实际情况,分析流域蓄水容量分配曲线与流域下渗能力分配曲线的关系,建立蓄满超渗产流兼容模型。通过参数率定,确定模型所用参数,模拟出的洪水过程洪峰流量与实际洪水过程洪峰流量误差均在6%以内,利用模型进行山洪预警的准确率为81.25%,与水文比拟法所得预警指标相比,准确度更高。     

改进的俄罗斯模型在洪水模拟中的应用

针对俄罗斯模型模拟洪水时其假定不能代表各流域的洪水特性,提取各场洪水的峰现时间进行参数估计和线型优选,将改进后的俄罗斯模型应用于钱塘江流域金华江金华水文站的洪水模拟。统计特征检验结果表明,改进后模型79.63%的时段统计量参数模拟效果优于原始模型,模拟序列统计规律更接近于实测序列。     

改进的Horton模型在祖厉河流域洪水预报中的应用

为改善半干旱地区缺/少资料对水文模拟和水文预报的限制,在充分了解中间复杂水文过程的基础上,基于可用的遥感资料(土壤类型)对Horton模型的参数确定方法进行改进。利用改进的Horton模型模拟处于半干旱地区的甘肃省会宁站祖厉河流域的次洪过程,合格率为100%,平均确定性系数为0.89,模拟的洪水总量、洪峰流量、峰现时间误差均小于20%,在可接受范围内。表明该方法使得模型模拟精度较高,适用于半干旱地区的水文预报,并可向无资料地区推广。     

神经网络在洪水实时预报中的应用研究

建立了一种基于神经网络的洪水实时预报模型。运用向后演算法，该模型的权重系数可以在每一时间步长上进行自动更新，较好地反映了实际水文过程和参数的时变性；由于该模型不再需要单独的误差序列实时校正模型，因而更加简洁。最后利用淮河鲇鱼山水库1975－1999年的小时降雨和入库洪水资料对模型参数进行了率定和校核。结果表明，洪水实时预报的效率系数超过96％，洪峰值合格率为92．5％，峰现时间误差都在1h以内。     

基于GBDT的实时洪水预报误差校正方法

洪水预报实时校正是提高预报精度的有效途径。通过研究实时洪水预报误差系列构建方法,引入GBDT方法建立误差校正模型,并采用粒子群算法优选模型参数,选用洪峰段洪量相对误差、洪峰流量相对误差、确定性系数等指标评估实时校正效果。对淮河流域王家坝站点的实例应用结果表明,无论是率定期还是验证期,基于GBDT的实时预报误差校正方法精度均优于经典AR方法和KNN方法,各项指标精度均有不同程度提升,可有效提高实时洪水预报效果,且稳定性较高。     

基于SWMM的透水铺装系统的水文效应研究

为分析透水铺装对城市水文循环的影响,以河北农业大学校区内某2.02ha的区域为研究区,分别建立研究区现状和加入透水铺装措施的暴雨洪水管理模型(SWMM),采用纳什效率系数法对模型进行率定和验证,定量分析不同重现期降雨情景下,透水铺装对研究区现状产汇流的影响。结果表明,模型率定和验证期的纳什效率系数分别为0.87、0.83和0.89、0.81,构建的研究区雨洪模型模拟效果良好。不同重现期(2、5、10、50、100年)降雨条件下,透水铺装对研究区现状产流时间推迟1～15min,径流总量削减23%～51%,洪峰流量削减28%～56%,峰现时间滞后1～10min。研究成果有利于透水铺装设施的进一步开发应用。     

不同时间步长对淮河上游次洪产沙模拟的影响

为分析时间步长对次洪产沙模拟的影响,以淮河上游大坡岭水文站以上流域为研究区域,选取2001~2010年具有代表性的10场次洪降雨、径流和含沙量等资料,分别以0.5、1h为时间步长,利用泥沙负荷模型模拟计算了10场次洪产沙过程。结果表明,泥沙负荷模型的9个参数中参数b5、b6、b8随时间步长的变化而变化,且步长变化对b5、b8的影响最大;以沙峰相对误差、确定性系数和峰现时差三个指标综合衡量,时间步长为0.5h的模拟精度总体上高于时间步长为1h的模拟精度。研究成果可为淮河流域及湿润半湿润地区土壤侵蚀模拟提供参考。     

结合改进雨量不确定性计算方法的洪水概率预报及其应用

为更准确地预报洪水发生概率,针对传统雨量不确定性计算方法中相对误差估计不准确的问题,将独立同分布中心极限定理引入降雨不确定性计算中,推求一定区域内某次降水过程中面雨量测值的相对偏差、测量误差以及相对误差,实现降雨不确定性概率描述;降雨量概率分布计算与确定性水文预报模型耦合,最终实现考虑降雨不确定性的洪水概率预报,并以滩坑流域2014年间5场洪水过程为例对该方法进行了验证。结果表明,5场洪水预报的确定性系数均在0.89以上,洪峰误差均在9%以内,洪量误差均在7%以内,且预报区间覆盖率均在61%以上。说明结合改进雨量不确定性计算方法的洪水概率预报效果较好,预报精度和覆盖率高,具有一定工程实际意义。     

基于改进双超模型的采空区特殊下垫面径流模拟

针对长期大规模开采煤炭资源导致许多地区形成了煤矿采空区,改变了传统的水文过程的问题,通过室内试验,将采空区对径流过程的影响参数化,并将参数引入传统双超模型,建立适用于采空区特殊下垫面改进的双超模型,并以静乐水文站控制流域为例,选取了该区域23场次洪水,分别用改进前传统双超模型与改进后的双超模型进行模拟。结果表明,在采空区出现前,传统双超模型的模拟结果较好,模拟合格率达90.9%;采空区出现后,如果暴雨中心位于煤矿采空区附近,那么采空区将会严重影响降雨径流的产生过程,从而导致传统双超模型的模拟精度大大降低,模拟合格率为0。采用改进后的双超模型模拟采空区出现后的12场次洪水的精度得到了显著提升,模拟合格率达75%。     

HEC-HMS水文模型在圪洞流域洪水模拟中的应用

随着3S技术的发展,基于DEM的分布式水文模型的应用和研究已成为现代水文模型研究的热点内容之一。将流域性洪水模拟系统(HEC-HMS)应用于山西省吕梁市三川河一级支流—北川河上游圪洞水文站控制流域,利用圪洞水文站2005~2014年的实测资料进行洪水模拟,并分析了参数敏感性。其中产流计算选用Green and Ampt损失法、直接径流计算选用SCS单位线法、河道洪水演进选用Muskingum法,地下径流计算选用消退基流法。模拟结果显示,洪峰流量合格率为80%,洪量的合格率为90%,DC均值为0.71,洪峰出现时差均值为0.69h;模型参数中树冠截流量、地表截流量、土壤稳定下渗率、流域滞时及蓄量常数等较为敏感,而土壤湿润锋吸力和土壤饱和含水率等参数相对不敏感。研究结果表明HEC-HMS模型在我国干旱半干旱黄土丘陵地区具有较好的适用性,可为北方干旱半干旱黄土丘陵地区防洪预警提供依据。     

三峡水库运行对长江中下游洪水情势的影响

为评估三峡水库调度对长江中下游洪水情势的影响,基于长江中下游最新河道实测资料,构建了宜昌至大通的一维水动力模型,分析了3种不同洪水类型下长江中下游洪水情势的变化。结果表明,三峡水库的运行发挥了巨大的防洪作用,大大减轻了荆江河段和长江中下游的防洪压力;三峡水库对干流各站年最大洪峰流量有一定的削减作用,在上游型大洪水年,宜昌站洪峰削减率在23.4%～30.9%;在中游型大洪水年,宜昌站洪峰削减率在19.2%～31.8%,螺山站的削减率在9.0%～14.1%;在一般洪水年份,三峡对下游各站的洪峰削减率低于大水年份,宜昌站削峰率在1.9%～23.3%;在不同典型洪水年,各站的时段洪量也有一定程度的削减,宜昌站30d洪量削减率在1.8%～19.7%。     

基于物理相似法的山丘区流域水文分类及模型参数移用方法

以我国东部64个山丘区流域为研究对象，提取35个流域地理特征(降雨、地形地貌、土壤和地质)作为相似指标衡量流域间的水文相似性，结合K-means聚类和参数区域化技术识别相似流域群和移用模型参数。结果显示，该64个山丘区流域依据降水、地形等特征可划分成11类相似的流域群。在具有水文相似的流域群内进行水文模型参数移用试验，水文过程模拟的确定性系数中值集中在乙级、丙级预报精度，且洪量相对误差不超过实测值的20%,能有效重现无资料流域的径流过程。该方法对无资料山丘区的水文预报具有重要借鉴意义，有助于山丘区洪水灾害防治及水资源管理。     

盱江流域径流模拟及其对气候变化的响应

为研究盱江流域径流对气候变化的响应,构建了基于SWAT的分布式水文模型。采用SUFI-2法对SWAT模型的参数进行率定和验证。率定期和验证期的决定性系数R2和纳什系数Ens均大于0.9,模型在该流域的适用性较好。在SWAT-CUP中引入参数标识符建立49种气候情景(温度升高或降低1～3℃,降水增加或减少10%～30%)并代入模型中模拟径流。结果表明,温度与径流呈弱负相关;降水与径流呈强正相关;温度对径流的影响远小于降水对径流的影响。为直观表达降水-温度-径流量的关系,模拟三者空间平面关系函数,其决定性系数R2约等于1、和方差为0.000 647 4、均方根误差为0.003 752,降水-温度-径流的关系可用平面函数表达。     

基于集合卡尔曼滤波的实时校正技术在流域洪水预报中的应用

为提高金华江流域实时洪水预报精度，建立了耦合MIKE 11 NAM与MIKE 11 HD的流域洪水预报模型和基于集合卡尔曼滤波的实时校正模型，实现了金华江流域洪水预报实时校正。流域洪水预报模型对流域内主要站点的模拟效果较好，洪水流量和洪水水位模拟精度较高；实时校正模型在预见期10 h以内，校正效果随预见期增加而降低，在预见期前期可有效降低预报误差。整体上，建立的流域洪水预报模型和基于集合卡尔曼滤波的实时校正模型能够满足金华江流域洪水预报应用要求。