紫荆关流域分布式HEC-HMS水文模型构建及洪水模拟

国内外学者利用HEC-HMS水文模型模拟流域降雨径流过程,发现该模型有良好的适用性。【目的】提高紫荆关流域洪水模拟精度。【方法】采用紫荆关流域水文气象及下垫面资料,将流域划分为11个子流域,通过选择产流和汇流计算方法,构建了该流域分布式HEC-HMS水文模型,并从历史实测暴雨洪水事件中选择14场洪水对构建的HEC-HMS水文模型进行了参数率定和模型验证。【结果】率定的各子流域产流参数基本相同,由于各子流域面积不同导致汇流参数也不同。模拟的洪峰流量和洪量相对误差均在20%以内,纳什效率系数为0.51～0.95,模拟与实测的洪水过程线吻合较好,模型模拟精度较高。【结论】构建的水文模型能反映紫荆关流域实际的产汇流过程,可用于该流域洪水过程模拟和洪水预报。     

基于多种水文模型结构改进新安江模型

【目的】针对水文模型结构的不足提出改进方法。【方法】选择新安江模型、GR4J(mode′le du Ge′nie Rural a′4parame′tres Journalier)模型以及HYMOD模型在淮河流域进行应用对比分析,并基于GR4J模型与HYMOD模型的汇流结构对新安江模型进行改进,提出2种改进模型方法。【结果】(1)3种概念性水文模型在淮河王家坝流域均具有较好的适用性,其中新安江模型效果最好,但该模型在大流量模拟时存在低估现象;(2)M2模型（HYMOD模型汇流结构下的新安江模型）与新安江模型的模拟结果相近,大流量的模拟同样偏小,改进效果不明显;(3)M1模型（GR4J模型汇流结构下的新安江模型）模拟效果最佳,可以有效改善新安江模型对大流量的模拟效果,改进效果显著。【结论】M1模型可以有效改善新安江模型模拟径流时出现流量以及洪峰流量的低估现象,在研究流域内具有一定的应用价值。     

DHSVM模型在沱沱河流域的径流模拟适用性分析

探讨了如何建立分布式水文土壤植被模型DHSVM(The Distributed Hydrology Soil Vegetation Model)。分析了DHSVM模型在高寒地区沱沱河流域的适用性,并且以实测的径流对模型进行校正。率定期和验证期模型的纳什效率系数分别达到0.82和0.84,说明DHSVM模型可以较好的模拟沱沱河流域的水文径流过程,具有一定的适用性。模型模拟过程中,部分年份的径流模拟效果稍显欠佳,模型参数的不确定性也给模型模拟带来了一定的误差,需要进一步研究改进。     

基于K均值聚类分析的流域洪水实时分类修正

针对传统的流域实时洪水预报通过率定一组水文模型参数来寻求一个流域径流形成的一般性或平均化规律的方法在特殊情况下误差较大,以及在实时洪水预报误差修正中历史信息未得到充分利用的问题,利用洪水的相似性扩大实时修正信息量,结合K均值聚类分析方法,提出了洪水实时分类误差修正方法。并在沿渡河流域用30场洪水进行分类参数率定,采用分类修正的方法对4场洪水进行实时修正,分析结果表明:实时分类修正方法能大幅提高预报精度尤其是洪峰流量的预报精度。     

基于新安江模型和BP神经网络的中小河流洪水模拟研究

为探讨更加符合中小河流域防洪要求的预报方法,并提高洪水预报精度,以屯溪流域为例,结合中小河流实际洪水预报要求,采用以洪峰合格率和峰现时间合格率为主要约束的非等权重的参数率定方法(即目标函数中径流深、洪峰流量、峰现时间合格率和确定性系数的权重分别为(1:2:2:1)对新安江模型进行参数率定,并采用算术平均法耦合新安江模型...     

新安江模型在浑河流域上的应用

新安江(三水源)模型应用于南方湿润和半湿润地区时一般为跨年度的连续计算,但是在北方地区,特别是东北地区,由于受到特定气候条件的限制,一般只做汛期(6～9月)连续计算,而不做全年的连续计算.根据浑河流域的水文特性,以浑河北口前流域为例,应用新安江(三水源)模型模拟日径流过程,做全年的日径流预报,预报结果均达到乙级标准以上.结果表明新安江(三水源)模型可用于北方半湿润地区的全年径流预报,推进了新安江模型在北方地区的应用.     

基于水文水动力模型的浦阳江流域洪水情景模拟

浦阳江流域地形复杂,包括山丘、盆地和平原。中游诸暨盆地是人口主要聚集地,受上游山区洪水和下游钱塘江潮位顶托影响,洪涝灾害形势严峻。为解决上述问题,本文对流域上游山区采用新安江水文模型模拟降雨径流过程,对下游盆地区采用IFMS一、二维水动力模型模拟水流运动,并以水文模型的计算结果作为水动力模型的边界条件进行水文水动力模型耦合。结果表明水文水动力模型适用于浦阳江全流域洪水模拟,能够弥补新安江模型中马斯京根汇流无法考虑潮水顶托影响以及水动力模型难以响应降雨变化的不足。根据地区防洪特点设置致灾因子变化和水利工程建设两类情景进行洪水模拟,得到不同条件下浦阳江流域的洪水淹没水深分布,通过结果分析,总结得出浦阳江流域洪涝问题的解决对策和建议。     

基于SWAT模型和SUFI-2算法的黄柏河东支流域径流模拟研究

黄柏河东支流域是宜昌市重要的水源地,该流域的高精度径流模拟对于流域水资源高效管理具有重要意义。以黄柏河东支流域为研究对象构建SWAT分布式水文模型,采用SWAT-CUP软件中的SUFI-2算法进行参数敏感性分析、参数率定、模型验证和不确定性分析,模拟2008-2016年的月径流过程。研究结果表明,选取的19个参数对于模拟的径流过程均有不同程度的影响,其中CN2、ESCO、SOL_K最为敏感。玄庙观、天福庙、西北口和尚家河站的月径流模拟过程与实测过程线吻合程度较高,在率定期和验证期所有站点的纳什系数NSE、均方根误差与标准差比值RSR、百分比偏差PBIAS均在误差范围内。不确定性分析表明,所有站点的P-factor均大于0.6,R-factor均小于1,大部分观测值落在95PPU内,说明模拟的不确定性较小。总之,所构建的SWAT模型在黄柏河东支流域具有较好的适用性,模型模拟精度高,不确定性小,能准确地模拟流域的径流过程。     

新安江模型与总径流线性响应模型的应用对比研究

建立了三水源新安江模型和总径流线性响应模型，并应用于广东省的4个小型流域。针对根据同一流域对不同洪水等级具有不同调蓄能力的特点，提出了分类法率定新安江模型参数，从5个精度度量标准对两类模型的应用效果进行了较深入的对比分析，结果表明，分类法率定新安江模型参数能够得到更合理的参数，有助于提高预报精度，且新安江模型在研究流域的适用性是优于总径流线性响应模型的。     

Free Search算法率定的Sacramento模型在东北寒旱区的应用

采用模型对比研究方法,以萨克拉门托(Sacramento,SAC)模型为研究对象,以新安江模型为参考,采用基于动物群体的自由搜索(Free search,FS)算法作为率定水文模型的优化算法,选取松花江水系和辽河水系的3个集水区为实证流域,通过对比FS算法率定的SAC模型和新安江模型在3个流域的模拟效果,验证SAC模型在东北寒旱区流域的适用性。研究结果表明,FS算法迭代计算过程简单,需要设置的算法参数较少,在率定SAC模型和新安江模型时效率较高;在相同的模拟条件下,FS算法率定的SAC模型模拟效果更好,其Nash模型效率系数高于新安江模型,表明SAC模型适用于东北寒旱区流域;但SAC模型在东北寒旱区的模拟精度还有待提升,模型尚需进一步发展和完善。     

水资源承载力诊断体系构建及关键诊断因子识别

针对水资源承载力多元复杂综合体系,在水量、水质等水资源基本要素基础上,进一步拓展水资源承载内涵及功能,从水资源的量、质、域、流四要素出发,对区域水资源承载能力概念进行界定;根据水资源承载力主客体定义,从水资源、社会经济、生态环境三大系统分析水资源承载力影响因素,建立了水资源承载力影响因素基础集;构建由目标层、要素层、表征层及指标层构成的多层次、分要素、能力-负荷双向表征的水资源承载力诊断指标体系,采用熵权法、DEMATEL法从量、质、域、流四要素识别了水资源承载能力关键诊断因子。     

生育期模型的不确定性对未来四川水稻灌溉需水量影响

生育期的准确模拟是预估未来气候变化对作物耗水影响的关键,但不同生育期模型间差异较大,其不确定性还未充分研究。采用3种经充分率定和验证的水稻生育期模型(ORYZA2000、CERES-RICE和RCM)结合降尺度后的CMIP5大气环流模式,模拟两种情景下(RCP4.5、RCP8.5)未来3个时期(2020s、2050s、2080s)四川省水稻生育期的变化趋势,再结合水量平衡模型和水稻常规灌溉制度,预估灌溉需水量的变化,同时评估模拟结果的不确定性。结果表明,未来气温的显著升高导致四川省水稻生育期长度显著缩短,而降水量的显著增加导致了灌溉需水量的明显减少。不同生育期模型在模拟水稻生育期以及灌溉需水量时存在着一定的差异,3种生育期模型模拟未来水稻生育期长度的偏差分别为天-2.8 d、-2.3 d、+4.2 d,模拟的灌溉需水量偏差分别为-1.4%、-2.4%、+3.8%,表明3个模型的模拟结果偏差在可以接受的范围内。     

不同矿化度对层状土入渗规律的影响研究

为研究不同矿化度水分对沙壤土中壤土夹层入渗规律的影响,设置4种矿化度处理,分别为0,1,3,5g/L,进行室内土柱垂直一维积水入渗试验。结果表明:壤土夹层对不同矿化度水分均有阻渗作用;各处理累积入渗量在湿润锋到达夹层界面前随时间呈非线性变化,通过夹层后随时间呈线性变化,各处理稳渗率大小关系为V(3g/L)>V(5g/L)>V(1g/L)+>V(0g/L);矿化度为0~3g/L时,累积入渗量、入渗后土壤含水率均随矿化度提高而增大;入渗结束后,各处理夹层界面上层土壤脱盐,夹层界面下层土壤积盐。     

河流曲度对水体中磷去除影响的试验研究

降低总磷浓度已成为我国河流污染治理的重要部分。为揭示河流曲度对水体中磷去除影响的机制,通过4组不同河流曲度的循环水试验,对比研究磷素在上覆水、河岸孔隙水中随时间变化的迁移转化特性。结果显示:上覆水总磷浓度下降过程可分为快、慢2个阶段,在快下降阶段,高曲度河流上覆水总磷浓度下降速率显著大于低曲度河流,上覆水总磷浓度去除效率随曲度增大而提高;受纵向潜流交换和横向扩散影响,弯曲河流河岸各点孔隙水总磷浓度存在差异(1号>2号;3号>4号;5号>6号);受横向扩散影响,顺直河流孔隙水总磷浓度沿远离河道的方向减小;上覆水磷去除效率受纵向潜流交换影响显著,受横向扩散影响小。     

生物炭施用对节水灌溉稻田土壤酶活性的影响

为探究生物炭施用对节水灌溉稻田土壤酶活性的影响,基于田间试验,分析了不同水碳调控情景下土壤酶随土层深度及水稻生长的变化规律。结果表明:节水灌溉条件下,施加生物炭对土壤酶活性有一定的提高作用,随着生物炭施用量的增加而增加,但在分蘖期的0~10cm土层出现了降低。同对照相比,中量(20t/hm^2)和高量(40t/hm^2)生物炭施用处理0~40cm土层的土壤过氧化氢酶活性分别增加了1.89%~4.64%和6.67%~8.75%,蔗糖酶活性分别增加了3.21%~23.38%和35.26%~73.43%;与常规灌溉相比,控制灌溉0~40cm土层土壤过氧化氢酶活性和土壤蔗糖酶活性均值分别提高了4.26%~12.44%和4.88%~20.98%。不同生物炭施加量处理的土壤蔗糖酶活性在分蘖期差异显著,在水稻生长的中后期逐渐减弱。稻田各生育阶段的土壤过氧化氢酶酶活性随土壤深度增加先增后减,土壤蔗糖酶活性基本上随土层加深逐渐降低。节水灌溉和生物炭施用的联合应用可以提高稻田土壤酶活性,且高量生物炭施用效果更加明显。     

地下滴灌不同毛管抗负压堵塞性能试验研究

通过室内土箱试验,研究单翼迷宫式滴灌带、内镶片式滴灌带及内镶圆柱状滴灌管分别在黏壤土、壤土及砂壤土内的抗负压堵塞性能。研究方法为将地下滴灌系统反复启闭,通过滴头流量变化反映其负压堵塞程度。结果表明:单翼迷宫式滴灌带抗负压堵塞性能较差,在壤土内流量降低34%,发生了堵塞;在砂壤土中流量下降12%,继续试验,发生堵塞的可能较大;内镶片式滴灌带抗负压堵塞性能较好,在3种土壤内都没有出现明显的堵塞现象;内镶柱状滴灌管在黏壤及壤土内流量下降均为12%,若继续试验,有发生堵塞的趋势。该类滴灌管与其余两种滴灌带相比,除滴头流道不同外,其流量最大,说明增大流量并不能明显降低负压堵塞。     

淮北平原基于ARIMA模型的冬小麦日土壤水分预测

准确预测土壤水分动态变化对农作物生长以及节水灌溉至关重要。为反映逐日土壤水分动态变化,利用五道沟水文实验站蒸渗仪2017-2018年土壤水实测资料,采用时间序列分析方法,分别建立了冬小麦全生育期10、30、50 cm土层的土壤水分计算模型。结果表明:10、30、50 cm土壤含水量变异系数有明显差异,随土层深度增加逐渐减小,分别为0.190、0.103、0.040。利用ARIMA模型对土壤水分进行拟合,10、30、50 cm土层土壤水分计算模型分别为ARIMA(4,1,7)、ARIMA(1,1,2)、ARIMA(2,1,3),拟合优度R^2均大于0.95;不同土层土壤水分计算模型均具有较好的预测能力,且随深度增加预测精度提高,由10 cm增至50 cm最大相对误差从15.6%降至5.1%。研究成果为进一步制定淮北平原节水灌溉制度,提高田间水利用率具有重要意义。     

光伏提水匹配模型与优化在西藏高原草场喷灌工程中应用——以阿里地区为例

以西藏高寒地区光伏提水草场喷灌为研究对象,利用噶尔站太阳辐射数据,构建日照分布函数模型及光伏阵列最大输出功率模型,计算出设计灌溉面积2.07hm^2草场所需光伏阵列系统的峰值功率,为草场优化配置32块光伏板,即峰值功率为6.88kW时,可以满足项目区生育期的灌水需求。工程应用表明:光伏匹配模型和优化计算所确定的光伏板数量和功率是可行的,能够驱动水泵正常运行,满足燕麦灌水需求。     

湖北省晚稻灌溉定额计算参数与修订方法研究

针对湖北省现行灌溉定额标准存在问题,采用灌溉试验成果和典型县实地调研资料,计算分析了不同分区晚稻灌溉定额计算参数及其变化规律。考虑耕作方式与灌溉模式对晚稻灌溉定额影响,计算了湖北省不同分区不同频率4种组合模式(人工耕作+浅灌适蓄、机械耕作+浅灌适蓄、人工耕作+间歇灌溉、机械耕作+间歇灌溉)晚稻灌溉定额,并进行了合理性分析。经分析,该计算成果能够更全面真实反映湖北省晚稻灌溉用水水平,并提出了不同类型灌溉定额适用条件。该研究成果对湖北省水资源管理与其他区域晚稻灌溉定额修订具有重要指导意义。     

不同灌水量对温室茄子蒸腾规律及水分利用的影响

以茄子为试验对象,以直径20cm标准蒸发皿蒸发量为灌溉依据,通过设置I1(Kcp:0.6)、I2(Kcp2:0.8)和I3(Kcp3:1.0)3种灌水水平,借助称重式蒸渗仪试验平台研究了不同灌水量下温室秋茬茄子的蒸腾规律、产量及其水分利用效率。结果表明:不同灌水处理在各生育期的典型日蒸腾强度均呈单峰曲线变化,峰值在12∶00-13∶00出现。增加灌水量提高了日蒸腾强度的峰值,与处理I1相比,处理I2和I3在开花结果期的日蒸腾耗水强度的峰值分别增加了40.0%和55.0%。温室秋茬茄子在开花结果期的蒸腾量最高,为35.3~49.9mm,可占总蒸腾量的38.7%~42.0%,其次为结果盛期,而结果末期的累积蒸腾量最低。环境因子显著影响到温室茄子日蒸腾量(P<0.01),其中日蒸腾量与光合有效辐射的相关性最高,而与日均温度的相关性较低。温室茄子的全生育期蒸腾量随灌水量的增加而升高,相比处理I1,处理I2和I3的总蒸腾量分别增加了24.9%和53.2%。增加灌水量能够提高温室茄子产量,但处理I2的产量相比处理I3并无显著差异,且比处理I1显著增加了44.7%。处理I2的水分利用效率最高,为25.5kg/m^3,相比处理I1与I3分别增加了16.0%与13.3%。综合考虑温室茄子蒸腾耗水强度、产量及水分利用效率,处理I2(Kcp2:0.8)在比处理I3减少20%灌水量的条件下,仍具有较高的产量与水分利用效率,为供试条件下较优灌水处理。