一个地表-地下径流耦合模型在西苕溪流域的应用

提出了一种地表-地下径流联合模拟的分布式水文模型,该模型综合考虑了地表径流、土壤水、地下径流之间的相互作用和水量交换,更真实地模拟了径流系统。选取太湖西苕溪流域进行了模型的应用研究,采用1km×1 km网格,就1988-2001年横塘村、范家村两水文站逐日、月实测径流资料进行径流模拟,确定了模型的基本参数。从模拟精度、参数需求、模型稳定性、水量平衡等方面分析模型的特点,研究表明:该模型参数相对简单,模拟精度较高,耦合运行稳定、快速,水量平衡分析详尽。模型可用作地表-地下径流相互作用、流域水量平衡分析和水资源管理的有效计算工具。     

流域离散化对分布式水文模型径流模拟的影响

以嫩江上游诺敏河古城子水文站以上集水区为研究对象,利用分布式水文模型SWAT (Soil and Water Assessment Tool),对研究区进行6种子流域划分,研究不同时间尺度上径流模拟随流域离散化水平的变化,以了解输入数据空间集总程度对分布式水文模拟的影响.结果表明,在年和月尺度上,不同子流域划分对径流模拟精度影响较小,但在日尺度上对径流模拟精度有影响;不同时间尺度上流域离散化水平对出口流量的影响均较小,但地表径流随子流域数量的增加而增大,相对误差达到35.4％;径流模拟结果对降水量较敏感,湿润年份模拟精度更高,而子流域划分对径流模拟结果的影响在干旱年份以及夏季汛期更显著;当流域离散化达到一定水平即最小集水面积阈值为流域总面积的2％时,增加子流域划分对径流模拟结果的影响较小,但减少子流域划分则会导致模拟结果不稳定,且难以满足流域空间格局分析的要求.     

空间数据对分布式水文模型SWAT流域水文模拟精度的影响

分布式水文模型的模拟精度受空间参数精度的影响.提升空间参数精度能较为精准描述流域空间特征,也会使空间数据量冗增,甚至影响模型运行效率.以分布式水文模型SWAT为例,分析DEM、子流域划分、土地利用、土壤、降水站点等空间数据精度对模型模拟精度的影响.结果表明:1)对不同对象(流量、泥沙、营养元素等)进行模拟时,大多数空间数据分辨率阈值不同,分辨率超出阈值可能降低模型模拟的精度;2)DEM分辨率降低,泥沙和总磷(TP)模拟结果的相对误差明显增加,而流量和硝态氮(NO3-N)模拟结果变化极小;3)DEM分辨率达到一定精度后,进一步提高并不会使地表径流模拟精度得到改善,低分辨率DEM获得的坡度较小,这会降低模型对流量的模拟,模拟的洪峰径流产生滞后现象;4)子流域划分对流域产流模拟影响较小,而对产沙模拟影响较大.子流域和水文响应单元的划分数量对流域上游产沙量影响较大,而对流域出口处泥沙荷载影响较小;5)土地利用和土壤图精度主要通过影响模型中HRU生成的数量而影响模拟结果;6)地表径流模拟上,能够体现对地表径流贡献较大的局地降水事件的分布式的降水数据要比利用气象站点获得的降水数据模拟结果的精度要高.研究结果可以为今后模型开发、利用、改进提供参考,提高模型模拟的精度.     

汾河上游流域分布式水文模型的构建

根据汾河上游流域的水文特性,采用以坡度、坡向为主要因素,按照集水区自然分水线划分子流域的流域离散方法,将SCS产、汇流模型与马斯京根法结合用于计算该地区的径流过程,建立了适于该地区,基于流域尺度的次降雨-径流分布式水文模型.选用该地区的典型流域--岚河流域与分布式模型耦合,进行模拟.经实测资料与模拟结果的分析比较,结果表明,该模型具有一定的精度,径流量合格率及汇流合格率分别达到70%和80%,且计算流量过程与实测流量过程吻合较好,所建模型基本适用于该地区的降雨一径流计算.     

分布式水文模型亚流域合理划分水平刍议

不同的亚流域划分对流域径流和泥沙负荷模拟的影响源于地形、土壤、土地利用以及气候特征输入的空间分布不均匀性。假设当亚流域划分充分考虑流域输入数据空间分布不均匀性时,流域模拟的输出结果趋于稳定,并应用分布式水文模型——SWAT作为研究工具,在GIS技术支持下,选择两个面积不同的流域采用不同的亚流域划分数量进行流域径流和泥沙负荷模拟。模拟结果表明,当亚流域划分数量达到一定水平时,增加亚流域划分对模型输出结果的影响较小,这在一定程度上证实了上述假设。在此基础上,以简化模型输入数据和输出结果分析处理工作且保证模拟精度为原则,对分布式水文模型亚流域划分的合理划分水平进行了探讨。     

基于地理信息的SCS模型及其在黄土高原小流域降雨-径流关系中的应用

基于土地利用、土壤类型等信息数据和流域水文、气象资料，应用美国农业部水土保持局研制的小流域设计洪水模型-SCS模型对王东沟流域径流过程进行了模拟。按照集水区自然分水线划分流域子单元，并提出了适合该流域产流计算的CN值表。结果表明，模型所模拟的径流过程与实测径流过程具有较好的一致性，模拟精度在75%以上，说明模型在参数的确定上较为合理，可以应用于黄土高原典型流域，为建立分布式水文模型对流域进行生态水文综合评价提供了科学方法。     

基于RS与GIS技术的分布式水文模型模拟径流变化刍议

基于遥感和地理信息系统技术的分布式水文模型是目前水文模拟发展的主要方向。分析了分布式水文模型、遥感和地理信息系统技术在流域径流模拟过程中的结合点,并针对流域径流要素对土地覆被和气候变化响应过程为目的,讨论利用分布式水文模型研究土地覆被和气候变化下径流响应过程的一般方法。     

SCS模型在泥石流多发区降雨—径流模拟中的应用——以云南省蒋家沟流域为例

基于云南省蒋家沟流域的DEM,根据流域地貌,利用地理信息系统软件划分流域子单元,在此基础上利用蒋家沟土地利用类型、土壤类型等地理信息数据和流域水文、气象资料,根据SCS模型CN值标准表,提出适合各子流域产流计算的CN值,绘制出了蒋家沟流域次降雨的CN值分布图,进而应用SCS产流模型和等流时线法对云南省蒋家沟流域的降雨一径流过程进行了模拟.模拟结果表明,与有限的实测资料相比较,模型的模拟精度在90%以上,模拟结果较为满意,说明基于CN值的SCS模型可以应用于蒋家沟流域,同时模拟的径流过程可以弥补实测资料的不足,为蒋家沟流域分布式水文模型的建立提供理论依据和研究方法.     

不同地形复杂度下的水文尺度效应研究

分布式水文模型都建立在基于DEM的地形分析基础上,因而DEM分辨率对径流模拟的影响十分显著。以资水流域的新宁站集水区为研究对象,计算了该区域地形复杂度指数空间分布,分析了降雨和地形空间变化的相互作用对不同DEM分辨率下水文模拟的影响。结果表明,DEM分辨率对流量过程的影响取决于暴雨中心所在地区的地形复杂程度。当暴雨中心所在的区域地形变化剧烈,复杂程度较高时,此时DEM空间分辨率对径流模拟的影响十分明显,不同DEM分辨率下的洪水过程模拟精度差异显著;若暴雨中心所在的区域地形变化一致或比较平坦时,此时径流模拟精度对DEM分辨率的变化不敏感。以上结论对于进一步解决水文过程中的尺度问题提供了理论分析基础。     

岷江上游流域不同土地利用与气候变化的径流响应研究

土地利用和气候变化对流域水循环和水资源的影响已经引起社会的广泛关注。以岷江上游流域为研究对象,以分布式水文模型SWAT（Soil and Water Assessment Tool）为研究工具,建立不同土地利用和气候变化情景,通过模型的校准与验证,模拟不同土地利用和气候变化的径流响应。模拟结果表明随着森林植被面积的减小径流量增大,且裸地增加对径流影响最显著。模拟径流量随着降水的增加而增大,且增加量主要产生于雨季。     

不同土壤物理属性空间分布对水文过程模拟的影响

基于不同空间分辨率的土壤物理属性数据(土壤田间持水量、孔隙度和饱和水力传导度),运用WATLAC分布式水文模型模拟了西苕溪流域2005-2010年的水文过程。对比评价了土壤物理属性空间分布对地下水补给、土壤蒸发、径流量及其组分的影响。结果显示,利用不同空间分辨率土壤物理属性数据模拟的流量过程与实测值都匹配的很好,模拟精度相当,更详尽的土壤属性空间分布信息未能明显提高模型模拟的精度;而对于地下水补给量,高分辨率的土壤属性空间分布会使其模拟结果大幅减小,但对土壤蒸发量则影响较小,两种数据模拟的结果及其空间分布都很接近;同时,虽然土壤物理属性空间分布的分辨率对模拟的径流总量影响甚微,但对基流与地表径流的分割却产生了较大影响。     

DEM栅格分辨率对丘陵山地区定量土壤-景观模型的影响

基于数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）的定量土壤-景观模型的精度依赖于DEM栅格分辨率,而DEM栅格分辨率如何影响土壤-景观模型及其预测精度目前研究较少。以西南丘陵山地区一典型汇水盆地为研究对象,以该区2.5、5、10、20和30 m DEM为基础,利用逐步线性回归方法建立起研究区不同分辨率下的定量土壤-景观模型,并应用这些模型预测研究区内土壤表层碱解氮含量的空间分布,进而比较DEM不同分辨率下土壤-景观模型及其预测精度。结果表明,随着DEM栅格分辨率的降低,比汇水面积、地形湿度指数的均值逐渐增加;平均坡度逐渐降低;曲率变化的范围逐渐减小。地形指数的这一变化规律对土壤-景观模型及其预测结果产生显著影响,模型的校正决定系数、平均绝对误差和均方根误差都以5 m栅格分辨率为转折点,分辨率低于5 m,模型的校正决定系数显著减小,平均绝对误差和均方根误差显著增加。     

分布式水文模型在陕西省冬小麦产量模拟中的应用

利用分布式水文模型和作物模型模拟了不同深度的土壤含水量,以及在连接分布式水文模型和不连接分布式水文模型两种方式下,利用作物模型分别对冬小麦叶面积指数、干物重增量和产量进行了模拟,最后采用连接分布式水文模型的作物模型模拟了全流域内冬小麦产量的空间分布。模拟结果经对比检验表明,分布式水文模型在土壤水分模拟方面准确性高于作物模型;连接分布式水文模型的作物模型对冬小麦生长过程和产量的模拟结果准确性均高于作物模型独立模拟的结果;连接分布式水文模型的作物模型在流域内对冬小麦产量的空间分布模拟结果也与农业试验站观测产量和社会统计产量基本一致,高产区、低产区分布与实际基本相吻合。这为分布式水文模型和作物模型耦合应用,以及通过引进分布式水文模型来推动作物模型和产量预报研究进一步发展提供了基本的试验支持。     

基于SWAT模型的降雨数据适用性评价

为评价降雨产品在流域尺度水文模拟中的适用性,该文首先依据实际降雨数据评价GLDAS、TMPA和ERA-Interim 3种降雨产品在研究流域的可替代性。多指标模糊优选评价表明,基于双线性插值法的TMPA和ERA-Interim降雨产品数据在日、月尺度上的模拟效果均较好,相对误差(Bias)分别为5.48%和7.46%,均小于10%,相关系数(CC)在0.82~0.98之间,具有站点降雨的可替代性,可作为水文模型的输入。然后用此2种降雨产品分别驱动SWAT模型,进行研究流域的水文模拟精度分析。TMPA产品的日、月尺度水文模拟结果的Bias分别为10.88%和11.03%,纳什系数(NSE)分别为0.46和0.78,而ERA-Interim的日、月尺度水文模拟结果的Bias分别为9.11%和9.27%,NSE分别为0.44和0.70。以Bias、CC和NSE为特征指标的多指标模糊优选模型的评价结果为:TMPA产品日、月尺度水文模拟结果的相对隶属度值分别为0.51和0.53,大于ERA-Interim的相对隶属度值0.49和0.47,表明TMPA产品更适用于流域尺度的水文模拟。该文评价方法及结论可为类似流域尺度的水文模拟提供参考。     

HEC-HMS水文模型系统在汉江褒河流域的应用研究

基于地理信息系统和遥感技术的水文模型集成系统将成为未来水文循环过程研究的发展趋势。基于HEC-HMS水文模型系统,采用多种方案对位于汉江上游的褒河流域进行了降雨径流模拟。研究结果表明:基于DEM、遥感影像和土壤资料,并结合GIS技术推求反映流域下垫面特征的关键水文参数的方法可以与HEC-HMS水文模型系统很好地耦合。该模型对于我国湿润、半湿润山区的次洪模拟具有较好的适用性。     

Urbanization Development under Climate Change: Hydrological Responses in a Peri‐Urban Mediterranean Catchment

Relatively few studies have so far investigated the hydrological impacts of urbanization in Mediterranean catchments, and particularly in peri‐urban catchments experiencing relatively rapid and large changes in their land‐use mosaic. This study uses data‐based model simulations to investigate such impacts, with the Ribeira dos Covões catchment in Portugal as a concrete Mediterranean peri‐urban catchment example. We distinguish the impacts of urbanization from those of climatic change on the water flux partitioning and connectivity in the catchment over the period 1958–2013. Decrease in precipitation over this period has primarily driven decreases in annual runoff and actual evapotranspiration, while the urbanization development has primarily changed the relative flux partitioning and connectivity pattern in the catchment. The relative contribution of overland flow to annual and seasonal runoff has increased, keeping the absolute overland flow more or less intact, while the baseflow contribution to the stream network has decreased. Methodologically, the present simulation approach provides a relevant means for distinguishing main drivers of change in hydrological flux partitioning and connectivity under concurrent urbanization and climatic changes. © 2017 The Authors. Land Degradation & Development Published by John Wiley & Sons Ltd.     

用数字高程模型进行地表径流模拟中的几个问题

用数字高程模型进行地表径流模拟时,由于网络精度和高程精度的限制,使得在某些局部的模拟结果不理想。针对其中几个关键的技术问题,提出了相应的解决办法。伪负地形填充法可以区别真正的负地形和由于ＤＥＭ误差造成的假象,并对伪负地形行填充。水系图与ＤＥＭ结合的方法可消除径流模拟结果与现有水系不吻合的现象,有效提高径流模拟精度。在地势平坦地区,采取在原ＤＥＭ上加微小修正值的办法,可以得到理想的模拟结果。     

微地形空间离散化水文响应单元确定方法

空间离散化是分布式水文模型构建的充要条件。在90 mm/h雨强人工降雨试验、三维激光扫描构建微地形数字高程模型(M-DEM)的基础上,基于元胞自动机(CA)模型研究了人工掏挖微地形在5种不同坡度条件下侵蚀发育过程中不同大小格网/元胞的水沙汇集和传递关系,进而提出空间离散化水文响应单元(HRU)的确定方法。结果表明:基于CA模型所确定的5°,10°,15°,20°和25°坡在溅蚀阶段的最佳HRU大小为6 mm,5 mm,6 mm,5 mm,8 mm; 片蚀阶段的最佳HRU大小为6 mm,4 mm,6 mm,5 mm,5 mm,细沟侵蚀阶段的最佳HRU大小为4 mm,7 mm,5 mm,6 mm,6 mm,纳什效率系数均接近于1; 综合以上,90 mm/h雨强下人工掏挖微地形水蚀模拟最佳HRU应为6 mm。研究提出了一种微地形空间离散化的方法,为微地形尺度水蚀定量化研究提供了一定的技术支撑。     

基于HIMS模型的西营河流域河道内生态基流估算

运用国内自主研发的HIMS（Hydro-Informatic Modeling System）水文系统构建石羊河流域上游分支——西营河流域的分布式水文模型,模拟西营河流域九条岭水文站的径流量。以1900—1999年为率定期,以2000—2004年为验证期,月过程模型率定期和验证期分别为0.81和0.85;使用 HIMS模型模拟数据计算得到的河道内生态基流为0.523亿 m³,与其它方法计算得到的结果基本一致,说明使用HIMS模型研究生态基流的可行性,为石羊河流域的生态需水计算提出新方法,也为石羊河流域的水资源科学管理和合理分配提供理论依据。