降雨输入不确定性对SWAT模型径流模拟的影响研究

降雨输入是水文模型不确定性的主要来源之一,开展降雨输入不确定性对分布式水文模拟影响的相关研究具有重要意义。基于SWAT分布式水文模型,将最邻近法、泰森多边形法、距离平方倒数法和克里金法引入子流域的面雨量计算,模拟淮河流域息县水文站1985-2000年的径流系列,并在改变站网密度及空间分布的条件下进一步研究了不同降雨输入模式对径流模拟精度的影响。结果表明:总体而言,四种插值方法的径流模拟精度较高,说明SWAT模型在息县流域具有较好的适用性;在息县流域现有雨量站数目下,距离平方倒数法的整体模拟效果最佳;当雨量站密度变化时,最邻近法的模拟精度更加稳定,说明在雨量资料不充足的地区该方法可能更具有优势。     

缺资料地区日降雨空间插值方法研究

针对常用空间插值方法对站点稀疏情况下日降雨插值精度不高的问题,在一种客观插值方法的基础上,考虑了降雨概率及站点空间方位关系对日降雨插值结果的影响,使其能够应用到缺资料地区的日降雨空间插值上来。利用贵州省羊昌河流域1995-2006年共11年(无2002年资料)的实测日降雨资料进行应用和验证,并与反距离权重法进行比较。结果表明,该方法能够满足站点稀疏情况下日降雨空间插值的要求;与反距离加权法相比,该方法具有较高的精度,明显降低了距离插值算法中的"牛眼"现象,并能较好地反映不合理结果。     

泰森多边形降雨插值方法在流溪河模型洪水预报中的应用

提出了基于泰森多边形法法估算流溪河模型单元网格面雨量的方法,针对田头水流域建立了流溪河模型,采用PSO算法优选了模型参数,模拟了六场实测洪水过程,取得了较好的模拟效果,说明泰森多边形法适用于流溪河模型洪水预报降雨估算的需要。分析了站网密度对面雨量估算、流溪河模型参数优选及洪水模拟的影响,发现存在临界雨量站网密度。雨量站网密度达到临界值后,利用流溪河模型模拟洪水的变化不大。     

流域降雨空间插值方法比较

采用反距离权重法和普通克里金方法对流溪河流域范围内32个雨量站2005、2006年逐时降水量进行空间插值试验分析,流域格网分辨率为1 km×1 km,将插值结果与雨量计自记数据进行综合对比分析,研究结果表明:两种插值方法基本能反映流域降水量的空间分布特征,但普通克里金方法更适合流溪河流域降雨空间插值.有效样本点数据的空间分布很大程度上影响插值精度,流域内雨量站的密度对插值结果影响也非常显著.     

基于GIS空间插值的降水分布模拟方法比较研究

为了获取区域最优插值方案,模拟降水空间分布信息,基于1960-2015年湖南省87个气象站点资料,利用ArcGIS 10.2软件平台,采用克里金法、反距离权重法、样条函数法和趋势面法对研究区近56 a年均降水量进行空间插值,通过比较各插值方法的插值精度获得适合区域的插值方法,并分析了研究区降水空间分布特征。结果表明:湖南省降水空间插值受多因素影响,具有不确定性。交叉验证显示幂值为4的反距离权重法插值精度较高,基于TENSION模型的样条函数法次之,基于三角函数模型的克里金法精度略差,阶为2的趋势面法插值精度最差,然而4种插值方法一定程度上均能反映湖南省年降水量的空间分布特征。此外,不同插值方法插值结果存在差异性,其中,普通克里金法插值面较为粗糙,反距离权重法和样条函数法插值面较为光滑,趋势面法插值结果较为单调。     

雨量站网布设对子流域降雨量计算结果的影响

雨量及降雨强度时空间分布的获得,需要高质量的雨量站网。以流域内雨量站构成第一个雨量站网,流域外边界附近和流域内的雨量站共同构成第二个雨量站网,对比分析两个站网的流域面雨量和子流域雨量的插值结果。结果表明,降雨量空间分布不均匀程度越高,两个站网插值出的流域面雨量和各子流域的雨量差异越大,尤其是边界附近的小流域;两个站网得到的流域面雨量相同,但子流域的降雨量可能差异很明显。通过研究得出结论:在雨量站网规划和优化时,除了依据流域面雨量外,应考虑流域内子流域的雨量插值结果;应在流域边界附近布设一定数量的雨量站点。     

基于WMS模型的大石河上游降雨产流模拟

水文模型是模拟流域水文过程和认识水文规律的重要工具,对流域产汇流计算、洪水分析与预报以及水资源优化配置等具有重要的意义。近年来,基于DEM的分布式水文模型在对流域地形分析及水系构建等方面形成了比较成熟的算法。利用ArcGIS、Global Mapper软件对数据资料进行预处理,然后采用WMS水文模型的TOPAZ算法生成研究区河网水系、确定研究区流域边界并进行子流域的划分,最终生成研究区数字流域。采用WMS嵌入的HEC-1模型进行流域降雨产流模拟。结果显示:流域逐日地表径流随降雨的变化而变化,并表现一定的滞后效应;模拟的径流量最大峰值(9.37m3/s)与水文站实测峰值(8.98m3/s)误差为7.80%;模拟日期内(一个月)逐日平均径流量(3.56m3/s)与实测值(3.77m3/s)误差为5.60%。说明该模型具有较高的模拟精度,可以用于大石河流域的降雨径流模拟,从而可为该流域防洪、减灾及水资源管理提供重要依据。     

资料匮乏地区山洪灾害临界雨量计算方法研究

在易发山洪灾害且没有实测水文资料的地区,临界雨量的确定非常困难。结合山西省吕梁市张家坪流域基础资料,阐述了灾害降雨同频率法,基于推理公式的临界雨量计算法和基于流域模型的临界雨量计算法通过建立不同水文模型由洪峰流量推求临界雨量,临界雨量由3种方法综合分析确定。计算结果证明:推理公式法和流域模型法对资料匮乏地区山洪灾害雨量预警有很好的实用性,推理公式法计算结果偏小且随着预警时段的增长,两种方法计算结果相差越大。     

不同雨量站密度下水文模拟效果分析

降雨作为水文模型的主要输入,其观测站点的密度和不均匀的空间分布是降雨误差的主要来源,因此分析雨量站网密度和空间分布的影响对于提高水文模拟的精度具有重要意义。研究选择雨量站点较多且分布相对均匀的湘江流域为研究区域,使用新安江模型分析了不同雨量站网密度和空间分布对水文模拟的影响。结果表明,提高雨量站网密度能够有效降低模型最优参数的估算误差,水文模拟精度随着雨量站网密度的增加而显著上升,但当站点密度达到一定阈值后,模拟精度不再显著提高。另外当站点密度较低时存在部分雨量站网组合可以得到较好水文模拟结果。因此,增加雨量站数目、优化雨量站空间分布均能提高水文模型的模拟精度。     

汾河兰村—二坝流域径流模拟及气候变化对径流影响研究

以汾河兰村—二坝区间流域为研究对象,建立研究区SWAT分布式径流模拟模型,并利用SWAT-CUP程序SUFI-2算法进行模型敏感性分析及参数率定,进一步将率定好的模型应用于气候变化条件下的径流响应分析,为区域水资源管理决策提供理论依据与技术支持。径流模拟结果表明:模拟期的各项精度评价指标均达到乙级,SWAT模型在研究区径流模拟的适用性较好。气候变化条件下径流响应分析表明:径流变化与温度变化呈负相关,且随着温度变幅的增加,径流减小速率减缓,温度影响效应减弱;径流变化与降雨变化呈正相关,且随着降雨变幅的增加,径流量增加速率加大,降雨影响效应加强;相同的径流响应,气温与降雨的变化基本呈线性变化关系,即气温增加0.5℃的径流效应与降雨平均减少0.49%(变化幅度0.38%~0.67%)的径流效应等效。     

山区降水空间分布的插值分析

降水空间分布信息是进行区域水资源管理的基础,同时也是区域防洪减灾中所需的重要信息。采用地质统计学方法克里金方法,建立了区域降水插值模型。并以黄河故县以上集水区域为例,进行多年平均月降水插值实验。由于研究区域为地形起伏的山区,因此降水空间分析中又建立了融合地形信息的人工神经网络模型。此外还选取泰森多边形法、距离平方反比法、线性回归法,采用交叉验证法对各方法的插值精度进行对比分析。研究显示,克里金方法和融合地形信息的人工神经网络模型插值精度较高。。     

基于FDC生态指标的水文情势评价

收集了攀枝花站1966-2017年日径流资料以及攀枝花站上游9个雨量站对应年限的日雨量资料,采用泰森多边形法进行面雨量计算,采用Mann-Kendall突变点检验法对径流变化特征进行计算,并对径流过程进行趋势分析,同时采用基于FDC的生态剩余、生态赤字的生态指标法分别从年、季尺度上对该地区的水文情势进行评价。结果表明:1966-2017年,径流和降水呈现出"低高低"的变化趋势;该站降水与生态指标具有较好的相关关系,表明该地区流量变化主要是由降水变化引起的;在季尺度上,夏季的生态变化情况与整年变化规律更为一致;在电站影响时期,不同尺度下生态指标的变化规律基本一致,表明攀枝花上游梯级电站对该站的水文情势影响甚微。     

山丘区流域暴雨空间插值方法的比较

降雨分布研究是一类经典的空间插值问题,但是在山丘区暴雨分布研究中,由于地形复杂性的影响,传统空间插值方法难以有效地获取暴雨的空间分布。以浏阳河流域为例,结合GIS技术,在传统空间插值方法的基础上,考虑高程因素的影响改进原有的插值方法,并采用统一的交叉验证方法和精度验证模型,对插值结果进行验证比较。结果表明考虑高程因素的插值结果优于传统的插值方法,其中考虑高程因素的反距离权重法插值效果最好,验证了考虑地形因素的空间插值方法在进行暴雨分析方面的有效性。     

气候因子对地表水资源量变化影响的定量分析

变化环境下滨海城市水资源短缺形势日益严重。根据1956-2013年钦州市逐月降雨、径流、蒸发、气温数据,采用双累积曲线和蒸发差值法进行径流还原,计算地表水资源量;采用Morlet小波分析其未来变化趋势;并采用SCRCQ法,定量分析典型流域气候因子对径流变化影响的贡献率。结果表明:(1)钦州市地表水资源量为106.573~111.533亿m3(相对偏差4.4%),还原水量(天然-实测)趋向率达0.406亿m3,表明以人类活动为主的其他因子对径流减少的影响持续增大;(2)BR与AR期相比,钦州市典型流域径流减少主要受到气候变化的影响,其中受蒸发影响最为显著;CR与AR期相比,其他因子贡献率明显高于降雨、蒸发、气温因子,其中钦江流域高达65.0%~75.7%。钦州市地表水资源量总体呈减少的趋势下,其他因子对径流减少的影响程度加剧、范围扩大,这将使钦州市面临更加严重的水资源供需矛盾。     

基于DEM的降雨空间插值方法研究

提出了一种基于DEM修正的Co-kriging（MCK）法,该方法在假设降雨和高程的数学期望满足一定比例的基础上,使得降雨同高程权重系数之和为1,从而提高了高程在降雨估值中的作用。滦河流域月降雨空间插值研究表明：MCK法得到的降雨插值精度最高。同时,当降雨高程相关系数大于0．71时,采用MCK法明显提高插值精度。     

柳江流域多时间尺度的降雨径流模拟分析

收集柳江流域的24个气象站点降雨数据和重要水文站流量数据,采用Pearson相关系数法和Spearman相关系数法对流域不同时间尺度的降雨量和径流深进行相关性分析,并基于遗传算法和粒子群算法,利用支持向量机模型开展多时间尺度的流域降雨径流模拟研究。结果表明:(1)柳江流域年降雨量和年径流深、汛期降雨量和汛期径流深、主汛期降雨量和主汛期径流深表示的相关性基本一致,都有明显的相关性,通过了99%的显著性水平检验。降雨量和径流深的相关性在主汛期最高,汛期次之,枯水期最差,这主要与枯水期径流多依靠水利工程的补水调节作用有关。(2)支持向量机模型在柳江流域的年径流量、汛期径流量和主汛期径流量的模拟中,通过遗传算法和粒子群算法优选出的参数的模拟效果都是相对准确的。在柳江流域年径流量的模拟中,粒子群算法优选的参数得到的支持向量机模型泛化能力更好,而在汛期径流和主汛期径流的模拟中,遗传算法优选的参数得到的支持向量机模型更加平稳。模拟结果可以为柳江流域防灾减灾提供科学依据。     

不同气候稻作区径流及面源污染排放模拟分析

在全球气候变暖背景下,开展稻田排水其水文水质对气候变化的响应研究,减少气候变化对农业面源污染及水环境的不利影响,从而为流域水分管理及农业面源污染防控提供依据。以江西省赣抚平原灌区芳溪湖小流域为研究对象,基于构建的灌区水量转化及农业面源污染分布式模拟模型(SWAT模型),对气温升高和降雨增加等气候因子变化下的芳溪湖流域径流及农业面源污染负荷进行模拟,分析气候变化对芳溪湖入湖径流及氮磷排放负荷的影响,结果表明:温度升高,芳溪湖流域径流量减少,稻田氮磷排放减少,但流域出口氮磷排放有增加趋势;降水量增加,芳溪湖流域出口径流量及氮磷排放负荷均呈明显增加趋势;到2050年,芳溪湖流域稻田排水量将增加8.01%,总氮排放将增加8.56%,总磷排放将增加7.30%;流域出口径流量将增加8.14%,总氮排放将增加10.08%,总磷排放将增加9.98%,因农业生产造成的面源污染问题将越来越突出。     

CFSR数据在高寒山区径流模拟中的适用性

以天山西部山区为研究区,对CFSR降雨数据在高寒山区的适用性进行探讨。以研究区资料较完整的2005年实测面平均降雨量为基准,提取同时间频率的SWAT官网站点的2005年平均降水量,与2005年实际官网降水数据进行分析统计并计算2种数据之间的误差比率,用此比率对CFSR数据进行修正,并将修正前和修正后的降雨数据分别带入SWAT模型中对流域径流进行模拟。结果表明,由于修正前的降水数据与实测数据偏差很大,导致径流量偏大,峰值很高,NSE和RE较低;而修正后的降水数据能很好地反映研究区的降水变化趋势,模拟结果较好,修正后的CFSR降雨数据能够较好地适用于研究区。     

小流域时段降雨量空间插值方法研

在作小流域分布式水文模型研究时，首先需要对时段降雨进行空间插值。本文基于时段降雨与年（月）降雨量的不同特点，以桑园流域为例，结合空间信息技术，通过分析小流域时段降雨与经度、纬度、高度等因子的内在关系，提出了一种适用于小流域的时段降雨空间插值方法——回归距离平方反比法（RIDS法），并与距离平方反比法（IDS法）和梯度距离平方反比法(GIDS)作了对比。通过对桑园流域2003年512个时段降雨进行空间插值对比试验，计算结果表明RIDS法的平均相对误差为4.0％，IDS法的平均相对误差为9％，GIDS法的平均相对误差为30.4％，本文提出的RIDS方法的计算结果明显优于IDS法和GIDS法。     

SWAT分布式模型在新兴江流域径流模拟中的应用研究

分布式水文模型是研究变化条件下流域水资源演变规律的有效工具。本文以新兴江流域为研究区域,整合流域下垫面信息与气象数据,基于GIS平台构建了SWAT分布式水文模型。选用腰古站1990-2003年历史月径流资料,对模型进行参数敏感性分析与率定,验证模型在流域的适用性,在此基础上,运用增量情景法,分析气候变化对流域径流产生的影响。结果表明:模型率定期与验证期的总径流相对误差均在±10%以内,Nash-Sutcliffe系数均在0.90以上,总体模拟效果十分理想;降水与气温的变化给流域径流带来不同程度的影响,径流量对降水变化的响应比气温更加敏感。通过径流模拟,SWAT模型可以为变化环境下新兴江流域的水资源规划与管理工作提供有效的参考依据。