参数区域化在乏资料地区水文预报中应用研究综述

乏资料地区的水文响应预测是水文研究领域探讨的重要问题。目前解决乏资料地区水文响应预测的最常用方法是参数区域化,从水文模型、参证流域以及区域化具体方法 3个方面总结了国内外参数区域化的研究成果,针对参数区域化具体方法的适用性、各种方法存在的不足以及不确定性问题进行了重点剖析。并且提出了未来需要重点研究具有物理机制的水文模型,以减少水文模拟对模型率定的依赖程度,进而从根本上解决乏资料地区的水文预报问题。     

BTOPMC模型在无资料地区的径流模拟

选取嘉陵江中游的9个流域,采用参数移植法的区域化方法,研究分布式水文模型BTOPMC在无资料地区的径流模拟结果。取8个流域作为参证流域,一个有资料的流域作为"无资料"地区,结果表明,单个流域率定的参数运用到"无资料"地区用于径流模拟时,模拟的精度存在很大的不确定性,而将多个流域参数率定的参数综合用于无资料地区的径流模拟时,不确定因素明显消除,当参证流域为2~5个时,模拟精度最好,之后随着参证流域的增多,模拟精度逐渐减小。本次研究为分布式水文模型BTOPMC模型在无资料的中小流域应用提供一定依据。     

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。     

三台子水库设计洪量计算方法探讨

三台子水库位于辽河一级支流李家河上游,该河流没有设立水文测站,在邻近流域即辽河支流拉马河上游尚屯水库设有水文测站,集雨面积238km2,水文条件相似,有参证价值.计算设计洪水时,采用尚屯水库资料,可按辽宁省中小河流(无资料地区)设计洪水计算方法进行计算.本文详述了水库设计洪量计算方法.     

混沌粒子群算法在新安江模型参数优选中的应用

流域水文模型由于受到众多因素的影响导致结构复杂、参数众多,大多数参数都有明确的物理意义,理论上可根据其物理意义直接定量,但实际上由于缺乏观测数据支持,往往需要通过系统识别的方法推求.因此,积极开展模型参数识别技术的研究和应用从而得到合适的参数对模型推广应用及提高应用精度都有很重要的意义.采用由粒子群算法和混沌优化方法结合的混沌粒子群算法对水文模型参数进行优选,该算法对局部最优解在搜索空间上进行混沌迭代优化,改善和提高了基本粒子群算法的全局寻优性能和收敛速度.在新安江水文模型参数优选的应用结果表明,该参数优选方法比传统参数优选方法更易快速的收敛于全局最优解.     

混沌粒子群算法在新安江模型参数

流域水文模型由于受到众多因素的影响导致结构复杂、参数众多，大多数参数都有明确的物理意义，理论上可根据其物理意义直接定量，但实际上由于缺乏观测数据支持,往往需要通过系统识别的方法推求。因此，积极开展模型参数识别技术的研究和应用从而得到合适的参数对模型推广应用及提高应用精度都有很重要的意义。采用由粒子群算法和混沌优化方法结合的混沌粒子群算法对水文模型参数进行优选，该算法对局部最优解在搜索空间上进行混沌迭代优化，改善和提高了基本粒子群算法的全局寻优性能和收敛速度。在新安江水文模型参数优选的应用结果表明，该参数优选方法比传统参数优选方法更易快速的收敛于全局最优解。     

基于HEC-HMS模型的四川省无资料地区设计洪水计算

针对分布式水文模型在无资料地区推求设计洪水时存在参数难以率定的问题,提出了采用现有四川省综合单位线成果的HMS分布式水文模型,并运用到琼江上游某工程断面设计洪水计算中。该方法的计算结果与推理公式法、综合单位线法计算成果相差不大,计算结果基本合理。实例应用结果表明,结合综合单位线法的HMS分布式水文模型的计算方法可以应用于四川无资料地区的设计洪水计算。由于分布式水文模型能够较好的反映流域的物理特征,因此该法的计算结果对于设计洪水成果的选取具有一定的参考价值。     

基于ArcGis的四川省中小流域设计洪水计算

综合瞬时单位线的汇流参数是依据单站水文资料以分区综合的方式计算得到。在无资料地区,使用该法推求设计洪水时,可能出现汇流参数地区局部异常的情况,造成设计成果有偏差较大,引起工程不必要的浪费。针对上述情况,提出了以ArcGis为平台,借助工程区域DEM数据,建立地貌瞬时单位线的方法来推求设计洪水,用以减小水文模型对于水文资料的依赖。最后,运用该方法推求琼江上游拦江流域设计洪水。设计成果与水科院推理公式法结果进行对比。对比结果表明,该法的计算结果基本合理。同时,参数敏感性分析结果表明设计人员使用该法推求设计洪水时,需要对于设计流域的物理特征有一定的了解。此次实践结果显示,该方法简单易行,容易被设计人员掌握,可以应用于生产实践之中。     

基于IHA-RVA法的湘江流域水文情势评价

水文情势变化是影响河流生态系统结构、功能的主要驱动力。为了研究湘江流域水文情势变化,选用湘江流域控制性水文站点湘潭站(1959-2016年)逐日流量数据,运用Mann-Kendall法、累积距平法以及滑动T检验法开展流量特征分析,对水文情势突变前后的水文指标进行割裂分析,采用生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)以及水文改变度法综合评价湘江流域水文情势改变程度。结果表明:湘江流域年均流量呈增长趋势,趋势不明显;水文情势的突变年份出现在1991年。通过对湘江流域水文突变前后的水文指标分析,湘江整体水文改变度为36%,仅达到中度改变。其中,年最小流量的出现时间受影响最大,达到了100%。     

无资料地区径流分析计算方法研究

应用区域回归法进行无资料地区径流计算。采用快速聚类划分水文一致区，建立径流量与特征变量的区域回归方程，应用加权最小二乘法估算回归系数，推求年平均径流及不同保证率下的径流量；通过模糊优选法选择相似流域，采用水文比拟法估算径流的年内分配。结果表明所提方法要优于传统的等值线图法。     

西南山区小流域供水保证率流量计算方法研究

供水保证率流量计算是供水工程规划设计的重要内容,西南山区小流域径流观测资料缺乏,无法用实测径流资料推求。本文提出了三种计算方法,即实测调查法、参数等值线图法和水文比拟法。通过分析研究认为,西南山区小流域供水保证率流量计算以实测调查法为主,参数等值线图法和水文比拟法为辅助验证方法。     

基于全球陆面数据同化系统蒸散量的GSAC模型率定

在识别缺资料流域水文模型参数时,目前常采用的区域化方法存在相似流域间降雨径流关系差别较大、模型参数与流域属性间的相关性不明显、在大范围缺资料地区难于选取参考流域等问题。本文从全球陆面数据同化系统(GLDAS)获取流域蒸散量数据,提出利用GLDAS蒸散量率定GSAC模型的方法。首先,通过合并网格建立GSAC模型模拟的蒸散量与GLDAS蒸散量在时间和空间方面的对应关系;其次,基于纳什效率系数的定义构建了一个模型率定指标,以评价GSAC模型模拟的蒸散量对GLDAS蒸散量的拟合效果;最后,依据GLDAS蒸散量与GSAC模型模拟蒸散量之间的拟合关系率定GSAC模型。呼兰河流域应用结果表明,GLDAS提供的蒸散量能够较好反映流域实际蒸散量的变化情况,为率定GSAC模型提供了一种有效的输入数据;在率定期与验证期,利用GLDAS蒸散量率定的GSAC模型对流量模拟的纳什效率系数分别为0.81和0.77,与利用流量数据率定的GSAC模型模拟结果相近。     

乐昌水位站水位流量关系计算检验

无实测流量资料的水文站要建立较高精度的水位～流量关系，可根据站点所在流域自然地理环境及地区综合性的水文特征，利用上、下游邻近水文测站多年实测洪峰流量资料求得面积比指数，进而推求洪峰流量。用该法对乐昌水位（二）站水位流量进行计算、验证分析，结果表明不论是采用上游参证放大或下游参证站缩小，所建立的曲线都在流速测精度范围内。     

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。     

多元回归方法在芹山水库流域年降雨量系列插补的应用

降雨量是水文预报和水资源配置所需要的重要基础资料之一,在实际工作中雨量站缺测降雨量需要进行插补。针对这一问题应用多元回归方法,建立了两个或者多个雨量站之间的回归方程,并利用最小二乘法求解回归方程系数。以福建穆阳溪流域芹山水库流域雨量站为研究对象,邻近流域水文站作为参证站,求解了多个雨量站回归方程,进行了显著性检验的比较,最后选择均方误差最小的回归方程,完成了降雨资料的插补,可为工程实际提供依据。     

沿渡河流域分布式水文模型的构建

按照综合分布式概念性水文模型和分布式水文物理模型长处的建模思路，应用改进的格林-安普特下渗理论和地貌水文学的水滴运动理论，建立了一个具有物理基础的松散结构分布式流域水文模型。模型的产流方法融合了邓恩产流理论和霍顿超渗产流理论，考虑土壤水分剖面、土壤各向异性和地形坡度等对流域产流的影响；模型的汇流方法利用地貌水文学理论，寻求水文过程与流域地形地貌的相互作用及定量关系，以确定模型参数，其优势在于可以考虑净雨空间分布不均和流速空间分不均对流域汇流的影响问题。以湿润地区典型流域沿渡河为对象进行水文模拟应用研究，结果良好,说明模型较为可靠。     

水文模型参数敏感性分析概述

对水文模型中的参数进行敏感性分析是分布式水文模型应用中的难点问题,同时也是模拟预测水文过程中至关重要的步骤。本文对水文模型中的局部敏感性分析方法、定性和定量全局敏感性分析方法进行了归纳和分析。包括：多元回归法、Morris筛选法、Morris-OAT方法、FAST方法、LH-OAT方法、Sobol方法、Extend FAST方法、RSA方法、GLUE方法、RSMSobol方法等,并对水文模型中参数敏感性分析方法的前景进行了展望。     

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。     

有限数据条件下基于MIKE BASIN的人工开挖河段独流减河水文模拟

以滨海流域的人工开挖河道独流减河为研究对象,以水文分析软件MIKE BASIN为模拟平台,在数据资源缺失的条件下,通过应用示意性集水区,并耦合应用NAM降雨径流模型,初步构建独流减河水文模拟模型,并结合采用样本分割法和相似流域评价法2种方法对模型进行验证。结果表明,该模型的率定及验证过程都较为成功,能对独流减河特殊地形状况并且数据缺失条件下的水文变化过程进行较好模拟。MIKE BASIN/NAM模型对于平原地区的人工开挖河段具有一定的适用性。     

SIMHYD模型在黄河流域的适用性分析

计算机模型已成为预测分析流域水文过程的重要手段之一。用基于Matlab程序的Shuffled Complex Evolution(SCE-UA)全局最优参数率定方法,首次得出了将SIMHYD模型应用于黄河流域时的参数最优率定值。模拟了黄河一级支流亳清河流域的月径流变化过程,并总结了SIMHYD模型的适用条件。结果表明:1SIMHYD模型可以较好的模拟亳清河流域的月径流,率定期与验证期NSE效率系数都大于0.7,相对误差在5%以内。2SIMHYD在应用时应确保率定期尽量要包括各种水文年份;注意人类活动对流域水文特征的改变,保持资料的一致性;模型对入渗系数、最大入渗损失和土壤持水能力等3个参数较敏感。3SIMHYD是一个概念化的集总式水文模型,因此不宜应用于大面积流域中。