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。     

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。     

基于地形要素的三维薄板样条插值方法研究——以广东省降水量空间分布为例

将海拔高程引入到薄板样条函数中,建立三维薄板样条模型(3DTPS),并借助地理信息系统对广东省降水量进行空间插值。以广东省气象站分布图、90m×90m数字高程模型(DEM)为实验数据,以Visual Basic.Net为平台,ArcGIS Engine为二次开发工具,提取DEM的海拔高程值以及广东省气象站点的经纬度坐标和年均降水量,用3DTPS进行空间插值,最后生成等间距的广东省年均降水量分布图。通过交叉实验,与普通TPS、反距离加权法、克里金插值进行对比分析,用均方误差作为评价指标,得出3DTPS插值精度最高。     

农田土地精平工程优化设计与评价软件

以修正平面法作为平地工程优化设计方法,开发具有田面高程数据录入与统计分析、田面微地形表述、平地土方量估算等多功能的农田土地精平工程优化设计与评价软件,并基于土地精平田面高程实测数据,对比评价3种数据网格插值计算方法的适用性.研究结果表明,基于3种插值方法获得的田面相对高程网格化数据都可用来描述田面微地形的整体分布状况,其中根据Kriging插值法得到的田面相对高程插值估算精度相对较高,据此估算的土地精平挖、填方量之间的差异和土方总量接近实际状况,可优先应用于土地精平工程优化设计工作中.     

面雨量计算不确定性对新安江模型径流模拟的影响研究

降雨是流域水资源最直接的来源,其过程影响流域水资源的产生和汇聚,对流域的径流过程影响显著。基于新安江模型,以涪江流域为研究对象,采用泰森多边形法、反距离权重法进行面雨量计算,模拟2007-2012年的日径流系列,研究了雨量站网密度、降雨空间插值方法对面雨量计算结果及径流模拟精度的影响,在此基础上进一步探讨了面雨量计算相对偏差与径流量模拟相对偏差之间的关系。结果表明:雨量站点越多面雨量计算的不确定性越小,径流模拟精度越高;在涪江流域内插值站点数目较少时,反距离权重法的径流模拟精度更优,站点数目较多时,泰森多边形法的径流模拟精度略优于反距离权重法;径流量模拟相对偏差与面雨量计算相对偏差不存在明显的相关关系,随着面雨量计算相对偏差的增大,径流量模拟相对偏差呈震荡变化。     

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。     

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。     

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。     

基于BP神经网络与GIS可视化的作物需水量预测

作物需水量是农田水利工程规划、设计与灌溉用水管理的重要参数。基于BP神经网络与GIS可视化作物需水量预测,以河南省冬小麦的作物需水量为例,利用实测站点的地理坐标以及高程,通过BP神经网络对分析数据进行加密插值,并采用GIS里的协克里金法结合高程作为一个协变量进行作物需水量的空间插值,实现GIS可视化,从而得到准确度较高的作物需水量空间分布图。结果表明,该方法对于河南省冬小麦作物需水量预测具有较好的预测精度,方法有一定的参考价值。     

屋面集雨径流水质及初期弃流雨量研究

对屋面初期雨水径流水质进行了现场试验,对雨水径流的悬浮物和COD污染物指标进行了取样分析.结果表明,屋面雨水径流的初期冲刷效果明显,且雨水径流中的污染物浓度的变化符合指数形式的变化规律.在此基础上,提出屋面雨水利用的初期雨水弃流量,为雨水集蓄的实际应用提供参考依据.     

基于降水随机模拟的旱作区农业旱情等级划分方法

针对早作区农业旱情等级的划分依据问题,以黑龙江省甘南县为例,建立了能够模拟时段降水量的随机模型,验证了该模型的有效性并模拟了1 000年的降水序列,提出考虑降水量和作物需水量的缺水率指标,应用模拟的降水序列,采取降水量距平百分比和缺水率两种指标分析了甘南县遭受不同等级干旱的概率,并应用提出的缺水率指标划分了甘南县的农业旱情等级.结果表明,将降水的随机模拟与缺水率指标结合起来划分甘南县农业旱情等级的方法是可行的,与甘南县的实际干旱情况吻合良好.     

融合多源时空数据的冬小麦产量预测模型研究

为提高大尺度冬小麦产量预测精度,以2005—2019年河南省遥感数据、气象数据、土壤含水率等多源时空数据为特征变量,分析其与小麦单产的相关性,并基于随机森林算法对特征变量进行了重要性分析,构建了融合多源时空数据的冬小麦产量预测模型。结果表明:增强型植被指数（Enhanced vegetation index, EVI）、日光诱导叶绿素荧光（Solar-induced chlorophyll fluorescence, SIF）与高程为小麦产量预测的重要因子,与小麦产量呈高度正相关,对小麦产量预测的重要性指标均超过0.45,远大于土壤含水率、降水量、最高温度、最低温度等因子;基于随机森林算法构建的小麦不同生长阶段产量预测模型中,以10月—次年5月和10月—次年4月为特征变量的产量预测模型精度较高,R²分别为0.85和0.84,RMSE分别为821.55、832.01 kg/hm²,在空间尺度上,豫西和豫南丘陵山地模型预测相对误差高于平原地区。该研究结果可为大尺度作物产量预测提供参考。     

不同降雨特征对径流过程的影响研究

降雨是影响坡面产流的重要因素,不同的降雨特征会影响降雨径流过程。为探究降雨雨型和降雨峰值因素耦合对坡面径流过程的影响,设计了两组降雨雨型,其峰值分别落在整个降雨过程的前期和后期,进行了降雨径流模拟试验,构建了基于运动波模型的坡面径流数学模型,开展了相应的降雨径流过程数值模拟,分析了径流特征值随降雨特征的变化规律。结果表明:随着降雨峰值增大,两种雨型产生的径流总量和径流峰值均以指数形式增长,在降雨雨型相同时,径流总量和径流峰值呈线性相关。对不同的雨型来说,当降雨总量和降雨历时相同时,后峰型降雨会比前峰型降雨多产生约1/4的径流。     

次降雨有效降雨量的影响因素及其估算模型

利用沧州市南皮生态农业试验站点2011—2013年不同土层深度的含水率及降雨量和降雨时间,结合由植株叶面积指数得到的不同生育期植株的截留容量,分析了最大容水量S和最大降雨强度二者与降雨有效性的相关关系,并在此基础上建立了次降雨有效降雨的估算模型。结果表明,土壤初始含水率与降雨有效性线性相关,且在不发生溢流情况下,可以用土壤最大容水量S作为是否考虑土壤初始含水率折减作用的分界点;另外,对于降雨强度I≥0.7 mm/min的降雨,降雨强度与降雨有效性相关性显著,并且随最大降雨强度的增大,降雨有效性逐渐减小;最后将运用传统模型和新估算模型计算的有效降雨量值与实测有效降雨量值验证对比,新模型比传统模型更加贴近实测有效降雨,并且降雨量较大时差别更加明显。     

单喷嘴均匀度实验研究

针对单喷嘴的特性,设计了研究单喷嘴均匀度的实验方案,并且给出了均匀度的测试指标：均匀系数、偏态系数、等雨强线、等圆半径。通过本实验方案,详细的研究了喷嘴的均匀度,为喷嘴的优化组合提供了技术指标。     

不同灌溉方式对降雨入渗深度的影响

为了研究不同灌溉方式对降雨入渗深度的影响,基于田间原位观测试验,分析膜下滴灌和传统地面灌溉2种方式对降雨入渗初始含水率的影响,并应用HYDRUS-2D模型模拟2种灌溉方式下不同降雨条件的入渗深度差异.结果表明:与传统地面灌溉方式相比,膜下滴灌改变了降雨入渗初始含水率,且在玉米不同的生育期,其对降雨入渗初始含水率的影响规律不同.通过不同情景的降雨入渗模拟得到,在初始条件完全相同的情况下,2种方式的降雨入渗深度主要受雨量和时间的影响,在降雨量较小时,膜下滴灌的入渗深度大于地面灌;随着降雨量及时间增加,2种灌溉方式下的入渗深度逐渐趋于一致.不论是玉米苗期阶段还是主要生长阶段,降雨入渗的土壤初始含水率均会对降雨入渗深度产生一定的影响:在玉米苗期阶段,膜下滴灌的入渗深度大于地面灌,而在玉米主要生长阶段,地面灌的入渗深度大于膜下滴灌.     

城市排涝与排水研究

城市排涝与排水是城市建设发展的一项重要工作。从比较城市排涝与排水异同点着手，分析研究二者之间的关系，对涝水重现期衔接、涝水流量计算方法、山坡汇水和小区而水与内河涝水叠加、小区雨水和内河涝水与外江水位组合以及城市规划地面标高确定等技术问题进行探讨，并对搞好城市排涝与排水工作提出一些看法。     

土壤侵蚀形态演化数字摄影观测系统设计与实验

为解决目前在连续降雨条件下尚无有效的观测技术与手段从时空两个维度对土壤侵蚀过程进行观测的问题,设计了一种基于无线组网技术的数字近景摄影观测系统。该系统通过对连续降雨条件下不同时间节点的土壤侵蚀坡面进行数字影像的瞬时采集、雨滴噪声去除、点云匹配、三维重建等手段,实现对土壤侵蚀坡面形态演化过程的动态监测。该系统的测量精度可达到亚毫米级,最小测量误差为0. 006 2 mm;凹槽尺寸测量值与实测值之间最大相对误差为-2. 968 3%。土壤侵蚀坡面观测实证表明,土壤流失量估算平均相对误差为-1. 73%,单次观测精度最高可达99. 26%,时间观测分辨率可达到分钟级别,空间分辨率达到2 mm。该系统能够准确获取土壤侵蚀坡面形态变化的精细信息,可为土壤侵蚀过程研究提供新的方法和技术手段。     

基于WA-SVM的流域降雨序列预测研

为了提高降雨中长期预测精度，将小波分析和支持向量机回归方法引入水文序列预测领域，给出了两种方法的思路和特点。在此基础上，尝试建立了基于小波分析-支持向量机（WA-SVM）的降雨量序列预测模型。通过小波分解，将原始复杂的降雨序列分解到不同的频率层次，对每层得到的分解序列分别采用支持向量机回归方法进行预测，最后合成原始序列的预测值。将该模型应用于实际流域月降雨量预测，并与单独支持向量机回归方法预测结果进行比较，表明该方法预测精度有明显提高。