降雨径流相关模型在丹江口水库洪水预报中的应用研究

针对丹江口流域已有水文资料及流域气象特点,将该流域划分为12个单元区,建立降雨径流经验相关模型,应用于丹江口水库的短期洪水预报系统,并采用基于可变遗忘因子递推最小二乘算法的校正技术对预报流量过程进行实时校正。计算结果表明,基于降雨径流经验相关模型预报的洪水过程与实测过程基本一致,洪峰数值及峰现时间指标合格率较高。实践证明,模型具有较高的预报精度,可为防汛部门提供较为准确的降雨径流预报方法。     

系统微分响应误差修正方法在VIC模型中的应用与研究

在应用水文模型进行水文预报的过程中，由于流域水文模型结构存在诸多的简化和假设，这些简化和假设会给水文预报结果带来误差，因此需要误差修正技术来提高水文模型在实时预报中的精度。系统微分响应方法利用系统响应函数通过对水文模型的输入、状态变量、参数的修正来修正预报结果，该方法理论基础扎实，具有结构简单、不损失预见期的优点，已在多个流域水文模型中得到了广泛的应用，效果较好。VIC模型是一种大尺度分布式水文模型，该模型通过将流域划分成多个大小相同的网格，在网格内模拟产汇流结果。以闽江建阳流域为研究区域，构建流域VIC模型进行径流模拟，将系统微分响应误差修正方法应用于VIC模型中，通过对模型输入中的降雨量进行修正来修正预报结果，并与传统自回归模型误差修正方法（AR模型）进行对比分析。结果表明：系统微分响应方法在VIC模型中的修正效果较好，纳什效率系数从修正前的0.752提高到0.895，径流相对误差从修正前的7.89%降低到5.71%，而AR模型修正结果的纳什效率系数为0.807，径流相对误差为6.77%，这两种修正方法结果表明系统微分响应方法优于AR模型误差修正方法。结果表明系统微分响应修正方法在...     

湖泊水文计算的水文水动力学模型研究

研究了一类丘陵与平原过渡地带的湖泊水文计算问题,建立了水文与水动力学模型相结合的湖泊水文计算模型,模型对湖泊上游丘陵区采用新安江模型和湖泊周围的平原区采用SCS模型进行降雨径流计算,对入湖河道、湖泊及其周围涵闸与泵站采用以湖泊为蓄水汊点、以调控涵闸为内边界、以外排泵站和涵闸为外边界的河网水动力学模型。以湖北省四湖流域上区长湖的入湖洪水计算为实例,计算结果表明模拟长湖水位、刘岭闸下水位和田关闸上水位均取得较好计算效果,长湖最高水位的绝对误差除1996年外均小于0.1m。     

黄河上游年降雨-径流预测研究

基于多层前向人工神经网络理论，通过GA-BP混合算法，使用黄河上游兰州水文站45年实测降雨和径流序列资料，建立了降雨—径流预测的GA-BP神经网络模型。研究表明，仅用预报前时段的降雨和径流作为输入，来实现下时段的径流预测，其预报精度较差，但在预报期内有一定精度的降雨预报输入时，所建模型对下时段的径流预测，与传统的统计建模方法相比，预报精度较高，能较好地反映黄河上游区的降雨—径流规律，可应用于实际需要。     

丘陵-平原-湿地复合区降雨径流数值模型

针对丘陵-平原-湿地复合地区降雨径流数值模型较少、而已构建的模型对水文要素空间分布和湿地区水流运动又反映不足,采用格子玻尔兹曼法和有限元法构建丘陵-平原-湿地复合区降雨径流数值模型。在模型构建过程中将复合区分为地势起伏较大的上游丘陵区和下游地势变化较小的平原湿地区。上游丘陵区降雨采用距离平方倒数法计算降雨空间分布、采用格子玻尔兹曼法建立非饱和区土壤水运动模型、利用达西公式建立饱和区水流运动模型、利用格子玻尔兹曼法构建汇流数值模型,进而构建了上游区的降雨径流数值模型。平原湿地区采用基于有限元四边形单元构建了水流运动数值模型。平原湿地区入口边界采用上游区降雨径流数值输出的流量过程,平原湿地区出口边界采用基于格子玻尔兹曼法的汇流模型计算的水位过程。四边形单元有限元求解水流运动方程实现了上、下游区的无缝连接,模型使用比较方便。以挠力河流域为研究对象进行了降雨径流和平坦区水流运动模拟研究,模拟结果良好,说明模型较为可靠。     

基于二层规划理论的水文模型参数识别研究

流域水文模型有效应用的关键之一是参数识别，但由于水文模型存在高度敏感性参数以及参数之间的高度相关性增加了模型参数识别难度。本文以新安江模型为例，在分析参数敏感性和相关性的基础上，建立了基于二层规划理论的参数识别模型，研究了二层规划问题的求解算法，并进行了天福庙水库径流模拟的实例研究。通过与SCE-UA、PSO、PMSE-PSO和SMSE-PSO优化单目标函数的结果比较，可以看出，基于二层规划理论的新安江模型参数优选方法具有较高的预报精度，是一种有效可行的水文模型参数优选方法。     

城市降雨径流模型研究及模拟比较

随着城市化进程的不断加快,城市水文过程发生着剧烈的变化,深入研究城市地区的水文变化规律及城市发展对水文特性的影响过程,可以为城市降雨径流的模拟计算提供理论支撑,结合武汉市汉阳区十里铺的特点,在充分了解其地表产汇流机理和过程的基础上,利用水文学、水力学等知识,构建了城市降雨径流计算模型。由于本次地表产汇流采用了几种方法,故分别进行了组合,得到不同组合下十里铺小区的城市降雨径流计算模型;结合收集到的实测降雨和排水流量资料,对模型进行参数率定及验证;结果表明,本次所建的模型结构是合理的。     

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。     

小流域土壤侵蚀动态过程模拟模型

建立流域土壤水蚀预报模型将为小流域综合治理、土地利用规划等宏观决策提供依据，为小流域水土保持效果有效评价提供参考。通过对小流域侵蚀动态过程的分析，在水流连续方程、动量守恒方程及泥沙质量守恒方程基础上，对坡面－沟道及各沟道间土壤侵蚀时空关系进行合理耦合，建立了流域系统土壤侵蚀动态模拟过程模型；采用有限元方法对土壤侵蚀模拟模型进行数值离散，建立了小流域系统数值离散模型；在确定流域时空离散方法基础上，采用VC++语言编制流域水蚀模拟程序；在室内人工模拟降雨条件下，对模型小流域50 mm/h降雨强度，5 min降雨历时情况下土壤侵蚀情况进行模拟，在得到流域内典型点处径流流量、径流含沙量及各沟道流速动态过程的同时，将流域内各沟道出口处模拟结果与测量结果比较，径流流量、径流含沙量、流速模拟精度均高于80%。研究结果表明小流域土壤侵蚀模拟模型的建立是可靠的，模型的数值离散方法及编制的计算程序是完全可行的。这一模型的建立将为小流域土壤侵蚀动态过程的模拟预报及实现由小流域向中大流域的侵蚀动态模拟预报提供一定的理论基础。     

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。     

一种改进的基于混沌吸引子的径流降尺度分析

基于混沌理论，研究水文科学的尺度问题，将混沌分析方法应用于径流的降尺度计算。通过分析大时间尺度的年径流量分解到小时间尺度的月径流量的分解系数的混沌特征量，论证了分解系数具有混沌特性。在此基础上，对分解系数的预测方法提出改进意见并给出具体算法。然后根据预测结果进行月径流量的降尺度计算。实例研究表明，改进的算法用于径流量的降尺度分析具有明显的优点。     

绿洲灌区的水均衡模型及其应用

根据不同灌水方式灌区水分运动不同的特点,对绿洲灌区的农区部分按不同灌水方式进行分区,建立模型;并运用该模型和四水转化理论,分析了引水农区和井灌农区的四水转化关系和引水农区向非农区、井灌农区的水分迁移;讨论了农区水分在不同时期的转化与消耗。结果显示：该绿洲灌区水均衡模型可很好反映灌区的水分运动,它适于研究不同引水方式共存的灌区的水分运动。     

温室小气候环境模型的应用及综述

对国内外温室小气候环境建模方法的研究进行了综述。温室小气候环境建模的方法主要有两种:一是以能量平衡方程和质量平衡方程为理论依据研究温室的模型,另一种方法为基于输入输出数据的模型,包括线性模型、非线性模型、黑箱模型等。同时,指出了目前温室小气候建模方法存在的问题,并对温室小气候环境建模方法的发展趋势进行了展望,并介绍了一种温室小气候建模方法在气候自适应PID控制中的应用。     

基于DEM的水文模型在沮河流域的应用

基于DEM的流域水文模型是近年来水文模型的热点,而干旱半干旱地区的水文模型一直是水文研究的一个难题。分析了干旱地区的降雨产流特性,建立了符合该产流特性的数字高程模型和陕北模型相结合的水文模型,并将其应用到沮河流域桃曲坡水库的洪水预报中,计算结果证明该水文模型在干旱地区是切实可行的。     

基于三维Copula函数的沙颍河流域水文干旱频率分析

为进一步研究水文干旱特征及其演变规律,选取沙颍河流域2个水文站1951—2008年逐月径流资料,采用游程理论提取水文干旱特征变量,选取4种对称Archimedean Copula函数和对应的非对称Archimedean Copula函数拟合干旱特征变量的联合分布并计算联合重现期和同现重现期。经拟合检验,Frank Copula对干旱特征变量二维联合分布的拟合效果最优,M3 Copula函数对三维干旱变量的联合分布拟合效果最优。干旱特征的单变量重现期值大于二、三维变量的联合重现期,小于二、三维变量的同现重现期。因此,Copula函数能够较好地拟合沙颍河流域水文干旱特征变量间的联合分布。     

River flow prediction through rainfall–runoff modelling with a probability-distributed model (PDM) in Flanders, Belgium

The hydrological probability-distributed model (PDM) is widely used all over the world and its applicability has also been investigated in Flanders, Belgium. Rainfall–discharge relations for all gauging stations installed on non-navigable watercourses were modelled over a long succession of monitoring years. In all, 1456 years were modelled. Typical characteristics (peak flow, volumes) of modelled series are compared with observations. Based on the relatively long time series, reliable discharge values can be generated with the PDM. Water volumes and peak characteristics are very close to the observed values. The set of 98 PDMs was analysed and clustered. Three cluster approaches were considered: a single-parameter approach, a parameter set approach and an approach with known cluster zones, delineated on hydrological flow characteristics. The single-parameter approach, the parameter set approach and the combination of both gave less detailed regional information than the clustering on hydrological characteristics.     

基于LU-SWAT模型的土地利用/覆被变化对水文过程的影响研究——以黑河上游为例

【目的】揭示内陆河流域集水区土地利用/覆被变化对水文过程的影响及其成因。【方法】基于能够逐年调用土地利用/覆被数据的LU-SWAT模型,并结合控制变量法研究了黑河流域集水区黑河上游1990—2009年土地利用/覆被变化对地表径流、侧向流、蒸散发量、地下径流以及总产水量的影响。【结果】LU-SWAT模型对于黑河上游月、年出山径流模拟结果较好,其月径流模拟的纳什系数为0.93,相关性系数为0.94;其年径流模拟的纳什系数为0.83,相关性系数为0.86。此外,其对各个水文要素的模拟结果符合西北干旱区内陆河流域集水区的水文特征;1990—2001年黑河上游土地利用变化主要表现在林地的减少,而2002—2009年土地利用的变化除了林地和草地的增加之外,还表现在裸地的大面积减少;1990—2001年黑河上游地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势,而地下径流呈减少趋势,2002—2009年流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少,而地下径流量增加。在黑河上游,干旱条件下各水文要素对于土地利用覆被变化的响应更明显。【结论】1990—2001年林地的减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势而地下径流呈减少趋势的主要原因。2002—2009年裸地的大面积减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少而地下径流量增加的主要原因。     

分布式降水径流模型产流结构及其应用

为了提高描述水文时空变化的精度，结合我国北方实际干旱半干旱流域的实际水文资料，以水动力学理论为基础，采用已推导出的坡面流，壤中流和地下水的一维偏微分简化方程组来进行产汇流模拟计算，并且针对北京市怀柔水库流域的水流运动规律和水文特点建立了以水动力学方程为基础的分布式降水径流模型的精度明显提高。     

Advanced process control of irrigation: the current state and an analysis to aid future development

Control engineering approaches may be applied to irrigation management to make better use of available irrigation water. These methods of irrigation decision-making are being developed to deal with spatial and temporal variability in field properties, data availability and hardware constraints. One type of control system is advanced process control which, in an irrigation context, refers to the incorporation of multiple aspects of optimisation and control. Hence, advanced process control is particularly suited to the management of site-specific irrigation. This paper reviews applications of advanced process control in irrigation: mathematical programming, linear quadratic control, artificial intelligence, iterative learning control and model predictive control. From the literature review, it is argued that model-based control strategies are more realistic in the soil–plant–atmosphere system using process simulation models rather than using ‘black-box’ crop production models. It is also argued that model-based control strategies can aim for specific end of season characteristics and hence may achieve optimality. Three control systems are identified that are robust to data gaps and deficiencies and account for spatial and temporal variability in field characteristics, namely iterative learning control, iterative hill climbing control and model predictive control: from consideration of these three systems it is concluded that the most appropriate control strategy depends on factors including sensor data availability and grower’s specific performance requirements. It is further argued that control strategy development will be driven by the available sensor technology and irrigation hardware, but also that control strategy options should also drive future plant and soil moisture sensor development.     

农田流域水文响应特征分析及模型考虑

农田流域由于下垫面性质的复杂和农业管理活动对水文循环的影响,表现出了与自然流域不同的水文特征。通过对农业水文、农田水利方面的相关研究进行总结,从农田流域典型下垫面和农业管理活动2个角度,分析农田与自然流域水文响应差异,提出建立基于农田水文系统特征的分布式流域水文模型的若干考虑。