涪江桥流域雨量站网分布与面雨量误差关系研究

为探讨站网分布与面雨量误差的关系,利用抽站法原理,选取125种雨量站网分布,分析涪江桥流域站网密度、均匀度、平均高程对面雨量误差的影响。结果表明:站网密度对面雨量计算精度有显著影响,站网密度增大到一定程度时,面雨量误差变化趋于平缓;与子单元相比,全流域面雨量误差对站网密度变化的灵敏度更高;站网密度相同时,均匀度越大,面雨量误差越小;站网密度较小时,均匀度对面雨量误差波动范围影响较大;只有流域站网密度较大,站网平均高程与流域平均高程接近时,计算的面雨量才更可靠。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

清水河流域农业非点源污染模拟及特征分析

为探讨冬奥核心区所在的清水河流域农业非点源污染特征,利用SWAT模型对清水河流域进行污染模拟及特征分析。通过前期对流域内河流水质监测和评价分析可知,该流域农业非点源是重要污染来源,且降雨和径流会对水质影响较大。借助ArcGIS平台构建清水河流域SWAT非点源污染模型,并利用实测径流数据对模型进行了率定和验证,结果表明SWAT模型在清水河流域的适用性较好。利用模型模拟结果对流域内TN、TP污染负荷进行统计,并对其时空分布特征展开分析。非点源污染的时间分布特征:2011、2013、2015和2016年的年均非点源污染输出负荷表现为TN>TP,并且具有明显的季节性,夏季和冬季分别是非点源污染产生的高峰期和低谷期,各子流域的累积负荷量也呈现出汛期大于非汛期的特点;空间分布特征:污染负荷流失强度较高的关键源区为2、3、5、6、7、10、12、14号子流域,集中分布在东沟和西沟水系两侧,主要土地利用类型为耕地和草地。各子流域的非点源污染输出负荷与降雨量均呈正相关关系,输出负荷与降水相关性较强的区域集中分布在正沟、西沟两侧和东沟上游,该区域内非点源污染物的流失与降水密切相关,高降雨量及强降水都会引起污染物的大量流失。     

降水量的空间变异性和空间插值方法的比较研究

为了比较降水量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣，选择无定河流域，运用逆距离加权法、趋势面拟合法、样条插值法、普通Kriging法和泛Kriging法等空间插值方法对流域的降水量进行了插值及空间场的变异分析。就普通Kriging法而言，结果显示降水量半变异函数符合一般的球状模型。把各种插值的连续空间分布与实际观察数据进行比较，结果表明：几种插值方法并无显著差异，但其中以普通Kriging法和逆距离加权法整体效果最好，尤以普通Kriging法环形模型最佳。最后分别运用上述插值方法对流域的降水量进行了空间插值并成图。     

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。     

深圳市1960-2009年降雨时空变化分析

依据 1960-2009年深圳市9个雨量站逐月降雨量资料,应用Mann-Kendall趋势检验方法,分析研究了深圳市降雨量时空变化特征,结果表明：深圳市降雨年内各月分配比例差异较大,降雨主要集中在4-9月份,占全年降雨量的85.1%;近50年来,全市降雨量呈不显著增加趋势,四季及全年降雨量的趋势变化突变点均在1973年前后;降雨量高值区主要集中于大鹏半岛、龙岗区中南部及盐田区,总体而言,深圳市降雨量东南多,西北少,自东南向西北递减,空间分布不均。掌握深圳市降雨特征及时空变化规律,对深圳市的水资源开发利用和规划具有现实的意义。     

1957-2018年永定河流域降雨时空演变规律研究

基于永定河流域内14个气象站点1957-2018年逐日观测数据，采用线性倾向估计、距平分析、小波分析对永定河流域降雨时空演变规律进行了分析，采用旋转经验正交函数（Rotated Empirical Orthogonal Function,REOF）法对降雨进行特征分区并通过相关分析揭示流域降雨的主要相关因子。结果表明：在全球变暖的背景下，永定河流域降雨量呈下降趋势，下降速率为-2.88 mm/10 a，多年降雨量均值为389.22 mm。季尺度上，春秋两季降雨量呈上升趋势，以秋季降雨量上升最为明显，上升速率为3.75 mm/10 a；夏冬两季降雨量呈下降趋势，以夏季降雨量下降最为明显，下降速率为-8.14mm/10 a。小波分析结果表明，流域降雨量变化存在着28、15、4 a三个周期，以28 a为主周期。空间上，降雨量地域性差异较大，流域降雨量由东南平原区向西北山区递减。REOF分析表明，前六个模态可以较好地反映永定河流域降雨的空间分布类型；根据各模态高荷载区分布，永定河流域可划分为六个降雨区：Ⅰ区为西南大同盆地区，Ⅱ区为北部张家口地区、Ⅲ区为延怀盆地区、Ⅳ区为北京及冀西北盆地区、Ⅴ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。     

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。     

漓江中上游会仙小流域水系氮磷浓度时空特征

以漓江流域中上游青狮潭灌区内会仙小流域为研究对象,开展灌区小流域氮磷时空分布特征的研究。对小流域内4条河流的水质进行连续定位监测,分析监测断面污染物氮磷输出浓度的污染特征及降雨对氮磷迁移的影响。结果表明,不同河流氮磷质量浓度在时空分布上差异较大。在时间分布上,4条河流总磷质量浓度表现出灌溉期非灌溉期的特征,总氮则表现出非灌溉期灌溉期的特点;氨氮的排放浓度较为复杂,其中,古桂柳运河、会仙河的氨氮浓度表现出灌溉期非灌溉期,而睦洞河和相思江氨氮浓度则相反。在空间分布上,睦洞河氮磷浓度沿程呈现波动性变化,会仙河、古桂柳运河氮磷浓度呈沿程增大趋势,相思江氮磷质量浓度沿程呈减小趋势。试区年际间的降雨量和氮磷排放浓度差异不显著,但降雨对氮磷浓度变化存在一定的影响,枯水期到平水期氮磷浓度随降雨量增加而增大,进入丰水期后雨量大幅增加,河流氮磷浓度增幅变缓或呈下降趋势。     

潜在蒸散量对SWAT模型寒区典型流域径流模拟的影响

以目前广泛应用的SWAT模型为例,利用对比研究方法,以欧根河流域作为典型研究区域,采用PenmanMonteith模型、Priestley-Taylor模型、Hargreaves模型、Shuttleworth-Wallace模型及修正的20 cm蒸发皿观测数据计算潜在蒸散量(PET)。研究不同PET驱动的SWAT模型对模拟结果的影响,研究结果表明:SWAT模型以子流域为尺度对PET计算结果进行插值的方式较粗略,不能较好反映PET的空间分布情况,在大面积森林覆盖的不同子流域,月平均PET值随不同子流域内森林物种的种类和分布不同数值变化较小,并非在考虑地形影响下SWAT模型模拟的日径流量结果均好,在未考虑地形影响下Penman-Monteith模型与考虑地形影响下的Hargreaves模型、Shuttleworth-Wallace模型模拟结果较好,其中Penman-Monteith模型拟合的效果最好,率定期与验证期的Ens值分别为0.651、0.686,说明Penman-Monteith模型更适合用于高寒森林地区的潜在蒸散量计算。     

基于集合卡尔曼滤波法的清江流域多源融合降水分析

高质量的水文气象观测数据是开展气象和水文灾害监测、预报预警及长期气候变化趋势分析的基本支撑。针对流域尺度内现有融合降水数据空间分辨率低的问题，通过集合卡尔曼滤波（EnKF）融合算法对清江流域33个地面站点和TRMM及CMORPH两种卫星产品的降水数据在日尺度上进行融合，得到了0.05°×0.05°的清江流域融合降水数据MSAP。利用留一交叉验证的方式对卫星降水、地面插值和MSAP融合降水数据进行定量分析，证明EnKF融合算法能从相关性系数R、平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE 3个方面改善清江流域降水的精度，并且融合算法改善了卫星数据和地面数据在流域边界部分区域精度低的缺点，展现了EnKF融合算法在降水数据融合中的应用潜力。进一步地，将MSAP与CMFD、ERA5和MSWEP等3种主流再分析数据进行对比，并对1998年汛期清江流域与长江干流四次洪峰遭遇中最大的两次遭遇所对应的场次强降水进行了空间分析。结果表明，在时间尺度上，MSAP数据具有最高的R和最小的MAE及RMSE；在误差的空间分布上，MSAP数据在各站点精度评价指标的空间差异最小，四种再分析数据精度由高到低排序为MSAP&...     

基于BP神经网络的多年平均降雨量

以广东省186个降雨站点多年平均降雨量为基础数据，在分析了多年平均降雨量的空间分布特征及其与经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向的内在关系后，提出了一种基于DEM、GIS 技术，利用BP神经网络模型进行插值的新方法（BPNNSI）。用没有参与建模的36个验证站点进行验证，结果表明：1）BPNNSI方法的最大相对误差为-10.2%，平均相对误差为3.79%，插值结果与观测值的相关系数达到0.93，取得了较好的模拟效果。2）从插值精度验证的五个指标（MRE 、MMRE、 MAE、C 、误差分布范围）来看，该方法由于综合考虑降雨量的多种影响因素，因而都明显的优于IDW、KRIGING方法。因而，BPNNSI不仅能够用于降雨量的空间插值，而且还可以用于生成高精度的分布图，客观细致地反映降雨随其影响因素梯度变化的地带性特征。     

南四湖流域1964-2008年汛期降水时空演变规律

以南四湖流域24个雨量站1964-2008年的降水量资料为基础,采用经验正交函数(EOF)分解和线性趋势估计分析了汛期降水的空间分布特征,并借助Spearman秩次相关法、小波分析和Mann-Kendall突变检验等方法,对流域汛期降水的多尺度时间演变规律进行了研究,初步预测了其未来变化特征,以期为南四湖流域的防洪决策调度提供参考。结果表明:南四湖流域不同地区的汛期降水具有较明显的空间分布特征,而时间演变趋势大致相同,整体呈线性递增的趋势,2008年以后汛期降水将处于偏丰状态。     

基于全球卫星降水数据的暴雨时空分析方法研究

由于我国降雨时空分布极不均衡、空间分布范围较广和暴雨相对集中等特点,因此,如何快速准确地对大范围区域内的暴雨特性进行分析具有关键作用。结合最新在线运行的全球卫星降水数据(GPM IMERG),综合利用EOF方法、快速时段累积雨量提取和空间数据插值等方法,提出了一种基于卫星数据的暴雨分析方法;在湖北省范围内对数据进行适用性评价后,进一步开展了方法应用研究,其结果表明:(1)基于全球卫星降水数据(GPM IMERG)在湖北省范围内适用性良好,相关系数在日尺度上达到了0.759;(2)EOF(经验正交函数分解)分析方法所识别的关键模态对暴雨中心分布具有指示作用;(3)基于全球卫星降水数据(GPM IMERG)在快速时段累积雨量提取和空间数据插值法所得出的暴雨中心与EOF的某一个关键模态在暴雨空间上分布一致。本文提出的方法可为地面雨量站缺乏地区的暴雨分析提供理论基础和科技支撑。