中小尺度流域洪水模型模拟比较研究

中小尺度流域洪水模拟是水文预报和防洪减灾的重要基础工作,选择适宜的水文模型对制定水文预报方案具有重要意义。以长江上游支流沿渡河流域为研究对象,对比分析了3种不同类型的水文模型(新安江模型、TOPMODEL、人工神经网络模型)对场次暴雨洪水过程的模拟效果及适用性。结果表明:各模型在模拟场次和验证场次的平均NSE效率系数均超过0.7,平均径流深误差均低于12%,可见3种模型在沿渡河这一湿润地区典型中小尺度流域均有较好的适用性。在验证期,新安江模型模拟的径流深相对误差均未超出许可误差20%的范围,且NSE系数均值达到0.826,然而Topmodel和BP模型模拟下各场次洪水的NSE系数虽均大于0.6,但个别场次结果精度较低。此外,新安江和BP模型的实测与模拟流量点群更接近1∶1线,在流量模拟方面更好,Topmodel的流量模拟整体偏大。总的来说,新安江模型在流域的适用性更好,Topmodel和BP模型次之。     

黄土高原昕水河流域径流变化归因定量分析

近几十年来,黄土高原昕水河流域实测径流量减少显著,对区域生态环境及用水安全造成严重影响。采用水文模拟途径,还原了天然径流量系列,在此基础上,定量评估了气候要素和水土保持等人类活动对河川径流量的影响。结果表明,考虑融雪过程的水量平衡模型对昕水河流域径流量具有较好的模拟效果,率定期及检验期Nash-Sutcliffe确定性系数均在70%以上,模拟的相对误差也小于3%。径流量系列自1966年发生了较为明显的变化,1966—2010年流域径流量深较前期减少29.2 mm,其中,包括流域水土保持措施的人类活动对河川径流量变化的影响约站49.3%,气候要素变化的影响略微偏高,约占50.7%。因此,在未来流域治理及生态文明建设中,气候要素变化对流域水文水资源的影响必须引起足够的重视。     

秦淮河流域径流过程对土地利用变化的响应

土地利用变化影响了流域产汇流机制,进而改变了流域洪水响应过程,成为流域径流演变的主要驱动因素,特别是城市化流域最为明显。为深入探究快速城市化背景下土地利用变化对流域径流的影响,该研究以南京市秦淮河流域为例,利用2005、2010、2015和2020年4期土地利用数据和2003—2020年18场小时尺度洪水过程,基于HEC-HMS(hydrologic engineering center-hydrologic modeling system)平台构建秦淮河流域水文模型系统,量化变化环境下降雨径流过程对土地利用变化的响应。结果表明:1)流域不透水面积增加了99.53%,而农田面积减少了6.57%,且增加的不透水面积主要来自农田转入,占比约96.42%;2)秦淮河流域洪水过程模拟结果显示HEC-HMS模型在秦淮河适用性较好,率定期洪峰流量相对误差、洪量相对误差、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差RMSE分别为-1.63%、-11.79%、0.854和159.73 m³/s,验证期洪峰流量相对误差、洪量相对误差、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差RM...     

新安江模型和人工神经网络的耦合应用

提出了一种集成人工神经网络的概念性水文模型,该模型是一种半分布式概念性水文模型,考虑了降雨的空间变异性,流域特征的不均匀性等因素对径流过程的影响。采用遗传算法进行概念性模型参数优选,同时考虑雨量站的空间分布,利用GIS和DEM数据进行流域单元划分;对于每个子流域,考虑模型输入参数和降雨资料的空间分布特性,进行产流计算;在径流演算过程中,利用人工神经网络的非线性映射方法代替传统概念模型中线性叠加方法计算整个流域的出口流量过程。以半湿润的淮河上游支流的大坡岭流域为例,对模型的可行性进行验证,并与单一的新安江模型的结果进行了比较。验证结果表明,集成人工神经网络技术和新安江模型的耦合模型有较好的模拟和预报结果。     

两种气象干旱指标的应用比较研究

基于两种常用的气象干旱指标计算方法--Z指数和标准化降水指数（SPI指数）,改进了两种干旱指标的区域化计算方法。通过比较分析两种不同干旱指标方法,结果表明SPI指数与Z指数具有较好的一致性。同时,SPI指数计算较Z指数简单,资料容易获取,其借助概率密度函数转化计算,消除了降水资料的时空分布差异,具有良好的稳定性,能有效地反映区域的旱涝状况,为区域水资源评估及旱涝灾害预测预警提供了可靠的依据。     

黄土高原昕水河流域径流变化及其对环境要素的响应

以黄土高原昕水河流域为对象,采用有序聚类等数理统计方法,诊断了近60 a来实测径流的变化及其阶段性特征,在此基础上,分析了不同阶段实测径流与气候要素之间的响应关系,初步揭示了径流演变的驱动机制。结果表明:近60 a来昕水河流域实测径流量以1965年和1979年为分割点总体呈现阶段性减少趋势,其中,21世纪以来减少尤其明显。不同阶段的年降水、径流关系有一定差异,相比而言,汛期（6—10月份）的月降水量与径流量具有相对较好的相关关系,非汛期（11—5月份）的月降水径流关系点群散乱。积雪及融雪对河川径流量的影响存在±5℃阈值,当气温介于该阈值区间,气温变化对河川径流影响较大。昕水河流域汛期产流受高强度降水支配,非汛期径流量以地下径流和融雪径流为主。人类活动对河川径流的影响有增大趋势。     

沂河流域径流演变特征及动因分析

以沂河临沂站以上流域为研究对象,对1951-2002年的水文时间序列资料进行分析,研究流域径流演变特征及其驱动力因子。结果表明,降雨量变化不明显,多年平均径流量变化很大,呈下降趋势,且径流演变规律表现为明显的阶段性,在不同阶段呈现出不同的演变规律,具体可分为3个阶段（1951-1959年为自然因子影响阶段、1960-1975年为过渡阶段和1976-2002年为人类影响活跃阶段）。最后在定性分析自然因子和人类活动的影响程度的基础上作了定量分析,结果显示,随着人类活动的日益加剧,其对径流演变的影响贡献率呈增大趋势,于第2阶段开始显现,第3阶段影响最大。