LL-Ⅲ分布水文模型在国际分布模型比较计划中的应用

美国国家海洋和大气管理署及国家气象局水文实验室于2006年2月开始主持"国际分布水文模型比较计划第二期(简称DMIP2)",全世界共有33家研究单位参加,中国有武汉大学和清华大学参加.本文分析了美国Blue河流域的降雨产汇当天特性,对提供的雷达测雨及蒸发等原始资料进行前期处理,应用基于DEM(数字高程模型)的LL-Ⅲ水文模型对Blue河流域进行产汇流模拟及验证,并对研究结果进行分析.     

基于DEM的分布式水文模型汇流顺序研究

各个栅格在水平空间中模型计算顺序的确定,是构建基于DEM的分布式水文模型过程中的关键环节之一.对比研究3种基于DEM的分布式水文模型汇流顺序确定的方法:随机抽样法、分级确定法和多叉树后序遍历算法.通过构建基于DEM的分布式水文模型,以实例研究3种方法对汇流演算的影响及其适用性.结果表明:3种方法得到的汇流顺序对应的模型计算结果完全一致.多叉树后序遍历算法具有分形特点,计算效率高,在实际应用中,建议采用多叉树后序遍历算法确定分布式水文模型的汇流顺序.     

HBV模型的改进与应用

在HBV模型原理及其特点的基础上,结合广东省所处的暴雨径流地区的水文特征,去掉冰雪融水量对产汇流的影响,增加了坡面产流和汇流模块,并把河网线性汇流改成马斯京根河网汇流。将改进的模型应用于韩江棠荆流域做进一步的研究,并把原模型及改进模型所得到的结果分别与实测结果进行比较分析,从而为今后继续拓展HBV模型在该流域的应用提供有益的研究经验。     

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。     

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。     

长潭河流域水文模型的建立和应用

结合时变增益非线性产流模型与水箱模型的概念，建立了一个两层结构的水文模型。上层采用时变增益产流模型模拟地表产流，下层采用水箱模型综合模拟壤中流与地下径流，上下两层分别应用Nash单位线和线性水库调蓄方法进行汇流计算。该模型共有6个参数（产流模型与汇流模型分别包含3个参数）。产流模型参数采用SCEUA全局优化算法自动率定，汇流模型参数采用主观优化方法（即实测资料推求及人工调试）确定。以湖南省长潭河流域为对象进行水文模拟应用研究，结果表明尽管模型结构简单，但是能够取得比较好的模拟效果，说明模型比较可靠。     

流域水文模型在黄河中游清涧河流域的应用对比

简介了6个集总式水文模型,利用黄河中游清涧河流域1955~1969年的水文、气象资料,对这6个水文模型的流量模拟效果进行了对比。结果表明:所有模型对月流量具有较好的模拟效果,平均Nash效率系数超过60%,但对日流量的模拟效果相对较差;复杂模型与简单的水文模型相比,并没有明显的径流模拟优势;考虑蓄满与超渗2种机制和结构较为简单的模型显示出更好的地区适应能力。     

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。     

欧阳海水库入库洪水实时预报模型与应用

为了准确实时预报水库入库洪水，根据欧阳海水库流域的水文特征，利用分散型三水源新安江模型对欧阳海水入库洪水实时预报进行了研究，并得到了产流模型、汇流模型和校正模型。在汇流模型中应用分散性逆高斯分布流域地貌汇流模型进行汇流计算，在校正模型中应用了洪水预报残差自回归方程。     

合浦水库流域洪水实时预报模型研

根据广西合浦水库流域的水文特征，利用分散型新安江三水源模型对合浦水库流域洪水实时预报进行了研究。对流域产汇流模型以及洪水实时预报校正模型的参数进行了率定，将研制的产汇流模型应用于实际洪水预报，再利用两种不同实时校正模型对洪水预报的结果进行了校正。最后取得了较为满意的效果。     

基于SWAT模型的山区冰雪融水河流的日径流模拟研究

针对冰雪融水河流的产流与汇流特点,基于SWAT模型能量平衡计算原理,充分考虑地形、辐射、风、下垫面及冻土等因素对融雪的影响,研究了山区冰雪融水河流的日径流,基于遥感数据与地理信息数据得到的积雪信息,以及玛纳斯河流域1980—1995年气象、径流等实测数据,建立了适合山区融雪河流的SWAT分布式流域水文模型,并模拟了玛纳斯河流域出山口处肯斯瓦特水文站的日径流,模拟相对误差为17%、Nash Sutcliffe效率系数为0.73,模拟结果合理可靠,为研究冰雪融水河流的径流模拟提供了有效的途径。     

基于多种水文模型结构改进新安江模型

【目的】针对水文模型结构的不足提出改进方法。【方法】选择新安江模型、GR4J(mode′le du Ge′nie Rural a′4parame′tres Journalier)模型以及HYMOD模型在淮河流域进行应用对比分析,并基于GR4J模型与HYMOD模型的汇流结构对新安江模型进行改进,提出2种改进模型方法。【结果】(1)3种概念性水文模型在淮河王家坝流域均具有较好的适用性,其中新安江模型效果最好,但该模型在大流量模拟时存在低估现象;(2)M2模型（HYMOD模型汇流结构下的新安江模型）与新安江模型的模拟结果相近,大流量的模拟同样偏小,改进效果不明显;(3)M1模型（GR4J模型汇流结构下的新安江模型）模拟效果最佳,可以有效改善新安江模型对大流量的模拟效果,改进效果显著。【结论】M1模型可以有效改善新安江模型模拟径流时出现流量以及洪峰流量的低估现象,在研究流域内具有一定的应用价值。     

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。     

分布式水文模型EasyDHM在增江流域的应用研究

为精细描述增江流域水文循环过程,基于分布式水文模型EasyDHM,实现对增江流域产汇流过程的模拟。首先对EasyDHM模型中的众多产汇流参数进行了敏感性分析,然后对其中敏感度较高的参数进行了优化。经参数优化后,三个断面的水文模拟精度在率定期和检验期均较高,说明EasyDHM模型在增江流域应用良好,可为流域水资源的管理、水资源合理利用以及流域洪水预报,起到科学支撑作用。     

水文尺度与水文模拟关系研究

水文系统是由各种不同级别子系统组成的复杂系统，作为描述各种尺度中水文特征的空间数据与模型自然也有尺度特征，探讨水文尺度与水文模型的关系，对认识与解决水文尺度问题有重要的意义。从水文尺度与水文模型的原理、结构、复杂度、资料的角度分析二者之间的相互联系；提出了水文多尺度模拟的概念和必要性，并对水文多尺度模拟的方法与转换等问题进行了阐述。构建了从系统和多尺度水文模拟角度研究水文尺度问题的框架，对于深入了解水文尺度在不同时空尺度上的变化规律和过程；为科研和解决实践问题提供了一个有效的科研思路。     

秦岭北麓城市型河流LID建设模拟及其水文响应特征研究

为分析半干旱区低影响开发建设对城市河流水文系统的可能影响,应用暴雨洪水管理模型(SWMM)和河段水量平衡模型,以秦岭北麓灞河流域为例,对不同重现期及典型降雨过程的降雨径流过程进行模拟计算,并对不同LID措施的流域洪峰、洪量、河流水量、水流流速等量值变化及可能的水质环境影响进行分析。结果表明:考虑LID措施的流域暴雨洪水计算中,重现期越长,河道内洪峰、洪水总量消减比例越小。设计暴雨重现期小于10年的洪水消减比例最大;流域内城市区低影响开发建设后,滨河带地下水补给量减少;LID措施后径流量减少,可能加重下游水污染。研究揭示了半干旱地区低影响开发建设的河流水文系统变化特征及其可能引起的水环境问题,对更合理地开展城市雨洪管理工作具有指导意义。     

漳河灌区新埠河流域水文特性变化趋势研究

为了了解流域的水文特性变化与土地利用的变化的关系,对湖北省漳河灌区新埠河流域1966-2010年的水文特性变化趋势进行研究。根据该流域实测雨洪资料,采用SCS模型方法分析流域不同时期的径流量和洪峰流量变化规律。结果表明,从1966年至2010年间,相同频率（枯水年80%）径流量由209.2mm减少为174.5mmm,相同前期土壤湿润情况下,洪峰流量（频率5%）由第一阶段1175.4 m3/s减少为第三阶段1073.1 m3/s,但第四阶段较第三阶段增加了46.9 m3/s。这说明土地利用的变化对流域水文特性具有一定的影响。     

多时段泛克立格模型在降水量数据插补中的应用

多时段泛克立格模型是研究水文随机函数最优估计和空间预报的比较优越的方法。针对水文数据在时间上缺乏而空间上富足的特点,为了较好地解决小流域或局部区域内少站点情况下水文变量的最优估计问题,本文用多时段泛克立格模型对滦河内蒙古段闪电河流域各测站年降水量缺测资料进行了插补并在流域内进行了空间插值预报,结果表明插值预报精度较高,所得结论比较可信。     

Matlab在水文学科中的应用

第四代计算机语言Matlab具有编程方便、程序执行效率高、容易扩充和可开发性能力强及语言简单等优点,而且有专业的工具箱可以方便调用,在越来越多的学科中得到了应用。水文学科中有大量的数据需要进行处理、计算和分析,模型参数优化、数据统计计算、结果图形可视化、微分和偏微分方程求解等在水文学科中都占有重要地位。将Matlab应用于水文统计P-III型曲线参数优化、水质模型河流纵向离散系数参数优化和水文预报马斯京根法河道汇流参数优化,优化结果与已有成果相比,精度更高,而且应用Matlab求解更方便,缩短了工作日程和减少了工作量,程序具有通用性的特点,说明了Matlab在水文学科中应用的强大生命力。     

分布式水文模型在流域水资源开发

简要阐述了我国水资源开发利用和管理研究的基本状况。指出,目前的水资源管理是基于一定水文规律的现状水资源的调控与开发利用。认为在自然和人类活动的双重作用下,水文循环规律发生了变化,具有物理基础的分布式水文模型将为研究宏观尺度上变化环境下水文循环规律和开发利用流域水资源提供科学有力的工具。回顾了国内外分布式水文模型的研发现状,认为目前我国分布式水文模型的研究开发还不能适应水资源开发利用和管理的现状,开发具有物理基础的分布式水文模型将为我国水资源开发利用和管理提供技术支撑和保障。文章最后给出了分布式水文模型建立过程中模型结构、尺度及模型参数的确定过程中存在的问题及处理方法。