CASC2D模型在半湿润半干旱地区的应用与研究

概念性的分布式水文模型由于其性较好的实用性取得了快速的发展,特别是基于蓄满产流机制的分布式水文模型已经在湿润地区得到了较广泛的应用,但是在半湿润半干旱地区却得不到很好的应用效果。现选取基于物理基础的采用超渗产流机制的分布式水文模型在半湿润半干旱地区进行应用,通过对陕西地区的3个流域的29场洪水进行模拟,研究CASC2D模型在半湿润半干旱地区水文模拟及洪水预报情况,认为模型可以用于中小尺度半湿润半干旱地区,并且有较好的模拟结果。     

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。     

新安江模型在浑河流域上的应用

新安江(三水源)模型应用于南方湿润和半湿润地区时一般为跨年度的连续计算,但是在北方地区,特别是东北地区,由于受到特定气候条件的限制,一般只做汛期(6～9月)连续计算,而不做全年的连续计算.根据浑河流域的水文特性,以浑河北口前流域为例,应用新安江(三水源)模型模拟日径流过程,做全年的日径流预报,预报结果均达到乙级标准以上.结果表明新安江(三水源)模型可用于北方半湿润地区的全年径流预报,推进了新安江模型在北方地区的应用.     

基于格子玻尔兹曼法的TOPMODEL建模与应用

依据Freeze和Harlan的水文模型蓝图思想改进TOPMODEL,在模型构建过程中利用格子玻尔兹曼法(LBM)建立汇流过程的数值模型,采用达西公式数值模型求解饱和区土壤水运动方程,运用LBM法五速模型求解非饱和区理查兹运动方程,进而构建基于栅格的分布式LBMGTOPMODEL。模型的产流方法融合了蓄满产流理论和超渗产流理论,考虑了土壤水分剖面、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,此模型在汇流过程中将地貌因素与水动力扩散相结合以描述坡面水流运动,解决了坡面水流的流量分配问题。以中汤流域为对象进行水文模拟应用研究,验证得到确定性系数在0.547~0.883之间,平均值为0.725,结果良好,说明模型较为可靠。     

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。     

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。     

不同土地利用/覆被类型情景下清漳河流域的水文响应

清漳河流域属于水资源短缺的山区流域,为提供流域内合理土地利用优化方案和水资源调控理论依据。故以清漳河流域为研究区域构建基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型,评价流域土地利用/覆被变化的水文响应。SWAT模型在清漳河流域具有良好的适用性,模型可以较好的模拟流域内的地表径流过程;在不同土地利用/覆被类型配置情境下,探讨地表径流及其CN值变化,分析出单一土地利用类型的产流能力,结果耕地草地林地;受近年城镇化的发展和退耕还林还草的政策影响,相对1980年土地利用/覆被情景,退耕还林情景的综合产流能力减小,城镇化情景的综合产流能力增加。     

考虑土壤膨胀性的流域水文模型应用研究

目前分布式水文模型在进行流域水文过程模拟时,还未考虑土壤膨胀性对降雨入渗的影响,这会造成模型模拟失真,制约着流域分布式水文模型的适用性。对传统降雨入渗产流模型(TGAM)进行修正,引入膨胀性土壤导水系数和膨胀性土壤饱和含水量,提出考虑土壤膨胀性影响的降水入渗产流模型(GJGAM),并将其应用到流域分布式水文模型WEP-L模型中。最后,以南小河沟流域作为研究区域,选择十八亩台断面为控制断面,分别利用改进前、后的WEP-L模型模拟研究区的降水径流过程,对比验证WEP-L模型改进后的适用性。结果表明,利用改进前后的WEP-L模型,率定期内研究断面的月径流模拟值与实测值的相对误差变化不大,但Nash-Sutcliffe效率系数显著提高。验证期内相对误差减小,Nash-Sutcliffe效率系数提高。通过考虑土壤膨胀性对降雨入渗的影响,WEP-L模型对南小河沟流域降雨入渗过程的模拟效果明显改善,具有较好适用性。     

BTOPMC模型在无资料地区的径流模拟

选取嘉陵江中游的9个流域,采用参数移植法的区域化方法,研究分布式水文模型BTOPMC在无资料地区的径流模拟结果。取8个流域作为参证流域,一个有资料的流域作为"无资料"地区,结果表明,单个流域率定的参数运用到"无资料"地区用于径流模拟时,模拟的精度存在很大的不确定性,而将多个流域参数率定的参数综合用于无资料地区的径流模拟时,不确定因素明显消除,当参证流域为2~5个时,模拟精度最好,之后随着参证流域的增多,模拟精度逐渐减小。本次研究为分布式水文模型BTOPMC模型在无资料的中小流域应用提供一定依据。     

TOPMODEL在水阳江流域的应用及模型对DEM的敏感性检验

将TOPMODEL模型应用到安徽水阳江流域,检验其在湿润地区的径流模拟能力,得到了较好的模拟结果。同时,利用安徽水阳江流域不同分辨率的DEM数据,进行了DEM分辨率对TOPMODEL模型的模拟结果的敏感性实验分析,结果表明,随着流域DEM数据分辨率的降低,模型的确定性系数也随之降低,模型对流域的DEM数据是敏感的。     

DEM栅格分辨率对丘陵山地区定量土壤-景观模型的影响

基于数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）的定量土壤-景观模型的精度依赖于DEM栅格分辨率,而DEM栅格分辨率如何影响土壤-景观模型及其预测精度目前研究较少。以西南丘陵山地区一典型汇水盆地为研究对象,以该区2.5、5、10、20和30 m DEM为基础,利用逐步线性回归方法建立起研究区不同分辨率下的定量土壤-景观模型,并应用这些模型预测研究区内土壤表层碱解氮含量的空间分布,进而比较DEM不同分辨率下土壤-景观模型及其预测精度。结果表明,随着DEM栅格分辨率的降低,比汇水面积、地形湿度指数的均值逐渐增加;平均坡度逐渐降低;曲率变化的范围逐渐减小。地形指数的这一变化规律对土壤-景观模型及其预测结果产生显著影响,模型的校正决定系数、平均绝对误差和均方根误差都以5 m栅格分辨率为转折点,分辨率低于5 m,模型的校正决定系数显著减小,平均绝对误差和均方根误差显著增加。     

概念性水文模型对气候及覆被变化的敏感性研究

探讨了概念性水文模型TOPMODEL模型参数对地表覆被与气候条件变化的敏感性差异。选用覆被基本无变化而气候变化显著的年份进行模拟,研究模型对气候条件的敏感性;通过对气候条件相似而地表覆被变化较大的年份模拟情况进行比较,分析模型对地表覆被的敏感性。结果表明,模型本身对地表覆被条件的敏感性远大于气候条件。给运用TOPMODEL模型虚拟地表覆被变化情况下的水文循环提供了论证。     

基于多流域同步率定的HBV模型参数移植方法研究

无资料地区洪水预报是水文学研究的难点之一.为提高无资料地区HBV模型参数移植的精度,以安徽屯溪流域为例,基于多目标优化函数实现多个流域HBV模型同步率定,获得同时适用于多个流域的模型参数,并对参数的移植效果进行验证.结果表明:基于单个流域率定的参数移植不确定性较高,移植效果不稳定;多流域同步率定的参数移植效果普遍较优,...     

雨水安全集蓄利用新型集流面材料研究

通过对集流面材料理论分析及现场运行验证表明：①聚丙烯纤维是最为理想的混凝土外加剂,可以显著提高混凝土强度等级,增强集流面承压能力和抗冻性能;②在改性混凝土方案下,确保经济、安全的集流面厚度为3.0cm。该厚度可以确保集流面承压强度及抗冻指标,有效降低集流面建造成本;③推荐C15＋聚丙烯纤维以及C20为理想的新型混凝土集...     

Development and application of a nitrogen simulation model in a data scarce catchment in South China

The Xitiaoxi catchment is one of the most important catchments in the Taihu Basin in southeastern China. It contributes a significant amount of surface runoff and nutrient to Taihu Lake. Understanding the nutrient cycling and identification of critical non-point source pollution in this catchment are therefore of primary importance. In this paper, the Xinanjiang-Nitrogen (XAJ-N) model, a conceptual model of nutrient mobilization and transport is developed by integration of the Xinanjiang rainfall-runoff model, the Integrated Nitrogen CAtchment (INCA) model and the Modified Universal Soil Loss Equation (MUSLE). It is implemented with the environmental modelling language PCRaster and estimates the water fluxes and nutrient loadings on a cell-by-cell basis in daily time steps. The model includes the nitrogen cycling processes of mineralization, leaching, fixation, volatilization, nitrification, denitrification and plant uptake. Nitrogen is assumed to be mobilized by surface runoff and groundwater. The model performance was verified by comparing simulated and measured daily discharge and nutrient loadings. The results showed a fairly good relationship between predicted and observed values. Due to the scarce observed data, the simulation results were also validated using an internal mass balance method and values from the literature. It showed that the modelling approach can be used as a tool to estimate the export of nutrient with a daily resolution at a catchment scale.     

Improving water use efficiency as part of integrated catchment management

Sustainable agricultural development requires technologies and practices that make more efficient and productive use of resources and an enabling environment that encourages the adoption of these technologies. Many institutions and international agencies are showing considerable interest in integrated catchment management (ICM) as a practical means of improving the management of water resources, reducing environmental degradation and promoting sustainable agricultural development. This paper outlines some of the main components of ICM and lists some of the prerequisites for establishing collective responsibility for, in particular, groundwater resources. This paper also discusses the extent to which programmes of ICM can be used as a means of conserving water resources and improving water use efficiency and productivity at the farm and catchment scales.     

Hydrological impacts of rainwater harvesting (RWH) in a case study catchment: The Arvari River, Rajasthan, India: Part 2. Catchment-scale impacts

A key question in relation to rainwater harvesting (RWH) is whether the technique increases the sustainability of irrigated agriculture. A conceptual water balance model, based on field data from the Arvari River catchment, was developed to study and understand catchment-scale trade-offs of rainwater harvesting (RWH). The model incorporates an effective representation of RWH function and impact, and works on a daily time step. Catchment spatial variability is captured through sub-basins. Within each sub-basin hydrological response units (HRUs) describe the different land use/soil combinations associated with the case study catchment, including irrigated agriculture. Sustainability indices, based on irrigated agriculture water demand, were used to compare conceptual management scenarios. The results show that as RWH area increases, it reaches a limiting capacity from where additional RWH structures do not increase the benefit to groundwater stores, but reduces stream flow. If the irrigation area is increased at the optimal level of RWH, where the sustainability indices were greatest, the resilience of the system actually decreased. Nevertheless RWH in a system increased the overall sustainability of the water resource for irrigated agriculture, compared to a system without RWH. Also RWH provided a slight buffer in the groundwater store when drought occurred. The conceptual analysis highlights the important link between irrigation area and RWH area, and the impact of RWH on the catchment water balance.     

三江平原典型流域土地利用格局变化与空间分异研究

以遥感和DEM数据为基本信息源,基于网格采样研究方法,利用动态度模型分析土地利用空间异质性规律,并从集水小区角度出发研究土地利用空间自相关格局。结果表明:挠力河流域土地利用变化呈现明显的阶段性,1990—2002年耕地面积增幅最大,且以水田增加为主,2002—2014年整体面积变化趋于缓和;1990—2002年土地利用变化剧烈程度显著强于2002—2014年,前后以趋缓为主,加剧区域较少;流域不同方向上动态度均具有较好的拟合趋势,不同时间段拟合趋势差异大,但基本保持东北方向变化剧烈程度强于西南方向的态势;1990—2002年,各集水小区动态度呈现明显的高-高型和低-低型集聚趋势,空间自相关关系显著,2002—2014年,高-高型数量显著减少,且多为旱地水田化发生区,动态度集聚性变差,差异逐渐趋于缓和,未来应根据集水小区的空间自相关格局进行土地利用开发管理,应重点关注高-高型土地利用问题,适当挖掘低-低型开发潜力,对高-低型进行开发控制,对低-高型进行重点开发引导。     

半干旱黄土丘陵沟壑区不同规格鱼鳞坑集水效果研究

为了研究不同规格鱼鳞坑的集水效果,确定不同立地类型条件下适宜的鱼鳞坑规格,通过鱼鳞坑集水效果指标的建立,对半干旱黄土丘陵沟壑区4种规格的鱼鳞坑集水效果的年内变化进行了对比研究。结果显示,在半阳向缓坡上,120cm×80cm×60cm或者80cm×60cm×60cm规格较适宜;半阳向陡坡和极陡坡上,80cm×60cm×6...