DEM分辨率对SWAT模型水文模拟的影响研究

以灞河流域为研究区,以DEM的分辨率(30~500 m)作为变量,进行了DEM空间分辨率对SWAT模型水文模拟的敏感性研究。首先,不同分辨率DEM作为输入数据构建SWAT模型并进行模拟,其后将模拟结果与灞河流域马渡王、罗李村水文站的实测流量比对进行相对偏差计算,最终采用均值变点统计方法,以模拟结果的相对偏差为研究对象,探讨分析了DEM尺度效应的最佳尺度拐点。结果表明,DEM分辨率的变化深刻影响着水文模型流域特征的提取,其分辨率的降低会导致流域的最大坡度、平均坡度、河道长度均发生衰减,同时流域形状、子流域数量也会发生不同程度的改变;随着DEM分辨率的逐渐降低(30~150 m),径流模拟的结果与实际流量的相对偏差逐渐增大,但增长幅度不超过11%。当DEM空间分辨率低于150 m时,相对偏差变化并不显著。均值变点法能够很好地识别拟合曲线发生明显变化的拐点,通过统计分析发现DEM分辨率为150 m时即为模拟结果相对偏差变化趋势逐渐由陡变缓的变化最佳拐点。     

数值模型结构不确定性对模拟结果的影响分析

以内蒙古鄂托克旗为例,基于GMS中的MODFLOW模块构建了地下水流数值模拟模型,分析了模型结构(含水层厚度、参数分区)与模型参数不确定性因素对模拟结果的影响.研究结果表明:含水层不确定情景(含水层下边界概化为隔水底板平均值870 m)与实际情况水头差值绝对值的累计和最大为701 m,对模拟结果起了主控作用;当含水层下边界概化为910,940 m时,累计和分别增加为1 013,1 593 m;与仅考虑单个不确定性因素相比,同时考虑模型参数与含水层不确定情景累计和最大为738 m,同时考虑参数分区与含水层不确定情景累计和最大为791 m.因此,在构建地下水流数值模拟模型时,应优先考虑含水层空间结构概化的合理程度,同时考虑多个不确定性因素对模拟结果的综合影响,使地下水数值模拟模型能更精确地反映真实的地下水流状况.     

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。     

时段划分对冬小麦作物水模型影响的研究

引入逻辑斯蒂函数描述水分敏感指数随时间的变化过程,对Jensen模型(模型一)进行了改进,使得改进后的作物水模型(模型二)的参数固定为4个,避免了模型一参数随时段数增加而增加的缺陷。采用山西水利职业技术学院试验基地2007年和2008年冬小麦田间试验资料,将冬小麦全生育期等间隔地划分为23、21、19、17、……、3共11个时段,利用非线性规划的方法求得了相应的模型参数,进行了比较分析。结果表明,采用模型一时,相对腾发量划分的时段数以5左右为宜,不宜超过7;采用模型二时,则不受时段数的限制;模型二的修正复相关系数Ra随时段数的增加略有增大的趋势,均在0.84以上,F值均在16以上,大于F0.001=12.56,达到极显著水平,能够用于模拟供水对产量的影响;模型二的标准误随时段数的增加上下波动,变化于0.100~0.108之间,小于模型一的标准误,模拟精度高于模型一;采用模型二模拟产量时宜尽量使用较大时段数的参数,且腾发量划分的时段数与参数的时段数应尽可能一致。     

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。     

SWAT水文模型在灌区水文和物质模拟中的研究进展

SWAT模型是当前世界广泛被使用的流域分布式水文模型,主要在大尺度上对流域不同的水文物理化学过程进行模拟。近年来,随着灌区水文过程的深入研究,SWAT模型逐渐由单一的流域水文模拟扩展到灌区水文、农业非点源污染的模拟,然而在灌区模拟的过程中存在一系列问题。系统地介绍了SWAT模型的特点,并对国内外学者应用SWAT模型在灌区水文、污染物模拟中的改进,与其他模型联合应用,灌区非点源污染等方面进行了总结和评述,并对SWAT模型在灌区模拟中仍然存在的问题进行了分析和总结,探讨了SWAT模型在平原型灌区的应用前景并进行了展望。     

基于贝叶斯模型平均的水文模型不确定性及集合模拟

单一模型在水文过程模拟和预报中存在诸多不确定性,集合模拟是减少不确定性影响的有效方法。在水文模型参数估计的两类方法基础上(分别选用SCE-UA算法和SCEM-UA算法为代表),选用3个基于子流域的半分布式水文模型(新安江模型、混合产流模型和HYMOD模型),综合考虑模型参数和模型输入的不确定性,并采用贝叶斯模型平均(BMA)将3个模型的模拟结果集合进行概率预报。结果表明:SCE-UA算法和SCEM-UA算法优化的参数都能使模型取得较好的模拟效果,但SCEM-UA算法能得到模型参数的后验概率分布,并获取模型的概率预报区间,具有更大的优势;考虑模型输入不确定性,模拟径流的精度没有较大提高,但概率预报区间精度有一定的改善;采用BMA方法集合多模型模拟结果,综合考虑模型参数、模型输入和模型结构的不确定性,其模拟结果要优于单一模型,说明水文集合模拟的优越性;BMA集合后,SCEM-UA算法的模拟结果较SCE-UA算法的模拟结果具有更准确的概率预报区间。     

岩溶地区水文模拟研究

岩溶地区发达的地下水系统,地下水与地表水之间,通过漏斗、裂隙等方式进行直接的水量交换,需要有一套地下水模型来描述其复杂的地下水汇流过程。模型在新安江模型基础上,模拟流域岩溶面积上进行地下水、地表水转换,又通过多个串并联的地下水库经行地下水汇流模拟。模型在平湖流域对其水循环过程进行了模拟,采用多目标粒子群优化算法MOPSO优化模型参数,用多年逐日实测数据对模型进行率定。结果表明模型率定期确定性系数平均能达到0.8以上,验证期确定性系数也能保证在0.78以上;采用数字滤波法和基流指数法分割得到的基流对地下水径流进行对比校验,表明基流与地下水径流间存在很高的关联度。     

CMADS数据对长江源区水文模拟的适用性研究

中国大气同化数据集(CMADS)是基于多种气象场数据和气象站实测数据,耦合得到的支持中国区域范围内SWAT模型驱动的数据集.长江源区位于青藏高原中心地带,自然环境恶劣,水文气象站点分布较少.以长江源区4个气象站数据和CMADS数据分别作为驱动数据,验证CMADS数据在长江源区的适用性.研究发现:SWAT模型在长江源区具...     

水文模型参数敏感性分析概述

对水文模型中的参数进行敏感性分析是分布式水文模型应用中的难点问题,同时也是模拟预测水文过程中至关重要的步骤。本文对水文模型中的局部敏感性分析方法、定性和定量全局敏感性分析方法进行了归纳和分析。包括：多元回归法、Morris筛选法、Morris-OAT方法、FAST方法、LH-OAT方法、Sobol方法、Extend FAST方法、RSA方法、GLUE方法、RSMSobol方法等,并对水文模型中参数敏感性分析方法的前景进行了展望。     

不同棉田暗管布置方式对氮素流失影响的模拟分析

为了研究不同棉田暗管布置方式对暗管排水中硝态氮流失量的影响,结合2007—2009年在湖北荆州丫角排灌试验站的控制排水试验,采用DRAINMOD田间水文模型进行数值模拟。结果表明,暗管出口高程和暗管间距对暗管排水中的硝态氮流失量均有极显著的影响,是进行农田控制排水设计的关键因素。具体而言,暗管排水中硝态氮的流失量随着暗管出口高程的减小而减小,随着暗管间距的增大而减小。因此,在进行农田控制排水设计时,应根据当地的环境要求以及作物的具体生长要求,调整暗管的出口高程和暗管间距,做到作物高产和环境保护的统一。     

不同土地利用方式下农村河岸带土壤水文物理性质研究

以浙江省北部地区典型农村河岸带土壤为试验对象,采用野外调查结合室内分析方法,研究了安吉、桐乡、平湖试验区农村河岸带不同土地利用方式对土壤水文物理特性的影响。结果表明,河岸带不同土地利用方式对土壤体积质量的影响主要集中在0~20cm表层土壤,对40cm剖面以下土壤影响不显著(p0.05);河岸带不同土地利用方式对不同试验区土壤贮水量的影响趋势具有显著差异,其中3个试验区林地土壤饱和贮水量均较高。与农用旱地和林地相比,同一试验区水田利用方式下河岸带土壤入渗速率最低。     

网格划分对皮卡车外流场数值分析影响的研究

为了研究网格策略对皮卡车外流场仿真精度的影响,基于皮卡车模型,采用两种网格策略,每种策略采用两种网格密度进行皮卡车外流场仿真计算,并与风洞实验数据进行比较研究。结果表明:六面体与三棱柱混合策略的计算精度得到有效改善,而且能够更好地模拟车尾处的涡系和捕捉边界层处的分离现象;在合理的壁面函数范围内,适当减小网格尺寸,可以有效改善计算精度。     

输入方式对BP模型年径流预测影响研究

针对输入方式对BP模型的影响问题,基于岚河流域降雨、蒸发、径流等资料,设置了不同的资料情况及数据输入方式,分别构建了BP模型。研究结果表明,与未同时考虑降雨、蒸发、径流等影响因素的模型相比,同时考虑了三者影响的模型精度更高;以各资料前三年数据作为输入量较以前两年和前四年的数据作为输入量,紧邻下一年的径流数据作为输出量的模型的精度更高;既考虑了降水、蒸发、径流等影响因素又选用上述最佳的数据输入方式的模型精度最高。BP模型适用于干旱半干旱地区的岚河流域,其预报结果可用于该流域的水资源规划管理。     

基于LUCC分析的流域灌溉优化水文响应模拟研究

通过济南南部卧虎山水库上游"三川"流域1988年-2014年5期LUCC的分析与分布式水文模型SWAT模拟,研究了LUCC与流域径流的关系。针对流域以农业耕作为主、耕地变化量是近年来影响流域径流减少的因素这一现实情况,利用SWAT模拟了采取新旧灌溉定额对流域出口断面径流的不同影响。结果表明,农作物灌溉定额在减少了0.17%的情况下,位于流域出口的卧虎山水库入库量增加了0.31%,此结果对提高流域尺度下节水灌溉等水资源优化配置效率、加强水库调度的科学性具有重要指导意义。     

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。     

时段划分对棉花作物水模型的影响与改进

为了改善时段划分对作物水模型模拟精度的影响,依据山西水利职业技术学院试验基地2006和2008年棉花田间试验资料,将棉花全生育期等间隔地划分为不同时段,用非线性优化方法求得了不同时段数条件下的作物水模型参数,分析研究了模型参数与时段数的关系,据此在作物水模型的水分敏感指数累积函数中引入了时段数,并与现有的作物水模型进行了比较。结果表明,引入时段数的作物水模型模拟产量的相对误差随时段数的增加而减小,当时段数大于11时,相对误差平均值和最大值分别减小到7%和15%以下,与现有的作物水模型比较,模拟精度有所提高,但参数个数未增加。该模型更多地反映了水分胁迫时间对作物产量影响的信息。     

参数不确定性对地下水数值模拟结果可靠性的影响

以标准矩形为研究区,按介质渗透系数差异将研究区划分为4个单元,应用HydroGeoSphere模拟系统建立数值模型,以含水层渗透系数为目标参数,分析不同参数分区的灵敏度系数;选择高灵敏度的分区建立渗透系数随机场,进行参数不确定随机模拟,分析模拟结果相对确定性模型的可靠度.结果表明:位于模型最顶层的单元1内渗透系数灵敏度最大,这与该单元的分布位置直接相关;随机模拟得到的压力水头按一定频率分布,确定性模型所得到的压力水头变化值290.52 cm出现的频率仅为7%;当认为确定性模型结果的可靠度为100%时,随机模拟结果相对于确定性模型结果的可靠性明显降低,这表明考虑到参数的不确定性时,模拟结果与确定性模型结果存在显著差异.随机模拟结果的概率性分布特征可以更加真实地表达实际情况,有利于水资源决策性管理的风险规避.