基于两种人工智能模型的石羊河流域日潜在蒸散发模拟精度比较

潜在蒸散发(ET_0)是估算作物需水量的基础。根据石羊河流域5个气象站5年的气温、风速、相对湿度等日气象要素资料,采用Penman-Monteith公式计算石羊河流域的ET_0,建立六因子、四因子和三因子的支持向量机(SVM)模型与人工神经网络(ANN)模型模拟日ET_0,对模拟值与计算值进行比较,以均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、确定性系数(DC)以及皮尔逊相关系数(R)作为模型的性能评价指标,对模型进行检验以获得模拟精度较高的模型。结果表明:相同因子输入下ANN模型较SVM模型在石羊河流域模拟日ET_0有着更高的模拟精度。该研究可为气象要素资料不全的站点提供模拟日ET_0的可行方法。     

石羊河流域群众节水意识调查与定量评价

为客观评价石羊河流域群众的节水意识,对该流域群众节水意识的现状进行了实地调研和问卷调查,并采用德尔菲法(Delphi)和层次分析法(AHP)建立石羊河流域群众节水意识评价指标体系。指标体系共设3层,9个指标。根据各层指标权重,通过模糊综合评价模型对问卷调查结果进行定量分析。结果显示:石羊河流域群众节水意识强、中、差的比例分别为64.54%、23.47%和9.11%,流域大部分群众具有较强的节水意识。     

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。     

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。     

大渡河流域分布式水循环模型开发研究

大渡河流域是我国西南水电开发总体布局的重要靶区,也是南水北调西线工程的重要水源区.采用分布式水分能量传输模型(WEP模型),在地理信息技术的支撑下,构建了大渡河流域具有物理机制的分布式水循环模拟模型.模型水平单元为5 km×5 km的网格,采用马赛克法对单元的内的土地利用及植被分异进行处理;在垂直方向上,该模型可有效模拟冠层截流、填洼产流、入渗、植被蒸腾、水面和裸地蒸发垂直水循环要素过程.模型具有较好的模拟精度,在校正和验证期模型模拟误差(泸定站)均小于5%,Nash效率均在0.8以上.该模型可为区域水资源评价、生态影响评价等提供直接支撑,可为流域水电梯级开发调度和西线工程的运行调度提供支撑.     

基于改进Makkink模型的四川盆地参考作物蒸散量估算

为了有效提高四川盆地参考作物蒸散量ET₀的预报精度,选取四川盆地16个代表性气象站点1961-2019年逐日气象数据,基于差分进化算法(DE)对辐射模型的经验参数校准改进Makkink模型并估算四川盆地ET₀,在日、月尺度上对改进的Makkink模型(M1-M6)和Jennsen-Haise(JH)及Irmak(IK)模型评价.结果表明:在日尺度上,改进的Makkink(M1-M6)模型(R²为0.77~0.87)模拟结果比JH和IK模型(R²为0.74~0.76)更精确,改进的Makkink模型中,M4模型估算精度最高,综合性指标GPI中位数为1.05;在月尺度上,改进的Makkink模型模拟结果(误差为3.59~15.71 mm/月)也优于JH和IK模型(误差为6.84~25.31 mm/月),其中M4模型估算精度最佳,综合性指标GPI为1.72.总体而言,推荐以温度和相对湿度作为输入数据的M4模型模拟四川盆地ET₀.     

江苏地区不同参考作物蒸发蒸腾量估算模型

为了研究不同参考作物蒸发蒸腾量ET₀估算方法在江苏地区的适用性,收集了江苏省徐州市、高邮市和昆山市1957年1月至2019年12月的气象数据,采用12种不同模型估算了各站点的ET₀,其中模型Priestly-Taylor,Hansen,Jensen-Haise,Makkink是基于辐射数据的模型;MC-Cloud,1985 Hargreaves,Thornthwaite是基于温度数据的;Copais,Valiantzas 1和Valiantzas 2是综合法模型;XGBoost和SVM是机器学习模型.12种ET₀的估算模型计算值分别与Penman-Monteith模型(PM)计算值进行比较,结果表明:各站点的综合评价指数GPI最高的为机器学习模型中的SVM模型;在输入参数相同的情况下,机器学习模型模拟精度优于综合法和温度法以及辐射法中的Pristley-Taylor和Makkink模型;机器学习模型随着输入参数减少,模拟精度依次降低.研究结果可以为江苏地区气象数据不完善时估算ET₀提供科学依据.     

石羊河流域主要作物节水灌溉效益评价

石羊河流域是我国典型以农业经济为主的内陆河流域,节水灌溉效益评价是优化节水灌溉模式的基础。对石羊河流域2种粮食作物（制种玉米、春小麦）、2种大田经济作物（酿酒葡萄、苹果）及3种温室经济作物（辣椒、西红柿、黄瓜）进行了不同节水灌溉方的效益评价。评价中考虑经济效益、节水效益以及社会效益,选取净收入、总支出、水分利用率、总灌溉量和市场推广难易程度为评价指标,采用模糊综合评判法,获得了石羊河流域主要作物在不同灌溉方式下的灌溉效益。结果表明,覆膜以及滴灌的方式可以有效提高灌溉效益。     

基于全球陆面数据同化系统蒸散量的GSAC模型率定

在识别缺资料流域水文模型参数时,目前常采用的区域化方法存在相似流域间降雨径流关系差别较大、模型参数与流域属性间的相关性不明显、在大范围缺资料地区难于选取参考流域等问题。本文从全球陆面数据同化系统(GLDAS)获取流域蒸散量数据,提出利用GLDAS蒸散量率定GSAC模型的方法。首先,通过合并网格建立GSAC模型模拟的蒸散量与GLDAS蒸散量在时间和空间方面的对应关系;其次,基于纳什效率系数的定义构建了一个模型率定指标,以评价GSAC模型模拟的蒸散量对GLDAS蒸散量的拟合效果;最后,依据GLDAS蒸散量与GSAC模型模拟蒸散量之间的拟合关系率定GSAC模型。呼兰河流域应用结果表明,GLDAS提供的蒸散量能够较好反映流域实际蒸散量的变化情况,为率定GSAC模型提供了一种有效的输入数据;在率定期与验证期,利用GLDAS蒸散量率定的GSAC模型对流量模拟的纳什效率系数分别为0.81和0.77,与利用流量数据率定的GSAC模型模拟结果相近。     

基于MIKE BASIN的石羊河流域蔡旗断面下泄水量模拟与分析

以石羊河流域蔡旗断面为研究对象,基于MIKE BASIN模型,根据研究区降水、蒸发和用水等资料,建立了石羊河流域水资源管理模型,模拟了石羊河流域蔡旗断面下泄水量变化特征。从模拟结果可以看出,所建立的水资源管理模型是正确的,选取的参数和计算的结果基本合理,模拟结果总体上反映了蔡旗断面水量变化,符合石羊河流域蔡旗断面的实际情况,可用于该流域水资源管理和预测研究,可为干旱内陆河流域水资源的合理开发提供科学依据和技术指导。     

基于Priestley-Taylor模型的低丘红壤区水热通量变化及影响因素

Priestley-Taylor参考作物蒸散模型系数的本地化是提高区域蒸散模拟精度的关键。以江西省低丘红壤区农田为研究对象,基于大孔径闪烁仪的观测数据,利用通径分析方法对农田不同时间尺度水热通量特征进行了定量研究。同时,采用Priestley-Taylor模型模拟了红壤区作物蒸散,与实测蒸散进行了比较,并对该模型的系数进行了修正,评价了P-T_(1.26)及P-T_(1.07)模型在本地模拟蒸散的适用性。结果表明,逐日尺度下农田水热通量变化曲线呈单峰形且受天气条件影响明显,逐月尺度下净辐射通量、潜热通量及土壤热通量呈减小的变化趋势;净辐射通量、空气温度及水汽压亏缺是影响潜热通量的主导因子,均对潜热交换有促进作用;P-T_(1.26)模拟的蒸散比实测偏高13.77%,P-T_(1.07)模拟的蒸散比实测偏低3.39%,参数修正后的P-T_(1.07)模型模拟精度明显提高,α=1.07可以作为研究区Priestley-Taylor模型的本地化适宜参数。     

DHSVM模型在沱沱河流域的径流模拟适用性分析

探讨了如何建立分布式水文土壤植被模型DHSVM(The Distributed Hydrology Soil Vegetation Model)。分析了DHSVM模型在高寒地区沱沱河流域的适用性,并且以实测的径流对模型进行校正。率定期和验证期模型的纳什效率系数分别达到0.82和0.84,说明DHSVM模型可以较好的模拟沱沱河流域的水文径流过程,具有一定的适用性。模型模拟过程中,部分年份的径流模拟效果稍显欠佳,模型参数的不确定性也给模型模拟带来了一定的误差,需要进一步研究改进。     

基于精细水平畦灌技术的土壤入渗模型建立——以石羊河流域为例

畦灌是地面灌溉技术中主要的灌水方法之一。以石羊河流域为例,建立了土壤入渗模型,对5种常用的入渗模型进行模式寻优技术原理分析与入渗参数计算,并进行评价比较,最终得出精细水平畦灌技术中collis—George模型与修正的Kostiakov模型能更好地描述土壤入渗性能,旨在为石羊河流域进行水平畦灌技术应用提供依据和参考。     

区域水环境承载力评价模型研究

将投影寻踪技术与遗传算法相结合,建立了基于实数编码加速遗传算法的投影寻踪评价模型,通过优化各指标样本的最佳投影方向,得到各样本的投影值,从而实现了区域水环境承载力的量化评价。最后,应用该模型对黄河中上游某支流流域地区水环境承载力状况进行综合评价分析,检验了模型的可行性和合理性。     

石羊河流域水资源开发的水土环境效应评价

根据石羊河流域的特点，基于定性分析结果初步建立了水资源开发利用的水土环境效应评价指标体系。为客观、准确评价环境效应程度大小，根据模糊数学原理，提出了二级模糊综合评判模型，并对模型中隶属函数的构建和矩阵合成运算分别进行了探讨。结果表明，该水土环境效应综合排序结果与石羊河流域的上下游行政分区一致，从上游到下游，水资源开发引起的环境负面效应急剧增大。     

13种典型参考作物蒸散量估算模型在安徽省的适用性评价

考虑到Penman-Monteith FAO-56(PMF-56)模型在估算参考作物蒸散量(ETref)时受限于对大数据集的要求以及复杂的计算过程,此时迫切需要寻找计算过程简单且输入变量较少的经验模型.首先采用安徽省2001-2014年65个气象站点常规气象观测数据,通过相对均方根误差(RRMSE)、平均绝对误差(MAE)和Nash-Sutcliffe(NS)系数对13种典型ETref估算模型的模拟性能进行系统评价;之后,采用2015-2019年数据,通过线性回归模型对13种经验模型的模拟性能进行验证.结果表明:经验模型在模拟安徽省不同自然区ETref时的模拟性能相当,差异较小.模型校准前,VA3模型表现最佳,而PEN、WMO、TRA和JH模型误差较大.模型在月尺度校准时,基于温度、辐射和组合的模型估算的ETref与PMF-56模型计算值之间拟合的R2值均呈先增后减的变化趋势,而质量传输模型与之相反;尽管质量传输模型整体模拟性能较差,但其在1-3月和11-12月的模拟效果较好,尤其在12月,WMO和TRA模型与PMF-56模型计算值之间拟合的R2值均高达0.972,优于VA3模型.模型校准后,总体模拟效果均较好,仅TRA、MAK和WMO模型在4-8月存在低估现象.因此,若能获得完整的气象数据集,VA3模型可作为PMF-56模型的最佳替代方案;除此之外,则在4-10月推荐使用基于温度和辐射的模型以及VA1和VA2模型,而在其他月份使用质量传输模型.     

基于BP、Elman、PSO-SVR三种预报模型在石羊河流域的应用比较

针对石羊河流域开展水量调度对中长期径流预报的迫切需求,以西营水库为研究对象,在分析石羊河流域径流特性的基础上,构建基于主成分分析法筛选预报因子的BP、Elman和PSO-SVR三种预报模型对西营水库进行年径流预报。结果表明,基于主成分分析的Elman和PSO-SVR中长期径流预报模型在率定期和检验期的合格率均满足相关规定对作业预报模型的精度要求,可为石羊河流域中长期径流预报提供实际支撑,为石羊河流域开展水资源优化配置和水量调度提供依据。     

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。     

基于HBV模型的牡丹江流域的水文过程模拟研究

流域水文模拟是在认识水文规律的基础上对流域水文过程的一种数学描述。开展寒区水文过程模拟研究对水资源的可持续利用意义重大。以牡丹江流域5个水文站为研究对象,利用HBV模型模拟了流域的径流过程,讨论了参数的敏感性。结果表明,在资料较为充分的条件下,HBV模型对牡丹江流域模拟结果总体良好,模型效率系数大多在0.5以上,可适用于我国寒区水文过程的研究。资料的可利用性对模拟精度影响显著,在资料相对欠缺的流域模拟精度相对较差,资料短缺地区的HBV模型应用成为了亟待研究的重要方向。     

夏玉米气孔导度模型适用性分析

气孔导度的准确估算对理解作物的水分利用生理机制、预测实际蒸散发量具有重要意义。基于北京大兴试验基地2016-2017年夏玉米气孔导度观测数据，分析了环境因子不同形式或不同组合对Jarvis模型模拟精度的影响效应，对比了5种气孔导度模型(包括Jarvis多因子模型、Jarvis双因子模型、Ball-Woodrow-Berry (BWB)模型、Ball-Berry-Leuning (BBL)模型和统一气孔优化(USO)模型)的模拟效果，提出了模型在不同尺度下的适用性建议。结果表明：环境因子响应函数的形式与组合方式均较大程度影响Jarvis模型的模拟精度；5种气孔导度模型整体模拟精度为USO模型>BBL模型>BWB模型>g_sd-3模型>g_s-2模型。Jarvis双因子模型输入数据较少且数据获取方便，在区域尺度适用性更好；BWB和BBL模型精度更高而输入数据获取较难，适用于农田尺度的估算；USO模型输入数据少且易于参数率定，在农田尺度和区域尺度均有较好的适用性。在实际应用中应综合比选环境因子的组合形式及模型结构，将更有利于提升...