TRMM/GPM和Stage IV降水产品在小流域水文模拟效用评估

以地面观测降水作为参照,在美国俄克拉荷马州Little Washita River流域,对比分析了TRMM 3B42 V7,GPM-IMERG卫星降水和Stage IV雷达降水的精度,并用这3种降水产品驱动CREST分布式水文模型,评估了其水文模拟效用.研究表明:3种降水产品与地面降水的相关系数均大于0.5,通过了0.05置信水平检验;GPM-IMERG和TRMM3B42 V7卫星降水对无雨和微雨存在低估,对大雨和暴雨存在高估;总体上,Stage IV降水精度最好,其次GPM降水精度优于TRMM 3B42 V7.在水文模拟效用评估中,设定相同率定期,分别使用3种降水产品率定CREST模型参数,得到率定参数集后,在相同验证期对流域日径流过程进行模拟.对比结果表明:Stage IV雷达降水在小流域水文模拟中效果最好,GPM-IMERG次之,TRMM 3B42 V7模拟效果不理想.     

多源降水产品在不同气候带的水文模拟评估

以NOAA-CPC-US降水产品作为参照,选取美国不同气候带的8个流域,通过对比分析,评估了卫星降水PERSIANN和GPM-IMERG、雷达降水StageIV以及第5代ECMWF大气再分析全球气候数据ERA5等降水产品的精度,继而以5种降水数据驱动分布式水文模型(CREST),评估了它们在径流模拟中的效用.结果表明:雷达降水StageIV在8个不同气候带中的降水估算精度最好,其次是卫星降水GPM-IMERG和PERSIANN,气候模式降水ERA5.在径流模拟中,Stage IV和NOAA-CPC-US在不同气候带的流域都表现较好,能够满足不同气候带流域水文模拟需求.降水GPM-IMERG和PERSIANN的径流模拟能力在不同气候带并不一致,稳定性不高,地处低纬度的气候带好于高纬度气候带;且总体上降水GPM-IMERG优于PERSIANN,这2种降水产品在水文模拟使用时还需进一步验证;ERA5的水文模拟效果不理想,尚不能支撑不同气候带小流域的水文模拟.     

国产多源降水融合及其在小流域暴雨山洪预报中的应用

近期,国家气象中心推出了中国自行研制的多源降水融合产品,理论上,此产品的出现可有效解决国内缺乏监测站点区域的洪水预报预警问题,但是国产降水融合产品在这个领域应用较少,且其数据精度及其在暴雨洪水过程模拟的效用有待进一步评估。本文选取湍河上游后会水文站控制流域作为研究区域,采用模块化时空变源分布式水文模型,以站点降水和国产融合降水作为模型的输入,其中国产融合降水是基于地面雨量站、雷达、FY-2气象卫星三种数据源融合而成,对后会流域2018年两场实测洪水过程进行模拟,用以评估国产融合降水信息的水文模拟效用和数据精度,研究结果表明:国产融合降水产品在降水落区的把握上具有较高的精准度,但在数量上相对于站点观测数据具有一定程度的低估,在两个洪水过程中分别为13.1%和3.4%。在流域径流模拟方面,此融合降水产品具有较高的精度,两场洪水过程的确定性系数均在0.8以上,分别为0.84和0.91。国产多源融合降水产品在无资料流域洪水预报的问题上具有较好的应用前景,研究成果可为评估、改善国产融合降水数据的质量提供案例支撑和技术参考。     

多源数据融合对IMERG降水产品的改进

全球降水测量计划的最新卫星降水产品(Global Precipitation Measurement,GPM)虽然提供了更精细的空间分辨率,但是受限于地形、气候等自然因素,GPM(IMERG)产品在不同区域仍存在较大的系统偏差和随机误差,因此在水文应用方面通常需要预先校正。以渭河流域为典型示范区,选取2014年4月至2015年12月的地面实测降水数据为参照值,引入由遥感土壤水分数据反演的降水数据集SM2RAIN-CCI,通过加权最小二乘估计的融合方法提升IMERG的数据质量,并在日尺度上对IMERG产品和融合数据进行评估分析。结果显示:在站点尺度上,尽管BIAS的提升有限,但融合数据的CC和RMSE都有明显改善,特别在流域中低纬度区域融合效果良好;比较时间序列上的流域逐日平均降水量,融合数据能有效减小统计误差;在空间分布上,融合数据的各项统计误差较原始IMERG数据均有较大的改善。     

全球降水观测计划IMERG降水产品对中国大陆极端降雨监测能力评估

全球降水观测计划GPM降水产品IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)作为热带降水观测计划TRMM降水产品TMPA(TRMM Multisatellite Precipitation Analysis)的继任者,提供了覆盖范围更大、时间序列更长、精度和时空分辨率更高的降水数据来源。论文以国内809个气象台站2000-2017年逐日降水作为基准数据,选取极端日降水(R95p)、极端降水总量(R95pTOT)、最大日降水量(Rx1day)、最大5日降水量(Rx5day)和大雨日数(R25mm)5种极端降水指标,评价IMERG V06 Final(IMERG)在中国大陆的极端降水探测能力,并与TMPA 3B42V7(TMPA 3B42)的结果进行对比。结果表明:①总体上,各项极端指标下IMERG对极端降雨监测表现优于TMPA 3B42产品;②IMERG除倾向于低估R95p、高估R95pTOT外,其他极端降水指标偏差均低于TMPA 3B42;③在极端降雨的探测上,两个卫星产品在高海拔和干旱地区的探测精度较低,但IMERG V06的表现较TMPA 3B42更好,可靠性更高;④在极端降水频率的表现上,IMERG的频率分布较TMPA 3B42更接近于实测雨量,但在更高强度降水(>100 mm/d)中均存在低估。     

基于陆面水文耦合模型CLHMS的黄河源区水循环模拟与分析

以黄河源区作为研究对象,建立适合于黄河源区的大尺度陆面水文耦合模式,并利用该模式开展1971-2014年该流域水文水循环过程的数值模拟,通过干流主要水文站流量资料对模型的模拟精度进行率定和验证。分析结果表明,模型模拟的水量平衡系数接近于1,Pearson相关系数高于0.85,而纳什效率系数高于0.72,因此模式对流量峰值的模拟能力有待提高。模式模拟水循环主要要素的时空分布有较高的精度和准确性,因此该模式适用于黄河源区水文循环模拟。     

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。     

不同目标函数对水文模型模拟效果影响研究

水文模型的模拟效果与目标函数的选取直接相关,最常用的目标函数是纳什系数。纳什系数存在不足之处,因此产生了纳什系数的变形形式,主要包括对数形式、开方形式、绝对值形式和相对值形式。目前,不同目标函数(如纳什系数及其变形形式)对模拟效果影响的研究相对较少。以黑河流域上游为研究区,应用FLEX-Topo水文模型、采用MOSCEM-UA参数优化算法,通过设定不同的目标函数,从纳什系数、相关系数、平均绝对误差和平均值之差4个数值指标评估模拟效果,从而揭示各变形形式对整体模拟效果的影响。结果表明:(1)4种纳什系数变形形式的模拟结果中,开方形式的模拟效果最好;(2)以纳什系数为目标函数的模拟结果会高估洪峰流量,而以变形形式的模拟结果略好,但都会低估基流流量;(3)目标函数分别为纳什系数和开方形式的模拟结果相差不大,但开方形式对洪峰流量的模拟略好,且相关系数更高。黑河流域的水文模拟建议采用开方形式。     

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。     

基于栅格的分布式新安江模型在三岔河流域的洪水预报研究

分布式水文模型有效结合了流域地形,包括流域边界、坡度、流向、河网水系等地理信息特征,考虑了降雨、下垫面条件等时空分布不均匀性,是现阶段水文模型的研究热点之一。在考虑水库调蓄作用的基础上构建了基于栅格的分布式新安江模型,并用于乌江上游三岔河流域普定水库和高车水文站的洪水预报中。结果表明,普定水库和高车水文站洪水模拟纳什效率系数分别达到了0.85和0.95,可以为该地区的洪水预报以及流域内任意点的雨量预警提供支撑。     

2000—2016年叶尔羌河中下游植被覆盖动态变化遥感分析

【目的】获取干旱区内陆河流域地表植被覆盖变化信息,探讨和揭示内陆干旱地区地表植被空间演变规律。【方法】以叶尔羌河流域2000—2016年Landsat系列遥感影像数据、水文和气象数据、社会经济数据为主要数据源,基于RS、GIS及GPS等技术,采用空间数据处理、信息提取解译、海量数据建库、图属一体化、数据仓库管理技术等方法,研究分析2000—2016年流域植被覆盖时空动态变化及驱动因素。【结果】①从时间方面看,2000—2016年研究区植被覆盖面积整体呈减少趋势,即由2000年的6 025.9 km~2减少至2016年的5 620.4 km~2,减少了405.5 km~2,年减少率为0.42%,其中,主要为低盖度植被向劣盖度植被转移,研究区植被覆盖趋于退化;②从空间方面看,研究区天然植被主要分布于B段(叶尔羌河与提孜那甫河汇合处至三河汇口处),以劣植被覆盖为主,2000—2016年植被覆盖度减少区域主要集中在A段(卡群以下至叶尔羌河与提孜那甫河汇合处),且减少的植被覆盖多为劣盖度。【结论】研究区生态水平退化主要因素可归结为平原区气温升高造成的蒸散发损失加大及绿洲水土资源开发利用挤占生态用水造成的地下水位下降。     

Remote sensing and in situ-based estimates of evapotranspiration for subirrigated meadow,dry valley,and upland dune ecosystems in the semi-arid sand hills of Nebraska,USA

Water consumed through evapotranspiration (ET) impacts local and regional hydrologic regimes on various spatial and temporal scales. Estimating ET in the Great Plains is a prerequisite for effective regional water resource management of the Ogallala (High Plains) Aquifer, which supplies vital water resources in the form of irrigation for extensive agricultural production. The Sand Hills region of Nebraska is one of the largest grass-stabilized eolian (windblown) sand dune formations in the world, with an area of roughly 50,000–60,000 km² that supports a system of five major land cover types: (1) lakes, (2) wetlands (with lakes, ~5%), (3) subirrigated meadows (water table is within ~1 m of surface; ~10%), (4) dry valleys (water table is 1–10 m below surface; ~20%), and (5) upland dunes (water table is more than 10 m below surface; ~65%). Fully understanding the hydrologic regime of these different ecosystems is a fundamental challenge in regional water resource assessment. The surface energy and water balances were analyzed using Bowen Ratio Energy Balance Systems (BREBS) at three locations: (1) a meadow, (2) a valley, and (3) an upland dune. Measurement of the energy budget by BREBS, in concert with Landsat remote sensing image processing for 2004 reveals strong spatial gradients between sites in latent heat flux that are associated with undulating topographic relief. We find that daily estimates of ET from BREBS measurements and remote sensing agree well, with an uncertainty within 1 mm, which is encouraging when applying remote sensing results across such a broad spatial scale and undulating topography.     

陕西沣河水环境特征及污染构成解析

通过资料收集和现场监测,对沣河2001-2011年水污染时空变化特征和成因进行了分析;在沣河秦渡镇水文站断面进行了洪水期与非洪水期水质水量同步监测,分析比较了洪水期和非洪水期水质特征;分别采用构建的水文分割法和通用的平均浓度法对沣河非点源污染负荷及其比重进行了计算。结果表明：（1）沣河2001～2006年污染较严重,2007～2011年水质逐年好转;2001～2006年从上游到下游沣河水质沿程逐渐恶化,2007～2011年沣河流域水质污染情况为上游<下游<中游;沣河2001～2006年NH3-N平均浓度基本处于Ⅲ类水质以内,2007～2011年基本处于II类水质以内;沣河2005~2006年COD平均浓度处于IV类水质以内,2007～2011年处于II类水质以内;洪水期水质好于非洪水期水质。（2）水文分割法和平均浓度法计算结果符合良好,该法可用于有限资料条件下非点源污染负荷的估算。沣河非点源污染影响在2007年后明显增大,2009年（P=45%）沣河秦渡镇水文站以上流域NH3-N和TN非点源污染负荷在总负荷中所占比例分别为47.40%和50.78%。NH3-N和TN年内非点源污染负荷所占比重从枯水期到丰水期呈明显递增趋势。     

汉江流域水文序列变点分析

利用1961~2000年汉江流域15个测站的月径流量、月降水量和月平均气温资料,分析了水文序列的正态分布性和非正态序列的正态化,采用里和海哈林法等分析了流域径流、降水和气温的变异性。结果表明,在汛期时,汉江流域降水和径流的变点年份基本一致;枯水期时,变点年份不一致。主要原因是丹江口水库的调节作用,对汉江中下游径流量的影响枯水期远远大于汛期。而气温与径流的变点年份相差较大,表明汉江径流量变异的主要因素不是气温,主要受降水和水库调节的影响。     

MIKE BASIN 模型在吉林市水资源配置方面的应用

以吉林市第二松花江为典型流域,利用MIKE BASIN软件,构建吉林市第二松花江流域水资源配置模型,搜集吉林市1990~2010年水文资料和用水资料,利用吉林水文站1990~2010年控制站流量实际数据进行验证,对规划水平年2015年进行预测计算。由模型运行结果得到全流域供需水量平衡数据,“二松”干流上三个子流域水量充足,能够满足其用水户用水,其他三个流域都有不同程度的缺水,主要缺水区域集中在鳌龙河、团山子河及牤牛河子流域上游,团山子河子流域在2015年月平均缺水量达8.58万m3,牤牛河子流域月平均缺水量为8.78万m3,鳌龙河子流域月平均缺水量为12.32万m3。采取地表水与地下水联合调度的方法来解决缺水问题。MIKE BASIN模型的建立为吉林市水资源合理配置和经济可持续发展提供决策依据。     

遥感技术在水文水资源领域中的应用研究进展

遥感数据具有周期短、信息量大和成本低的特点,为水文水资源研究提供了丰富的数据源。详细介绍了遥感技术在水文水资源领域的主要应用研究进展,包括降水、蒸散发、径流与水文模型、地表特征及参数提取、洪涝灾害监测、水土保持、土壤水分与旱情监测、积雪与融雪、水质监测和地下水等方面,展望了今后应用研究的发展方向。     

资料稀缺高海拔山区降水量推算方法及在水文模拟中的应用

在无法使用常规降水插值方法情况下,以SWAT模型划分高程段做法为基础,提出基于多年平均实测径流量与模拟量偏差率最小为目标函数推算资料稀缺山区降水的方法,并用于玛纳斯河流域流量模拟。结果表明,月流量模拟结果良好,日值模拟效果一般,实测与模拟值平均相对误差都在4％以内。说明该方法能有效控制模型中长时间尺度水的输入量,能在一...