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.     

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。     

流域土壤重金属分布式运移模型研究

为利用遥感信息提取技术实现流域大尺度范围的土壤重金属运移估算,对大夏河流域进行采样调查,通过分析大夏河流域及其支流的土壤和水体样品,测定重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb的含量和分布特征,结果表明,5种重金属含量从大到小依次为Cr、As、Cu、Pb、Cd。根据流域河网分形特征,提出采用分布式运移模型估算大夏河流域的重金属运移量。应用GIS技术,采用网格法对大夏河流域及其子流域进行分维数提取并修正,其水系分维值为1.0163,小于1.6,判定大夏河流域地貌处于幼年期。对流域的相似性进行了建模验证与分析,并根据相似流域分维值和径流数据拟合关系,研究子流域径流量,进一步估算分布式重金属运移量,通过对比SCS-CN模型估算量进行验证。大夏河流域重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb的运移量估算结果为0.6710、0.2099、6.2816、1.7465、1.8377t/a。     

石羊河流域地下水化学演变对水循环更新响应及模拟

采用水文地质调查和水化学技术,通过对石羊河流域山前和中游武威盆地地下水的补径排关系及水化学模拟研究,探讨了该地区地下水化学演化规律对水循环更新的响应。研究结果表明,流域地下水从上游到下游矿化度逐渐升高,溶解性总固体(TDS)质量浓度在131~1 750 mg/L之间;水化学类型呈现明显分带特征,从HCO-3-SO2-4-Ca2+-Mg2+型逐渐转换为SO2-4-HCO-3-Mg2+-Ca2+型。利用GIS软件中的Kriging空间插值方法对研究区1989—2009年TDS进行模拟,结果显示:在时间上,随着年份增加,盆地南部地下水TDS值由于降水和融水的冲释,呈减小趋势,中部先升高后下降;在空间上,自山口沿径流方向,TDS质量浓度逐渐增大。由于河流渗漏对地下水的补给作用,石羊河河床带TDS质量浓度明显偏低。地下水储水量和地下水埋深下降速率分别为3.04×108m3/a和0.47 m/a。随着地下水位埋深的增大,TDS质量浓度呈减小趋势,降低速率在11.12~50.41 mg/(L·a)之间。     

基于SWAT模型的皇甫川流域径流模拟研究

随着气候变化和人类活动影响,分布于干旱半干旱地区的河川径流量显著减少,这已引起严峻的生活生产及生态等方面问题。本文基于SWAT模型,成功构建典型干旱半干旱地区皇甫川流域分布式水文模型,采用1990-1999年月径流资料进行参数率定,2000-2004年月径流资料作为模型验证,对模型的适用性做了评估。研究结果表明：率定期的Nash-Sutcliffe系数Ens值和相关系数R2均为0.80,相对误差Re为-4.6%,验证期的Ens值为0.66,相关系数R2为0.67,相对误差Re为10.1%,总体模拟结果较为满意。这为干旱半干旱地区分布式水文模型的应用奠定了基础,为皇甫川流域未来的水资源规划管理提供了科学参考依据。     

农田流域水文响应特征分析及模型考虑

农田流域由于下垫面性质的复杂和农业管理活动对水文循环的影响,表现出了与自然流域不同的水文特征。通过对农业水文、农田水利方面的相关研究进行总结,从农田流域典型下垫面和农业管理活动2个角度,分析农田与自然流域水文响应差异,提出建立基于农田水文系统特征的分布式流域水文模型的若干考虑。     

流域梯级水电站实时水情预报管理系统研究

综合运用基于DEM的流域水系模型与TOPMODEL水文模型构建出了流域梯级水电站实时水文预报模型,并以VS.Net为平台,运用分布式网络编程技术将二者集成,为西南某流域梯级水电站设计开发出功能先进和完善的网络版实时水情预报管理软件系统.该系统已投入使用,为实现流域水情预报的智能化、信息化和网络化管理提供了可靠的辅助工具.     

基于Budyko假设的岷江流域实际蒸散模拟研究

基于Budyko假设,采用傅抱璞模型对1980—2010年岷江流域实际蒸散进行模拟,将Mann-Kendall检验法、Pettitt突变检测法、反距离权重插值法用于分析实际蒸散的时空变化特征,以灵敏度及Pearson相关系数为指标分析了岷江流域实际蒸散的主要影响因子。结果表明,基于Budyko假设的傅抱璞模型对岷江流域实际蒸散的模拟效果较好。岷江流域多年平均实际蒸散在空间上呈自东南向西北逐渐减少的分布特征;在研究时段内,流域的多年平均实际蒸散呈显著下降趋势(通过99%置信度检验),并于1991年发生显著性突变(通过90%置信度检验)。岷江流域实际蒸散的变化是多种因素共同影响的结果,其中降雨是主要的气候影响因素。     

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.     

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。     

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。     

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。     

基于SEBS模型反演凌河流域尺度地表蒸散发量

利用NOAA/AVHRR数据和气象资料,结合反演陆面蒸发较为准确的SEBS(Surface Energy Balance System)模型,反演了2011年我国辽宁西部地区凌河流域蒸散发量的时空分布。研究表明,凌河流域各月的蒸散发量变化范围在0~7mm之间,少数地区超过7mm。研究为大面积获取我国辽西北干旱地区的蒸散发情况奠定了基础。     

基于DEM栅格的分布式BTOPMC模型在水文模拟中的应用

应用一个基于DEM栅格的分布式水文模型BTOPMC(Block-wise use of TOPMODEL)模型进行水文模拟研究.该模型结合IGBP全球陆面土壤覆盖与FAO全球数字土壤组成信息,以栅格为计算单元,进行产流计算;汇流采用Muskingum-Cunge法.为了探讨模型的应用范围,将BTOPMC模型与新安江模型应用于湿润流域与半干旱半湿润流域的水文日径流过程模拟,并采用SCE-UA算法进行模型参数优化.结果表明2个模型均能很好地模拟湿润流域日径流过程,在半干旱半湿润流域BTOPMC模型的模拟效果较差,模型的产流机制需要进一步的完善,以扩大模型的应用范围.     

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。     

塔里木河流域绿洲生态水权的流域分配研究

缺少绿洲生态水权流域分配及其研究制约了塔里木河流域绿洲生态水权分配纳入流域水量分配方案,影响了绿洲生态环境的维护与恢复重建;为此,首先明确界定了塔里木河流域绿洲生态水权的流域分配内涵,然后确定了绿洲生态水权的流域分配方法和模型,计算了塔里木河流域绿洲生态水权流域分配,主要结果表明:绿洲生态水权纳入流域水权初始分配是落实三源流和干流上中下游生态水权主体权责与客体分配的重要制度保障。塔河流域绿洲生态水权流域分配主要在叶尔羌河流域与干流中下游;年内分配主要在3-5月和6-9月。而且,适宜绿洲生态水权流域分配与绿洲维持恢复生态水权流域分配较高。这不仅是塔河流域绿洲生态水权流域分配方案确定的参考依据,也成为绿洲生态水权行政区域分配的基础。