分布式水文模型

摘要： 本文分析了黄水沟流域1961~2019年间的水文过程变化特征,并采用GCM模型和分布式水文模型(SWAT模型)预估了流域内的未来气候和来水量变化:在1961~2019年间径流呈增加趋势,年均增长率为0.0226 ×108 m3,年内径流主要分布在夏季,占全年径流的57.1%。模拟结果表明,在RCP4.5和RCP8.5情景下,到21世纪末(2066~2099)黄水沟流域最高气温将分别升高2.8°C和5.0°C;降水量总体呈上升的趋势,2066~2099年间将增至251 mm和265 mm;黄水沟径流呈现出先升高再下降的趋势,最高年径流分别达3.59 ×108 m3和3.78 ×108 m3,黄水沟未来年径流在夏季变化幅度最高。研究结果可为黄水沟流域水资源合理开发利用,提供科学基础和依据。

摘要： 基于多层次GIS空间分析模型技术,系统地建立了从流域雨洪过程相关影响因子栅格化处理到产汇流过程模型的集成化模拟方法,首次实现了对流域内任意栅格单元内河道断面的径流过程线的可视化测算。同时还对于模型中单元水流长度与河道单元流速率定方法进行了优化改进。实例分析结果表明:模型结构更为严谨、参数设置更为科学,改进的技术方法对于福建汀江十年一遇洪水场次的模拟结果精度有明显提高,能够满足相关海绵城市规划应用需求。

摘要： 当前分布式水文模型的参数确定仍主要依赖率定方式,在缺资料地区应用受到限制。建立一种基于变动饱和带产流模式和网格水滴汇流方法的分布式产汇流模型,提出利用下垫面特征来确定模型参数的方法。结合野外入渗试验和参数敏感性分析,建立地表饱和水力传导度(K_(0z))和饱和水力传导度随深度衰减系数(f)2个敏感性产流参数与地形参数、土壤类型数据的定量统计关系,利用野外坡面流观测试验确定坡面汇流参数,并在多个实际流域进行应用验证。结果表明:①利用地形参数确定K_(0z)与使用遥感资料确定K_(0z)的模型精度进行对比,在姜湾实验流域场次洪水模拟的平均确定性系数从0.82提高至0.86,洪峰与洪量误差的平均绝对值分别降低了2.2%和0.95%,但峰现时间误差平均绝对值增大了4%(仍控制在2 h内)。②建立姜湾等14个流域参数f率定值与不同深度土壤类型数据的定量关系,移用至七邻等6个流域进行验证,表明参数f关系式与模型率定的精度非常接近,相对误差的平均绝对值为2.8%,场次洪水模拟的平均确定性系数为0.83,洪峰与洪量误差的平均绝对值为10.07%和6.86%,峰现时间误差的平均绝对值为2.61 h。提出的敏感性产流参数确定方法与野外实测、模型率定、遥感资料推求等方式进行对比,均具有较高的参数估计精度和场次洪水模拟精度,在缺资料地区具有适用性。

摘要： 本文在分布式水文预报的平台上,对汤旺河流域的洪水预报模型进行研究,依据土壤水的再分布,选取蓄满两层水源模型、径流系数两水源模型、霍顿两水源模型、微调版新安江模型进行对比分析,分析参数的敏感性,进行模型验证及精度评定,确定适合汤旺河上游五营站的洪水预报模型及参数。

摘要： 为计算洞庭湖平原水资源并分析未来气候变化对研究区水资源量的影响,基于2010—2013年洞庭湖平原实测水文气象数据以及DEM、土地利用、土壤类型等数据,利用ArcSWAT构建了洞庭湖平原分布式水文模型进行径流模拟,对土壤水、河道径流和地下水分别进行了水均衡分析,并通过设置5种不同的未来气候变化情景,研究了气候变化对水资源量的影响。结果表明:①洞庭湖平原年均降雨量为254.27×10^(8) m^(3),实际蒸散发量占总补给量的59.96%,土壤对地下水的补给量占总补给量的30.93%,地表径流量和侧向流量占总补给量的20.37%,因此大气降雨的主要排泄方式是蒸散发,在降雨量变化幅度较大时研究区内土壤对地下水的补给比地表径流受降雨的影响更大,土壤水呈负均衡;②均衡期内地表水年均资源量为120.84×10^(8) m^(3),基流量对河道径流的补给量(57.13%)大于地表径流对河道径流的补给量(41.12%);该流域地下水补给的主要来源是土壤对地下水的补给,模拟期内年均地下水资源量为78.64×10^(8) m^(3),地下水呈正均衡;③地表径流量、河道径流总量、基流量与气温呈负相关关系,与降雨量呈正相关关系,不同气候变化情景下,降雨量、地表水资源量和地下水资源量的变化明显,当降雨量减少10%(年均降雨量减少118.62mm)、温度升高1°C时,年均地表水资源量减少19.18×10^(8) m^(3),地下水资源量减少2.7×10^(8) m^(3),而当降雨量增加10%(年均降雨量增加118.62mm)、温度下降1°C时,年均地表水资源量增加23.77×10^(8) m^(3),地下水资源量增加4.2×10^(8) m^(3)。

摘要： 基于流溪河模型构建了不同空间分辨率的新丰江水库入库洪水预报模型,采用粒子群算法优选模型参数进行洪水模拟,对比实测资料验证了模型性能。结果表明,建立的新丰江水库入库洪水预报流溪河模型模拟效果优良,符合新丰江水库入库洪水预报的精度要求,可用于新丰江水库入库洪水预报:90 m空间分辨率的模型模拟效果最好,200 m空间分辨率的模型也具有良好的模拟性能,500 m空间分辨率的模型模拟性能有明显降低。模型计算工作量随分辨率的提高呈指数增加,90 m空间分辨率的参数优选时间是200 m空间分辨率参数优选时间的7.04倍,而200 m空间分辨率的参数优选时间是500 m空间分辨率参数优选时间的3.53倍。

摘要： 在部分地区,实测水文资料匮乏制约了流域水资源量的评估,流域由于“汛期成湖、枯期成河”的典型特征更是增加了对缺资料地区进行水资源量评估的困难。选择老挝南乌河(河流流域)和柬埔寨洞里萨湖(湖泊流域)2个典型流域,采用遥感数据以及再分析气象产品驱动分布式水文模型探讨了实测水文资料条件不足时的河流和湖泊流域水资源量的评估方法。研究结果表明:流域分布式水文模型在河流流域进行水资源量评估的适用性较好,在湖泊流域进行水文模拟时,需要考虑利用湖区水位面积曲线计算湖泊动态水面面积。研究成果可为缺少实测水文资料地区的水资源配置研究提供科学的水文基础支撑。

摘要： 目前在不同领域SWAT模型的运用日益增多,其扩展模块ArcSWAT模型因软件强大、界面友好也逐渐运用到国内外气候、泥沙、非点源污染等领域的模拟中。通过文献的梳理和分析,ArcSWAT模型的运用范围主要是流域水文循环、土壤侵蚀、污染物负荷、气候变化与土地利用变化的影响几个方面。分析了ArcSWAT模型存在的局限性,对其未来发展进行了展望,以期为ArcSWAT模型更好地应用于实际提供参考。

摘要： 密云水库作为华北地区最大的水库,具有防洪、供水等功能,是确保首都防洪安全和供水安全的重要水利工程。准确预报密云水库洪水对于优化水库调度、确保首都防洪安全具有重要意义。介绍了密云水库水文预报的发展历程及各种预报方案的应用情况,重点介绍了分布式水文模型EasyDHM在洪水预报过程中的使用情况。预报成果分析表明,现有的分布式水文预报模型能更好提升密云水库的洪水预报精度。

摘要： 该研究基于能量转换原理构建汇流模型,针对中小河流汇流参数确定困难、汇流计算准确度低的问题,分析流域内水质点能量的空间分布,采用将重力势能转化为动能的方式估计地表水流速度,计算空间流速场并提取地貌单位线。采用分辨率30 m×30 m的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据,将湖南省竹溪坡流域划分为57个计算单元,分别采用能量转换法和坡度雨强法提取了地貌单位线。构建了研究区的分布式模型,其中产流计算采用新安江模型,坡面汇流采用地貌单位线模型,河网汇流采用马斯京根法,对竹溪坡流域36场降雨径流过程进行模拟。采用统计方法分析汇流参数,对参数的取值范围进行了评估。结果表明,与坡度雨强法相比,基于能量转换方式的洪水模拟结果中,峰现时间误差不超过1 h的场次比例由30.5%提高到83.3%,确定性系数不低于0.9的场次由9场提升至17场,平均确定性系数达到0.89,显著提高了模拟精度。通过对断面流速进行统计分析,评估竹溪坡流域汇流参数取值范围为[0.008, 0.014],当参数在此区间浮动时,确定性系数不低于0.9的场次比例为44%~50%,与率定得到的结果接近。该方法物理意义明确,参数可以通过率定或者测量方式确定,为无资料地区汇流规律研究提供了一种可靠思路。

摘要： 淮河中游地区地下水是支撑当地经济社会发展的重要水资源,其补给规律决定了地下水资源的可更新能力.为了揭示该地区地下水的补给规律,选取其中具有代表性的典型区域为研究区,以耦合了地下水数值模型的流域分布式水文模型为研究工具,在区域水循环整体中研究地下水的补给规律.结果分析显示,研究区地下水补给方式以降水入渗补给为主,占总补给的80％以上;降水的年内分布对地下水补给影响较大,降水年内分布越均匀,对地下水的补给越充分,较小的年降水量可能产生较大的补给量;空间分布上,地下水的降水入渗补给存在随地表高程降低而增加的趋势.本研究的方法和结论可为淮河中游地区的地下水研究与实践提供有价值的参考.

摘要： 以滁河流域为研究区,在GIS技术支持下,应用RRI(Rainfall Runoff Inundation Model)分布式水文模型对"凤凰"台风造成的流域性洪涝过程进行了洪水淹没和径流模拟.利用MODIS资料计算得出的洪水淹没实况对洪水淹没模拟进行检验,得出模拟的洪水淹没的区域和卫星监测的区域基本相似.对滁州城区、南京浦口区及城区、全椒县襄河镇的大范围积涝具有较好的模拟能力,并且模拟的洪水淹没深度和实况较为一致.各水文站流量峰值及流量的变化趋势也均得到较好的模拟效果.可见RRI模型在滁河流域有较好的适用性,具有一定的推广意义.

摘要： 子牙河平原是河北省重要的粮食基地,同时也是海河流域水资源问题十分严重的地区.为了应用分布式水文模型优化该地区的农田灌溉制度,本文首先运用洗牌复形演化(SCE-UA)算法在栾城和曲周两个试验站对分布式水文模型(SWAT)中的作物参数进行率定,接着以遥感监测ET数据为目标,应用拉丁超立方-单次单因素(LH-OAT)方法对SWAT中与地表径流、土壤、植被、蒸发、融雪和地形相关的参数进行了敏感性分析,选出了对实际蒸散最敏感的参数,并用序贯不确定性(SUFI-2)算法优化出一套参数范围并进行不确定性分析.在此基础上,对冬小麦-夏玉米轮作体系的ET、产量和水分利用效率进行长期模拟.这些参数率定和模拟结果为进一步深入研究该地区水分生产函数和优化灌溉制度打下了扎实的基础.

摘要： 无资料山洪小流域预报对于阈值统计预报与机理模型预报都是非常复杂的预报难题.本研究基于GMKHM分布式水文模型建立川北无资料小流域山洪预报模型,模型参数采用先验估计技术获取,并针对流域2017年8月下旬山洪过程,基于逐小时的QPE和QPF产品驱动进行预报试验.结果表明,模型的实时预报精度较高,其中洪峰预报误差为10％,峰现时差为0h.

摘要： 中小河流预警预报模型方法是中小河流监测预警预报体系建设中的重要内容,本文将其分为集总式水文模型、分布式水文模型、其他经验方法3种类型进行探讨后指出,集总式水文模型和其他经验方法在目前中小河流预警预报实时作业中仍然占有重要位置,分布式水文模型具有应用潜力,但目前还没有大规模用于洪水预报业务;而后结合典型实例分析了中小河流预警预报方法应用与方案编制过程中资料收集、预报模型选择、参数率定、精度评定等关键环节的主要内容,最后提出中小河流预警预报方案要根据流域能够获得的雨量、水文、下垫面、洪水特性、相似流域预报方案等资料情况综合考虑选择具体方法.

摘要： 以四川省宜宾市商州河小流域为例,探讨了采用分布式水文模型法计算无流量记录地区山洪灾害雨量预警指标的方法.模型通过分析降雨、产流、汇流及河道洪水演进等环节,由成灾水位对应的流量反算不同时段的临界雨量,进而得到山洪灾害雨量预警指标.分析认为,分布式水文模型在无流量记录地区山洪灾害雨量预警指标计算中具有一定优势;同时,在山洪灾害雨量指标应用中,非常湿润条件下的雨量预警指标运用频次较高,计算时应特别注意该条件下各种模型参数取值的合理性.

摘要： 河北省水资源严重短缺,农业生产供需矛盾十分突出.研究子牙河平原冬小麦优化灌溉制度对实现该区农业持续发展有重要意义.本文以我们经过参数率定与模拟验证的SWAT为手段,设置了一种充分灌溉处理和九种非充分灌溉情形,拟合得到了冬小麦的水分生产函数,在此基础上,以不考虑氮磷胁迫的历史灌溉情景为基本情形,设置了三种优化灌溉方案.结果表明:与基本情景相比,冬小麦产量略有降低(产量平均降低3.44％),水分利用效率(WUE)平均提高5.11％.优化的灌溉制度可以为子牙河平原农田灌溉用水高效利用提供参考依据.

摘要： 分布式水文模型是认识与理解水资源和水环境问题的重要工具,合理的流域空间划分和流域拓扑关系构建则是分布式水文模拟的前提条件.以D8(deterministic eight-neighbors)法为基础的流域划分方法应用十分广泛,但是该方法在平原河网区的应用受到很大限制,主要原因在于平原河网区存在大量的交叉河网结构、多出口湖泊和圩区,这些特征在D8方法中都无法合理表达.rn 本文提出了一种新的平原河网区流域划分方法。该方法通过构建一种能描述平原河网区河湖网络特征的数据模型，解决了交叉河网结构、多出入口湖泊与水库、多排灌站好区的表达问题，以流域真实的数字河湖网络和DEM数据作为输入数据，实现流域集水单元的划分和集水单元拓扑关系的建立。该方法应用于太湖流域湖西区，划分的集水单元能较好体现流域真实的集水特征。避免了D8方法和“Stream burning”方法在平原河网区提取河网位置不匹配、丢失交叉河网结构、难以表达湖泊与水库单元等问题。本文方法划分的集水区同时包含了汇流和分流的拓扑关系，目前的分布式水文模型主要采用汇流计算方式，所以开发新的分布式水文模型是后期的研究内容。

摘要： 为更好地模拟分析流域非点源污染对山美水库水质的影响,联合运用流域日尺度分布式水文模型SWAT和二维垂向水动力水质模型CE-QUAL-W2,将SWAT模型的时序输出作为CE-QUAL-W2模型的输入条件,从而构建了山美水库流域水量水质模拟联合模型,并对流域径流、输沙和污染物以及水库的水位、水温和无机氮等变量进行了率定.结果表明:尽管受流域部分计算结果的影响,误差会累积到下游水库水体的计算,但模型的模拟结果与实测数据的吻合程度仍然较高,说明联合模型可以较好地反映山美水库流域及库区水体的水动力和污染物过程.模型的进一步使用可以为定位流域关键污染源区、控制水库富营养化提供科学依据.

摘要： 为了进一步揭示流域景观格局变化的水文效应,以晋江流域为研究区,基于SWAT模型分别模拟1985年和2006年两种景观格局下,2002-2010年气象条件时的日径流过程;应用景观格局分析法和Pearson相关分析法,定量分析了景观格局变化对洪枯径流的影响,探讨了影响机制.研究表明:1)SWAT模型能够较精确模拟晋江流域的日径流过程;2)2002-2010年气象条件时,与1985年景观格局相比,在2006年景观格局下晋江流域年平均最大1d和连续最大5d径流深分别增加5.46％和4.97％,年平均最小1d和连续最小7d径流深分别减少3.79％和2.55％;3)洪水径流与景观格局相关性最显著,最大1d和连续最大5d与林地景观面积呈显著负相关,相关系数分别为-0.764和-0.721;最大1d与Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数呈显著正相关,相关系数分别为0.721和0.736;与最大斑块指数和蔓延度呈显著负相关,相关系数分别为-0.61和-0.596,说明林地景观面积的减少降低了流域对强降水的截留能力;景观类型均衡化分布,连通性降低,降低了水分在流域的内部循环能力,导致洪峰流量的增加;4)景观格局指数与最小1d和连续最小7d的相关性不显著,说明景观格局变化对枯水径流的直接影响较小.

摘要： 本发明公开了一种基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法，其包括获取模型流域的水平比例尺；将室外研究流域的出口流量转化为模型流域的目标出口流量，并随机选取一个模型流域的垂直比例尺；将研究流域的水平比例尺、垂直比例尺下、水文参数和地形参数导入WEP‑L模型中；采用WEP‑L模型计算模型流域的理论出口流量；采用Nash‑Sutcliffe效率、相关系数和相对误差三个评价指标判断理论出口流量是否大于目标出口流量；若大于，则令并返回步骤S3，K2为垂直比例尺；若小于，则令并返回步骤S3，K2为垂直比例尺；否则，输出水平比例尺和当前的垂直比例尺。

摘要： 本发明提出了一种基于矩形网格的分布式水文模型和二维水动力模型的单向耦合方法，包括以下步骤：步骤1，获取分布式水文模型计算所得的小时尺度净雨量栅格数据；步骤2，采用插值法将小时尺度栅格数据转化为与二维水动力模型时间步长一致的秒尺度栅格数据；步骤3，降尺度后的栅格数据即可作为驱动条件，输入二维水动力模型中质量守恒方程的源项进行水动力计算。本发明方法中基于栅格尺度建立从分布式水文模型到二维水动力模型的单向耦合，保证了水循环过程的连贯性，解决了传统方法中由空间尺度不统一带来的质量不守恒问题。本发明方法还具有计算过程简单、好操作、易推广等优势。

摘要： 本发明涉及一种基于分布式水文径流模拟替代模型的径流滚动预报方法，包括：(1)对分布式水文模型中的格点按径流特征进行聚类，获取流域的代表单元；(2)基于所确定的流域代表单元的格点径流、分布式水文模型得到的站点模拟径流、以及长短记忆神经网络LSTM构造分布式水文径流模拟替代模型；(3)利用分布式水文径流模拟替代模型对研究区域进行径流滚动预报。本发明方法基于径流特征对流域格点进行分类获得代表单元，并基于LSTM构造替代模型，加速了分布式水文模型的径流模拟速度，显著地缩短了分布式水文模型径流滚动预报所需的时间，极大地节省了分布式水文模型在径流滚动预报时所需的算力。

摘要： 基于DSS数据库读写的分布式水文模型多场次洪水参数率定方法，属于水文模型参数率定技术领域，步骤为：1)构建多目标遗传算法eNSGA‑II框架用于HEC‑HMS模型的参数多目标优化率定；2)基于参数优化框架，利用JAVA语言将参数种群中的个体写入basin文件以输入模型参数，并在模型运行之后从DSS数据库中提取模拟结果反馈至框架以计算参数个体适应度生成新参数种群，实现模型与参数优化框架的耦合，完成整个参数自动率定过程；3)依据参数物理意义是否符合流域特性等标准，在Pareto解集中选取适宜的参数输入模型，并对模拟结果进行精度评定。本发明突破模型的应用局限性，极大地节省率定时间和人力，有利于模型的推广使用。

摘要： 本发明公开了一种基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法，其包括获取模型流域的水平比例尺；将室外研究流域的出口流量转化为模型流域的目标出口流量，并随机选取一个模型流域的垂直比例尺；将研究流域的水平比例尺、垂直比例尺下、水文参数和地形参数导入WEP‑L模型中；采用WEP‑L模型计算模型流域的理论出口流量；采用Nash‑Sutcliffe效率、相关系数和相对误差三个评价指标判断理论出口流量是否大于目标出口流量；若大于，则令

摘要： 本发明提出了一种基于矩形网格的分布式水文模型和二维水动力模型的单向耦合方法，包括以下步骤：步骤1，获取分布式水文模型计算所得的小时尺度净雨量栅格数据；步骤2，采用插值法将小时尺度栅格数据转化为与二维水动力模型时间步长一致的秒尺度栅格数据；步骤3，降尺度后的栅格数据即可作为驱动条件，输入二维水动力模型中质量守恒方程的源项进行水动力计算。本发明方法中基于栅格尺度建立从分布式水文模型到二维水动力模型的单向耦合，保证了水循环过程的连贯性，解决了传统方法中由空间尺度不统一带来的质量不守恒问题。本发明方法还具有计算过程简单、好操作、易推广等优势。

摘要： 本发明涉及一种基于WEP分布式水文模型的河川基流分析方法，属于水文技术分析领域。本发明本发明基于具有物理机制的分布式水文模型WEP，其能直接考虑各水文要素的相互作用及其时空变异规律，从水循环的动力学机制来描述流域水文问题能够分析流域下垫面变化后的产汇流变化规律，基流作为水文循环的重要组成部分，WEP模型也可以有效模拟其变化过程。本发明对分布式水文模型WEP输出结构进行了改进，使模型能够输出逐日基流量数据，使得基流计算结果具有水文循环的物理基础；弥补了传统基流计算方式在缺资料地区不能计算的缺陷；为评估历史基流量变化贡献，和未来恢复基流量提供评估方法。

摘要： 本发明涉及一种基于分布式水文径流模拟替代模型的径流滚动预报方法，包括：(1)对分布式水文模型中的格点按径流特征进行聚类，获取流域的代表单元；(2)基于所确定的流域代表单元的格点径流、分布式水文模型得到的站点模拟径流、以及长短记忆神经网络LSTM构造分布式水文径流模拟替代模型；(3)利用分布式水文径流模拟替代模型对研究区域进行径流滚动预报。本发明方法基于径流特征对流域格点进行分类获得代表单元，并基于LSTM构造替代模型，加速了分布式水文模型的径流模拟速度，显著地缩短了分布式水文模型径流滚动预报所需的时间，极大地节省了分布式水文模型在径流滚动预报时所需的算力。

摘要： 本发明公开一种基于流向的分布式水文模型并行计算方法，包括提出基于NetCDF(Network Common Data Format)的参数描述方法；实现对分布式水文模型的标准化构建；实现流域离散化与网格构建；根据河道关系、汇流关系，提取并行演算次序序列，实现分布式水文模型并行计算；本发明改变了分布式水文模型传统串行计算的方式，基于网格流向划分(GFD)实现模型计算效率的提升。

摘要： 本发明提供一种河道型水库库区的分布式水文模型建模方法，属于分布式水文建模技术领域。首先，获取建立库区分布式水文模型所需基本资料，包括地形地貌数据、水文气象数据,寻求合适的网格尺度，为分布式水文模型的建模提供依据。其次，对子流域与坡面流域进行划分，并进行产汇流计算。最后，根据传统的评价指标评价每场洪水的预报表现，并进行参数率定。本发明通过分布式水文模型的建立，将库区划分为子流域和坡面流域，将坡面流域划分为更为精细的坡面水文响应单元，可以充分反映坡面单元下垫面的空间变异特征，进而更为准确的模拟坡面流域的入流情况。