缺资料地区小型水库纳雨能力计算模型构建及应用

针对缺资料地区小型水库预警难题,构建了考虑不同小水库运行方式的纳雨能力计算模型,并提出适用于缺资料地区的模型参数方案,开发考虑未来降雨的纳雨能力迭代试算方法。以2023年8月21日为起始时刻,计算湖南省缺资料地区32座试点小型水库的纳雨能力,并以和平水库为例开展纳雨能力滚动计算。结果表明:计算得到的试点小型水库防洪风险与降雨分布合理相关,能够直观展现降雨主落区内的高风险水库分布,实现了库水位和前期降雨对于纳雨能力影响的合理量化,并且能够实时反映不同时期影响纳雨能力的主要因素的动态变化。

缺资料地区泥石流预警雨量阈值研究

合理的雨量阈值指标是保障泥石流预警报准确性的关键,对于研究泥石流形成机制、分析预测未来活动特点以及指导防治工程设计等方面均具有重要意义。由于国内山区大多数泥石流沟均无降雨和灾害资料,目前国内外通行的实证法和频率计算法不能满足其泥石流预警报的需要。通过分析泥石流预警区的降雨条件、水文特征及下垫面条件,提出了基于水力类泥石流起动机制来计算泥石流预警雨量阈值的方法。主要根据流域地形及松散固体物质等特征,计算该流域泥石流起动的临界水深,并结合流域产汇流机制、特征降雨量随海拔变化规律、暴雨雨型特征,进而计算该流域泥石流预警雨量阈值。研究成果在四川省凉山州宁南县城后山史家沟流域进行了应用和验证,结果表明该方法具有合理性和可行性。该方法解决了缺资料地区泥石流预警报的难题,为山区泥石流预警报提供了一种新的思路。

基于多源数据集估算缺资料地区地表净辐射及其时空变化特征

本文以黄河源区为例,利用ITPCAS气象要素驱动数据集和GLASS地表反照率数据集,基于Penman-Monteith公式估算缺资料地区1979-2015年逐日地表净辐射(Rn),用GIS空间分析技术与Mann-Kendall趋势分析方法揭示其时间动态特征与空间演变规律。结果表明:1)对比ITPCAS气象要素驱动数据集和气象站数据估算的Rn,其相关系数均在0.98以上,均方根误差处于1.29～1.77之间;2)黄河源区年和四季Rn均呈下降趋势,每10年均降幅为-0.067MJ·m^(-2)·d^(-1),秋季降幅最小,春、冬降幅最大;黄河源区Rn年内呈单峰型,最大值出现在5月(14.31MJ·m^(-2)·d^(-1)),最小值出现在12月(3.34MJ·m^(-2)·d^(-1));3)年和各季节Rn值及变化趋势的空间分布相似;年平均Rn的大部分地区(91.6%)呈下降趋势,其中冬季Rn下降最明显,秋季Rn下降最不明显;4)黄河源区Rn在4 000～4 500m的区域内最大,而在4 500m以上最小;除了秋季Rn在3 500～4 000m区域外,其余季节在所有DEM分区中皆呈现下降趋势。

缺资料地区水体突发重金属污染的快速预警

针对缺资料地区水体突发性重金属污染事件,开展快速预警研究,可以快速预测重金属到达下游水域敏感点的时间和影响程度及范围,以降低突发事件带来的危害。通过地形概化、水力学特征参数快速设置、特征污染物参数选取、模型参数自动校正,建立了缺资料地区水体突发重金属污染事件的快速预警方法,并应用于甘肃突发锑污染事件。将预测值与实测值进行相关性分析,R^2在95%以上,表明该方法可对甘肃锑污染事件发生后污染物到达下游敏感点的时间、浓度变化过程与影响范围进行很好的预测,为事故的风险预警及应急决策提供了依据。

基于分布式水文模型SWAT的缺资料地区水资源评价方法

气候变化和人类活动对流域水资源演变的影响程度不断加剧,对传统水资源评价技术方法提出了挑战。针对变化环境下缺资料地区传统水资源评价方法水量"还原"失真、水质水量评价分离、地下水和地表水评价分离等问题,本文采用了基于分布式水文模型SWAT的水资源评价方法,探讨了其评价原理、关键步骤和在缺资料地区的适用性等,并以西北内陆河玛纳斯河流域山区为例,比较了传统水资源评价方法和本文所用方法评价结果的差异。结果表明,本文所用方法在流域水资源评价精度、评价对象和水文要素的完整性、评价时段的灵活性上具有显著的优越性,证明利用具有物理机制的分布式水文模型有望实现水资源的动态、高效和快速评价,其评价原理可为水资源评价方法的改进提供一种新思路和技术支撑。

缺资料地区降雨量空间插值方法比较

为探求适用于缺资料地区降雨量空间插值的方法,以黑龙江省东北部地区为研究对象,基于各县区9个气象站点的观测数据,运用插值计算中的确定性法和地统计法,借助ArcGIS中的分析工具,计算不同雨量条件下各种方法的插值结果,经交叉验证,优选出适用于年、月和场次降雨量等不同情况下的插值方法。结果表明,普通克里金法在年和场次降雨插值中,误差最小;考虑高程因素的协同克里金法在月降雨插值中,效果最佳;确定性插值方法计算出的结果误差较大,插值输出表面平滑度较低。故在利用较少样本点进行插值计算时,使用复杂度更高和考虑空间自相关性更全面的地统计插值法会得到较好的结果。

缺资料地区河道水动力模拟——以卫河为例

基于SRTM-DEM(3弧秒)数据提出了一种简便合理的断面提取及处理技术,并结合MIKE11模型建立了卫河中下游元村至临清段水动力模型.结果表明应用SRTM-DEM提取河道断面的水动力模拟效果较好,模拟值与实测值在所有断面其相关系数均在0.9以上,效率系数均在0.6以上.该研究可为缺资料地区水动力模拟提供借鉴和参考.

区划方法在缺资料地区水文模型参数识别的发展与展望

缺资料地区水文预测一直是水文领域研究的重点和热点问题之一。目前,国内外学者对于缺资料地区水文预测常规方法是区划方法。通过文献梳理对缺资料地区水文预测的研究进展进行了总结分析,并就区划方法的适用性、存在的问题及不确定性这3个方面进行讨论,最后提出关于未来研究中亟待解决的几个问题以及突破口。

湄公河流域缺资料地区水资源量评估方法探讨——以老挝南乌河和柬埔寨洞里萨湖为例

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。

缺资料地区产流径流时空特性分析及其关系研究——以洮河流域为例

为了解决缺资料地区的产流、径流时空特性分析问题,采用SWAT模型、多元统计分析法、相关系数法、弹性分析法等方法,研究分析缺资料地区——洮河干流分区段产流、径流的时空变化规律,揭示降雨量P、产流量Y、径流量R三者之间关系以及径流变化影响因素。结果表明:洮河流域红旗站1956-2019年径流量整体呈显著减小趋势,1987年发生突变;SWAT模型率定、验证期决定系数分别为0.78、0.79,Nash-Suttcliffe系数分别为0.78、0.77,相对误差均小于10%,模拟效果令人满意;河道径流中游占比最大(50.71%),其次为上游(37.21%),下游占比最小(12.08%),中游是径流量的主要来源;产流量由上游到下游呈减少变化,依次为214.18、179.43、81.16 mm;代桑曲子流域产流量最大,岔河、东峪沟最小;相关性排序为P与Y、Y与R、P与R,且相关性由上游到下游逐渐减弱;气候变化和人类活动对径流变化的贡献率分别为20%和80%,人类活动是主要因素。研究成果有利于揭示洮河流域各区段产水径流变化及影响机理,同时为缺资料地区产流径流时空分析提供理论支撑。

缺资料地区降水系列的插补及验证

针对部分地区降水资料缺乏的问题,以德清县为研究对象,提出了日尺度降水资料的插补方法,该方法通过对已有降水数据进行时间尺度转换和空间插值的方式插补出缺资料地区日降水数据。结果表明:①德清站插补结果中日降水强度、强降水量及连续有雨天数的误差均小于3%,与直接用周边站点的逐日数据对数据缺失站进行插值相比,各站月降水数据与实测值的相关系数平均提高0.11,均方根误差降低了42.3%;②将降水插补结果作为分布式水文模型的降水输入时,径流模拟效果得到了有效改善,1960—2018年模拟径流量和实测径流量系列的纳什效率系数由0.62提高到0.87,相对误差由-4.2%降至-2.3%;③日尺度降水插补结果的相关系数、5 d最大降水量及强降水量对研究区分布式水文模拟效果影响较大。

缺资料地区多源降水产品适用性评价——以巴西巴拉那河为例

作为地面站降水监测的补充,以卫星遥感为代表的多源降水产品是准确识别区域特别是缺资料地区降水分布的关键。从时间和空间两个维度,以决定系数(R 2)、纳什效率系数(NSE)和相对误差(RE)为评价指标,以地面站实测降水信息为参照,比较评估了CFSv2、ERA5和基于改进model-X knockoffs的随机森林方法遥相关建模形成的降水产品(TPP)在巴西巴拉那河上游流域降水信息识别中的适用性。结果表明:TPP和ERA5预测研究区降水量与实测值拟合精度高于CFSv2产品。时间上,交叉时段3种典型降水产品计算研究区的面雨量与实测值拟合R^(2)和NSE均表现为ERA5>TPP>CFSv2,其中,CFSv2产品存在计算的面雨量较实测值偏大问题,拟合RE为28.2%;ERA5则相反,与实测值拟合RE为-10.3%;TPP产品计算的面雨量与实测值拟合RE最小,仅为0.33%。空间上,3种产品与遴选气象站点实测降水量拟合R 2和NSE表现为ERA5>TPP>CFSv2,|RE|则表现为TPP<ERA5<CFSv2,其中,CFSv2和ERA5产品在流域东南部高海拔少雨区与实测值拟合精度高于流域西北部低海拔多雨区。研究成果可为相似降水产品适用性评价研究提供借鉴,为巴拉那河流域径流预报、水资源综合管理提供支撑。

城市化发展背景下缺资料地区径流量分析

为推求城市化发展背景下缺资料地区径流量,文章将研究区域划分为生态区及建成区,利用历史短序列水文资料,通过模型适应性分析、NAM降雨径流模型构建、模拟效果分析后,计算出生态区径流量;同时,对建成区进一步解析下垫面类型,采用径流系数法计算出建成区不同下垫面径流量,与生态区径流量之和作为研究区径流量。文章将生态区与建城区分别计算,能够解决城市化缺资料地区逐日、逐旬、逐月径流量的求解问题,形成了一套比较系统的方法理论,可为其他区域提供参考借鉴。

缺资料地区防洪工程设计洪水计算探讨——以党水河关帝段为例

设计洪水是设计、建设及运维防洪工程的决策依据。为解决小流域实测水文测站和洪水观测资料缺乏对洪水设计难题,以洋县党水河关帝段防洪工程为例,对比分析了洪峰面积相关法、水文比拟法和推理公式法在缺资料地区设计洪水计算过程中的应用。结果表明:运用推理公式法所得到的相关洪水计算结果最大,洪峰面积相关法次之,水文比拟法最小。经过方法比选,本文推荐由推理公式法计算出的结果作为设计洪水基准。该方法不仅可为党水河关帝段制定防洪工程设计标准提供基本依据,也为同类型地区设计洪水的计算提供了参考。

一种用于缺资料地区山洪预警方法研究与应用

针对资料缺乏地区中小河流,提出了采用降雨径流相关法进行产流计算,采用Nash汇流模型进行汇流计算的山洪预警方法。利用ArcGIS软件由DEM提取流域的地貌地形信息,建立地形地貌参数与Nash汇流模型参数之间的数学关系,并推求出Nash汇流模型的n和k两个参数值,确定流域的汇流单位线。以大别山区大沙河流域为例,对10次洪水过程进行了模拟。结果表明:该方法不仅避开了大量的降雨径流资料的分析和处理,而且对径流深和洪峰流量模拟合格率均达到了80%,取得了较好的模拟效果,为解决缺资料地区的山洪预警问题提供了一种途径。

多源遥感驱动的SRM模型在缺资料地区的研究及应用

以MODIS雪盖、风云静止卫星降水、GLDAS气温等多源数据,作为传统SRM模型的输入参数,构建多源遥感驱动的SRM融雪径流模型,并在缺资料地区——青藏高原的年楚河流域进行融雪过程的径流模拟。研究表明融雪后期的瞬时降雪很大程度上影响了插值后积雪覆盖率的精度,在插值的时候考虑降水和气温,排除瞬时积雪干扰,改进线性插值获得每天的积雪覆盖率,可以提高模型模拟精度;遥感驱动的SRM模型在缺资料地区年楚河适用性较好,Nash-Sutcliffe系数(NSE)达到0.681,体积差(Dv)为-0.17%,均方根误差(RMSE)为9.678,模型模拟的精度较高。研究结果可为高寒地区生态水文模型研究提供重要参考,同时可为SRM模型在其他流域尤其是缺资料地区融雪径流计算中的应用提供有效支撑。

缺资料综合利用水库兴利调节计算研究

水库兴利调节计算是开展水资源论证的核心工作,而对于缺少入库径流观测资料的供水水库而言,来水量计算是进行水库兴利调节计算的关键步骤。针对缺资料地区水库实际情况,基于降雨径流系数法推求入库径流量,并综合采用水文比拟法、水量平衡法等多种方法合理确定径流系数。根据水库调度运用原则按照长系列时历法以旬为单位进行水资源供需平衡调节计算,得到了不同取水规模下的调节计算成果,评价了不同取水规模的供水保证程度及对灌溉、发电等其他用水户的影响,以达到对水资源合理分配及优化的目的。

缺观测资料干旱地区区域地下水模型可靠性探讨

生态环境脆弱的干旱区生态和地下水关系紧密,然而在缺观测资料干旱地区是否能建立区域地下水模型以分析地下水动态以及可靠性如何是一个比较现实而重要的问题.本文在阐述缺观测资料地区建立区域地下水模型存在的问题时,详细介绍了建模时可利用的公众数据来源,最后以呼伦湖流域为实例,说明了模型的建立过程,并利用地下水动态数据和遥感解译的土地利用数据进行了模型验证,阐述了缺观测资料地区可以建立区域地下水模型以及利用卫星数据提高缺观测资料地区地下水模型精度的可行性.结果可为提高缺观测资料地区区域地下水模型的仿真性提供参考.

ERA-5降水数据在雨量站稀疏地区的适用性研究--以缅甸密支那流域为例

为探究降水产品在雨量站稀疏地区的适用性,选择位于缅甸的密支那流域作为研究流域,以雨量站数据作为参考数据,评估了ERA-5再分析降水数据的精度;并使用ERA-5数据率定和驱动CREST模型,探究了该数据应用于径流模拟的可行性。结果表明:在整个研究区域内,ERA-5数据和雨量站数据之间的相关程度高,差距较小;而在径流模拟方面,ERA-5数据可以较好地模拟中低水位的日径流过程,对于高水位流量则存在着一定的低估,但不同观测时段的NSCE系数均在0.7以上,总体而言精度仍较高;对于月径流量,该数据在不同观测时段的NSCE系数均大于0.85,相关系数均在0.9以上,能够较好地描述径流的年内变化特征。因此,ERA-5降水数据在一定程度上可以代替雨量站数据作为研究区域的降水数据来源,应用于流域水资源管理、水利工程设计等领域。

MSWEP降水产品在尼洋河流域的应用

为探究MSWEP卫星降水产品在缺资料地区的应用,以尼洋河流域为例,通过双线性插值得到流域内4个站点处的卫星降水资料,以站点实测降水资料为参照对MSWEP降水数据进行不同时间尺度的精度评估,并利用平均偏差校正法和基于空间分布模式的校正方法对研究区范围内的所有卫星网格降水数据进行校正处理,最终用实测数据以及原始、校正后的卫星降水数据分别驱动SRM融雪模型,模拟更张站2002~2015年的径流过程。结果表明,校正后的降水数据提高了径流模拟的精度,且基于空间分布模式校正的降水数据取得了更优的径流模拟效果,验证期的确定系数在0.70~0.76之间,径流体积相对误差在1.62%~7.87%之间,可见MSWEP在尼洋河流域具有较高的适用性。研究结果可为与尼洋河流域水文气象条件相近但资料稀缺地区的降水和水文模拟等提供参考。