HEC-HMS模型在紫荆关流域水文模拟中的应用

水文模拟对于流域防洪减灾、水资源规划管理有重要意义。基于Aster GDEM2提取紫荆关流域特征,并利用HEC-GeoHMS构建流域HEC-HMS模型。采用初损后损法、Clark单位线、马斯京根法和指数退水曲线法进行产汇流计算,模拟紫荆关流域1980~1988年16场次洪,其中前11场次洪用于率定,其余5场次洪作为验证。结果表明,HEC-HMS模型在紫荆关流域水文模拟中模拟效果较好,率定期的确定性系数在0.762~0.932之间,验证期的确定性系数在0.706~0.890之间,验证了该模型在我国半湿润地区大中流域应用的可行性。

Clark单位线法的分布式改进

Clark单位线法是一种分散型集总式的单位线模型。基于Clark单位线的线性性质,可以将单一线性水库分别平移至不同等流时单元进行调蓄,建立相应的单位线,并按不同等流时单元传播滞时分别进行推移叠加,从而改进成为一种分布式的单位线模型表述形式。该分布式单位线模型演算参数取值方法包括2种:整体算术平均与逐级算术平均。将改进后的分布式单位线模型应用于沿渡河子流域时段单位线的推求,并与他人采用传统Clark单位线法计算得到的时段单位线进行了比较,结果表明对Clark单位线法的分布式改进是合理的。研究成果为以后进一步将Clark单位线法分布改进应用于水文响应单元提供了基础。

基于随机理论的Nash单位线研究

应用随机理论对Nash单位线进行分析研究,把模型参数α看作是随机变量,推导出Nash随机S曲线的公式并应用于沿渡河流域的汇流计算中。应用这种方法模拟降雨径流过程能同时给出出流过程均值和方差。

城市路网汇流线性效应与Clark分布式单位线适用性检验

模型适用性是水文模型应用需要考虑的一个重要问题。针对Clark分布式单位线模型,结合北京未来科技城北区城市路网降雨径流监测数据,通过模型模拟与效果评价(包括确定性系数R2、Nash-Sutcliffe效率系数NSE和总径流量相对误差RE),综合检验路网汇流的线性效应与Clark分布式单位线法的适用性。结果表明:径流流量模拟值与实测值变化趋势基本符合,确定性系数R2值在0.40~0.89之间,平均值为0.73;Nash-Sutcliffe效率系数NSE值在-0.77~0.87之间,平均值为0.26;总径流量相对误差RE值在-0.77~0.36之间,平均值为-0.18;总体模拟效果可以接受。其中,不同场次降雨径流模型评价指标变化与降雨强度密切相关,确定性系数R2值与Nash-Sutcliffe效率系数NSE值均随雨强的增大而逐步趋近于1,总径流量相对误差RE值则随雨强的增大而振荡趋近于0,说明模型效果随雨强增大而趋于优化、适用性程度不断提高,并间接反映出路网汇流的线性效应不断增强。

单位线法在推求洪水中的应用

应用克拉克单位线法、纳希瞬时单位线法、地貎瞬时单位线法、SCS无因次单位线法、斯奈德合成单位线法等5种单位线法对《湖南省暴雨洪水查算手册(修编版)》和《江西省暴雨洪水查算手册》的案例进行探讨,分析各种单位线法的适用情境。结果显示,克拉克单位线法、纳希瞬时单位线法、地貎瞬时单位线法结果相近,2本手册的案例均采用纳希瞬时单位线法,手册结果具有合理适中的特性。SCS无因次单位线法峰值结果较大,适用于更极端恶劣情境。斯奈德合成单位线法峰值具有较平缓、延时长的特点,适用于较缓合的情境。

考虑降雨时空变化的单位线研究

流域降雨的时空变异性和地形地貌特征,以及不确定性因素对单位线的影响始终是流域汇流计算方法研究的难点问题。本文分析了传统的根据降雨时空分布不均匀性对单位线进行分类的方法及其缺点,推导了考虑暴雨重心位置和降雨强度的影响的S曲线法,给出了新的S曲线方程,建立了S曲线参数与暴雨重心位置和降雨强度的关系,采用该方法可求得任一暴雨重心位置及任一降雨强度下的时段单位线。该方法具有谢尔曼经验单位线简便实用的特点,又具有考虑降雨时空变异性的优点,在沮河流域洪水预报模型中的应用表明该方法是可行的。

一种时变分布式单位线计算方法

为了解决由降雨强度引起的径流汇流的非线性问题,提出一种基于SCS(United States Department of Agriculture-Soil Conservation Service)流速公式的时变分布式单位线计算方法。引入参考雨强表征SCS公式中流速系数对应的水力条件。由降雨过程的时段雨强与参考雨强的比值构成一个量纲一因子,将该因子加入SCS公式后使其能够考虑降雨对流速的影响。改进后的流速公式用于计算一次降雨过程中不同降雨时段对应的时变分布式单位线,时变分布式单位线与新安江模型的产流模块构成降雨径流模型,将模型用于裴河流域率定参考雨强。率定后的模型用于谭家河流域进行应用检验,结果显示,确定性系数大于等于0.9的洪水场次,由时不变单位线的42%增大为83%。提出的方法能够显著提高流域水文模型的降雨径流模拟能力。

地貌瞬时单位线研究进展

自从 Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ－ Ｉｔｕｒｂｅ 等人开创了地貌瞬时单位线的研究以来， 从理论上探讨用流域地形地貌参数定量流域水文响应， 已成为近２０ 年来水文学中最富有吸引力的研究课题之一。总结了基于 Ｈｏｒｔｏｎ－ Ｓｔｒａｈｌｅｒ 河流分级和水系随机模型推导流域地貌瞬时单位线获得的主要研究成果， 对地貌气候瞬时单位线作了综述。

不同时段的时段单位线的比较分析

介绍了单位线的基本概念和时段单位线转换的原理和方法,分析比较了同一流域上不同时段的时段单位线,指出其相同点为径流量相等,均为一个单位净雨,汇流时间相等;不同点为时段单位线的单位时段越小,其峰值越大,峰现时间越提前,历时越短,而时段长时则相反。认为这符合一般洪水的汇流特征。

基于栅格式SCS模型的分布式水文模型研究

利用基于栅格分布的土地利用类型和土壤类型,通过将SCS模型改进为栅格式的SCS模型,并结合栅格式Clark单位线汇流方法,构建了一个具有松散耦合型分布式水文模型.该模型结构简单,模型参数较少,所需流域特性资料容易获取,对流域具有较强的适应性,并可以获得流域栅格分布式的产流结果.本研究将该模型应用到欧阳海流域上,构建洪水预报模型进行场次洪水过程模拟,并与新安江模型模拟结果进行对比.模拟结果表明,所构建的松散结构分布式水文模型具有较高的模拟精度,能够应用到实际的洪水预报中.