Evaluating Functions of Reservoirs'Storage Capacities and Locations on Daily Peak Attenuation for Ganjiang River Basin Using Xinanjiang Model

Flooding is the most prevalent and costly natural disaster in the world and building reservoirs is one of the major structural measures for flood control and management. In this paper, a framework was proposed to evaluate functions of reservoirs′ locations and magnitudes on daily peak flow attenuation for a large basin of China, namely Ganjiang River Basin. In this study, the Xinanjiang model was adopted to simulate inflows of the reservoirs and flood hydrographs of all sub-catchments of the basin, and simple reservoir operation rules were established for calculating outflows of the reservoirs. Four reservoirs scenarios were established to analyze reservoirs′ locations on daily peak flow attenuation. The results showed that: 1) reservoirs attenuated the peak discharges for all simulated floods, when the flood storage capacities increase as new reservoirs were built, the peak discharge attenuation by reservoirs showed an increasing tendency both in absolute and relative measures; 2) reservoirs attenuated more peak discharge relatively for small floods than for large ones; 3) reservoirs reduced the peak discharge more efficiently for the floods with single peak or multi peaks with main peak occurred first; and 4) effect of upstream reservoirs on peak attenuation decreased from upper reaches to lower reaches; upstream and midstream reservoirs played important roles in decreasing peak discharge both at middle and lower reaches, and downstream reservoirs had less effect on large peak discharge attenuation at outlet of the basin. The proposed framework of evaluating functions of multiple reservoirs′ storage capacities and locations on peak attenuation is valuable for flood control planning and management at basin scale.

The Simulation of Hydrological Processes in an Ungauged Alpine Basin by Using Xinanjiang Model

由于冰雪的存在及缺乏地面观测站点资料,高寒地区的水文模拟研究一直面临很大的困难。遥感数据能够提供大范围时空尺度上的地面信息对无资料地区有很大帮助。MODIS数据具有较高的时空分辨率深受人们关注。本文以长江上游泥曲流域为例,探求将MODIS遥感数据与地面气温数据相结合对新安江模型径流模拟的帮助,方法步骤如下:(1)建立MODIS雪覆盖面积与流域周围站气温关系,获取气温阈值;(2)依据气温阈值判别降水形式并计算融雪水当量;(3)将雨雪分离后的降水信息输入新安江模型模拟径流,并与新安江模拟结果(未考虑雨雪分离)和实测径流进行比较。研究结果显示改进方案(考虑雨雪分离)模拟效果更好,将有助于提高新安江模型在高寒无资料地区的径流模拟精度,为高寒无资料地区水资源管理及生态需水研究提供帮助。

THE IMPROVED XINANJIANG MODEL

To improve the Xinanjiang model, the runoff generating from infiltration excess is added to the model. The another 6 parameters are added to Xinanjiang model. In prin ciple, the improved Xinanjiang model can be used to simulate runoff in the humid, semi-humid and also semi-arid regions. The application in Yi River shows the improved Xinanjiang model could forecast discharge with higher acetrracy and can satisfy the practical requirements,It also shows thai the improved model is reasonable.

Coupling the Xinanjiang model with geomorphologic instantaneous unit hydrograph for flood forecasting in northeast China

The Xinanjiang(XAJ)model has been successfully applied in humid and semi-humid regions.Considering the geomorphologic factors to accurately estimate floods,this study adopted the geomorphologic instantaneous unit hydrograph(GIUH)method to calculate the surface runoff instead of the experience unit hydrograph(EUH)in the original model.The geomorphologic factors of the case study basin were obtained by using a digital elevation model(DEM)and the Terrain analysis using Digital Elevation Models(TauDEM).Furthermore,the dynamic Muskingum model was used for the channel flood routing.This study focused on the simulation of heavy precipitation and floods over the Chong River,which is a tributary river to the Songhua River on the right bank in northeast China.The detailed steps of the method were shown,up to the estimated value of flood runoff discharges and flood peaks and their comparison with observed values.The average deterministic coefficients(DCs)of model calibration and validation were 0.89 and 0.83,respectively.The results show that the model precision is high and the model is feasible for flood forecasting.Lastly,some methodological perspectives to enhance the method are presented.

TOPMODEL在流域径流模拟中的应用研究

介绍了TOPMODEL的基本结构与理论。该模型结构简单、物理概念明确、优选参数少,在集总式和分布式流域水文模型之间起到了一个承上启下的作用。TOPMODEL在国外已被广泛研究,并认为是一个相当成功的流域水文模型。为了进一步拓宽该模型的应用,选择6个不同尺度、分布于不同区域和不同气候条件下的流域来应用研究该模型的径流模拟效果。结果表明,该模型在率定和校核两个阶段的模拟精度都比较高,基本上能达到新安江三水源模型的水平。

SCE-UA算法在新安江模型及TOPMODEL参数优化应用中的研究

利用江西修水流域资料,将遗传算法和SCE-UA算法对新安江模型汇流参数及TOPMODEL参数进行优化,并对其结果进行了分析研究,得出了以场次洪水拟合的确定性系数为指标,用SCE-UA算法对TOPMODEL参数自动优化的结果比新安江模型的结果稍好的结论。

结合新安江模型和TOPMODEL模型对流域土壤水分空间分布模式的描述(英文)

改进型新安江模型利用双抛物线型曲线来描述流域土壤蓄水容量的空间分布及进行产流计算.双抛物线型曲线有一种内在结构,能够利用同一组参数对流域空间上同时存在的多种土壤水分模式进行描述.然而,这一曲线为统计积分表达式,需要利用流域降雨径流观测资料通过最优率定来确定.传统的TOPMODEL模型利用湿润指数或土壤-地形指数,对流域内每一点的土壤水分进行预测.然而,TOPMODEL模型假定整个流域处于稳定状态,且地下水位与地面平行.这种简化处理使得TOPMODEL模型并不适用于流域每一点.本文结合新安江模型双抛物线型曲线和TOPMODEL模型湿度指数,充分利用流域降雨径流观测资料和分布式地形数据,对不同的土壤水分模式在广东省珠江三角洲双桥流域空间上的分布进行了确定,研究得出了该流域划分TOPMODEL模型适用范围的湿度指数临界值.

基于栅格的新安江模型与GTOPMODEL模型

根据新安江模型和TOPMODEL,建立了基于网格的分布式水文模型Grid-Xina′njiang和GTOPMODEL。将模型用于黄河支流洛河流域以及钱塘江支流密赛和太湖支流西苕溪流域的洪水模拟计算,并与新安江模型和TOPMODEL的结果进行比较。结果显示,基于网格模型的模拟精度要高于原模型的精度。

Searching for an Optimized Single-objective Function Matching Multiple Objectives with Automatic Calibration of Hydrological Models

In the calibration of hydrological models, evaluation criteria are explicitly and quantitatively defined as single-or multi-objective functions when utilizing automatic calibration approaches.In most previous studies, there is a general opinion that no single-objective function can represent all important characteristics of even one specific hydrological variable(e.g., streamflow).Thus hydrologists must turn to multi-objective calibration.In this study, we demonstrated that an optimized single-objective function can compromise multi-response modes(i.e., multi-objective functions) of the hydrograph, which is defined as summation of a power function of the absolute error between observed and simulated streamflow with the exponent of power function optimized for specific watersheds.The new objective function was applied to 196 model parameter estimation experiment(MOPEX) watersheds across the eastern United States using the semi-distributed Xinanjiang hydrological model.The optimized exponent value for each watershed was obtained by targeting four popular objective functions focusing on peak flows, low flows, water balance, and flashiness, respectively.Results showed that the optimized single-objective function can achieve a better hydrograph simulation compared to the traditional single-objective function Nash-Sutcliffe efficiency coefficient for most watersheds, and balance high flow part and low flow part of the hydrograph without substantial differences compared to multi-objective calibration.The proposed optimal single-objective function can be practically adopted in the hydrological modeling if the optimal exponent value could be determined a priori according to hydrological/climatic/landscape characteristics in a specific watershed.

基于决策树C5.0的水库防洪调度研究

水库是一种重要的防洪工程措施,科学的水库防洪调度方式是实现水库设计效益的关键。鉴于常规调度和优化调度存在的不足,以山东省跋山水库为研究对象,提出并评估了一种利用决策树C5.0算法制定水库防洪调度规则的新方法。首先,在根据实测洪水数据构建跋山水库新安江模型的基础上,采用暴雨资料进行洪水模拟;然后,以最大削峰准则为目标进行模拟洪水的优化调度;最后,由跋山水库优化调度方案生成洪水调度数据集,由决策树C5.0算法提取水库调度规则决策树,据此对4场实测洪水进行调度。结果表明:由调度规则决策树制定的调度方案可行,且比实测调度方案更优。以决策树算法制定水库调度规则的过程,可为水库实时防洪调度提供决策支持。

基于多种水文模型结构改进新安江模型

【目的】针对水文模型结构的不足提出改进方法。【方法】选择新安江模型、GR4J(mode′le du Ge′nie Rural a′4parame′tres Journalier)模型以及HYMOD模型在淮河流域进行应用对比分析,并基于GR4J模型与HYMOD模型的汇流结构对新安江模型进行改进,提出2种改进模型方法。【结果】(1)3种概念性水文模型在淮河王家坝流域均具有较好的适用性,其中新安江模型效果最好,但该模型在大流量模拟时存在低估现象;(2)M2模型(HYMOD模型汇流结构下的新安江模型)与新安江模型的模拟结果相近,大流量的模拟同样偏小,改进效果不明显;(3)M1模型(GR4J模型汇流结构下的新安江模型)模拟效果最佳,可以有效改善新安江模型对大流量的模拟效果,改进效果显著。【结论】M1模型可以有效改善新安江模型模拟径流时出现流量以及洪峰流量的低估现象,在研究流域内具有一定的应用价值。

新安江模型在紫荆关流域的应用

文章选取大清河流域紫荆关水文站为例,运用河海大学赵人俊教授团队提出的新安江模型分年代、分量级对紫荆关流域大、中洪水进行率定计算,分析其敏感参数,探究其规律,并应用实际预报,对北方半干旱半湿润山区洪水预报有积极作用。

新安江模型参数的不确定性分析

水文模型的不确定性研究是水文科学研究的重要课题。模型参数的不确定性分析是水文模型不确定性研究的重要内容之一。本文采用GLUE方法分析新安江模型参数的不确定性,结论基于对不同水文特征流域的长时间径流模拟,研究发现大量"等效性"参数组存在。据此将参数总结为三类:第一类为非敏感参数,如上层张力水容量UM等。它们对似然判据,及确定性系数(R2)影响小。第二类为敏感性参数,如河网蓄水消退系数CS等,其特点是对R2的影响大。第三类为区域性敏感参数,如张力水蓄水容量曲线的方次B等,它们对R2的影响力跟流域特征密切相关。这些结论有助于理解新安江模型参数,为今后流域水文模拟提供参考。文中还展望了未来水文模型不确定性研究的发展方向。

新安江模型理论研究的进展与探讨

回顾了新安江模型发展的历程,指出在具有物理基础的分布式水文模型发展遭遇理论瓶颈的背景下,可重新审视新安江等概念性模型的重要作用和地位。文章介绍了近年来新安江模型在结构、理论方法及应用等方面取得的进展,认为新安江模型是一个不断发展的模型理论体系。新安江模型理论的创新首先需秉承其理论的特色,即蓄满产流及以统计曲线形式表达的部分产流的概念,可用山坡水文的理论和发现指导模型创新,并采取野外实验、理论分析与计算机建模三者并重的理念。

基于GIS的DEM和分布式水文模型的应用比较

本文采用GIS地形分布技术和栅格技术,对TOPMODEL和新安江水文预报模型进行基于GIS的技术改造,构建了基于DEM栅格的TOPMODEL水文模型和基于GIS的TOPMODEL和新安江分布式水文模型,并将3个模型应用于黄河支流———洛河卢氏以上流域的水文模型的参数率定和模拟比较,以探讨GIS技术的应用和模型的适应性。结果表明在该研究流域上,3个模型都能很好地进行水文过程模拟,其中基于DEM栅格的TOPMODEL模型可取得更好的效果。

基于栅格的新安江模型的构建和应用

根据分布式模型和新安江模型的最新理论,建立了基于栅格的分布式新安江水文模型,该模型能够考虑网格之间的水量交换.将建立的模型用于钱塘江支流密赛流域的洪水模拟计算,并与新安江模型的计算结果进行比较,可以看出,基于栅格的分布式新安江水文模型可以很好地应用于该流域进行洪水模拟,其模拟精度于原新安江模型的精度相当.

基于并行遗传算法的新安江模型参数优化率定方法

本文结合新安江模型参数的特点,以洪峰流量、峰现时间和洪水总量的合格率为评价目标,定义了评价洪水性能目标的模糊合格率,提出了新安江模型参数率定的并行遗传算法,并在微机集群环境下,利用JAVA语言进行了算法编程。串行和并行遗传算法计算结果的比较表明,本文提出的并行遗传算法可以大大缩短优化过程的时间,得到较为稳定的模型参数。

基于Extend FAST方法的新安江模型参数全局敏感性分析

模型参数敏感性分析可以诊断模型结构、识别模型关键参数,是模型建立和应用的关键步骤。该文应用高效、稳健的Extend FAST方法,以流溪河水库入库洪水模拟为例分析新安江模型参数的全局敏感性。结果表明,对Nash-Sutcliffe效率系数、总水量平衡误差系数、低水流量误差系数、高水流量误差系数四个目标函数,模型参数敏感性表现不同。Extend FAST方法的部分结果与GLUE方法的结果进行对比,两者对敏感性评价的结果基本一致,Extend FAST给出的主要敏感度和参数组合作用的敏感度也可以作为模型不确定性分析的依据。

基于Sobol方法的新安江模型参数敏感性分析

采用敏感性分析方法对复杂模型和系统的输入和输出进行定性和定量的分析,有利于模型结构的诊断、模型参数的识别和模型的应用。现以桓仁水库流域为例,使用Sobol方法,以确定性系数、总水量误差系数、低水误差系数和高水误差系数作为敏感性分析模型的目标函数,分别对模型单参数和多参数的敏感性进行了评价。结果表明不同目标函数下参数的敏感性不同;Sobol能定量地给出参数的总敏感度和参数间相互作用的敏感度,适合于分析水文模型的参数敏感性。

基于DEM栅格的水文模型在沂河流域的应用

本文结合GIS技术和数字高程模型,运用基于DEM栅格流域信息提取技术,对传统的新安江模型及TOPMODEL进行改进,构建基于栅格的分布式新安江模型、基于栅格的TOPMODEL水文模型。并将模型应用于沂河临沂以上流域。通过流域信息提取、模型参数率定和流域典型洪水模拟,以探讨GIS技术与数字高程技术的应用和水文模型的适应性。应用结果表明,4个水文模型在该流域上的水文过程模拟效果良好,其中,基于栅格的新安江模型与基于栅格的TOPMODEL的模拟效果更好。