分水江流域半分布式洪水预报实践

分水江属钱塘江水系,是钱塘江下游左岸最大支流,流域面积3444 km^(2),主流全长164.2 km。洪水预报将分水江流域划分成48个子流域单元,以半分布式新安江模型进行产汇流计算,通过分水江流域拓扑结构以马斯京根模型进行逐级演算,对分水江水库等4座大中型水库及10个重点预报断面进行洪水预报,并通过SCE-UA算法进行参数调优。在分布式洪水预报过程中,通过已率定断面的流域特征值及率定结果,采用多元回归法的参数移植方案,逐级演算后,分水江水库的44场洪水的合格率为100%,模拟误差均在许可误差内,确定性系数均在0.7以上,其中0.9以上19场,洪水预报方案满足乙级精度标准。

基于落水洞的岩溶半分布式水文模型的构建及其应用

以贵州省普定县后寨河流域为例,设计1个分单元计算产流和引入落水洞计算汇流过程的半分布式水文模型,先采用不同计算方法分单元模拟产流,后引入落水洞,计算落水洞的汇流路径,在单元区间和落水洞注入汇流中采用水箱模型和在地下管道和河道汇流中引入Nash瞬时单位线进行汇流演算,利用1988、1989年的资料对该模型进行参数率定和检验。结果表明:该模型在后寨河流域有良好的适用性,流量总量上趋于平衡,径流趋势一致,对洪峰、洪量控制较好。

半分布式耦合BP神经网络洪水预报模型研究

洪水预报是防洪减灾中的一项重要非工程措施,而在洪水预报中选择适当的水文模型对准确的洪水预报有着至关重要的意义。大伙房水库是辽宁省重要的水利工程,其地理位置决定了其防洪地位的重要性。采用BP神经网络以及遗传算法耦合大伙房模型(DHF),建立了一种半分布式洪水预报模型,对原有集总式大伙房模型进行改进,将其应用于大伙房水库以期提高预报效率并得到更好的预报效果。预报结果显示,预报效果良好,可用于正式预报。

基于动态互馈模拟的半分布式水资源综合调度模型

由于区域水资源循环过程呈现显著二元特性,自然水资源与社会经济发展间存在互相影响与制约的关系,因此需深入研究自然水循环与社会水循环间的动态互馈关系.为此,设计了基于动态互馈模拟的半分布式水资源综合调度模型,采用“实测、分离、聚合、建模、调控”的水资源循环时序动态反馈模拟方法设计调度模型架构,调度模型包括产汇流模块、再生水模块及水资源调度模块,基于单元内部的运算特征、单元间的运算特征和与河道汇流循环特征完成水资源系统单元的动态、联动、互馈的水资源模拟与调度.试验结果表明,所设计模型径流模拟平均误差率为4.25%,水资源调度总量误差为1.46%,达到水资源调度的要求;且与对比模型相比独具动态互馈功能,模拟与调度性能更优.

考虑山坡和洼地水力联系的半分布式喀斯特水文模型——以陈旗流域为例

针对峰丛喀斯特流域山坡、洼地地貌特征,构建了反映导水介质慢速、快速水流入渗补给和蓄泄特征以及山坡-洼地水力联系的半分布式水文模型。根据贵州省普定陈旗流域出口断面实测流量和洼地地下水位观测数据,对模型参数进行敏感性分析和优选,计算山坡、洼地多重径流成分。结果表明,该模型能较好地模拟流量以及地下水动态过程;山坡是流域的重要补给源,其水量占总水量的76%;山坡、洼地地表径流、快速径流、慢速径流占总水量比例分别为3.8%、71.8%,24.4%,反映了喀斯特地区裂隙管道快速流对陡涨、陡落流量过程的控制作用。

半分布式新安江模型应用研究

在利用数字高程模型技术(DEM)的基础上提取数字流域,将分布式单位线模型应用于新安江模型汇流计算模块,构建基于分布式单位线模型的半分布式新安江模型预报方案。在河南省竹竿河流域的应用结果表明:率定期洪峰流量合格率为88.24%,洪峰时间合格率为94.12%;检验期洪峰流量合格率为85.71%,洪峰时间合格率为85.71%。因此,将该模型应用于新安江模型汇流计算模块切实可行,且得出的半分布式新安江模型模拟精度较高,具有一定的实际应用价值。

半分布式新安江模型在石家庄西部山区小流域洪水预报中的应用

石家庄西部山区小流域众多,因流域面积小、坡度陡及河道调蓄能力较小等原因,洪水具有持续时间短、涨幅大、洪峰高、预报难度大等特点。现以柳林河流域为典型区域,将流域根据地形、地貌和水文站网等因素划分为3个子流域单元,采用半分布式新安江模型进行预报,各项精度指标均较高,为解决小流域洪水预报提供了有效途径,同时为无资料地区小流域洪水预报提供区域化参数移植成果。

基于地块概化和路网精细模拟理念的城市雨洪过程分区自适应模型

为解决城市尺度雨洪模拟过程中常见的地块区域地形及管网资料不足、道路区域行洪与积水严重以及现有雨洪模型计算精度差或计算效率低等问题,提出基于地块概化模拟和路网精细模拟理念的城市雨洪过程分区自适应模型。对于资料不足的地块划分子汇水区单元,采用水文学概化方法计算产汇流过程;对道路区域划分精细网格,采用二维水动力学方法模拟水流运动过程;两者均与管网模型耦合连接,共同驱动管网模型进行汇流计算。以西咸新区沣西新城核心示范区为研究对象,搭建研究区域分区模型,对比分析整体区域均采用精细网格的全分布模型和整体划分子汇水区的半分布模型的模拟结果。结果表明:①分区模型综合考虑了地块管网排水与道路径流过程,可模拟出道路低洼区域在地表产汇流和管网溢流综合作用下的致涝过程,整体径流路径符合实际降雨水流运动规律;②相较半分布模型,分区模型在道路区域采用精细网格进行计算,可较好模拟道路区域的积水过程;③相较全分布模型,分区模型显著减少了计算量,在不同设计降雨下减少了28.2%~73.5%的计算耗时。该耦合模型有效地克服了数据条件和计算能力的限制,可为城市洪涝模拟提供一种新的耦合模拟思路。

HSPF模型在渌水流域洪水预报中的应用

近年来,流域暴雨洪水灾害事件频发,准确、可靠的洪水预报是有效预防和抵御山洪灾害的重要措施。以渌水流域为研究区域,构建HSPF半分布式模型,选取流域2013~2020年洪水资料中代表性较好的场次洪水完成模型参数的率定和验证,并采用确定性系数、相对误差等指标进行洪水模拟精度评价。结果表明,该模型在渌水流域场次洪水模拟中表现良好,15场洪水模拟的峰现时间、洪峰流量合格率分别为100.0%、80.0%,洪量及径流深的模拟合格率均为93.3%,确定性系数均值为0.80,总体预报精度达到乙级,说明构建的HSPF洪水预报模型在渌水流域具有较好的适用性,可为该地区的洪水预报提供依据。

新安江模型和人工神经网络的耦合应用

提出了一种集成人工神经网络的概念性水文模型,该模型是一种半分布式概念性水文模型,考虑了降雨的空间变异性,流域特征的不均匀性等因素对径流过程的影响。采用遗传算法进行概念性模型参数优选,同时考虑雨量站的空间分布,利用GIS和DEM数据进行流域单元划分;对于每个子流域,考虑模型输入参数和降雨资料的空间分布特性,进行产流计算;在径流演算过程中,利用人工神经网络的非线性映射方法代替传统概念模型中线性叠加方法计算整个流域的出口流量过程。以半湿润的淮河上游支流的大坡岭流域为例,对模型的可行性进行验证,并与单一的新安江模型的结果进行了比较。验证结果表明,集成人工神经网络技术和新安江模型的耦合模型有较好的模拟和预报结果。

基于改进型超级节点组的P2P图书馆联合目录检索系统模型研究

在综合P2P网络可靠性与检索效率的基础上,以半分布式P2P模型为原型,提出一种改进型超级节点组的图书馆联合目录检索系统模型。并运用Flood-ing-Random Walk搜索算法,增强P2P网络的可靠性,减少了网络带宽的占用,提高网络查询效率。

Topmodel模型在柬埔寨典型区域的应用研究

以柬埔寨境内3S河流域(3个子流域分区)和湄公河流域上段为研究区域,探讨了Topmodel在缺资料、少资料地区的应用。采用水文学方法、天气发生器以及再分析数据获取研究区域1980~2015年的气象水文长系列资料,将其作为Topmodel模型的输入,对径流过程进行了模拟。研究表明月序列确定系数高于日序列确定性系数,且都达到乙级标准。再利用该模型对研究区域的9个子流域的水资源量进行了模拟分析,结果表明Topmodel模型具有较好的适用性和良好的模拟效果,模拟结果能够反映流域水资源特性。

一个基于DEM的半分布式水文模型

以自然分水线划分子流域,利用克利金插值法由雨量站雨量插值各子流域中心点的雨量代替面雨量.模型中分别利用初损后损法、分布式单位线和指数消退模型计算产流、直接径流过程和基流过程.为了考虑洪水特性对河道汇流模型参数的影响,采用动态参数马斯京根模型演算各段河道洪水.在河南省干江河流域的应用结果表明:29场洪水中,洪峰流量相对误差小于20%的为93%,洪量相对误差小于20%的为97%,峰现时间误差小于2 h的为100%,确定性系数大于0.7的为90%.

基于平原水网区的半分布式水文模型构建与应用

鄱阳湖湖区属于平原水网区,水文观测和水文计算都存在困难。在充分考虑鄱阳湖湖区地形地貌和水文特征的基础上,将湖区下垫面分4种类型计算产流,并针对山丘区和平原区提出不同的汇流计算方法,建立基于平原水网区的半分布式水文模型模拟水文过程。利用湖区博阳河小流域1982、1985和1986年资料对模型参数进行率定与验证,结果达到精度要求。率定参数经地形修正后用于湖区水文模拟,计算了湖区洪水年1983年和枯水年1986年径流过程,得到模拟年份年径流系数分别为0.57和0.46,湖区全年产水量占鄱阳湖全流域入湖总水量的比重为13.21%和13.14%,模拟结果合理。构建的半分布式水文模型结构简单,物理意义明确,参数率定简单,对其他平原水网无资料地区径流模拟有一定参考价值,并为鄱阳湖洪水成因研究提供了依据。

考虑区域小水电出力特征的预报调度研究

小水电作为农村能源的重要组成部分,为带动农村经济发展,促进节能减排作出了重大贡献。但目前大部分地区小水电在优化运行的过程中缺乏科学指导。为此,以猛洞河流域为例,建立了基于径流模拟的梯级小水电优化调度模型。首先,结合新安江模型和曼宁公式,构建半分布式水文模型模拟水库运行对河道径流过程的影响;其次,基于逐次逼近动态规划法,结合小水电实际运行特征,求得最优调度方案。结果表明,构建的半分布式水文模型在该流域拟合效果较好,模拟与实测径流过程的变化趋势基本一致,序列间纳什效率系数和决定系数均为0.86;优化调度模型可有效减少电站弃水,提升流域水资源利用效率,且优化调度过程能充分符合小水电在日内的运行规律,具有实际应用价值。

城市洪涝模拟应用场景及相应技术策略

城市洪涝模拟是当前国内外城市防洪减灾领域研究的热点。现有城市洪涝模拟方面的评述,主要依据城市洪涝过程或模拟计算方法进行分类讨论,缺乏基于应用需求的视角。随着应用需求日益深入,城市洪涝模拟应用场景日趋多样化和复杂化,不同模拟应用场景下,所关注的洪涝过程不同,采用的技术策略及其重点和难点也不同,脱离模拟应用场景很难辨析这些不同。依据模拟对象和关注变量,归纳总结出城市洪涝模拟的3种典型应用场景,即城市外洪模拟、城市雨洪模拟、城市内涝模拟;针对这3种典型模拟应用场景,分析相应的城市洪水演进模型、城市雨洪模型、半分布式暴雨内涝模型、全分布式暴雨内涝模型等4类模拟技术策略;辨析在不同模拟应用场景和技术策略下,不同模拟技术的组合方式及其特点与难点,以期从应用需求的角度对城市洪涝模拟技术进行全面的梳理,为城市洪涝模拟应用和研究提供一个新的视角。

嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷模拟研究

嘉陵江流域是三峡水库最大的支流,为研究嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷的年际变化规律及其来源的空间分布情况,以流域土地利用类型为研究单元,通过引入具有物理机制的半分布式水文模型——SLURP水文模型,并推导溶解态氮的流域输移损失系数,建立了流域非点源溶解态氮污染年负荷模型。借助GIS技术,应用所建模型,对嘉陵江流域各土地利用类型上的年地表径流量和溶解态氮污染负荷进行了模拟。模拟结果表明,以旱地和水田为主的涪江流域的溶解态氮流失情况最为严重,其次是渠江下游流域和西汉水流域,1990—2005年嘉陵江流域各土地利用类型上产生的非点源溶解态氮年均负荷为35726t·a-1,约占流域出口总氮负荷的32%。

岩溶地区土地利用变化的水文响应研究——以贵州后寨河流域为例

以贵州普定后寨地下河流域为研究区,在分析流域生态环境特征以及岩溶水形成机制的基础上,通过野外调查、资料收集并结合现代空间技术、地理信息系统和遥感技术,研制开发了适合我国后寨河流域的基于落水洞的岩溶半分布式水文模型,分析了土地利用/覆被变化对流域径流的影响以及流域产汇流参数对比关系。结果表明:生态建设后除最大土壤蓄水量增大外,其它产流参数变化不大;汇流参数基本小于生态建设前,但相差不大;在降雨条件不变的情况下,生态建设后的产流量小于生态建设前的产流量,生态建设前土地覆被下的流量在低水位时比生态建设后的流量稍高,而在高水位时生态建设前流量比生态建设后的流量稍低。

基于BP神经网络的大伙房水库洪水预报

鉴于大伙房水库洪水预报模型为集总式模型,其参数不仅需要优选法选定或人工试错法确定,还需要实时校正,因此根据大伙房流域特点提出了一种半分布式BP神经网络洪水预报模型,实现了模型中参数的自动率定,且由于其半分布式的特点还规避了原集总式模型的部分劣势。即采用DEM和ArcGIS根据水文站及自然流域分水线划分流域,创建BP神经网络,然后应用于各子流域断面及入库断面,预报其流量值,并在每个网络中均运用逐步回归分析法对输入层数据进行筛选,以得到影响最显著因子。将所建模型应用于大伙房水库,预报精度较好,可用于大伙房水库的正式预报。

利用天气雷达观测资料预报小流域流量

将天气雷达降水临近预报与半分布式水文模型TOPMODEL(TOPography based hydrological MODEL)相结合,研究了降水临近预报延伸小流域流量预报预见期的可行性。研究流域为淠河(安徽省内)上游的佛子岭流域(1813km^2)内划分出的6个上游源头小流域(约60—100km^2)。用雷达估测的降水得到的流量输出作为参考,与1h降水临近预报得到的流量输出进行比较。结果表明:定量降水临近预报准确率是延伸小流域流量预报预见期的关键;基于所研究的个例,定量降水临近可以延长小流域流量预报预见期平均约0.7h左右,但其延长程度还受到具体降水过程、流域属性等的影响。