考虑湖泊范围的子流域划分和编码方法研究

现有子流域划分方法一般通过虚拟河网将湖泊划分为若干部分,每个部分分属不同的子流域,并未考虑湖泊范围的完整性和独立性,不利于湖泊水量平衡分析。为解决这一问题,提出一种考虑湖泊范围的子流域划分和编码方法,包括湖区子流域(湖泊子流域和湖滨带子流域)划分和非湖区子流域划分方法,以及根据栅格流向和河道汇流关系,确定子流域间的上下游拓扑关系并生成其拓扑关系表。黄河源区(唐乃亥以上区域)有鄂陵湖和扎陵湖两大湖泊,采用该方法对黄河源区进行子流域划分和编码,并基于流域分布式水文模型(WEP-L模型)进行模拟验证,结果表明该方法可实现研究区湖泊区域的自动识别、子流域划分及编码,水文模拟结果和湖泊水量平衡计算结果合理。

不同子流域划分对流域径流、泥沙、营养物模拟的影响——丰乐河流域个例研究

以丰乐河流域为研究对象,选用SWAT2000模型定量化研究不同子流域划分层次对模型模拟结果的影响,得到结论:①不同的子流域划分层次在阈值范围内对径流过程的影响较小,而对泥沙、营养物的影响较大;②就本流域而言,子流域划分层次对模拟结果的影响存在上限、下限两个阈值,高于上限,出现模拟失真,低于下限,尽管可通过调参获得满意结果,但难以满足流域规划与管理对空间数据的要求,阈值的确定与具体的流域特征有关;③就本流域而言,当子流域划分数量比较少时,出口泥沙响应的敏感性高于总磷、总氮;当子流域划分数量比较多时,出口泥沙响应的敏感性要低于总磷、总氮。

面向大尺度区域分布式水文模型的子流域划分方法改进

子流域划分是构建流域/区域分布式水文模型的基础工作,关系到流域/区域水文模拟和预报精度的好坏。在针对大尺度区域进行子流域划分时,目前普遍使用基于地表径流漫流模型,通过单一集水面积阈值进行河网提取和子流域划分的方法在准确描述研究区的空间范围、确定流域出水口、提取内流区河网等方面存在一定不足。为此,作者对传统子流域划分方法进行改进,面向大尺度区域分布式水文建模提出一套基于流域出水口自动识别和多阈值虚拟河网融合技术的子流域划分方法,该方法包括4大部分,即流域出水口的识别,大、小集水面积阈值的确定,多阈值虚拟河网融合,子流域划分与编码。应用该方法对全国范围内进行了水系提取和子流域划分,共划分子流域25 174个,子流域平均面积381 km2,最大面积5 512 km2,最小面积4 km2,模拟范围与全国水系实际范围的吻合程度达到99.92%。进一步地,将研究结果与全国实测水系和现行流域区划成果进行对比分析,验证了该方法的适用性。该方法高效快速,在准确刻画大尺度区域范围的同时大幅降低了子流域个数,兼顾了模型模拟效率,较好地解决了传统子流域划分方法在大尺度区域分布式水文建模中面临的难题。相关研究可为大尺度区域分布式水文模型构建提供基础支撑,有助于更好地为大面积区尤其是国家宏观层面的水文水资源管理服务。

子流域划分对农业面源污染模拟结果的影响

以云南省凤羽河流域为研究区域,选用SWAT2009模型来定量研究不同子流域划分水平对模型模拟结果的影响。研究表明:在不同的流域划分方案中,产流受到的影响较小,而对泥沙和营养物负荷的影响较大;就该流域而言,径流和泥沙负荷均存在较稳定的子流域划分水平,分别是85和175。而营养物负荷受到的影响较为复杂,但总氮和总磷的负荷量在子流域个数达到15时也趋于稳定;在该流域内,泥沙负荷随子流域划分水平改变主要是由河网密度和河道坡度的变化引起的。

分布式水文模型子流域划分方法

子流域划分是构建分布式水文模型的重要工作之一,它关系到水文模拟和预报精度的好坏。通过综述分布式水文模型子流域划分方法的国内外研究进展,总结了现有子流域划分方法在不完整流域的子流域划分、无分叉长河段的子流域划分、水文站和水库控制范围确定以及子流域划分软件等方面存在的问题,提出了水文实践对子流域划分方法的需求,最后针对该问题从开发适用性更高的子流域划分算法、开发通用的子流域划分软件和加强子流域划分层次或水平的研究等三个方面对子流域划分研究方向进行了展望。

SWAT模型最佳子流域划分方案研究——以云南洱海流域为例

应用SWAT模型(Soil and Water Assessment Tool),以区域气候复杂的云南省洱海流域为例,研究不同子流域划分数量对径流和泥沙负荷模拟结果的影响,以明确洱海流域合理的子流域划分方案。结果表明,随着子流域划分数量的增加,年均径流深增加但敏感性较小,相对偏差仅0.89%;年均泥沙负荷减少而敏感性较大,相对偏差达21.21%。经综合权衡年均径流和泥沙负荷对子流域划分响应的敏感性,提出洱海流域合理的子流域划分临界值为137个,相应子流域平均面积占流域总面积的0.73%。在大于该临界值的划分水平下,模拟的年均径流深和泥沙负荷趋于稳定,但对进一步提高模拟精度无明显效果。研究结果对其它地形地貌复杂的流域水文模拟和非点源污染模拟具有重要借鉴意义。

子流域划分对SWAT模型模拟结果的影响研究

基于分布式水文模型SWAT,选择三峡库区支流大宁河为研究区域,在不同的子流域划分数量条件下,进行流域径流、泥沙以及营养物模拟计算,进而分析子流域划分对模拟结果的影响。研究结果表明：①不同子流划分方案对SWAT模型模拟结果存在直接影响。对于所研究流域,径流、TN和TP受到的影响较小,泥沙受到的影响较大。②为体现流域的真实河网水系特征,保证模拟效果,子流域划分个数不宜过少或过多。③在不同流域,子流域划分数目对径流、泥沙和营养物的变化趋势影响不同,不可同一而论。④推荐大宁河的子流域划分个数为37~121个。

基于DEM的子流域划分方法改进与应用

为解决狭长子流域及水库与水文站控制的子流域划分问题,对河段编码、子流域划分算法进行了改进。改进后的算法实现了对狭长子流域的自动加密,并可根据水文站、水库的位置把子流域进行加密,使最终得到的子流域面积更加均匀。

分布式水文模型子流域划分中界河、海岸线的处理研究

流域划分是分布式水文模型最重要的基础工作之一。有的区域以界河或者海洋为边界,界河、海岸线上河流出口点众多,如果按照传统流域划分方法,不仅出口点定位工作量大,而且容易遗漏部分小的河流出口点,导致模拟范围与研究区域偏离过大。针对这些问题,本文提出了一种子流域划分过程中界河、海岸线的处理方法。即,通过对DEM进行特殊处理,生成界河、海岸线的模拟河网,然后选择界河的末端和海岸线的任意一端作为出口点,从而大大减小了出口点选择的工作量,提高了模拟范围与研究区域吻合的程度。该算法被成功应用到松辽流域,该区域西北面、北面、东面、东南通过国际界河和跨境河流与蒙、俄、朝三国相邻,南面比邻黄、渤海。

子流域划分和DEM分辨率对SWAT径流模拟的影响研究

应用SWAT分布式水文模型,选择秦淮河流域为研究区,在不同的子流域划分水平和DEM分辨率条件下,进行流域径流的模拟,进一步分析子流域划分和DEM分辨率对流域径流模拟结果的影响。研究结果表明:产流量随着子流域划分数目的增加几乎没有变化,最大相对偏差不超过5%;DEM分辨率的变化对径流的模拟影响也不大,尤其在DEM格网单元低于100m时,各种DEM格网单元模拟结果的相对偏差最大约为1%。

DEM栅格分辨率和子流域划分对杏子河流域水文模拟的影响

以黄土丘陵沟壑区杏子河流域为研究区,采用数字滤波法分割了杏子河招安水文站1958—1974年的基流量,评价了SWAT模型在该流域水文模拟的适用性,并分析了DEM栅格分辨率和子流域划分对SWAT水文模拟的影响。结果表明,SWAT模型适用于该流域年河川径流、地表径流、基流及产沙量的模拟。当DEM栅格分辨率在20—150 m之间时,SWAT能有效地模拟年河川径流、地表径流、基流及产沙量,各水文要素模拟结果的R2和NSE分别在0.93和0.51以上,RSR在0.43以下;而当栅格分辨率大于150 m时,各水文要素的模拟效果存在差异。子流域划分对流域产流模拟影响较小,而对产沙模拟影响较大。当子流域提取阈值在12—100 km2之间时,不同的子流域划分对产沙量几乎没有影响,若超出该阈值范围,模型会低估产沙量。因此,可针对不同的水文要素选择合适的DEM和子流域提取阈值,以提高模拟精度和运行效率。

子流域划分在时间尺度上对年径流、泥沙及营养物的影响--以漳河上游流域为例

以漳河上游流域为研究对象,采用SWAT模型定量化研究子流域划分方案对模型模拟结果的影响,得到以下结论:子流域划分层次对模拟结果的影响存在上限下限两个阈值25、111,子流域划分数量对年均径流量影响较小,对泥沙和营养物影响较大;在枯水年,平水年和丰水年,模拟结果对子流域划分数量的敏感性不一致,丰水年最敏感,枯水年最不敏感;综合考虑模拟精度和模拟效率,漳河上游流域SWAT模拟的最合理子流域划分水平为79个,CSA值为12 411 hm^2,占整个流域面积的0.7%。以上研究成果,对准确模拟该地区的水沙情况奠定一定基础,可为该地区水资源水环境的进一步研究提供技术支撑。

考虑城市管网的分布式水文模型子流域划分及编码研究

在基于子流域划分的分布式水文模型应用中,城市区域雨水管网的存在使得原先不相连通的区域具备了汇流的条件,从而改变了天然地表径流汇流路径。另一方面,城市区域还存在着污水管网汇流,其对子流域编码的上下游关系要求往往会和通常的天然水系上下游关系相冲突。因此,在城市区域进行子流域划分和编码的时候,需要考虑雨水管网和污水管网的影响。通过将雨水管网等同于天然河道,参与DEM高程修正,实现雨水管网对汇流路径改变作用。通过对基于天然水系汇流关系得到的子流域进行重新编码,得到能够同时满足天然水系汇流以及污水管网汇流要求的编码序列。以深圳坪山河流域为例进行的实例应用表明该方法可有效地解决雨水管网和污水管网的影响问题。

子流域划分对EasyDHM径流模拟的影响分析

子流域划分是分布式水文模型构建的重要过程之一。对分布式水文模型子流域划分技术进行了综述,简要介绍了EasyDHM(Easy Distributed Hydrological Model)模型及其子流域划分方法。选取第二松花江丰满水库以上流域作为研究区域,使用1 km×1 km分辨率的数字高程(DEM)及50 km2集水面积阈值提取数字河网,并按3种子流域划分配置对该区域进行划分。结果表明,子流域划分数越多,纳什效率系数越大,模拟效果越好。

SWAT模型在平原河网区的子流域划分方法研究

由于平原河网区地势平坦,地形起伏较小,SWAT模型在对平原河网区进行河流生成和子流域划分时往往不能反映河流的真实情况,经常会出现所生成河流不连续的现象。针对此技术问题,提出了"分片区、分层次"的河流生成和子流域划分方法,可以解决SWAT模型在平原区河流生成和子流域划分困难的问题,生成的子流域和河流与实际情况比较接近并可以对河流生成和子流域划分进行"局部加密"。将"分片区、分层次"方法应用于温瑞塘河流域,取得了不错的效果。

基于DEM的大清河子流域划分方法

针对流域水循环模拟中的子流域划分问题,以大清河流域为例,首先基于ArcGIS软件,以30 m分辨率的DEM作为数据源,进行填洼处理、流向判定、汇流累计量计算等;然后采用河网密度法和水系分维法确定最佳集水面积阈值,提取出与实际最符合的河网,以此更准确地提取流域水系;最后根据水流流向、汇流累计以及出水口的位置划分子流域,并基于MATLAB程序对子流域及其内部栅格进行编码。结果表明:当集水面积阈值为270 km^2时,提取的大清河流域河网水系与实际较为符合,且对子流域的划分及编码可以实现快速准确定位每一个栅格,方便计算机的识别及演算。因此,以DEM为基础实现大流域尺度下子流域划分是可行的,对子流域的划分及编码可以为开发构建大尺度流域分布式水文模型提供技术支撑。

考虑暴雨中心的子流域划分在洪水预报中的应用

为研究降雨分布不均对水库近坝区洪水预报精度的影响,以五强溪近坝区流域为研究区域,选取2014—2020年20场历史洪水资料,采用反距离权重法绘制流域暴雨中心图,并据此进行子流域划分,其中,13场洪水用于模型率定,7场洪水用于模型验证。选取2021年4场洪水进行检验,对比分析仅依据自然子流域划分和考虑暴雨中心的洪水预报结果。结果表明:两种子流域划分方法在其最优参数下的洪水模拟精度相似,考虑暴雨中心划分的洪水模拟确定性系数均值为0.83,略高于仅依据自然子流域划分洪水模拟确定性系数,4场洪峰误差均在10%以内,洪量误差均在20%以内,达到了甲级精度标准,说明考虑暴雨中心对子流域进行划分是合理的。

子流域划分对HSPF模型径流模拟效果的影响

在水文水质模拟过程中,子流域划分数量直接影响模拟结果的精确度,确定最佳子流域划分方案对提高模拟精确度至关重要。基于PEST-HSPF模型,以中河流域为例,在相同参数及不同参数条件下,采用PEST自动校准方法,判断子流域划分数量对流量模拟精确度的影响。结果表明,在相同水文参数下,子流域划分数量变化时,模拟流量的纳什系数(NSE)和可决系数(R2)在0.65~0.78之间波动,其中子流域划分数量在10~20之间对模拟结果的精确度影响最大;在不同水文参数下,径流模拟结果的NSE与R2随子流域划分数量的增加先增大后减小,相对误差(RE)在子流域划分数量介于1~10之间时急剧下降后趋于稳定;子流域划分对HSPF水文模拟效果影响显著,表现出阈值效应,当划分数量超出阈值范围时,径流模拟精度均会受到很大影响。

BTOPMC模型子流域划分层次的研究

由TOPMODEL模型发展而来的BTOPMC模型,将流域自动划分为由栅格组成的自然边界子流域,以反映地形、土壤等流域物理特性的空间非均一性,从而能较好地应用于大型流域的水文模拟。以日本富士川流域为研究对象,探讨流域划分程度对洪水径流过程的定量影响。结果表明:较低的子流域划分层次模拟结果较差;随着子流域划分层次的增大,洪峰流量逐渐减小并接近观测值,洪峰时刻无明显影响;当子流域划分到一定层次后,模拟结果趋于稳定。

封闭内流区域的子流域划分方法研究

对封闭内流区域而言,四周高内部低,水系主要向区域内部汇集,最终消散于湖泊。针对现有子流域划分方法划分封闭内流区子流域时,存在模拟河网提取错误、子流域上下游关系错误等问题,提出一种面向封闭内流区域的子流域划分方法,主要通过对DEM数据进行虚拟出口设置、虚拟河网绘制、流域边界加高3步预处理后再使用现有子流域划分方法实现,并以柴达木盆地为例进行子流域划分应用。结果表明,所提方法提取的模拟河网比较符合实际,且能正确提取出相对独立的四级区和整个柴达木盆地范围,为分布式水文模型模拟应用提供了技术支撑。