基于新安江改进模型和NAM模型的通县站洪水预报研究

【目的】以北京市北运河通县站为例,使用新安江改进模型和降雨径流(NAM)模型进行洪水预报。【方法】选取1980—2018年共18场历史洪水进行参数率定和验证,考虑下垫面变化等因素,分为1980—2000年和2001—2018年2个阶段进行模拟。【结果】(1)新安江改进模型1980—2000年的洪峰总体合格率达75%,洪量达50%;2001—2018年间洪峰总体合格率达到67%,洪量达78%,明显优于1980—2001年间的模拟结果;(2)NAM模型1980—2000年间洪峰总体合格率达89%,洪量达40%;2001—2018年间洪峰、洪量总体合格率均为78%;(3)NAM模型对洪峰的模拟效果在2个时段均优于新安江改进模型,但对洪量模拟优势并不明显;NAM模型和新安江改进模型对2001—2018年洪峰和洪量模拟效果相近;(4)新安江改进模型中不透水面积Imp、地表径流调蓄系数Cks、土壤含水总量Wm、壤中流调蓄系数Cki和自由水蓄量Sm对模拟结果较为敏感;NAM模型中地表蓄水层蓄水容量Umax、浅层蓄水层土壤蓄水量Lmax和地表径流调蓄系数CQOF对模拟结果影响较大。【结论】新安江改进模型和NAM模型对通县站洪水预报均有一定适用性,但二者模拟效果差异并不明显。整体上,二者对2000年后的历史洪水模拟效果要优于2000年前,2000年前的洪峰模拟合格率明显高于洪量。建议根据预报流域、资料具体情况,综合选用模型进行模拟。

考虑人类活动影响的改进新安江模型水文预报

为定量描述小水库和小塘坝等人造水利工程对流域产汇流过程的影响,以白山流域为例,引入自由虚拟水库的概念,建立了改进的三水源新安江模型,并应用于八场洪水的预报模拟,对原始和改进的新安江模型的模拟结果进行对比分析。结果表明,小水库和小塘坝对洪峰流量具有滞后作用,改进的新安江模型对白山流域产汇流的模拟较原始三水源新安江模型效果好。

基于改进新安江模型的岩溶地区径流过程模拟——以庙沟岩溶流域为例

为改善新安江模型对岩溶地区径流过程的模拟效果,根据岩溶地区降雨集中灌入补给的特点,对原始新安江模型结构进行了改进,定义降雨分配系数φ用来描述部分降雨通过管道转化为自由水,直接参与水源划分,并在前人研究的基础上,根据岩溶管道含水介质与裂隙含水介质径流过程的差异,采用快速地下径流水箱和慢速地下径流水箱分别描述地下径流(RG)中的快速径流部分和慢速径流部分。通过将改进的新安江模型应用于庙沟岩溶流域径流过程的模拟,结果表明:2014年3月1日—2014年12月1日期间,原始新安江模型模拟结果的平均确定性系数为0.592,改进的新安江模型模拟结果的平均确定性系数为0.901,且改进后新安江模型对单次洪水过程的模拟效果更好,模拟精度最高可达0.993;改进的新安江模型模拟精度随着参数φ值的增大逐渐增高,当参数φ值为0.61时,模型模拟效果最优;参数φ提高了岩溶地区径流对降雨的敏感度,该参数敏感性较强。

改进的新安江模型在贵州印江河流域的适用性及对比分析

将变动态存储系数法引入新安江模型河道洪水演算,从而对新安江模型进行改进,基于贵州印江河流域印江水文站2000-2010年水文资料,分析了改进新安江模型在研究流域的适用性并和传统新安江模型模拟结果进行对比分析,基于改进新安江模型,定量分析不同计算时段和不同蒸发输入对水文模拟的影响。研究结果表明:改进的新安江模型适合于研究流域的水文模拟,相比于传统新安江模型,改进新安江模型在相对误差和确定性系数两个指标中都有所提高,其中相对误差均值减少1.08%,确定性系数均值提高0.0182;计算时段越短,次洪模拟精度越高;相比于实测蒸发皿,双源蒸散发作为蒸发输入模拟的年径流深相对误差平均减少0.75%,确定性系数平均提高0.0139。研究成果可以为印江河流域的水文模拟提供参考价值。

基于改进的新安江模型的设计洪水修订方法——以潮河流域为例

近年来,潮河流域受地下水开发、水利工程建设的影响,流域的产汇流特性发生了改变,导致密云水库入库径流量减少,直接影响了北京市水资源规划与管理。应用改进的新安江模型对1980年以前径流序列进行还现,从而实现设计洪水特征值修订,研究结果表明:流域年降雨量基本不变,年径流深明显减少;流域调蓄能力显著增强,相同降雨量情景下,1980年之后产流量减少;1980年以后洪峰、洪量相关性较高;设计洪水特征值最大1 d洪量平均减少11%,最大3 d洪量平均减少17%,最大7 d洪量平均减少20%,洪峰流量平均减少6%,研究结果可为相关部门应对下垫面变化影响下流域防洪规划及水资源的开发与利用提供重要的参考价值。

耦合融雪的新安江模型在干旱区径流模拟研究

在西营河九条岭站以上流域内,利用2011—2018年格点降水和气温数据集的逐日资料,通过降水径流成因关系探索出格点降水异常点修正方法,并将融雪模块与三水源新安江模型耦合,研究流域日径流模拟过程。采用确定性系数和相对误差两个评估准则进行模拟效果的评价,将降水修正后以及融雪耦合后的模拟效果与未改进的模型模拟效果进行比较,分析融雪模块耦合后的新安江模型在西营河流域的适用性。结果表明:参照降水径流成因关系进行的格点降水修正提高了径流模拟的精度,75%的年份模拟径流的确定性系数有所提高。耦合融雪的新安江模型在研究区模拟较好,75%以上年份的模拟比未改进时模拟效果好,87%以上年份的模拟确定性系数达0.6以上。耦合融雪的新安江模型为西营河流域融雪径流的预报预警提供决策参考。

机器学习模型在岩溶地区水文预报中的适用性分析

现有岩溶地区的水文预报主要采用基于物理机制的水文模型,而机器学习模型的应用较为罕见。为了探索机器学习模型在岩溶地区水文预报的适用性,以云南省沙甸河流域为研究区,采用了LSTM模型与随机森林模型对倘甸水文站的逐日径流量与场次洪水进行了模拟,并以针对岩溶地区的改进型新安江模型做参照。研究表明:机器学习模型与改进型新安江模型在日径流过程模拟方面都取得较好的效果,LSTM模型模拟效果更优;场次洪水模拟方面,改进型新安江模型达到了甲级预报精度,机器学习模型6 h预见期预报结果整体优于改进型新安江模型,但24 h预见期的预报结果不能满足预报业务的精度需求。对2种机器学习模型和水文模型的特点及预报精度进行的研究,为岩溶地区水文预报工作提供了参考。

沂沭河水系水文模型与洪水预报研究

针对沂沭河临沂以上流域属于高山区,植被很少,土层较薄,有部分陡峭的山区,很容易发生超渗产流的特点,提出了改进的新安江模型,并在临沂流域进行了应用,取得了较高的模拟精度。针对大官庄以上流域山丘区和邳苍平原流域对新安江模型进行了率定并对2000年洪水进行了检验。