河北雨洪模型在半干旱区的应用与研究

河北雨洪模型是一种兼具蓄满和超渗产流机制的概念性水文模型。为了探索河北雨洪模型在半干旱区的应用效果,并研究目标函数对模型模拟结果的影响,以黄河上游小流域为研究区,对研究区1994-2010年间的10场洪水过程进行模拟,并分别以峰值加权均方根误差、加权误差及效率系数为目标函数,研究了不同目标函数对模型模拟结果的影响。结果表明:河北雨洪模型对西北半干旱区的洪水过程模拟有良好的适用性;不同目标函数对模型模拟效果的影响各有侧重,但模拟结果都很接近,在实际问题中,应根据关注的重点恰当选取目标函数而避免一定的盲目性;选取峰值加权均方根误差作为目标函数时,模型对副峰的模拟效果较好。

河北雨洪模型中下渗公式的一种改进方法

下渗强度的计算是干旱半干旱地区超渗产流计算的关键环节。河北雨洪模型中的流域下渗强度计算公式由两部分组成,一部分为由张力引起的下渗强度,另一部分为由重力引起的下渗强度(稳定下渗能力)。计算以上两部分下渗强度时,公式所用的雨量有重复,致使总下渗强度普遍偏大,从而导致模型模拟的洪水过程的洪量及洪峰偏小。提出一个改进的流域下渗强度计算公式,计算张力引起的下渗时所用雨强为总雨强与稳定下渗能力的差值。利用改进前后的计算公式,分别对2mm/h到10mm/h雨强及0mm到140mm表层土湿条件下的下渗强度进行计算,并对结果进行对比分析。大阁流域的实例应用结果表明,改进后的下渗强度计算公式,对模拟洪水过程的洪量和洪峰流量的增加效果明显,增加值分别为实测值的14.14%和10.08%。

分布式单位线在河北雨洪模型中的应用

因河北雨洪模型的汇流计算方法难以用于无资料流域,其汇流参数难以获得且不宜移用,为此,将基于数字高程模型的分布式单位线用于河北雨洪模型,并对峪门口流域4场较大洪水过程进行了模拟。结果表明:4场洪水洪峰流量相对误差均<5%,峰现时间误差均<2 h,确定性系数均>0.85,模拟效果令人满意。河北雨洪模型与基于流域地形地貌特征的分布式单位线相结合,可解决无资料流域,特别是山丘地区中小流域的洪灾预警预报等问题。

不同洪水预报模型在拒马河流域的应用对比分析

拒马河水系为海河流域防洪重点区域,预报难度大,精度要求高。根据海河流域拒马河水系历史水文资料,分别采用新安江模型、增加超渗的新安江模型、河北雨洪模型和人工神经网络模型,对1956年、1963年和2012年暴雨洪水进行预报对比分析,研究结果表明:4种模型均可应用于暴雨强度大、降雨历时长的历史洪水模拟,洪峰流量模拟相对误差均小于20%,尤以人工神经网络模型模拟精度最高,4种模型在干旱半干旱地区均具有推广应用价值。

半干旱半湿润地区洪水预报模型适用性研究

针对半干旱半湿润地区的流域特性和产汇流特点,比较了河北雨洪模型和新安江模型的模型原理和模型特性,以滦河支流老牛河流域为例,开展了洪水预报适用性研究。结果表明,河北雨洪模型的预报精度较高,更适用于半干旱半湿润地区的洪水预报。

双校正模式下的大清河流域陆气耦合洪水预报研究

基于数值大气模式WRF、三维变分数据同化WRF-3DVar、河北雨洪模型以及实时校正模型ARMA,在北方半湿润半干旱地区的大清河流域构建了陆气耦合洪水预报系统,并利用2012、2013年发生的3场降雨洪水,对系统的降雨洪水预报结果进行分析。结果表明:雷达反射率与GTS数据的同时同化,可有效改善数值大气模式对中小尺度流域的降雨预报效果,从而降低系统的洪水预报误差,ARMA模型的应用,能够进一步提升系统的洪水预报精度,随着预见期的延长,系统的预报精度下降,但系统在6h预见期内仍表现出较好的应用效果。因此,在数据同化和实时校正的"双校正"模式下,陆气耦合洪水预报系统在延长洪水预报预见期的同时,具有较高的洪水预报精度,具有一定的应用前景。

陆气耦合洪水预报技术应用研究

以大清河系阜平水文站以上流域为研究对象,采用中尺度数值大气模式,利用三维变分数据同化技术,以降雨数值预报信息为输入,建立耦合分布式河北雨洪模型,构建了陆气耦合实时洪水预报系统。该模型提高了降雨数值预报成果的精准度,在保证洪水预报成果精度的前提下,有效延长了洪水预报的预见期。该成果将为主动应对洪水、降低洪灾损失等提供科学技术支撑,在我国中小水利流域具有推广应用价值。

基于地形指数的混合产流关键土壤变量空间离散方法及其空间尺度效应

下垫面作为产流过程发生的载体,其空间异质性表达会极大的制约流域水文模型的模拟效果。河北雨洪模型作为我国北方半湿润半干旱地区混合产流的代表性流域水文模型,对关键土壤变量的处理方法(即以土壤蓄水容量和下渗能力分布曲线概化流域分布的空间异质性),使其难以发展为基于网格的概念性分布式模型。研究基于TOPMODEL中的地形指数概念,提出了一种实现土壤蓄水容量与下渗能力在空间网格上的离散方法,并进一步探讨在中小流域不同空间网格尺度下的洪水模拟表现。结果表明,采用该混合产流结构可以较好的再现历史典型洪水,但随着空间分辨率的降低,关键土壤变量的空间离散效果及最终的径流模拟结果可能会存在失真情况,需要依据流域面积进一步确定分布式模型的最佳空间尺度。研究为概念性水文模型产流结构移植以及混合产流关键土壤变量的空间合理表达提供了新的思路。