垂向混合产流模型在三峡水库洪水预报中的应用

选取寸滩武隆至三峡大坝之间的流域为研究对象,构建三峡水库垂向混合产流入库洪水预报模型,模拟研究区域内近几年汛期的降雨径流,从日模和次洪模拟效果分别进行分析,并与新安江模型模拟效果进行对比。结果表明:垂向混合产流模型和新安江模型模拟精度均较高,年径流深、年最大洪峰、年最大3d洪量、年最大7d洪量、场次洪水洪峰、径流深及确定性系数均满足许可误差要求,模拟场次洪水的合格率均达到100%,且垂向混合产流模型模拟精度略高于新安江模型。因此,建立的垂向混合产流模型对洪峰、洪量、过程均模拟较为准确,可为三峡水库入库洪水预报提供重要参考依据。

基于混合产流模式的黄土高原流域水沙过程耦合模拟

为深入理解黄土高原干旱半干旱地区复杂地貌条件下流域水沙运移规律。基于垂向混合产流机理和运动波方程,构建分布式流域水文模型,耦合流域土壤侵蚀和泥沙输移过程模拟模块,并考虑梯田对水沙过程的影响,建立适用于黄土高原的分布式流域水沙过程模型。选取黄土高原延河支流西川河流域多年实测场次洪水过程的径流泥沙资料,对模型进行率定和验证。径流模拟的纳什效率系数在0.56以上,平均值超过0.70,模拟次洪过程的峰形、峰值、峰现时间与实测过程具有较好的一致性;侵蚀产输沙模拟精度较低,其纳什效率系数均值率定期为0.79,但验证期仅为0.45,模拟结果整体趋势与实测值较一致,但输沙量模拟峰值比实测值偏低。模型可以较精确地模拟黄土高原流域洪水产汇流过程,但输沙量模拟值偏低,一方面由于产汇流模块的误差传递;另一方面,对重力侵蚀考虑不足。因此,未来模型将考虑滑坡、崩塌等重力侵蚀过程,提升模拟精度和效率,为流域水沙过程模拟与流域综合治理提供有效工具。

新安江模型与垂向混合产流模型的比较

从实时洪水预报模型通用性角度出发,对新安江模型与垂向混合产流模型进行比较研究.选用青峰岭水库流域、危水水库流域资料分别采用这两个模型进行模拟计算.计算结果表明,在湿润地区,新安江模型和垂向混合产流模型都能取得好的成果;在半干旱地区,新安江模型应用效果不太理想,垂向混合产流模型能取得比较令人满意的结果.

基于双源蒸散和混合产流的分布式水文模型构建及应用——以辽河老哈河流域为例

以北方半干旱地区的辽河老哈河流域为研究对象,采用网格离散化方法进行水文模拟单元划分,利用具有物理基础的双源蒸散发能力估算模型,计算每个栅格单元的截留蒸发、植被蒸腾能力和土壤蒸发能力,并取代蒸发皿资料作为混合产流模型的蒸散发能力输入,从而构建基于双源蒸散与混合产流的分布式水文模型,并对老哈河流域1970-1979年的日径流过程进行模拟分析,结果表明双源蒸散发能力计算模型能够考虑植被类型及其生理、物候特性对蒸散发能力的影响,将其与混合产流模型进行嵌套构建的分布式水文模型能较合理地揭示研究区域的产汇流规律,适用于该地区的水文过程模拟.

中小流域时空变源混合产流模型及参数区域化方法研究

针对山丘区中小流域洪水预报面临的产流机制混合多变和模型参数难以获取的问题,提出了适用于缺资料地区的中小流域时空变源混合产流模型和基于机器学习CART的参数区域化方法。在小流域地貌水文响应单元划分基础上,利用GARTO非饱和下渗计算模型,从超渗/蓄满机制的平面混合、垂向混合和时段混合三个方面构建时空变源混合产流模型,并采用机器学习CART方法进行模型参数区域化研究。选取不同地貌类型区的15个流域和河南省19个小流域实测降雨径流资料分别对模型适用性和参数区域化方法进行了验证。结果表明,通过与国内外8个水文模型的对比验证,时空变源混合产流模型模拟平均纳什系数为0.78,比其他模型提高约20%;利用本模型和CART参数区域化方法在河南省19个流域计算的平均纳什系数为0.70,比参数随机移植结果提高了35%,本模型和参数区域化方法在山丘区中小流域洪水模拟中应用效果较好。

基于SCE-UA算法的新安江模型与垂向混合产流模型参数优化应用研究

为解决流域水文模型人工试错率定参数呈现的经验性与不确定性问题,探寻模型参数率定的全局最优解,本文对三水源新安江模型与垂向混合产流模型采用复合形交叉进化算法(SCE-UA)优选率定模型参数。优化过程中拟定了两种模型参数优选边界,选定包含复合形个数p在内的SCE-UA算法参数,建立了基于洪峰、洪量、流量过程三要素的目标函数。经案例分析得出SCE-UA算法适用于上述两种水文模型调参应用,且垂向混合产流模型模拟结果优于三水源新安江模型。

垂向混合产流模型在不同地区的应用与改进

基于垂向混合产流模型的结构特征,选择不同地区加以应用比较,率定了模型在西北干旱半干旱地区的参数,在此基础之上进行了洪水模拟计算,分析对比了模型在不同地区的应用和洪水模拟结果不合格的原因。通过分时段双源蒸散发计算和改进的格林-安普特下渗公式的应用计算,使模型在北方干旱地区和南方湿润地区也具有一定的适应性、成熟性和有效性。

基于栅格垂向混合产流机制的分布式水文模型

根据已有产流机制的研究结果,提出了当土壤含水量大于栅格蓄水容量时会产生径流的栅格蓄水容量概念,以及通过栅格植被根系层深度和田间持水量计算流域内各点栅格蓄水容量的栅格蓄水容量计算方法,并在充分考虑流域内植被类型、土壤类型和土壤水分参数对流域蓄水容量分布影响的基础上,应用栅格垂向混合产流机制描述植被根系层的水量变化,从而避免了对复杂的土壤水运动过程的直接描述.甸子流域的应用结果表明,基于栅格垂向混合产流机制的分布式流域水文模型对多年连续序列模拟的效率系数达到0.744,年均径流深误差为1.18 mm,相对误差为2.18%.此模拟结果对于寒旱区的水文过程模拟来说是可以接受的.

垂向混合产流模型及应用

半干旱地区的产流理论和计算方法研究，在我国尚是一个薄弱环节。据蓄满和超渗两种概化的产流机制，提出了垂向混合产流模型，经应用检验，表明模型结构较合理。

基于改进的垂向混合产流模型的水资源评价模型研究及应用

为简化水资源评价中还原计算的工作量,人们提出了利用水文模型进行水资源评价的方法,但近年来由于水资源开发利用对流域水文的影响,还原结果往往出现偏差。针对此问题提出了基于改进的垂向混合产流模型用于水资源评价的方法,考虑水资源开发利用的影响,建立水资源评价模型。参数优选则是在计算机自动优化的基础上进行人工优选,以增加参数精度。经案例分析表明,所建立的水资源评价模型适用于研究区的水资源评价,且以相对误差小于20%为标准,合格率达83.9%。为研究区水资源评价提供了新的方法。

混合产流模型及其应用

华北地区呈半湿润、半干旱状态，产流计算模型，既不宜单独采用湿润地区的蓄满产流模型，也不直单独采用干旱地区的超渗产流模型，因此，根据蓄满产流和超渗产流的产流原理，综合利用二者的计算方法，提出了混合产流模型。

超渗-蓄满混合产流公式在梅江流域的适用性研究

受流域土壤含水率、降雨强度时空分布不均影响,流域多种产流模式并存,降雨特征、前期土壤含水率和下垫面条件组合呈复杂、多样、随机特征,导致单一蓄满、超渗产流难以精确刻画流域产流过程的时空变异规律。目前常用的垂向混合产流、横向兼容混合产流方法精度较高,但应用复杂、参数繁多,且存在忽略饱和地表径流等缺陷。为此,通过改进经典的格林-安普特超渗产流公式,提出了适用于超渗-蓄满混合产流区的简便计算方法,构建了涵盖Kling-Gupta系数、纳什效率系数、纳什效率系数对数形式及均方根误差与标准差比值的综合目标函数,采用SCE-UA算法进行了参数率定,并将所提方法与蓄满产流及霍尔坦公式、菲利普公式、格林-安普特公式等多种超渗产流方法进行比较。梅江流域应用结果表明,单一蓄满或超渗产流计算的洪峰及峰现时间误差较大,所提混合产流方法误差较小;蓄满产流的确定性系数最小,所提方法确定性系数最高。

基于混合产流与二维运动波汇流分布式水文模型

为了提高半湿润半干旱流域的洪水模拟与预报精度,基于GIS、RS和DEM技术,以DEM栅格为流域计算单元,构建了基于混合产流和二维栅格汇流的栅格型分布式水文模型(Grid-MK-2D模型),即混合产流模型是在蓄满产流基础上增加基于Green-Ampt下渗方法的超渗产流模型,坡面二维汇流计算采用基于栅格单元的分布式运动波模型水流演算,河道汇流应用一维运动波模型演算,运动波方程组由隐式有限差分求解。将Grid-MK-2D模型、Grid-MK-1D模型与新安江模型应用于半干旱的沁河孔家坡流域并对比分析。结果表明,两个基于DEM栅格的分布式水文模型(Grid-MK-2D、Grid-MK-1D)的模拟效果优于新安江模型,但GridMK-2D模型洪峰模拟效果更好。

基于垂向混合产流模型的北京山区山洪预警模型构建

[目的]构建基于垂向混合产流模型的北京山区山洪预警模型,为临界雨量的计算提供理论基础。[方法]结合北京市的气候条件,选用垂向混合产流模型进行产流模拟,用单位线法和线性水库法进行坡面汇流模拟,用马斯京根法进行河道汇流模拟。安全流量则用淹没出流量代表。北京山区山洪预警模型中的参数可通过外业实验测定和历史数据率定获得。[结果]通过对降雨和流量历史资料的验证,确定性系数、洪峰流量、峰现时间、时效等级均符合洪水预报的要求和规定,是否发生山洪的预测结果也与实际情况一致,证明了该模型的准确性。[结论]该模型可以应用于北京山区的山洪预警,降低由山洪导致的人员伤亡与财产损失的可能性。同时,该模型还可为北京山区山洪灾害临界雨量的推求奠定基础。

基于GLUE的垂向混合产流模型参数不确定性分析

水文模型能将复杂的水文现象和过程进行概化,其不确定性研究已成为模型研究的重要方向之一。以半湿润地区洛河流域为研究区域,构建了基于垂向混合产流模型的流域产流模拟模型,采用GLUE方法并结合5项相关指标对构建的模型进行不确定性分析。结果表明:使用GLUE方法对垂向混合产流模型进行不确定性评估和参数优选过程中,在置信度为95%的前提下,模型预报区间的覆盖率达到87.5%,对称度S和T接近于0,数据模拟对称度良好。

时空变源混合产流模型及其在小流域洪水模拟中的应用——以四川省、甘肃省的4个小流域为例

近年来山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失不断增加,基于GIS和遥感数据的水文模型为山洪预报提供了新的思路。利用DEM和遥感数据提取小流域基础属性并划分地貌水文响应单元,利用垂向混合产流计算产流量,采用包气带非饱和土壤计算下渗,建立垂向上的时空变源混合产流模型。利用时空变源混合产流模型,模拟四川省和甘肃省4个流域多场次洪水过程,通过SCE算法进行参数率定和产流分析。结果表明:模型模拟与实测数据基本吻合,纳什效率系数均超过0.8;四川和甘肃两省小流域受到下垫面信息影响,主导产流成分不同。模型能够提供较为精确的山丘区流域洪水预报。

基于垂向混合产流模型的综合干旱指数新方法及其应用

采用合适的干旱指数评价流域干旱程度对防旱抗旱有重要指导意义。为此,通过垂向混合产流模型在滦河流域径流深的率定与检验,说明该模型适用于滦河流域,并可求得日过程滦河流域平均土壤含水量,确定构成综合干旱指数的单因素为降水距平百分率、相对湿润度指数、土壤相对湿度指数。在此基础上,提出了考虑土壤含水量的基于垂向混合产流模型的综合干旱指数新方法,即构建了可采用主成分分析法求解新的综合干旱指数与降水距平百分率、相对湿润度指数、土壤相对湿度指数之间的线性组合关系式,进而求得滦河流域月尺度的新的综合干旱指数,据此划分了干旱等级,比较了新的综合干旱指数与标准化降水指数、帕默尔干旱指数评价的干旱程度之间的差异,指出新的综合干旱指数较好地描述滦河流域的干旱程度,但个别年份评价结果尚有一定程度的偏差,未来还需要做更深入的研究。

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。

淮河上游分布式垂向混合产流模型及其应用

为更好地了解淮河上游流域洪水产汇流特征,将超渗产流与蓄满产流进行垂向组合构建一套基于栅格的分布式垂向混合产流模型应用于淮河上游流域,并与集总式模型进行对比,以便解决干旱及半干旱半湿润地区的洪水预报问题。结果表明,在未考虑上游水库及土地利用影响的情况下,在淮河上游流域分布式模型较集总式模型应用效果好且参数不确定性低,参数率定期与检验期的平均确定性系数为0.74,合格率为75%,能够为变化环境下淮河流域洪水特征变化趋势及当地水资源规划与流域防洪提供依据。

垂向混合产流模型在辽西地区水文模拟中的应用研究

引入垂向混合产流模型,结合辽西地区2000—2010年实测水文数据,分析垂向混合产流模型在辽宁西部地区水文模拟的适用性。研究结果表明:垂向混合产流模型在辽宁西部地区水文模拟精度较好,模拟的次洪径流深和实测的次洪径流深之间的相对误差在8%以内,相关系数达到0.7以上,可用于辽宁西部地区水文模拟。研究成果对于辽宁西部地区水文模拟具有参考价值。