半湿润流域蓄满超渗空间组合模型研究

半湿润流域蓄满产流与超渗产流兼有,如何区分两种不同性质的产流过程一直是水文预报的难题。基于主导性水文过程的概念,结合遥感技术与地理信息技术,采用水文学界应用广泛的CN值和地形指数指标,划分蓄满产流主导区与超渗产流主导区,提出了蓄满超渗空间组合模型。以东湾流域为例,验证了蓄满产流模型、超渗产流模型及蓄满超渗空间组合模型的模拟效果。结果表明:单一产流模型参数失真,蓄满超渗空间组合模型参数接近实际;蓄满产流与超渗产流主导区划分越精确,参数越合乎实际;蓄满超渗空间组合模型精度较高,验证期结果稳定。

蓄满—超渗兼容水文模型的改进及应用

在介绍蓄满—超渗兼容模型理论和自由水箱模型理论的基础上,针对其各自的结构特点和产流机理,对二水源蓄满—超渗兼容水文模型进行改进,模型能反映地表径流、壤中流和地下径流的动态变化,可应用于洪水预报、水情模拟、水资源开发和利用等。并将模型应用于伊河流域栾川站,采用单纯形法、罗森布瑞克法及基因法联合自动优选法对模型参数进行了率定,并与原模型进行了比较分析,结果表明,改进模型模拟精度高,且能反映不同径流成分的变化过程。

蓄满-超渗兼容模型与神经网络模型的应用对比研究

利用鲇鱼山水库1975-1999年的小时降雨、蒸发和入库洪水资料,对建立的蓄满-超渗兼容模型与人工神经网络模型参数进行了率定和检验。分析结果表明,整体上两个模型的率定和检验结果都在评定精度以内,合格率分别为72.22%与83.33%,具有一定的可靠性与预测性。蓄满-超渗兼容模型在整体流量相对误差上要优于神经网络模型;在单场洪水过程及洪峰误差与峰现时差上,神经网络模型模拟得更准确。因此,蓄满-超渗兼容模型较神经网络模型更具有水文基础及物理意义,并且可以作中长期预报。

土地利用变化对蓄满-超渗兼容模型参数的影响分析

基于考虑土地利用与覆盖变化(LUCC)的蓄满-超渗兼容模型,结合汾河静乐水文站控制流域的土地利用变化情况,对该流域在1966—2013年3个研究时段内相关模型参数产生的变化进行分析,以揭示土地利用变化对水文过程的影响。模型检验结果表明,1966—1978年和1979—1998年这2个时段内流域的洪水预报模拟精度均达到乙级预报水平,而1999—2013年其精度未达到丙级预报水平。土地利用变化量与模型参数变化量的对比结果显示,土地利用变化对模型参数产生了较大影响,随着流域林地和草地面积增加、耕地面积减少,流域的地下水出流能力、下渗能力、蓄水能力以及蒸发能力都有所提高。

基于蓄满超渗时空动态组合的网格新安江模型

为使网格新安江(Grid-XAJ)模型更好地应用于半干旱半湿润地区洪水模拟及预报,通过降雨和土壤含水量动态产流因子之间的判定关系,动态识别产流过程中网格的主导产流模式,构建基于蓄满超渗时空动态组合的网格新安江模型(Grid-XAJ-SIDE),并以半干旱的绥德流域为研究区域,将Grid-XAJ-SIDE模型与Grid-XAJ模型和网格格林-安普特模型(Grid-GA)进行对比验证。结果表明:3个模型径流深模拟结果都较好,合格率均在80.0%以上;Grid-XAJ-SIDE模型的洪峰合格率(66.7%)比Grid-XAJ模型(53.0%)和Grid-GA模型(40.0%)有明显提升;Grid-XAJ-SIDE模型能更好地考虑降雨、土壤含水量对产流时空分布的影响。

基于蓄满超渗兼容模型的山洪灾害临界雨量探讨

山洪预警是减少山洪灾害损失的重要手段,临界雨量的确定则是山洪预警过程中重要的一环。以裴河流域为例,根据山丘区实际情况,分析流域蓄水容量分配曲线与流域下渗能力分配曲线的关系,建立蓄满超渗产流兼容模型。通过参数率定,确定模型所用参数,模拟出的洪水过程洪峰流量与实际洪水过程洪峰流量误差均在6%以内,利用模型进行山洪预警的准确率为81.25%,与水文比拟法所得预警指标相比,准确度更高。

试论蓄满产流模型与超渗产流模型

本文针对在产流理论方面形成的“蓄满型”与“超渗型”两种不同的学术观点 ,从不同径流成分的产流机制、各种产流机制不同的组合而形成的产流类型 ,以及产流机制的统一性和相互转化关系等方面不仅论证了在同一地区超渗产流与蓄满产流方式将随着降雨特性和下垫面条件的变化 ,而相互转化、相互补充 ,而不是相互对立的辩证关系 ;而且阐明了超渗地表径流与超渗产流模型、饱和地表径流与蓄满产流模型是不同的物理概念。

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。

蓄满-超渗产流模型在河南省典型流域适应性分析

半湿润半干旱地区的下垫面条件复杂、差异性大,其产流模式往往具有较强的随机性,并非简单的超渗产流或蓄满产流,产流计算难度大。本文选取蓄满-超渗兼容产流模型和垂向混合产流模型,以河南省鲁山县中汤流域及新县裴河流域为例,模拟分析流域产流情况及其适用性。结果表明:相较于单一蓄满产流模型仅60%的合格率,综合考虑蓄满和超渗产流的融合模型模拟效果更佳,其中蓄满-超渗兼容产流模型在两个流域均为100%,垂向混合产流模型则分别达到80%和100%的合格率,模拟合格率均较高。

基于LSTM误差校正蓄满-超渗兼容模型的山洪预报研究

为达到提高不同类型山区小流域洪水预报的适用性和运行效率的目的,以长江中游寿溪流域和黄河中游青阳岔流域为研究对象,建立了蓄满-超渗兼容洪水预报模型,并将预报结果与新安江模型的结果进行对比,此外建立自回归(auto-regressive, AR)和长短时记忆(long short-term memory, LSTM)误差校正模型,对洪水预报模型预报流量进行误差校正。结果表明:经LSTM校正后的蓄满-超渗兼容模型针对18场洪水验证集预报结果中的平均纳什效率系数为0.88,高出其他单一模型和集合模型0.11~0.26;平均洪峰误差绝对值为6.01%,低于其他单一模型和集合模型3.90%~18.50%,且各单场洪峰误差绝对值均在10%以内。该模型对峰现时差的校正效果不明显。整体来看,蓄满-超渗兼容模型预报性能高于新安江模型,LSTM模型校正效果优于AR模型,经过LSTM模型校正过的蓄满-超渗兼容模型预报结果最优,可有效提高洪水预报精度。

基于运动波下渗的产流模型研究与应用

阐述了基于运动波下渗的产流模型的基本原理,并在长江三峡地区沿渡河流域进行了初步应用,结果良好。该模型从描述流域各点土壤水分剖面的变化过程出发,给出流域下渗能力和饱和面积的时空分布,从而得到超渗径流和蓄满径流成分在流域上的时空分布,在物理概念合理的框架之下实现了超渗和蓄满产流机制的综合模拟。

一种流域下渗模型

将超渗与蓄满有机地结合，建立了下渗量计算的一种模型．应用实测资料对模型参数进行了率定。

透水铺装地面降雨产流模型研究

透水铺装材料属大孔隙多孔介质,根据水分受力状态划分,其中雨水入渗过程可分为吸湿过程和传递过程两部分,分别以基质势和重力势为主要驱动力;透水铺装地面降雨产流包括铺装层和基层土壤两部分产流过程的总和,在基层土壤表面以超渗产流模式形成垫层内积水,在透水铺装层表面以蓄满产流形式形成地表积水;模型各参数中,铺装层和土壤层的初始含水率、田间持水量、饱和含水率等参数对模型计算结果影响较大,应根据材料测试结果慎重选择。

基于全国50km×50km网格的大尺度陆面水文模型框架

基于陆面物理过程模型VIC及中国内陆50km×50km分辨率网格,建立了大尺度陆面水文模型框架,生成了网格植被参数库和土壤参数库,完成了740个气象站点降水及温度数据在全国50km×50km格网上的插值。该模型考虑了陆气间的水分和能量平衡,径流机制同时考虑蓄满产流、超渗产流及土壤性质的空间非均匀性。利用所建立的模型框架对处于半干旱区的渭河部分子流域进行分析,结果表明所建模型框架具有一定的合理性和适应性。

基于网格的精细化降雨径流水文模型及其在洪水预报中的应用

以正交网格降雨径流模型研究为基础,提出了用于洪水预报的精细化基于网格蓄满与超渗空间组合的降雨径流模型(Grid-XAJ-SATIN)。从模型的原理与结构、地理信息空间处理、参数空间分布估算、模型的驱动场分析、模型流域状态同化几个方面对该模型进行讨论,分析模型在湿润、半湿润流域的实际应用情况。结果表明,无论是湿润流域还是半湿润流域,所提出的精细化模型均能取得良好的模拟预报精度,且模型在输出流域出口断面流量过程的同时,可实现对流域内任意网格单元流量过程的精细预报。

不同水文模型在半干旱地区的应用比较研究

分别采用新安江模型、HEC模型和TOPMODEL模型对滦河宽城流域进行洪水模拟计算,认为蓄满产流模型可以进行半干旱地区洪水模拟和预报分析,在计算时段为3 h的情况下,采用历史水文资料无法区别出产流模式.如果采用超渗产流一类的模型,计算时段要小于0.5 h.

土壤侵蚀正态模型试验中产流畸变系数

根据入渗、产流原理，分析了小流域土壤侵蚀正态模型试验中的产流与流域 实际产流过程的差异，首次提出了模型产流畸变的概念。并根据实地人工降雨试验所计算的 入渗、产流过程线，理论推导出不同比例尺正态模型畸变系数，同时随着模型相似比例尺的减 小，产流畸变系数增大。产流畸变系数的提出，提高了土壤侵蚀正态模型试验的实际应用价 值，也告诫人们用模型试验资料时，必须进行模型与原型的转换，否则会造成水保措施工程 设计的浪费。

半湿润地区洪水预报模型研究及应用

针对半湿润地区建立了流域非线性产流、汇流模型以及流域洪水实时预报校正方法,并将研制的模型应用于陆浑水库流域洪水预报,取得了较为满意的预报效果。

岩溶地区洪水预报模型研究

分别采用新安江模型、垂向混合产流模型对岩溶地区盘龙河流域进行洪水模拟计算,对该地区日流量与次洪流量过程进行了模拟。模拟分析结果表明,在岩溶地区,新安江模型和垂向混合产流模型都有应用的空间,但流域内水文资料的代表性及完整性对模型模拟精度有重要影响。

双产流模式陕北模型在半干旱地区的应用研究

黄河流域因植被覆盖显著恢复,单一超渗产流模式的传统陕北模型已不完全适用该流域。针对此问题,对陕北模型进行改造,引入蓄满产流模式,构建了超渗蓄满相结合的双产流模式陕北模型。分别将传统模型和改进后的模型在黄河中游伊洛河灵口流域进行应用和对比检验,探讨了改进模型的适用性。结果表明,改进后的模型模拟精度更高,更适用于该地区的洪水计算,具有一定的工程应用价值。