GSSHA模型在黄家河流域的次洪模拟研究

分布式水文物理模型GSSHA(Gridded Surface Subsurface Hydrologic Analysis)模型增加了描述非饱和土壤水分运动的一维理查德下渗方程进行下渗强度和累积下渗量的计算。理查德下渗方程对土壤水分运动的描述更为准确,但是其参数量较多,在实际应用中存在一定难度。对GSSHA模型具有明确物理意义且对产汇流计算影响较大的8个参数进行了敏感性分析,采用控制变量法对单一参数在范围内选择10个左右的参数值进行模拟和对比,洪峰流量和峰现时间模拟最大值与最小值的比值或差值作为判断敏感参数的标准,峰筛选出对洪峰流量和峰现时间有重要控制作用的敏感参数并进行敏感性排序。选择宁夏南部地区的黄家河流域为研究流域,对2000-2015年间18场洪水进行次洪径流模拟,其中前13场为率定期,后5场为验证期,参数率定过程按照先径流量后洪峰流量,研究GSSHA模型在半干旱地区的应用效果。参数敏感性分析结果显示对洪峰流量敏感性最高的参数依次是饱和水力传导度、泡点压力和初始土壤含水量,同时这三个参数也是峰现时间敏感性最高的参数。GSSHA模型对黄家河流域次洪过程在率定期和验证期内均具有较高的模拟精度,其中率定期内径流深相对误差为3.51%,洪峰流量相对误差为10.84%,峰现时差为-0.77 h;确定性系数达到0.80;验证期内径流深相对误差为2.18%,洪峰流量相对误差为-6.98%,峰现时差为0 h,确定性系数为0.79。

CASC2D模型与GSSHA模型在栾川流域的径流模拟

为研究半干旱半湿润流域复杂产流机制下不同模型结构对于径流模拟的影响,选取栾川流域为研究对象,在采用相同的DEM、土地覆盖以及土壤资料的前提下,利用基于超渗产流机制的CASC2D模型以及在其模型结构基础上改Green-Ampt方程为理查德方程计算下渗并增加地下水径流的GSSHA模型对1964—2000年间的8场洪水进行径流模拟。结果表明,GSSHA模型在栾川流域获得较好的模拟效果,除峰现时差外,GSSHA模型在洪峰、径流深模拟以及确定性系数方面均比CASC2D模型有较大提升。

河段溢流的二维扩散波法径流模拟

河段溢流产生的非定向流会导致基于定向流的动力波水文分析算法在溢流段失效。为了提高河段溢流状况下的洪峰模拟精度,文章以重庆綦江流域为研究区域,应用GSSHA软件模型构建二维扩散波模型,模拟2020年“6.22”重庆綦江洪水灾害事件。通过对模型的参数优化,模拟流量与实测流量的洪峰误差百分比为0.34%,NSE系数为0.84,模拟的水文曲线与实测水文曲线整体上吻合较好。研究表明,构建的二维扩散波模型与动力波模型相比,提高了模拟精度,且可以有效解决在径流模拟中因河水溢流导致洪峰时间滞后且峰值减小的难题,对于复杂的水动力条件下的流域洪水预报提供了一定的理论依据和方法支撑。

城市流域径流峰值对降雨时空异质性的响应

基于高时空分辨率的降雨产品,采用RainyDay暴雨生成器生成具有不同时空分布情景和降雨历时的设计降雨,通过分布式水文模型GSSHA模拟分析径流峰值对降雨时空异质性的响应规律,结合协方差分析方法和所构建的降雨时空异质性指标体系,定量研究不同降雨时空异质性指标对径流峰值的影响。结果表明:耦合短时序(2008—2016年)栅格降雨数据和RainyDay暴雨发生器,可以生成与实际降雨时空分布相似的流域设计降雨;降雨时空异质性对径流峰值具有显著的影响,其影响比降雨历时和降水量对径流峰值的影响大;雨峰系数、降雨集中度、1 h最大降水量对径流峰值的影响较大,其中雨峰系数的影响随着降雨历时或降雨重现期增大而减小,而降雨集中度则相反。