基于改进SCS-CN模型的降水径流预测

本文利用淮北平原五道沟实验站1972—2021年降水径流106场实测资料,以径流曲线模型(SCS-CN)为基础,确定了该地区的径流曲线数(CN值),对模型参数进行了敏感性分析,引入降水量与前期影响雨量优化模型主要参数(CN值),验证期(2010—2021年)借助模型效率系数E、R^(2)及RE对传统SCS-CN模型及改进后模型进行可靠性检验。结果表明:(1)降水量P和初损率λ为定值时,CN值越大,对径流预测结果的影响越大;计算径流量Q随初损率λ的增大呈减小趋势;随着CN值增大,计算径流量Q及初损率λ对CN值的变化敏感性越低;当降水量越大时,初损率λ对降水量的敏感性越低,初损率λ的取值对计算径流结果的影响可以忽视。(2)参数优化后的SCS模型中的R^(2)=0.864,E=0.780,模型总体平均相对误差为26.67%,标准SCS-CN模型的R^(2)=0.782,E=0.230,模型总体平均相对误差为366.67%,改进后模型评价指标均高于标准SCS-CN模型,对研究区的径流预测更具有适用性。

基于分布式时变增益水文模型和CN05.1降水数据的赣江流域径流模拟研究

水文模型是径流模拟的重要手段,降水是水文循环的重要组成部分,模型的选择和降水数据的质量对流域径流模拟都具有重要意义。以赣江流域为研究区域,通过对比CN05.1降水数据与站点线性插值降水数据,分析CN05.1降水数据的可靠性,评估基于分布式时变增益水文模型(DTVGM)和CN05.1降水数据在赣江流域径流模拟的适用性。研究表明:(1)CN05.1降水和站点插值降水多年月平均降水年内变化过程类似,空间分布相关性很高,R均值为0.90,CN05.1日降水与站点插值日降水相关性较高,RMSE均小于等于7.52 mm,R均大于等于0.81;(2)基于CN05.1降水和站点插值降水数据模拟了赣江流域新田等6个水文站1961—2009年的流量,模拟流量在多数大流量处大于实测流量,表明模型对于大流量的模拟存在高估现象;(3)无论是日径流还是月径流,基于CN05.1降水数据的径流模拟精度均较高,且月径流模拟要优于日径流。因此,基于DTVGM模型和CN05.1降水数据在赣江流域径流模拟具有较高的适用性。

基于DEM的数字降水径流模型在——黄河小花间的应用

DEM是目前用于流域地形分析的主要数据,在流域地形分析及水系构建等方面形成了比较成熟的算法,基于DEM的水文模拟技术的应用给传统的水文模拟方法带来了根本性的变化。基于栅格型DEM,应用最新引进的WMS专业水文处理软件,结合Arc/info、Arcview地理信息系统工具,以黄河小花间(小浪底-花园口区间) 卢氏以上流域作为研究区,进行了数字降水径流模型的应用研究。

一种基于MMS的改进降水径流模型在中国西北地区黑河上游流域的应用

以黑河流域上游为研究对象,通过对山区自然产水区的产汇流机理的研究,基于分布式水文模型集成环境的开发思想,利用MMS(modular modeling system)模型库中与降水径流相关的模块,通过综合各种产流(包括超渗、蓄满产流)机理、并且根据寒区产汇流的特点对USGS开发的流域PRMS(precipitation-runoff models)模型进行了改进,增加了土壤水运动中降雨入渗补给的多层土壤滞后效应模块以及积雪融雪和冻土面积识别模型,建立了适合于寒区流域的分布式PRMS模型。利用该模型对黑河上游出山径流过程进行了模拟与预报,模型研究结果表明:利用MMS建立的黑河上游改进的PRMS模型不仅完全可以模拟和预测黑河上游的产汇流过程,在考虑了冻土的情况下,预测年出山径流量误差小于2.7%;而且模型可以对黑河上游径流组成成分进行分析计算,对黑河上游产汇流机理做进一步阐明。利用改进的PRMS模型,预测分析了黑河上游未来气候和土地覆盖变化情景下流域出山径流变化的趋势,为黑河流域水资源合理利用和管理提供科学依据。

基于VAR模型分析径流对降水和水土保持措施的响应

确定自然及人类活动对径流的影响程度是水文水资源科学的研究难点。根据1996-2012年黄土高原三条黄河支流的径流、降水及水土保持措施面积,采用VAR模型方法评价降雨及水土保持措施对径流变化的作用程度。结果表明:年径流量对年降水量和水土保持措施面积的响应均具有滞后性,对当年各措施面积变化均不响应;各水土保持措施对年径流量的影响不是一成不变的,15年滞后期内径流有增有减,时间越长对径流变化的影响越小。1996-2012年间林地是减少径流的主导因素;采用方差分解可知,各因素相对贡献程度依次为:草地<封禁<林地<梯田<坝地<降水。从长期来看,水土保持措施对径流量减少的贡献可达60%以上,随着时间的推移,贡献度有所增加。径流量减小是水土保持措施持续增加的结果。

华北地区流域月降水径流模型比较研究

选择我国华北地区若干流域，建立了三个月降水径流模型——统计模型、比利时模型和新安江模型。分析结果表明：统计模型能较好地反映流域输出对输入的响应，新安江模型（改进后）则能较好地描述半干旱地区流域的产汇流特性，模型拟合效果也较好，而比利时模型，经初步应用，拟合效果比新安江模型差。

三峡库区降水—径流关系及径流量预报模型研究

利用2000—2007年长江上游各分流域面雨量实测资料、雷达遥测面雨量资料以及各水文站的历史资料,对流域降水量、洪水传播时间、径流数据以及基流值进行了针对性处理;通过单日产流Pa+P—R(降水量加前期影响雨量—径流)分析和场次洪水总量Crr—P(a径流系数—前期影响雨量)分析,结合各分流域拟合效果及检验,研究了三峡库区降水—径流关系,证明采用雷达遥测的降水数据作为降水量输入来预报各分流域未来时段内产流量是最佳选择,由此建立了三峡库区径流量的预报模型。

基于SWAT模型和降水随机模拟的径流预测

降水为气象数据中对径流模拟结果影响最大的因素,对径流过程造成的影响较大,为预测未来不同量级降水情景下的径流过程,将SWAT模型和耦合Markov链-Gamma分布的降水随机模拟相结合。以王快水库以上流域为研究区域,构建SWAT模型并进行参数率定和验证。以阜平站60 a逐日降水资料为基础,通过构建不同量级降水下的随机模拟模型生成年降水量为800、550、300 mm相对应的日降水过程,将其输入SWAT模型输出月径流过程。结果表明:该SWAT模型对于研究区域径流的模拟结果良好;3种降水情景下的年径流量分别为5.97、2.79、1.51 m^(3)/s,最大月径流量分别为17.81、7.01、4.08 m^(3)/s。

基于新安江模型的老挝南俄河流域径流变化贡献率分析

为分析20世纪60年代以来气候变化和人类活动对老挝南俄河流域径流变化的贡献率,基于流域内地面站点实测降水数据,对广泛应用于湄公河流域的APHRODITE和MSWEP两种卫星降水产品日降水数据进行了偏差校正,采用经校正的基准期卫星日降水和白冠洪、欣赫普两站点实测日径流资料构建了新安江模型,模拟还原了流域水库影响期的天然日径流过程,定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:南俄河流域年径流总体呈下降趋势;白冠洪站两个水库影响期气候变化对径流变化的贡献率分别为-429%和-399%,欣赫普站水库影响期气候变化对径流变化的贡献率为-380%,而对应的人类活动贡献率分别为529%、499%和480%,人类活动是流域径流变化的主要原因;以水库运行为主的人类活动对径流年内分配影响显著,丰水期人类活动影响量的绝对值超过气候变化影响量绝对值的2倍。

降水一水土保持一径流统计模型在潮河流域的应用

以密云水库以上的潮河流域作为研究区域,对流域1961—2005年的还原年径流量、年降水量、年水土保持措施(水平梯田和造林)面积数据进行了多元回归分析。建立基于降水—水土保持—径流之间关系的统计模型,定量评估了该区水土保持措施对流域年径流量的影响程度。模型评估结果表明,1961—1970年,1971—1980年,1981—1990年,1991—2000年,2001—2005年,流域水土保持措施的年均减水效应分别为2.54%,3.52%,28.71%,6.87%和48.02%;1981—2005年,流域水土保持措施的年均减水效应比较显著为22.96%。2001—2005年的年均减水效应最大,1981—1990年的年均减水效应次之,1991—2000年的年均减水效应最小。水土保持措施对枯水时段的减水效应更为突出。

黄河流域头道拐-龙门区间极端降水时空分布特征及其对径流的影响

全球气候变化背景下极端降水事件频发,研究理解极端降水时空变化特征,明确径流过程的变化规律及影响机制对半干旱-半湿润区水土保持决策具有重要意义。基于头道拐—龙门区间1960—2021年37个气象站点资料以及头道拐、龙门水文站资料,分析区间极端降水时空分布特征以及径流动态变化特征,并使用PLSR模型分析极端降水事件同径流之间的关系。结果表明:1)近60多年来,除持续干旱时间、持续降水时间、最大1日降水量、最大5日降水量之外其余各极端降水指数均呈上升趋势,区间极端降水强度指数上升趋势总体高于极端降水频率指数;2)头道拐—龙门区间多年平均径流量为39.8亿m^(3),自20世纪60年代以来平均变化趋势为-0.947亿m^(3)/a。随时间的推移径流量呈显著减少态势,以1979年为界,区间年径流量从61.9亿m^(3)下降到29.3亿m^(3);3)基于突变前各极端降水指数同区间年径流深所构建的PLSR模型累计解释了年径流总方差的88.4%,年降水总量、强降水总量、极端强降水总量是影响头道拐—龙门区间径流变化的最重要变量,同时进一步定量化分离极端降水和人类活动对区间径流的影响,其中极端降水对于径流变化的贡献率为10.6%。

降水径流特征变化对月水量平衡模型模拟精度及参数的影响

为评估水文模型在变化环境下的可靠性,以两参数月水量平衡模型为例,采用Mann-Kendall法分析降水径流资料在MOPEX数据集中美国本土的104个典型流域的一致性,基于可变模糊理论评价降水径流资料一致性对两参数月水量平衡模型模拟精度的影响,并探讨降水径流资料一致性和流域的气候特征对模型参数的影响。结果表明:研究流域中,92.31%流域的降水或径流资料的一致性遭到破坏;通过可变模糊集评价模型模拟效果,发现降水、径流趋势变化均会削弱水文模型的模拟能力,其中降水一致性破坏是水文模型模拟能力减弱的主要原因,并且该方法能够准确地识别影响模拟能力的次要因素;模型参数C和参数SC均随着流域多年平均径流系数增大而增大,参数C反映了流域的湿润程度,参数SC表征了流域的调蓄能力。研究成果可为防洪、抗旱、水资源规划和管理提供技术支撑。

基于EMD的凌河流域降水径流预测模型研究

为提高降水径流预测模型的预测精度,利用经验模态分解法处理非线性复杂信号的优势,再结合BP神经网络,对凌河朝阳水文站1956—2009年的降水量资料进行分解,以分解出的分量作为BP神经网络预测模型的输入,以实测的年径流量作为输出,建立降水径流预测模型。模型检验结果表明:模型预测精度较高,对凌河流域径流量预测具有一定的实用性。

分布式降水径流模型产流结构及其应用

为了提高描述水文时空变化的精度 ,结合我国北方实际干旱半干旱流域的实际水文资料 ,以水动力学理论为基础 ,采用已推导出的坡面流、壤中流和地下水的一维偏微分简化方程组来进行产汇流模拟计算 ,并且针对北京市怀柔水库流域的水流运动规律和水文特点 ,建立了以水动力学方程为基础的分布式降水径流模型。该模型比概念模型的精度明显提高。

径流小区内土层厚度变化——降水强度模型研究

地面3D激光扫描仪是一种新型测绘仪器,能快速、高效和精确地获取测量目标的3D影像数据,突破了传统的测量和数据处理方法,赢得了全新的应用空间。本研究使用3D激光地貌扫描仪,在黑龙江地区典型黑土区进行径流小区人工降雨实验,通过测定小区内不同位置降雨前后土层厚度变化,结合降雨强度数据建立径流小区内土层厚度变化——降水强度模型。使用自然降雨下观测结果进行验证,认为本模型能够反映径流小区内不同位置土层厚度变化规律,具有一定的可靠性。

基于SWAT模型的赤水河流域径流年内分配特征及其对降水的响应研究

[目的]研究赤水河流域径流年内分配的非均匀性变化特征及其对降水的响应情况,为流域水资源的开发利用及防洪治涝等研究提供决策依据。[方法]以赤水河流域中上游为研究区,构建SWAT模型相关数据库并对流域径流进行模拟。以实测逐月径流数据对模型进行率定验证。基于模型输出结果,结合降水/径流集中度和集中期,分析流域径流年内分配特征及其对降水的响应情况。[结果]两个水文站率定期决定系数(R^(2))与纳什效率系数(Ens)均在0.83以上,验证期R^(2)与Ens均在0.69以上,满足精度要求;流域降水和径流年内分配不均匀性显著,二者变化趋势较为一致,主要集中在6—8月;径流集中度的时空分布受降水集中度影响显著,由于入渗和蒸散作用的影响,前者通常大于后者,但当降水集中度较低时(PCD<0.3),径流集中度不再完全以降水集中度为主导;由于流域径流对降水变化的响应存在滞后性,径流集中期往往大于降水集中期,短期较小幅度的降水量增加对降水集中期影响显著,而对径流集中期影响有限。[结论]降水是引起赤水河流域径流集中度/集中期变化的主导因素,而在不同降水量条件下径流系数的变化,是径流集中度/集中期对降水集中度/集中期产生不同响应特征的主要原因。

里下河平原区径流模拟及其对极端降水响应分析

平原河网区地势平坦,水系密集交错,产汇流受人类活动影响强烈,水文过程复杂。随着全球变暖,极端降水事件增加,洪涝灾害频繁,探究平原区径流过程模拟及其对极端降水的响应具有重要意义。通过对流域河网合理概化、空间离散等人工干预处理,改进传统河道和子流域提取,运用SWAT模型模拟里下河平原区2013—2020年汛期流量过程,分析不同极端降水情景下径流变化规律。结果表明:SWAT模型在里下河平原区汛期月径流模拟有较好的适用性,阜宁(射)站决定系数R2和纳什效率系数(NSE)均在0.75以上,相对误差|Re|小于5%;不同极端降水情景模拟下,日均径流量变化较大,峰值变化明显,在20a一遇、50a一遇和100a一遇极端降水下,变化率分别为3.4%、10.2%和14.2%,月均径流变化幅度较小且影响时间较短。研究结果可为里下河平原区水资源合理配置、洪涝灾害科学应对提供依据。

基于多种降水数据产品的黄河源区径流模拟研究

黄河源区位于青藏高原的东北部,该流域气象站点分布稀疏,水文过程研究存在很大的局限性,研究多种降水数据产品在流域的适用性对水文模型研究具有重要的推动作用。本文以黄河源区作为研究区域,基于中国气象同化驱动数据集(China Meteorological Assimilation Datasets for SWAT model Version1.1,CMADS V1.1)、热带降雨测量卫星(Tropical Rainfall Measurement Mission,TRMM)降水数据集(3B42 Version7)和气象站观测降水数据分别驱动土壤水文评估工具分布式水文模型(Soil and Water Assessment Tool,SWAT),同时利用SWAT-CUP(SWAT Calibration and Uncertainty Program)和SUFI-2(Sequential Uncertainty Fitting2)算法对27个敏感性参数进行率定,模拟黄河源区多年月平均径流量的变化规律,并将模拟结果与观测值进行对比分析,评估了CMADS和TRMM 3B42降水数据产品在该流域的精度以及SWAT模型在黄河源区的适用性。结果表明:(1)由3种降水数据获得的降水空间分布为由西向东递增的趋势,TRMM 3B42与实测降水在年和月变化上一致性好于CMADS数据集。(2)参数敏感性分析结果表明:SCS(Soil Conservation Service)径流曲线数、地下水滞后系数、土壤蒸发补偿系数对径流模拟的敏感性程度较强。(3)利用CMADS和TRMM 3B42降水数据集模拟的径流结果均优于实测降水数据,流域内3个水文站在率定期的相关系数R分别是0.93,0.92和0.88;TRMM 3B42模拟结果次之,率定期和验证期的相关系数R均在0.80以上,纳什系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)在0.50以上。本研究证明了CMADS数据集和SWAT模型在地貌类型复杂、气候变化敏感的高海拔地区的径流模拟方面具有较好的适用性,为气象站点稀缺的地区提供了建立水文模型的替换方案。

“降水——水土保持——径流”统计模型在辽宁大凌河流域水土保持效应分析中的应用研究

水土保持措施的实施会对流域河床径流量产生较大影响,会导致土地利用、覆盖范围和水文效应产生明显改变。"降水"、"区域径流"和"水土保持"三个变量之间存在线性关联性,本文以辽宁省大凌河流域为研究对象,通过对该研究区1972-2016年的年降水量、径流量和水土保持面积数据进行多元线性回归分析,构建"降水—水土保持—径流"三个变量之间的统计模型,对大凌河流域水土保持行为对该流域年径流量的影响程度展开定性描述与定量评估。通过综合区域内降水、水土保持和径流之间的关系,发现流域水土保持面积、降水量与还原径流量之间的线性关系为-0.021,水土保持面积变量与降水量之间相互独立,与径流量之间具有较强关联性。年径流量随着区域降水量不断减少而减少,而随着水土保持措施的增多而增加,研究结果对区域水资源管理与保护提供参考。

考虑黄河中游植被覆盖度因素改进降水—径流模型

近年来,黄河中游地区植被覆盖率明显增加,影响了该地区的产流机理及降水—径流相关关系。在州川河流域建立超渗产流模式的半分布式HBV模型,将归一化植被指数(NDVI)引入降水—径流模型中,对植被截留能力和包气带最大含水量进行修正,获得了较好的模拟结果(纳什效率系数0.7584)。通过与传统的降水—径流模型成果进行对照,证明了考虑植被影响因素可以提高模型的精度,在植被变化较大时期提高黄河中游地区降水—径流预报精度。