GTOPMODEL模型与TOPMODEL模型比较

构造了名为GTOPMODEL用于洪水模拟基于栅格的分布式水文模型.通过假设土壤饱和水力传导率随着深度的增加呈指数递减和地下水面平行于地表面,推导出了基本方程;介绍了植物及根系截留、蒸散发、地下水补给、基流以及汇流的计算方法,并与TOPMODEL进行了比较.采用因特网提供的数字高程模型、土壤组成和土地覆盖等资料,选用流域面积4 716 km2的黄河支流洛河卢氏以上流域,应用两个模型进行了洪水模拟比较.结果表明,在该流域GTOPMODEL比TOPMODEL模拟更好.

不同DEM分辨率下的Topmodel模型参数优化方法适应性研究

Topmodel模型是目前被广泛应用的半分布式流域水文模型。这里运用常用的SRTM-90 m、SRTM-30 m和ALSO-12.5 m三种DEM分辨率的高程数据进行Topmodel地形指数的计算。同时运用PSO、DEoptim、Malschains三种参数优化算法对Topmodel模型进行模型参数优化。以纳什系数(NSE)为参数优化目标来优选出最适宜Topmodel模型建模DEM分辨率和参数优化算法。根据模拟结果得出以下结论,在SRTM-90 m、SRTM-30 m和ALSO-12.5 m三种DEM分辨率数据中最适宜Topmodel模型日流量建模的DEM数据为SRTM-90 m高程数据;在PSO、DEoptim、Malschains三种参数优化算法中最适宜Topmodel模型日流量建模的参数优化算法为DEoptim算法。通过研究,为以后Topmodel模型建模提供了可参考的建议。

基于栅格的新安江模型与GTOPMODEL模型

根据新安江模型和TOPMODEL,建立了基于网格的分布式水文模型Grid-Xina′njiang和GTOPMODEL。将模型用于黄河支流洛河流域以及钱塘江支流密赛和太湖支流西苕溪流域的洪水模拟计算,并与新安江模型和TOPMODEL的结果进行比较。结果显示,基于网格模型的模拟精度要高于原模型的精度。

Topmodel模型在黑河干流出山径流模拟中的应用

概念性模型应用广泛,它由集总模式逐步发展为分布参数模式。文中介绍了一个基于土壤含水量和地形指数的概念性分布参数模型———Topmodel。该模型以小时为步长,对DEM分辨率的要求为50m×50m。为将模型应用到我国内陆河山区中大型流域,将模型的DEM分辨率拓宽到1500m×1500m,模拟过程也分别以日和月为步长。日径流模拟结果表明,在DEM分辨率较粗的情况下,模型有一个较长时间的土壤含水量调整期,之后模拟效果较好,尤其是枯水径流。月模型模拟效果较好,但模拟效果总体还是受DEM分辨率较粗的影响。

SCE-UA算法在TOPMODEL参数优化中的应用

以江西修水万家埠流域为例,用SCE-UA算法对TOPMODEL参数进行了优化,并对优化结果进行了检验.结果表明:SCE-UA算法不仅可以用于概念性水文模型和分布式水文模型,还可以用于半分布式水文模型———TOPMODEL;TOPMODEL参数上下边界需根据参数的物理意义和研究流域特性来确定;在SCE-UA算法中,目标函数的建立对于参数优化具有重要作用,在次洪模拟时,目标函数应突出高水过程和洪峰对模拟效果的影响;SCE-UA算法的绝大部分参数取值都可以采用已有研究成果的默认值,只有复合型个数p需要根据具体问题确定.

基于地形指数的TOPMODEL研究进展与热点跟踪

TOPMODEL是一种以数学方式表示水文循环过程的基于物理过程的半分布式流域水文模型 .该模型结构明晰 ,参数较少且具有明确的物理意义 ,不但适合于坡地集水区 ,还能用于无资料流域的产汇流估算 .TOPMODEL更大的优点在于非常适用二次开发 .该模型最初是用来模拟英国山区降雨径流的 ,后来被广泛应用于美国东部、新西兰等温湿地区 ,均显示了很好的模拟结果及可信的变源产流贡献模拟 .TOPMODEL是降雨径流模式之一 ,整个水文过程主要用水量平衡和Darcy定律来描述 .它利用变源面积理论原理 ,采用分布式地形指数 (ln(a tan β)来刻划流域或坡面的地形 ,作为决定径流形式的主导因子 ,并假定流域内具有同一地形指数值的区域具有水文相似性 .该文最后对目前TOPMODEL在森林流域水文研究中对产流机制的解释、参数问题以及尺度问题等 3个热点问题进行了跟踪 .

以地形为基础的流域水文模型——TOPMODEL及其拓宽应用

介绍了 TOPMODEL的基本理论与理论基础及模型利用地形指数的不同空间分布 ,模拟水文响应的特性。由于以往 TOPMODEL的应用只限于山坡尺度范围 ,本文试探将其应用范围拓宽 ,选择淮河流域为例 ,考察其在一般流域上的应用效果 ,并将 TOPMODEL与新安江模型作了初步分析比较。

基于贝叶斯理论的TOPMODEL参数不确定性分析

应用贝叶斯理论探讨了流域水文模型参数及预报不确定性问题.通过Monte-Carlo途径确定TOPMODEL模型的敏感参数,采用MCMC抽样技术估计敏感参数的后验概率密度分布,并根据参数的抽样系列构造水文模型预报值的经验分布,据此对模型参数的不确定性及其对水文预报结果的影响进行评价.以浙江密赛流域为例进行了应用研究,提供了模型参数及预报结果不确定性的定量分析结果.

TOPMODEL在流域径流模拟中的应用研究

介绍了TOPMODEL的基本结构与理论。该模型结构简单、物理概念明确、优选参数少,在集总式和分布式流域水文模型之间起到了一个承上启下的作用。TOPMODEL在国外已被广泛研究,并认为是一个相当成功的流域水文模型。为了进一步拓宽该模型的应用,选择6个不同尺度、分布于不同区域和不同气候条件下的流域来应用研究该模型的径流模拟效果。结果表明,该模型在率定和校核两个阶段的模拟精度都比较高,基本上能达到新安江三水源模型的水平。

WRF模式与Topmodel模型在洪水预报中的耦合预报试验研究

基于空间分辨率90 m×90 m的湖北荆门漳河水库数字高程模型(DEM)地形数据,并从2012—2015年选取了20场洪水过程(其中16场用于模拟,4场用于检验),将华中区域数值天气预报业务模式WRF提供的三重嵌套空间分辨率3 km×3 km、9 km×9 km和27 km×27 km预报降雨与集总式新安江模型以及半分布式水文模型Topmodel耦合进行洪水预报试验。通过对比试验得到以下结论:当流域降雨的时、空分布比较均匀时,集总式新安江模型可以较准确地预报出洪峰流量和峰现时间,而当降雨时、空分布差异较大时,预报误差也会随之增大。基于DEM数据建立的Topmodel模型可以反映不同降雨时、空分布下洪水预报结果的差异,试验结果表明,3 km×3 km和9 km×9 km洪水预报的输出结果比较接近,且在确定性系数和洪峰相对误差上要优于27 km×27 km的洪水预报结果,而在峰现时差的预报上,则是27 km×27 km的洪水预报结果与实测较吻合。通过研究还发现,虽然当流域降雨的时、空分布存在一定差异时,3种空间分辨率的WRF预报降雨均无法预报出与实测一致的降雨分布,但是在某些情况下,当降雨的时间分布误差和空间分布误差相抵消时,仍然可以得到较为准确的洪水预报结果。因此,高时、空分辨率的模式预报降雨并不一定就能对洪水预报结果产生正贡献,需要通过反复尝试寻找水文模型和数值模式耦合的最佳时、空分辨率。

TOPMODEL模型中的DEM尺度效应

TOPMODEL是目前被广泛应用的半分布式流域水文模型，它以地形为基础的特点使得DEM的空间分辨率成为影响模型模拟结果准确性的重要参数。不同分辨率的DEM将计算出不同的地形指数In（α／tanβ）分布，其作为TOPMODEL的地形参数直接影响着模型的模拟结果。以10m分辨率的DEM为原始数据，生成10—1000m等17种分辨率的DEM，使用地形信息熵的概念，比较不同分辨率的DEM对地形信息提取的影响。假设TOPMODEL在10m分辨率的DEM计算的流量过程线为观测值，对比了不同分辨率的DEM对流量过程线和N8sh效率系数产生的变化。对于所研究的流域，150m分辨率是建立TOPMODEL模型的最佳值，300m分辨率是保证模型结果有效的基本要求。使用Monte Carlo方法计算TOPMODEL中参数对DEM分辨率的敏感性，指出在模型的5个参数中，只有饱和导水系数T0对DEM分辨率敏感。

基于Sobol法的TOPMODEL模型全局敏感性分析

Sobol法是最具代表性的全局敏感性分析方法。应用Sobol全局敏感性分析方法分析TOPMODEL模型的参数对Nash-Sutcliffe效率系数、总水量平衡误差系数、低水流量误差系数和高水流量误差系数4个目标函数的敏感性。通过对白盆珠水库、流溪河水库的分析结果表明,较敏感的参数有M、lnT0、Sr0和Rv,Sobol方法给出的定量敏感度能衡量敏感性表现的差异,并反映出了模型"异参同效"的现象。

TOPMODEL和新安江模型的应用比较

通过ArcView软件对淮河息县以上流域进行了流域信息的提取,并利用VB编程提取出该流域的地形指数与河网等流时线,使之成为TOPMODEL模型的客观物理参数。为了客观表示流域的初始状态,还建立了初始土壤缺水量与地形指数之间的关系式。最后将TOPMODEL模型和新安江模型分别应用于该流域的洪水模拟中,并在径流深相对误差、洪峰相对误差、确定性系数等方面进行了比较和分析。

基于格子玻尔兹曼法的TOPMODEL建模与应用

依据Freeze和Harlan的水文模型蓝图思想改进TOPMODEL,在模型构建过程中利用格子玻尔兹曼法（LBM）建立汇流过程的数值模型,采用达西公式数值模型求解饱和区土壤水运动方程,运用LBM法五速模型求解非饱和区理查兹运动方程,进而构建基于栅格的分布式LBMGTOPMODEL。模型的产流方法融合了蓄满产流理论和超渗产流理论,考虑了土壤水分剖面、土壤各向异性和地形坡度等对流域产流的影响;模型的汇流方法利用地貌水文学理论,寻求水文过程与流域地形地貌的相互作用及定量关系,此模型在汇流过程中将地貌因素与水动力扩散相结合以描述坡面水流运动,解决了坡面水流的流量分配问题。以中汤流域为对象进行水文模拟应用研究,验证得到确定性系数在0.547-0.883之间,平均值为0.725,结果良好,说明模型较为可靠。

TOPMODEL模型在岩溶地区的改进与应用

为合理评价岩溶地区水资源,在充分考虑岩溶地区水文要素的空间异质性及各水文单元之间的相互联系的基础上,作者结合TOPM ODEL模型的结构特点,对模型进行了改进。该改进模型在子流域中采用TOPM ODEL模型作产流计算,根据河道的不同属性推求汇流时间,建立汇流模型,增强了模型的分布性,解决了由于岩溶地区地下河的存在无法使用TOPM ODEL模型的问题。将此改进模型应用于鄂西蛤蟆颈水库控制流域进行模拟研究,得到了较为满意的模拟结果。

基于TOPMODEL径流模拟的黑河水资源探讨

以黑河莺落峡流域的精度30m、地形图比例尺1∶5万的数字高程模型(DEM)栅格网为基础,辅以黑河地区水文站点降水资料,运用PRISM算法内插降水要素,充分考虑高程、地形、距离等因子对降水的影响,在内插结果与实测资料对比精度满意的前提下,使用TOPMODEL对黑河莺落峡流域(10009km2)径流流量进行逐日模拟,模型模拟精度达70%左右。

Topmodel模型在黑河金盆水库流域的应用研究

【目的】预测黑河金盆水库的入库流量过程,为水库汛期的安全运行提供理论依据。【方法】根据陕西省黑河金盆水库流域水文、气象资料,采用Topmodel模型模拟流域的降雨径流过程,以流域内2003-2007年雨量站及水文站的实测数据进行模型率定,以2009年的实测资料对模型进行检验。【结果】Topmodel模型模拟结果显示,模拟期Nash系数平均值为0.78,洪峰预报误差的平均值为-10.3%,峰现时间平均值为-1 h;检验期Nash系数平均值为0.875,洪峰预报误差平均值为11.2%,峰现时间平均值为-1 h。Topmodel模型在黑河金盆水库流域的预报水平为乙等水平。【结论】模型在该流域具有较强的适用性,可以用于金盆水库汛期的入库流量预报,可为水库的安全运行和科学管理提供数据支持。

DEM空间分辨率对TOPMODEL径流模拟的影响研究

本文以褒河流域为例,引入信息熵的概念量化分析了DEM分辨率对地形特征(坡度、单宽上坡集水面积和地形指数)计算的影响,发现随着DEM分辨率的降低,计算得到的坡度值偏小,单宽上坡集水面积值偏大,从而导致地形指数计算值偏大。在此基础上,再基于不同分辨率的DEM数据得到的地形指数分布,采用TOPMODEL对褒河流域的9场次洪进行模拟,结果表明DEM分辨率降低会使得洪峰流量和径流深增大,确定性系数降低,模型的模拟精度变低,但其对峰现时差的影响不明显。

TOPMODEL中地形指数ln(α/tanβ)的新算法

TOPMODEL中地形指数ln(α/tanβ)被用来近似表征流域径流源面积和地下水水位的空间分布特征,目前广泛使用的计算地形指数的方法为多流向算法(FD8算法)。本文首先介绍了多流向算法的基本原理,并基于此对流动累积分配中的有效等高线长度精确计算提出了几何锥面内切圆算法,同时改进了传统的地形指数中单位等高线汇流面积α的计算方法,增强了多流向算法对DEM中异常栅格的处理能力。改进后的地形指数新算法在两个不同流域和不同分辨率DEM上与传统多流向算法进行了对比分析。结果表明新算法在原理上更符合地形指数物理意义,实际应用中其计算结果更准确。这种地形指数新算法的提出对于流域水文过程机理分析及陆面过程定量化研究具有一定的现实意义。

用TOPMODEL模型模拟流域枯水径流

TOPMODEL模型是以地形为基础的半分布式流域水文模型,被广泛地应用于流域水文模拟中.用该模型对东江流域中的四个流域进行枯季日径流过程模拟,在对模拟结果进行初步分析的基础上,着重以连续多日最小平均流量、基流分割结果等描述枯水径流特点的枯水特征值为研究对象,分析用TOPMODEL模型所模拟出来的枯水流量的模拟精度.综合研究结果表明,采用该模型来模拟枯水期的流量过程可以达到较高的模拟精度.