Flood Forecasting Experiment Based on EC and WRF in the Bailian River Basin

In order to extend the forecasting period of flood and improve the accuracy of flood forecasting,this paper took Bailian River Reservoir which located in Huanggang City of Hubei Province as an example and carried out basin flood simulation and forecasting by coupling the quantitative precipitation forecasting products of numerical forecast operation model of Institute of Heavy Rain in Wuhan(WRF)and the European Center for Medium-range Weather Forecasts(ECMWF)with the three water sources Xin an River model.The experimental results showed that the spatiotemporal distribution of rainfall predicted by EC is closer to the actual situation compared to WRF;the efficiency coefficient and peak time difference of EC used for flood forecasting are comparable to WRF,but the average relative error of flood peaks is about 14%smaller than WRF.Overall,the precipitation forecasting products of the two numerical models can be used for flood forecasting in the Bailian River basin.Some forecasting indicators have certain reference value,and there is still significant room for improvement in the forecasting effects of the two models.

基于等容瞬时单位线的水文模型研究

流域下垫面空间分布的不均匀性对径流的形成有较大影响,流域蓄水容量曲线解决了流域产流空间异质性的问题,但在采用瞬时单位线进行地表汇流计算时,又将其作为空间分布均匀的净雨处理,局部产流并没有实现局部的汇流。考虑汇流时间与蓄水容量的空间相关性,通过Copula函数构造二者的联合分布,以条件概率的形式反映不同蓄水容量处汇流时间的空间分布特征,进而以等蓄水容量为计算单元,提出了等容瞬时单位线的概念,相当于采用变单位线的方式计算单元产流量的地表径流,从而可以实现局部产汇流计算过程的统一。由此,创建了基于等容瞬时单位线的水文模型IIUHH,并根据Copula函数的类型构建了多种形式的IIUHH,最后选择清江上游作为案例进行验证。结果表明:Clayton型的IIUHH在研究区域表现更优,相比于新安江模型,Nash效率系数可以提高4%~12%,Kling-Gupta效率系数可以提高13%~27%,洪峰相对误差则可降低26%~36%,较大程度上提高了洪峰和洪水过程的模拟精度。研究成果可为流域高精度径流预报提供技术支撑。

红水河龙滩水电站区间河系洪水预报方案研究

龙滩水电站是珠江流域防洪控制性工程,但目前缺乏较完整的河系洪水预报方案。为充分发挥龙滩水电站的防洪调蓄作用,选取了雷公滩、沫阳、平里河、平湖和仙人桥等支流控制站点,通过重要子区间分析确定重点关注区域,利用新安江三水源产流模型、三水源滞后演算汇流模型和马斯京根汇流演算法构建龙滩水电站区间河系洪水预报方案。研究结果表明:龙滩水电站最大入库洪水洪量占比通常为无控区间,其次为贵州区支流(蒙江、坝王河、曹渡河、六硐河),两者是洪水预报的关注重点;本研究构建的河系洪水预报方案整体洪峰流量、场次洪量的平均相对误差均为10%,平均确定性系数均在0.75以上,总体结果较好。因此,构建的龙滩水电站区间河系洪水预报方案能够应用于实时洪水作业预报中,也为进一步提升“四预”能力筑牢基础。

概念性水文模型与智能模型在中小河流洪水模拟中的比较研究

相较于大江大河的流域水文预报研究,中小流域的研究相对匮乏。以沅江河溪水文站以上流域为例,研究LSTM(Long Short-Term Memory)模型和新安江模型在场次洪水中的模拟效果。通过对比,新安江模型的整体模拟精度较高,洪量、洪峰、峰现时间的平均相对误差分别为9.39%、9.55%、1.6h,确定性系数为0.73,综合合格率为100%,达到甲级精度标准;LSTM模型的模拟精度较低,洪量、洪峰、峰现时间的平均相对误差分别为11.76%、12.33%、2.3 h,确定性系数为0.60,综合合格率为75%,达到乙级精度标准。结果表明,新安江模型和LSTM模型是中小河流洪水预报的有效方法,均可用于河溪流域的正式预报,且对于河溪流域,新安江模型的模拟精度比LSTM模型更高。

基于PSO算法的新安江模型在永宁河洪水预报中的应用研究

根据嘉陵江一级支流永宁河流域的气候特征,利用永宁镇水文站2002-2021年连续20年的逐日水文观测资料,基于粒子群算法(PSO)对新安江模型进行参数率定,基于此对永宁镇水文站日流量进行模拟,探讨该模型在永宁镇水文站洪水预报中的应用。结果表明:新安江模型在永宁镇水文站径流模拟中的成果较好,率定期确定性系数平均值为0.53,合格率为71%,验证期验证期确定性系数平均值为0.59,合格率为100%,模拟成果合格率达到乙级,确定性系数达到丙级预报精度,符合规范要求,可用于该站的洪水预报,为该站洪水预报提出了新的方向,并为新安江模型在嘉陵江上游应用积累了经验。

不同优化算法在新安江模型参数率定中的效果评估

针对水文模拟预报中需要寻求实用、稳健、高效的优化算法并据此确定参数的全局最优解的问题,以綦江流域典型控制断面五岔断面为研究对象,分别选取GA、SCE-UA、CMA-ES、PSO等4种优化算法进行分布式新安江模型汇流参数率定,并从有效性、稳定性、耗时和效率4个方面评估算法的参数率定性能。结果表明:CMA-ES算法优化效果最佳,相同迭代次数下耗时最少;SCE-UA算法稳定性和效率最高,但耗时随着迭代次数增大而显著增加;PSO算法有效性和效率相对较优,但稳定性最差;GA算法耗时相对较少,优化效果和效率最差;综合性能从优到劣依次为CMA-ES算法、SCE-UA算法、PSO算法、GA算法。

大渡河猴子岩水库入库洪水过程预报-实时校正-概率预报集成

与传统确定性预报相比,洪水概率预报能够为防洪调度决策提供更为丰富的信息。以大渡河猴子岩水库以上流域为研究区,建立新安江次洪模型,并采用动态系统响应曲线进行实时洪水预报校正。在确定性预报校正基础上,建立基于水文不确定性处理器(HUP)的次洪概率预报模型,定量分析预报不确定性,实现入库洪水概率预报。结果表明:①利用猴子岩流域20092019年水文气象资料,建立的新安江次洪模型整体精度较高,率定期和验证期的洪量和洪峰相对误差均在±20%以内,平均确定性系数分别为0.69和0.72;经动态系统响应曲线校正后,洪峰和洪量误差均有降低,率定期和验证期的确定性系数分别提高0.13和0.09。②以2020年3场洪水未来48 h预报降雨为输入,新安江模型预报精度不高,且随着预见期增长而降低,但经动态系统响应曲线校正后,整体预报精度有所提高,洪量相对误差减小幅度超50%,确定性系数提高幅度超60%。③HUP次洪概率预报模型提供的分布函数中位数Q50的预报精度在一定程度上优于校正后的确定性预报;提供的90%置信区间覆盖率均在90%左右,离散度均在0.40以下,能以相对较窄的区间覆盖大部分实测值,具有较高的可靠度。

新安江-千岛湖生态补偿试验区乡村人居环境质量时空分异及影响机制

作为全国首个跨省流域横向生态补偿试点,新安江流域生态补偿已经过3轮试点,并进入新安江-千岛湖生态补偿试验区建设阶段。生态补偿政策已经拓展到乡村生态环境保护与治理、产业结构调整、村民就业与生活水平等领域,直接影响乡村人居环境质量。科学开展乡村人居环境质量时空分异及影响机制研究对促进生态补偿机制优化具有重要意义,因此,选择2011—2019年新安江-千岛湖生态补偿试验区10个县(区、市)相关数据,采用熵权TOPSIS法和时空地理加权回归模型,对乡村人居环境质量进行综合评价。结果表明:(1)研究期新安江-千岛湖生态补偿试验区乡村人居环境综合质量以及乡村生态环境和乡村生活环境子系统质量总体呈上升趋势,而乡村生产环境呈现下降趋势。(2)新安江-千岛湖生态补偿试验区乡村人居环境质量呈现东西高、中部低的空间分布特征。(3)生态环境因素是研究区环境质量时空分异的主导因素,生产与生活因素是内在驱动因素,政策因素是外部直接因素。其中,生态补偿指数、新安江流域水质、乡村人均农林牧渔业总产值、乡村人均可支配收入、乡村医疗设施水平和乡村低保人数比例是驱动新安江-千岛湖生态补偿试验区乡村人居环境质量上升的主要影响因子,且影响力随着时间推移呈上升趋势。

SWAT模型在伊河上游径流模拟中的应用

为了探讨SWAT模型在中国半湿润半干旱地区的适用性,依托GIS软件平台,将模型应用于中国伊河流域潭头以上地区,同时与新安江模型的同系列模拟结果进行了比较.结果表明,研究流域属于混合产流区,以蓄满产流为主的年份的模拟效果要好于以超渗产流为主的年份.

气候变化下淮河流域极端洪水情景预估

利用IPCC第4次评估公开发布的22个全球气候模式在A1B、A2和B1三种典型排放情景下的未来气温和降水预测结果,结合新安江月分布式水文模型,在对模型验证效果良好的基础上,参照集合预报方法,对未来90年(2010～2099年)气候变化下淮河流域的极端洪水进行预估。研究结果表明,从出现概率来看,淮河流域未来可能发生极端洪水年份的密集程度从大到小依次为A2情景、A1B情景、B1情景。A1B情景下,21世纪下半叶出现极端洪水的可能性增大,A2情景在2035～2065年以及2085年以后是极端洪水发生较为集中的时期。B1情景在21世纪70年代左右发生极端洪水的可能性较大。综合各种极端事件的定义方法,将极端洪水划定3个洪水量级。A2情景预估极端洪水的平均洪量在3种情景中最大,B1情景最小。3种情景未来一级极端洪水发生比例都比历史上偏大,A2情景下增加最多。二级极端洪水都较历史略有减少,三级极端洪水减少最显著。3种情景下各个量级极端洪水所占比例各不相同,A1B和A2情景二级以上极端洪水出现比例较大,B1情景下极端洪水量级多为三级,超1954年的一级极端洪水所占比例较小。

基于分布式水文模型的山洪预警临界雨量计算

以抚河流域3个山丘小流域为例,采用分布式新安江模型对小流域暴雨洪水进行精细化模拟,利用率定后的分布式新安江模型进行临界雨量试算,得出各流域不同初始土壤含水量、不同预警时段组合条件下临界雨量。将计算所得临界雨量与实测暴雨洪水过程和设计暴雨进行比较验证,结果表明临界雨量计算结果较为合理,说明分布式新安江模型可应用于抚河流域山洪预警临界雨量确定,并为抚河流域山洪预警工作的开展提供参考方法。

GR模型与新安江模型及两参数月水量平衡模型在赣江流域的降雨径流模拟比较

针对赣江全流域及18个子流域,在日和月时间尺度上分别进行GR模型与三水源新安江模型、两参数月水量平衡模型的比较。结果表明:在所选择的研究流域,GR模型在率定期和检验期的确定性系数达到0.85以上,径流总量相对误差在±10%以内;GR日模型的精度略高于新安江模型,具有更强的稳定性,且结构简易,参数不确定性较低;GR月模型的精度及模型复杂性与两参数月水量平衡模型相当。

3种水文模型在淮河息县流域洪水模拟中的比较

选用新安江模型、TOPMODEL模型和SWAT模型这3种具有代表性的水文模型,对淮河息县流域洪水过程进行模拟,并对它们的模型结构、汇流方法和模拟结果进行比较。结果表明:新安江模型和TOPMODEL模型模拟结果略好于SWAT模型,说明结构复杂、考虑全面的分布式模型在洪水模拟中结果不一定最优;SWAT模型的最大优点不在于洪水模拟,而在于其考虑因素全面,适合做各种条件下的水文变化研究;这3种模型各有优缺点,下一步可以考虑如何采用集合预报的方法取长补短,提高模拟精度。

SPARROW模型的传输过程研究——以新安江流域总氮为例

建立新安江流域总氮的SPARROW模型,以土-水传输因子(LDF)表示降雨、坡度、气温3个土-水传输变量的影响,结合农业源、林草地源、生活源3个污染源排放系数,分析总氮经过土-水传输之后到达河道的比例(LDR),由此揭示总氮的非点源污染特征。结果显示坡度的影响在整个流域范围内差异相对较大,LDF为0.86~1.06,因而对3类污染源进入河道的传输比差异亦较大。综合考虑3个土-水传输变量作用下,子流域60土-水传输因子最大,而子流域225最小,因此若制定减排措施要求入河减少量相同,管理上会优先考虑子流域60所在的地区。研究采用改进的河流衰减方程同时描述水文和非水文因素的影响,代替河流分级衰减系数,引进传质系数作为模型模拟参数,削减速率与流量呈负相关关系,且大部分河段削减速率均在以往文献研究范围之内,表明改进的传质速率用于新安江流域总氮模型具有可行性。

分布式水文模型构建及在黄河区间流域的应用

选择位于黄河支流洛河中游的长水—宜阳区间流域作为研究对象,基于数字高程模型,计算栅格水流方向、集水面积和栅格演算次序,为产汇流计算打下基础。把1个栅格单元作为1个小子流域,基于栅格采用新安江模型进行产流计算,采用Muskingum-Cunge算法进行河道洪水演算。结果表明,基于DEM的分布式水文模型在洪峰误差控制和过程拟合等方面表现较好,洪水模拟具有较高的精度。

三水源新安江模型在黄河三小区间的应用

三水源新安江模型在南方湿润地区精度较高，在北方半湿润半干旱地区的应用经验不多。应用三水源新安江模型对黄河三门峡-小浪底区间（以下简称三小区间）进行了产汇流模拟计算。经过对1980年以来的7次洪水进行产汇流模拟计算，小浪底站平均确定性系数0．85，可用于小浪底水库入库洪水预报。

考虑水电站调蓄影响的堵河流域洪水预报方案构建

随着堵河流域水电能源大规模开发,多级电站水库建成蓄水,原堵河流域洪水预报方案已不适应调度要求。采用三水源新安江模型、水库调洪演算法和2005—2015年流域测站资料等,建立了考虑水库调蓄影响的堵河流域洪水预报方案。结果表明,在众多电站水库调蓄下,以洪峰流量和洪量的20%作为许可误差,龙背湾、潘口和黄龙滩3个预报断面预报方案合格率在82%左右。本预报方案的建立可为流域内各水电站的安全运行提供必要的技术支撑,同时对整个流域的防洪具有重要意义。建议在利用本方案进行实时洪水预报时,与流域内水库调度相结合,并实时调整前期土壤含水量等初始值,以达到好的预报效果;另外还需不断增加场次洪水以验证模型参数,修订和更新预报方案,进一步提高预报精度。

淮河上游产沙模拟研究

以淮河上游息县水文站以上流域为研究区域,将基于网格(1 km×1 km)的新安江模型与土壤侵蚀概念模型集成,构建基于网格的淮河上游泥沙负荷模拟模型,以日为时间尺度,利用息县水文站2000—2008年实测降雨、径流和含沙量等资料,模拟计算得到息县水文站以上流域的泥沙负荷。结果表明,建立的泥沙负荷模拟模型能有效模拟淮河流域产沙过程,且模拟精度较高。研究成果可为淮河上游水土流失治理提供依据,也为其他流域的水土流失模拟提供借鉴。