改进的TOPMODEL在流域洪水模拟中的应用研究

将具有流域分布特征的Green-Ampt下渗曲线引入TOPMODEL中,并在TOPMODEL的结构中增加超渗产流模块,将TOPMODEL结构中的一层蒸发模块改进为二层蒸发模块。根据Internet提供的土壤组成和土地覆盖资料,提出了计算植被根系层最大持水量参数的方法。分别用原始的、改进后的TOPMODEL和三水源新安江模型对黄河渭河流域的秦渡镇流域洪水资料进行了验证和应用。计算结果表明,参数植被根系层最大持水量在流域分布上是不均匀的,改进后的TOPMODEL可取得更好的洪水模拟结果。

垂向混合产流模型在三峡水库洪水预报中的应用

选取寸滩武隆至三峡大坝之间的流域为研究对象,构建三峡水库垂向混合产流入库洪水预报模型,模拟研究区域内近几年汛期的降雨径流,从日模和次洪模拟效果分别进行分析,并与新安江模型模拟效果进行对比。结果表明:垂向混合产流模型和新安江模型模拟精度均较高,年径流深、年最大洪峰、年最大3d洪量、年最大7d洪量、场次洪水洪峰、径流深及确定性系数均满足许可误差要求,模拟场次洪水的合格率均达到100%,且垂向混合产流模型模拟精度略高于新安江模型。因此,建立的垂向混合产流模型对洪峰、洪量、过程均模拟较为准确,可为三峡水库入库洪水预报提供重要参考依据。

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。

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。

对新安江模型的改进

在新安江模型的结构中增加了超渗产流模型，对新安江模型进行了改进，使得新安江模型的产流理论更加完善，可以用于湿润地区、半干旱半湿润地区及干旱地区。把改进后的模型在半干旱半湿润的沂沭泗流域进行了验证和应用。

格林-安普特降雨径流模型改进及初步应用

将基于土壤及降雨资料计算得出的具有物理基础的下渗能力分布曲线引入格林-安普特降雨径流模型,选择中国和美国2个半干旱流域作为研究区域,将改进后的格林-安普特模型与原模型及新安江模型进行模拟对比,研究改进后模型的应用效果及其在半干旱地区的适用性。结果表明:在2个半干旱流域,改进格林-安普特模型模拟结果均好于原始格林-安普特模型及新安江模型;增加的具有物理基础的下渗能力分布曲线能够更好地反映流域内各位置下渗能力随降雨和时间变化的特点,更加精确地计算出流域内下渗量及产流量;半干旱地区洪水多由短时强降雨引起,产流主要以超渗地面径流为主,降雨观测精度和降雨强度对模型模拟精度影响较大;改进格林-安普特降雨径流模型能够在半干旱地区洪水预报中发挥作用。

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.

华北地区分布式蓄超空间动态组合TOKASIDE-D模型研究

为探究我国华北地区由于下垫面和降水时空分布不均匀产生的地下水超采严重和产流机制混合多变(蓄满与超渗产流随着时间和空间发生交替主导)等问题的解决办法,在基于物理基础的分布式模型TOKASIDE的基础上,通过降雨和土壤含水量之间的判定关系,动态识别蓄满产流和超渗产流网格,构建分布式蓄超空间动态组合模型(TOKASIDE-D),并选择华北地区的北辛店流域进行验证和分析。结果表明,与原模型相比,TOKASIDE-D模型在北辛店流域的洪水模拟精度有较为明显的提升,径流深误差合格率由44%提升至56%,洪峰误差合格率由44%提升至78%;TOKASIDE-D模型能够准确捕捉降雨、土壤含水量等动态因子对产流模式的控制效应。

基于栅格的分布式超渗产流水文模型构建及比较

利用具有物理机制的Green-Ampt下渗方法并考虑降雨间歇土壤含水量再分配计算栅格内产流;同时考虑河道排水网络的水量交换,采用逐栅格的Muskingum-Cunge演算法进行汇流,构建了基于栅格的分布式超渗产流水文模型(Grid-GA模型).同时还建立了基于子流域的Green-Ampt水文模型、以及增加超渗产流机制的新安江模型.将这3个模型以及新安江模型应用于半湿润的沂河高里流域,结果表明,4个水文模型均能很好地进行水文过程的模拟,证明所构建的模型结构合理.

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。

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。

现行几个主要产流模型的剖析

目前广泛应用的几个主要产流模型（蓄满产流模型、考虑入渗率流域分配的超渗产流模型和综合产流模型）各有特点，但以往对它们的综合比较及其相互关系研究得不多，从而造成了用户选择模型的困难。通过深入剖析与对比，搞清了这几个模型之间的联系与区别，以及应用中需要注意的问题。一般情况下。

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。

黄土区均匀坡面水文模型研究

应用Green—Ampt修正方程及运动波方程,构建了天然降雨条件下的黄土区均匀坡面水文预报模型,并利用野外天然降雨径流实测资料进行了验证。结果表明,总径流量预报相对误差在20%以下,预报径流过程与实测径流过程吻合很好,坡面水文模型可以较好地模拟黄土地区天然降雨条件下的均匀坡面水文过程。同时也指出,应深入研究复杂坡面上的水文预报模型,进一步完善黄土区坡面水文模型。

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。

超渗超蓄产流模型在评价水保措施减水效益中的应用

根据治理与尺度对黄土区产流模式的影响 ,建立用地评价水土保持的措施减水效益的超蓄产流模型 ,并将径流成份直接区分为地表径流和地下径流。同时着重介绍所建模型参数的率定及其在减水效益中的应用。在3个典型流域 (青阳岔、岔巴沟和小理河 )的应用结果表明 ,该模型效果良好 。

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。

分布式格林-安普特降雨径流模型研究

构建了一种基于网格计算流域蒸散发及产汇流的分布式格林-安普特降雨径流模型,并选择陕北黄土高原地区两个半干旱流域为研究区域,研究该模型在半干旱地区的应用效果。结果表明:在两个半干旱流域,分布式格林-安普特降雨径流模型的应用效果好于GA-PIC模型和格林-安普特模型,尤其对于洪峰的模拟精度更高;分布式格林-安普特降雨径流模型中基于网格的坡面汇流与河道汇流模块能够更准确地计算出径流汇集到流域出口断面的时间;分布式格林-安普特降雨径流模型能更精确地计算出流域不同位置的产流过程,并准确地模拟流域产流面积分布情况;半干旱地区降雨时空分布不均,超渗产流主要受降雨强度的影响,降雨观测精度对径流预报精度影响较大。