流域水文模型

摘要： 流域水文模型不确定性显著影响模拟结果的精度,科学分析流域水文模型的不确定性是实际应用过程中的重要环节,对流域水污染科学管理具有重要意义。针对不确定性的分类,着重对近年来流域水文模型在输入数据、参数以及结构方面的不确定性研究进行总结,概述每种不确定性的来源及影响,并从降低流域水文模型不确定性的角度展望未来的研究重点和方向:(1)空间输入数据具有尺度效应,应权衡好模型尺度与计算量、精度的矛盾;(2)优化多源数据融合算法,提高降水数据的完整性和准确度;(3)探究参数动态变化和空间异质性对参数组合的影响;(4)推动并行和集群等高算力手段在多模型耦合模拟中的应用。

摘要： 由于岩溶发育的极不均匀性和岩溶含水介质的多重介质性等特征,使得岩溶水系统的地下水运动规律呈现出复杂多变的特点,在孔隙或微小裂隙含水介质中岩溶水满足达西流,而在岩溶管道中可能出现非达西运动,这给岩溶区地下水模拟带来了极大挑战。系统地梳理了岩溶水流和溶质运移模拟的主要方法,总结了复杂岩溶多重介质系统地下水模拟技术的现状,并结合我国南方岩溶和北方岩溶各自的特点,提出岩溶水模型在实际应用中需要关注的要点。主要包括:需加强野外调查和观测,提高模型中对岩溶含水介质结构非均质性表征的精度;进一步深化对岩溶水运动机理的研究,刻画岩溶多重介质的水流特征以及水交换机理;针对北方岩溶水系统模拟,可选择等效连续多孔介质模型,重在耦合区域分布的岩溶溶孔-裂隙介质中慢速渗流与脉状分布的强径流带快速流;对于南方岩溶区,建议考虑建立分布式流域水文模型与能刻画集中管道流多流态变化的多重介质模型的岩溶地下水耦合模型。

摘要： 面源污染是影响流域水环境和水安全的重要污染来源,对其进行有效防控需要对其负荷以及防控措施效果进行科学高效精准的预测。流域水文模型(Hydrological Simulation Program-FORTRAN,HSPF)具有突出的综合性和灵活性,是面源污染模型的典范。近年来,HSPF模型应用于我国流域面源污染相关的研究和实践有了飞速发展,但同样也面临着模型机理和参数本地化、模型构建精细化、模型结构不确定性较大等方面的挑战。围绕该模型在面源污染模拟与管控中的研究进展,对其在变化环境下的模拟方法和成果,以及应对参数识别、不确定性分析、措施效果评估和总量控制的思路和方法等方面进行了总结,并分析了现代化环境模拟形势下HSPF模型的延伸发展。结合模型相关研究的总结,强调了面向我国流域特色的本地化模型改进、服务河长制精细监管的大尺度精细化模拟、以及模型与大数据统计及人工智能耦合的互馈集合模拟等后续研究是需要重点关注的发展动向。

摘要： 为了探究渗流水文过程对非饱和土质边坡稳定性的影响机制,建立了能够模拟地下水流和分析边坡稳定性的耦合模型.基于3种表述边坡水文过程的H SB模型开展建模对比分析,揭示边坡内非饱和渗流对水文过程的影响机制;通过耦合水文模型与边坡稳定极限平衡模型,比较了浅层边坡在不同水力渗流条件下,因邻近水位升降所造成稳定性系数变化的差异,探讨非饱和侧向渗流过程对浅层边坡稳定性的影响机制.分析结果表明,土体非饱和区的储水、释水能力和渗透能力影响着非饱和区域流的渗流流速大小;在浅层边坡中,非饱和侧向渗流作用可以促进水体在边坡内部的迁移而引起边坡内部水位的快速抬高,致使边坡稳定性降低,并导致边坡失稳时间提前.研究结果可以为临近地域水位变动区边坡工程实施提供相关技术参考.

摘要： [目的]探究HSPF模型在热带沿海流域的适用性和不确定性,为该模型在不同流域和地区的应用提供科学参考。[方法]以位于热带沿海地区的三亚河流域为例,建立HSPF模型,选取2017—2019年径流量对模型进行率定和验证;通过Morris筛选法分析了水文过程中8个参数的敏感度,并与国内外研究不同流域的参数敏感度相对大小进行对比;同时利用MC-LHS方法对不同降雨量下模型的不确定性进行分析。[结果] HSPF模型能够很好地模拟研究区域实际的水文过程,率定期和验证期的NSE分别为0.93和0.98,相对误差(R_(e))分别为0.87%和0.21%;地下水日消退系数为最敏感参数,而下层土壤蒸发系数和地下水出流中进入深层的比例对径流模拟的影响几乎可以忽略。[结论]参数敏感度相对大小体现空间差异性。模型模拟的不确定性与降雨量之间的相关性明显。降雨量越大,模型模拟的不确定性和置信区间就越大,模型就越不稳定。

摘要： 鉴于近30年来数值天气预报有了长足的进步,而在洪水预报中试图推行流域水文模型却进展缓慢这一现状,试图寻找洪水预报精度与数值天气预报精度的差距原因.通过对大气模式(型)和流域水文模型的比较,围绕预报方法及预见期、初始场和边值场、数据同化和融合等问题,论述了数值天气预报的成功经验和流域水文模型在洪水预报应用中存在的问题,期望洪水预报能从中得到启示,在不远的将来实现流域水文模型与数值天气预报的无缝衔接,以进一步提高洪水预报精度,增长洪水预报预见期.

摘要： 水文模型一直是水文学研究的一个重点,尤其是近几十年来,随着人们在防洪减灾、水库调度、生态环境保护、水资源开发利用、城市规划等方面涉及的水资源问题日益突出,水文模型作为水资源定量评价、配置、开发和利用的一种重要工具的功能被进一步强化,这一点在流域水文模型上尤其明显。

摘要： 耦合湿地模块的流域水文模型是开展流域湿地变化的水文效应及其水文功能评估的有效工具,其模拟效率直接关系到模拟精度和应用价值。选取中国湿地主要分布区之一的嫩江流域,利用PHYSITEL/HYDROTEL模型平台,构建孤立湿地和河滨湿地模块并与流域水文模型耦合,并从拟合优度指数和模拟效率角度评价了耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率。结果表明,耦合湿地模块的流域水文模型,拟合和验证期间模型的拟合度指数均有所提高,嫩江富拉尔基和大赉水文站控制流域的Nash-Sutcliffe系数和克林效率系数平均提高了3.08%和4.64%,均方根误差和相对偏差平均降低了12.72%和55.93%,且整个研究时段模拟结果的流量指数总体更接近于观测的径流数据。可见,耦合湿地模块的流域水文模型可提高水文过程模拟精度,更好地定量评估湿地水文功能,为流域水资源精准调控与湿地修复保护提供重要支撑。

摘要： With the change of global climate and underlying surface characteristics,and increasing human activities,hydro-meteorological factors such as precipitation,evaporation,and runoff,etc.,are directly affected,therefore the assumption of stationarity may no longer exist.In a changing environment,the conventional runoff predicting methods become invalid,which brings challenges to accurate hydro-meteorological forecast.A review of hydro-meteorological forecast research under a changing environment is presented from the aspects of precipitation data fusion,numerical weather forecast,watershed hydrological model,parameterization,data assimilation and ensemble forecast.Much relevant research has been studied,and a lot of achievements have been achieved.The future research on hydrological forecast under changing environment will mainly focus on the following direction:(1) to further improve the accuracy and spatial resolution of precipitation forecast;(2) structure improvement and uncertainty analysis of hydrological models;(3) description methods of hydrological forecast error and reliability.%随着全球气候变化、下垫面改变及高强度人类活动的不断加剧,流域降水、蒸发、径流等气象水文要素都受到直接性的影响,水文序列的一致性假设不复存在.在变化环境下,传统径流预报方法适用性逐步变差,从而对气象水文的精准预报带来挑战.本文分别从气象水文预报的各个环节——多源降水数据融合、数值天气预报、流域水文模型、参数率定、数据同化、集合预报等方面综述了变化环境下的气象水文预报的研究进展.可以看到,国内外学者围绕上述技术都开展了大量研究,并取得了大量成果.未来针对变化环境下气象水文预报研究,将主要围绕以下方向开展:(1)落地和预报降水精度及时空分辨率的进一步提高;(2)水文模型结构的改进及不确定性分析;(3)水文预报误差的描述方法及其可靠性.

摘要： 讨论了流域水文模型的本质,指出模型只是原型的近似,不可能反映原型的一切特征,尤其像流域降雨径流形成这样复杂的现象.诠释了"分解"与"集成"的科学思维在流域水文模型建模中的作用.认为只有产汇流理论和集成基本水文现象为流域水文模型的方法有所突破,才会有流域水文模型的实质性进步.分析了流域水文模型反问题不适定的原因,提出了直接最优化方法用于解决流域水文模型反问题时应注意的事项,以及用"大数据"方法解决流域水文模型反问题的设想和初步思路.认为随着水文观测手段的进一步精准,"大数据"方法在解决流域水文模型反问题和正问题中均有美好的应用前景.%The nature of watershed hydrological model is discussed. Models are always approximations for prototypes and a model cannot reflect all the characteristics of a prototype,especially for the complicated phenomena such as the formation of rainfall-runoff of a watershed. The role of scientific thinking for decomposition and assembly in the establishment of watershed hydrological models is explained. Substantial progress of watershed hydrological models can be made only if the breakthrough of both the theories for runoff yield and concentration and the assembly methods from basic hydrological phenomenon to watershed hydrological models are realized. The reasons of ill-posed problems in the inverse problems of watershed hydrological models are analyzed. Some shortcomings of the solution for inverse problems of watershed hydrological models by means of direct optimization methods are pointed out. Preliminary ideas on the solution for the inverse problems of watershed hydrological models through big data are proposed. With more accurate and refined hydrological observation, big data method has bright prospects in the solution for both direct and inverse problems of watershed hydrological models.

摘要： 本文回顾了新安江流域水文模型的研究过程，结合国外的向上和向下途径的讨论，提出流域水文模型研究中应重视分析数据、发挥想像、把握本质、严格论证以及多途径结合的观点。

摘要： 本文回顾流域水文模型的发展,分析传统模型的局限性,探讨灰色水文系统模型、数字水文和智能水文模型,初步引入模糊认知水文模型和集成数字水文模型的框架.

摘要： 针对国内外水文气象与中小河流洪水预警研究进展与国内气象部门业务现状,本文提出中小河流洪水气象预警技术,并利用该技术建立了国家级中小河流洪水气象预警客观预报模型.将中小流域分为有完整气象水文资料流域、无水文资料有气象资料流域、无资料流域进行推求流域中小河流致洪降水动态临界阈值.针对有完整水文资料流域,采用流域水文模型技术反演流域致洪降水临界动态阈值;针对无水文资料有气象资料流域,依据防洪标准采用水文频率分析技术推求致洪降水临界阈值;针对无资料流域,通过流域水文移植技术移植有资料流域的致洪临界阈值.采用ECMWF细网格预报建立小河流流域面雨量预报模型,结合中小流域致洪降水临界阈值确定技术,建立全国中小河流洪水气象风险预警客观模型.选取2014年第9号台风"威马逊"(超强台风级)影响的我国华南西南的南部中小河流为试验流域,进行中小河流洪水风险预警客观模型的检验.结果表明,全国中小河流洪水气象预警客观模型效果良好,为气象风险预瞀业务预报员提供重要的参考.

摘要： 流域水文模型是水文水资源研究的重要手段与方法之一。近10年来，国内外涌现出一些半分布式和分布式流域水文模型。基于物理的分布式水文模型已经成为研究与应用趋势，但由于其物理概念复杂，资料要求高，限制了应用。

摘要： 模型参数的确定是模型开发与应用成功与否的关键。遗传算法和一般的优化算法不同,它具有全局寻优能力,是一类优秀的非线性函数优化算法。TOPMODEL是以地形为基础的半分布式流域水文模型,模型参数具有较为明确的物理意义,且模型结构简单、优选参数少。rn 研究此模型的适用性对模型的参数进行优化是很必要的。本文利用遗传算法对TOPMODEL进行参数优化,从优化结果可以看出该方法的优点。采用遗传算法所得到的精度较高,可以类推到其它水文模型的参数优化中去。

摘要： 利用栾川、王窑、岚河(黄河流域)及尚义(永定河)4个流域的遥测资料,对基于流域蓄水容量曲线的新安江模型(英文简写为XAJ)、蓄满-超渗兼容模型(SISM)、垂向混合模型(VMM)、ARNO模型以及VIC模型进行了计算结果对比及模型的比较讨论.结果表明：所研究模型在半湿润地区模拟精度比较高,而在半干旱地区,虽然考虑了下渗能力分布不均匀性的混合式模型使模拟结果有所提高,但仍然不很理想.3个不同的混合式模型反映了不同的径流形成过程,兼容模型和垂向混合模型反映了流域上降雨强度与下渗强度、降雨量与土壤蓄水量之间的辩证关系,而VIC模型反映了在不同气候区、不同径流方式所占不同面积比例的概念.

摘要： 冰雪和冻土的水文物理特性,及其对径流形成过程的作用,是寒区流域产汇流的主要矛盾或矛盾的主要方面.针对北方寒冷地区,寒季水循环的大气水、土壤水及地面地下径流的动力和热力过程,在水文物理及冰雪水文的有关理论基础上,参照国内外非寒区流域模型(新安江模型、水箱模型、萨克拉门托模型)的结构,研究建成了具有物理基础的概念性寒区流域水文模型.利用我国东北地区现有的寒区观测资料,对寒区产汇流的各主要环节,分别进行了模拟研究.

摘要： 构建覆盖安康流域的大尺度网格VIC分布式水文模型,利用有资料地区率定模型参数,分析VIC模型参数与气候和土壤因子的关系,探讨模型参数的地区分布规律.根据安康流域1980～1990年逐日实测数据,采用多元回归方法建立了参数移用公式,并用来推求无资料地区的水文模型参数.应用结果表明:移用公式在安康、褒河和岚河子流域的模拟效果较好,VIC模型率定期的确定性效率系数分别为91.41％、90.01％和86.55％,接近有资料地区参数率定的结果,可用于无资料地区的径流模拟.

摘要： 构建覆盖安康流域的大尺度网格VIC分布式水文模型,利用有资料地区率定模型参数,分析VIC模型参数与气候和土壤因子的关系,探讨模型参数的地区分布规律.根据安康流域1980～1990年逐日实测数据,采用多元回归方法建立了参数移用公式,并用来推求无资料地区的水文模型参数.应用结果表明:移用公式在安康、褒河和岚河子流域的模拟效果较好,VIC模型率定期的确定性效率系数分别为91.41％、90.01％和86.55％,接近有资料地区参数率定的结果,可用于无资料地区的径流模拟.

摘要： 构建覆盖安康流域的大尺度网格VIC分布式水文模型,利用有资料地区率定模型参数,分析VIC模型参数与气候和土壤因子的关系,探讨模型参数的地区分布规律.根据安康流域1980～1990年逐日实测数据,采用多元回归方法建立了参数移用公式,并用来推求无资料地区的水文模型参数.应用结果表明:移用公式在安康、褒河和岚河子流域的模拟效果较好,VIC模型率定期的确定性效率系数分别为91.41％、90.01％和86.55％,接近有资料地区参数率定的结果,可用于无资料地区的径流模拟.

摘要： 本发明公开了一种流域分布式水文模型子流域内高程带的划分方法，包括如下步骤：根据DEM高程数据，计算水文模型子流域的总高程差；计算子流域的高程带数量和高程带的实际带宽值；依次计算每个高程带的高程上限和下限值；计算每个高程带占子流域的面积比例；计算每个高程带的形心位置，完成高程带划分。本发明能够有效解决现有技术中流域分布式水文模型的子流域高程带划分方法无法充分考虑地形变化等因素的问题，方法实用性强，应用范围广。

摘要： 本发明公开了一种基于水动力过程相似的水文模型流域比例尺确定方法，其包括获取研究流域的矢量信息，并将室内自定义坐标的矢量文件与研究流域的边界矢量文件进行匹配，得到模型流域的水平比例尺；基于水动力相似原则，采用研究流域的长和宽及水平比例尺分别计算研究流域和模型流域的水文参数；获取阻力相似模型，并采用研究流域和模型流域的水文参数及阻力相似模型得到垂直比例尺。

摘要： 一种新的基于网格化流域和分类率定的水文模型，属于水文水资源研究领域。该模型通过在HBV产流模型中添加冰川模块得到改进后的产流模型，将改进后的产流模型应用于所研究流域的每个网格单元，得到流域每个网格单元的水文要素模拟值，并利用基于线性传递函数的汇流模型将流域每个网格单元的径流模拟值汇集到整个流域的出口得到整个流域的径流预估值。本发明中的水文模型可以在缺资料地区/流域进行径流模拟并获得流域内部各状态变量的模拟值，为实现气候变化对流域内部各水文要素的不同影响的研究提供技术支持，从而可以更好地指导流域可持续发展和水资源管理。

摘要： 本发明公开了一种能够提升水文模型模拟准确性的高山流域水文计算单元划分方法,首先将水文流域划分为几个子流域并基于数据集将流域划分为多个流域水文计算单元，并通过植被变化获得多期流域水文计算单元数据，然后对对流域水文计算单元的子流域和多期水文计算单元数据“相交”处理，并将处理结果作为基本计算单位；最后通过模型验证操作确认和优化划分方法。本发明以分布式水文模型为工具，考虑到不同时期的山地植被带对水循环过程的影响，对模型进行了有针对性的改进，优化了青藏高原的垂直循环过程模拟,为分布式水文模型的研究和实用提供了新的技术思路和应用方向。

摘要： 本发明公开了一种流域分布式水文模型子流域内高程带的划分方法，包括如下步骤：根据DEM高程数据，计算水文模型子流域的总高程差；计算子流域的高程带数量和高程带的实际带宽值；依次计算每个高程带的高程上限和下限值；计算每个高程带占子流域的面积比例；计算每个高程带的形心位置，完成高程带划分。本发明能够有效解决现有技术中流域分布式水文模型的子流域高程带划分方法无法充分考虑地形变化等因素的问题，方法实用性强，应用范围广。

摘要： 本发明涉及一种基于机理性流域水文模型的水文生态系统服务计算方法，包括采用流域水文模型将整个流域进行划分，得到水文响应单元空间分布图层；在不同条件下模拟各水文响应单元内的水文循环过程和营养物质循环过程，得到两次各水文响应单元内的总产水量、泥沙产生量、有机和无机营养物质产生量；将它两次得到的结果相减得到泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量之差，并将总产水量、水土保持和水质净化作为流域水文生态系统服务，进而得到总产水量、水土保持和水质净化水文生态系统服务空间分布图层。本发明考虑了水文循环过程和营养物质循环过程，模拟的流域水文生态系统服务结果准确性较高，能够为流域水资源的管理提供更为精准数据支持。

摘要： 本发明公开了基于分布式蒸发误差补偿的流域水文模型误差修正方法和装置，方法包括：根据流域出口断面模拟流量过程和流域子单元蒸发过程建立子单元蒸发误差补偿向量模型；根据子单元蒸发误差补偿向量模型建立面蒸发误差补偿向量以及误差补偿矩阵模型；建立面蒸发误差估计模型以及确定子单元的蒸发误差修正模式；计算子单元蒸发误差得到子单元修正后的蒸发过程，将修正蒸发过程输入对流域出口断面流量函数，即流域水文模型，得到修正后的流域出口断面流量过程。本发明充分利用水文模型反馈信息，且在误差反演时与水文模型解耦，理论上适用于任一分布式水文模型，该方法为解决流域水文模型日尺度蒸发输入项误差修正问题提供了一种新的技术手段。

摘要： 本发明涉及一种基于机理性流域水文模型的水文生态系统服务计算方法，包括采用流域水文模型将整个流域进行划分，得到水文响应单元空间分布图层；在不同条件下模拟各水文响应单元内的水文循环过程和营养物质循环过程，得到两次各水文响应单元内的总产水量、泥沙产生量、有机和无机营养物质产生量；将它两次得到的结果相减得到泥沙含量、有机营养物质和无机营养物质含量之差，并将总产水量、水土保持和水质净化作为流域水文生态系统服务，进而得到总产水量、水土保持和水质净化水文生态系统服务空间分布图层。本发明考虑了水文循环过程和营养物质循环过程，模拟的流域水文生态系统服务结果准确性较高，能够为流域水资源的管理提供更为精准数据支持。

摘要： 本发明公开了一种基于数字孪生技术的流域水文模型参数动态估计方法。基于流域的物理特征数据以及历史水文气象等观测数据，构建流域数字孪生体；在流域内布设传感器实现流域多特征要素的实时监测，实现流域数字孪生体的实时跟踪与信息同步；根据历史以及实时同步的流域数字孪生体，采用数据同化方法和优化算法同步结合的方式估计仿真模型中的状态变量及参数，最终实现流域水文模型参数的动态估计。本发明方法能够充分利用流域实时监测数据，可准确地反映变化环境背景下流域特征条件所呈现的动态变化，实现智能管理、仿真模拟、自动优化、实时更新以及合理预测的目标，可提高变化环境下流域的径流模拟精度。

摘要： 本发明涉及水文模型技术领域，具体地说是一种流域水文模型参数确定的新型算法，包括初始化给定算法所需的参数和数据，精英局部搜索和全局设计搜索的部分，本发明同现有技术相比，通过初始化、精英搜索和全局设计搜索的三部分组成的策略算法，在目标函数调用的过程中，每一步多次的调用之间没有逻辑上的先后关系，很容易实现向量运算，从而大大提升算法的时间效率，提高了水文模型的率定精度，增加模型率定的稳定性，高效且易于使用。