《水文》杂志(双月刊)创刊于1956年,是由水利部主管、水利部信息中心(水利部水文水资源监测预报中心)主办,国内外公开发行的我国水文水资源专业学术性科技期刊,是全国中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国科学引文数据库来源期刊、中国学术期刊综合评价数据库来源期刊、《中国学术期刊(光盘版)》全文收录期刊、中国期刊网和“万方数据--数字化期刊群”入网期刊。

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    2023年第43卷第4期
      基础研究
    • 郑 鑫a, 陈俊旭a, 胡智文a, 张 帆a, 张继辉a

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      径流序列的非线性和非平稳特性使得高精度的径流预报存在困难。本文组合EEMD和GRNN模型形成EEMD-GRNN耦合模型,预测时通过将径流序列分解为确定成分与随机成分并通过GRNN模型分别进行预测,预测值的加和则构成径流最终预测结果。EEMD-GRNN耦合模型应用到元江中上游,并与其他模型进行比较,结果表明:EEMD-GRNN耦合模型具有更高的预测精度,对径流的总体趋势预测有良好的效果,但在随机性的模拟上有待进一步完善。EEMD-GRNN耦合模型优于BP、GRNN、EEMD-BP模型,能有效提升径流预测的精度,可为流域的水资源优化调度等提供决策支持。

    • 匡晓为, 王海军, 严婧, 王星宇, 刘梦雨

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      为探讨不同布站数对统计长江流域夏季日面雨量精度的影响,选取金沙江下游、鄂东北、青弋水阳江3个流域作为研究对象,并挑选出不同站网分布,统计各站网分布计算的2016-2018年夏季日面雨量,运用平均绝对误差(MAE)、均方差(MSE)和相关系数(r)3个技术指标来评价各流域夏季日面雨量精度与站数之间的关系。结果表明:各流域夏季日面雨量精度均受站数变化的影响,MAE、MSE均随站数的增加而减小,但当站数增加到一定数量之后趋于稳定,r也有相同的变化规律,只是随站数增加而增大。同时,通过计算3个技术指标随站数平均变化值,定量得到金下、鄂东北、青弋水阳江流域代表性站数分别为405站、293站、126站,与现有站数相比,分别减少25.1%、55.8%、56.6%,可为计算长江流域夏季日面雨量选用站数和站网布局提供参考。

    • 吴娟, 李云良, 叶许春

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      摘 要:因鄱阳湖主湖区与毗邻碟形湖区之间存在季节性动态的连通条件,导致了主湖区和碟形湖区水体淹没状况的非一致性,这种差异造就了两者不同的生境特点。基于ESTARFM(Enhanced Spatial and Temporal Adaptive reflection fusion model)模型,通过重构2000-2020年鄱阳湖区连续的高时空分辨率水体淹没数据,分析了鄱阳湖洪泛系统淹没动态的时空变化特征及其驱动因素。研究发现,近20年来鄱阳湖洪泛系统主湖区与碟形湖区水体淹没面积多年平均值分别为1239 km2和407 km2。受湖泊淹水自然过程和人为干扰的影响,碟形湖的淹水动态在涨水期(3月)和退水期(10月)与主湖区存在明显差异。在空间上,鄱阳湖的淹没频率总体上呈“北高南低”的分布格局,主湖区和碟形湖区水体淹没频率分别为58%和36%。研究时段内,鄱阳湖洪泛系统水体淹没面积与淹没频率整体上呈减小趋势,但碟形湖区内二者均呈微弱的上升趋势。近年来,鄱阳湖流域入湖流量的增加是导致碟形湖区水体淹没面积和淹没频率呈现增加趋势的主要原因,而主湖区水体淹没面积和淹没频率的下降主要归因于长江中上游来水减少、三峡工程运行引起的长江中下游河床降低、以及鄱阳湖区大规模采砂活动引起的入江水道下切侵蚀等综合作用造成的湖泊泄流能力的增大。研究结果对于深化湖泊洪泛系统水文复杂性的认识、促进洪泛湿地系统的管理实践具有重要的科学意义。

    • 魏婷

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      为改善频率曲线高尾部对实测洪水大值段的拟合效果,提高大重现期洪水设计值精度,研究LQ-moments (LQM)法在洪水频率分布参数估计中的应用。LQM法是L-moments (LM)法的扩展方法,在洪水频率分析中具有优越性。以6个年最大洪峰流量系列为例,进行P-III分布和GEV分布LQM法的参数估计,以累积相对偏差平方和(δ)、RMSE和平均绝对误差(MAE)为标准,评价和比较P-III分布LQM法和LM法、GEV分布LQM法和LM法的参数估计精度和拟合效果。结果表明,P-III分布LQM法在洪水频率计算中取得了很好的拟合效果,6个洪峰流量系列中,5个系列的最优参数估计方法为LQM法,其中3个系列的最优分布为P-III分布;与LM法相比,LQM法能更好地拟合洪水序列大值部分,提高大重现期设计值估计精度,是用于洪水频率分布参数估计的有效方法。

    • 李国一, 刘家宏, 邵薇薇

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      在全球气候变化和城市化进程不断加快的背景下,城市洪涝灾害频发,造成严重的经济损失和人员伤亡问题。对近年来中国典型城市洪涝灾害进行系统整理介绍,说明洪涝灾害带来的人员伤亡和经济损失巨大。风险评估作为一种非工程性防洪措施,是城市洪涝风险管理的首要工作,精确、高效的把握洪灾过程等特征可以为防灾减灾工作提供科学依据。对城市洪涝风险评估与分区的概念和内容进行系统梳理,常用的风险评估方法有数理统计法、不确定性分析法、遥感影像评估法、指标体系评估法、情景模拟评估法;风险分区常用方法有阈值法、经验公式法和物理机制法。论述了城市洪涝风险评估与分区常用方法的应用范围、优缺点及其发展前景。

    • 陆嘉杭, 吴晓华

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      当前中国正处于高质量现代化发展的攻坚克难期,城市安全稳定是发展的重要前提。洪涝灾害作为我国最突出的水患问题,给城市生态安全带来严峻挑战。校园作为城市的重要组成单元,也频繁遭受着雨涝灾害。如何降低校园雨涝灾害风险,完善防灾系统,提升校园韧性成为当下校园可持续研究的重要议题。目前校园雨涝灾害的研究主要从地理学、灾害学等角度在灾害模拟、防灾景观规划等领域展开,缺乏对校园雨涝灾害风险影响因子及其内在作用机制的研究。因此,本文综合运用DEMATEL-ISM法,明确各因素间的影响机制及作用程度,构建多级递阶结构模型。结果表明:校园雨涝灾害韧性影响因素可分为五级三阶结构,其中极端日降水量是最关键的根本致因,土地覆盖类型、人口密度、人均GDP、医疗能力是最有效的直接致因。研究可为校园雨涝灾害防治提供科学依据,有助于校园可持续发展。

    • 区域规律
    • 范强, 刘楠, 任天晨

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      五台山是华北最高峰,受气候变暖影响显著,为研究五台山积雪变化及受气候变暖的影响,利用MODIS积雪产品结合微波遥感数据获取五台山积雪覆盖面积及积雪日数,通过对五台山2000年—2020年积雪参数的空间分布和变化趋势的研究,及对地形因子和气象因子的响应进行分析,结果如下:①五台山西北部的积雪最多,积雪覆盖面积变化有季节性,积雪期主要在10月底到翌年4月。②积雪的年际变化有负向趋势,积雪覆盖面积和积雪日数在各季节的年际变化也多呈减少趋势,均不显著,积雪初日显著延后,积雪终日提前,积雪持续时间随之缩短。③积雪覆盖面积在海拔2500m以上的地区呈显著减少趋势,2500m以下的地区波动减少,各坡度、坡向分区也呈波动减小趋势,均不显著。海拔、坡向与积雪覆盖面积在年内有一定相关性,坡度则没有明显相关性。④积雪覆盖面积在年内与气温和降水呈显著负相关,在年际与气温呈显著负相关,与降水呈正相关。气温在各季节与积雪参数均呈负相关,降水量在各季节与积雪参数均呈正相关。⑤全球积雪变化趋势及其影响因素基本与五台山相同,但仍需进一步探讨和研究。

    • 李 敏, 张铭锋, 朱黎明, 黄金柏

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      气象干旱发展到一定程度可以转换为水文干旱。本文以潘家口水库流域1961-2010年逐月面平均降水数据和潘家口水库的入库径流序列为基础数据,分别计算了1、3、6、12个月时间尺度的标准化降水指数(SPI)和标准化径流指数(SRI),以表征研究区域的气象干旱和水文干旱。基于条件分布模型,分析了不同时间尺度的气象干旱和不同的预测期(或滞后期)传递到未来的不同等级的水文干旱的概率。结果表明,当SPI时间尺度较小或预测期(滞后期)较短时,其转换的SRI的干旱等级越倾向于维持与SPI相同的干旱等级;随着SPI时间尺度的增长或预测期(滞后期)延长,其转换的SRI的干旱等级略低于气象干旱或恢复到正常状态。

    • 李宁宁, 邱静, 陈晓宏, 李泽君, 陈颖毅

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      在人类活动和气候变化的复杂影响下,广东省东江流域的降雨特征在66年间发生了显著改变,为了精准识别其时空变化特征,基于流域34个雨量站逐月长序列降雨数据,采用集中度、集中期、OLS回归法、M-K检验法、滑动t检验法、一维连续小波等多种方法,对广东省东江流域上下游降雨的年内分布特征,年际变化的趋势性、突变性和周期性特征以及空间变化规律开展多角度分析。结果表明:广东省东江流域降雨量从东北向西南递减;从上游到下游,年内降雨集中期从6月延迟到7月份,降雨由减少过渡到弱增长趋势;下游突变性较上游显著,上游周期性强于下游;上下游降雨主周期一致,均为17 a。研究成果可为广东省东江流域降雨预报及水资源开发利用等相关研究提供支撑。

    • 鞠艳, 杨星, 王轶虹, 王冬梅, 齐斐, 王志寰

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      随着全球变暖,极端天气事件逐渐增加,影响着社会经济发展,揭示区域极端降水时空变化对防洪减灾具有重要意义。基于1960—2019年的逐日降水,通过MK趋势检验、小波分析、重标极差以及克里金插值方法,从强度、频率和持续性三方面分析里下河地区的极端降水指数,并进一步探究其未来趋势变化。结果表明:(1)里下河地区多年平均降水为1017.25 mm,呈不显著增加趋势;空间分布差异明显,总体呈自西北向东南逐渐增加的分布。(2)研究区内各站点极端降水指数变化不同,总体而言,极端降水强度、频率均呈现增加趋势,持续性呈减少趋势。(3)极端降水指数变化过程中存在3类尺度的周期性变化,在整个时间尺度上存在3个偏多中心和2个偏少中心。(4)除R10mm和R20mm未来变化趋势与过去趋势相反且呈弱持续性,其他极端降水指数未来变化趋势与过去相一致,且过去总体趋势对未来趋势的影响时间长度在9~16年左右。研究结果为里下河地区科学合理应对气象灾害、合理配置水资源提供依据。

    • 孙周亮, 刘艳丽, 陈鑫, 舒章康, 吴厚发, 王婕, 鲍振鑫, 王国庆

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      参数区域化方法是解决缺资料地区水文建模和预报的有效手段,主要包括回归法、空间邻近法和属性相似法,可将有资料流域的水文模型参数移用到缺资料流域。首先回顾了区域化方法基本原理和应用方法,并分析了三类区域化方法的适用性。从区域化方法比较、流域特征指标、水文模型及参数、不确定性探讨四个方面综述了区域化方法的研究进展。分析发现,当前区域化方法缺乏完善的理论基础,流域特征指标选择存在主观性,水文模型及参数的适用性方面研究不足。最后展望了未来研究重点:(1)多维度适用性比较;(2)水文过程和参数的空间分布规律;(3)参数的尺度问题及不确定性问题。

    • 技术应用
    • 公雪婷, 李昱, 王国庆, 张冰瑶, 席佳

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      气象产品与气候模式预测数据与地面观测数据仍有偏差,通常需要对其进行偏差修正以保证数据可靠性;常用的偏差修正方法的修正效果受区域特征和气象要素等的影响,对于覆盖多个气候带、空间异质性大且多气象要素综合影响的区域,单一偏差修正方法效果不甚理想。为此,本文提出一种广义联合偏差修正方法,该方法根据降雨、气温双要素间时空相关性及两者对区域水文过程的作用程度,耦合了Quantile Mapping(QM)法和Joint Bias Correction(JBC)法联合修正。将该方法应用于澜沧江湄公河流域,结果表明:与Quantile Mapping(QM)法相比,广义联合偏差修正考虑了降水气温相关性改善了降水和温度极值的修正效果,纳什系数明显提升,尤其是5、6月份,纳什系数提升了0.5以上;与Joint Bias Correction(JBC)法相比,该方法考虑了气象-水文的动态关系降低了降水和温度频率分布及均值的偏差,使修正数据分布更贴近实测数据分布;利用修正后的气象数据驱动分布式水文模型时,径流模拟精度提升了91.2%;在此基础上将该方法修正气象数据用于流域未来气象水文预测。广义联合偏差修正方法实现了传统方法间的互补优势,推广了适用范围,提升气象数据修正精度,为后续流域未来径流预测和水资源规划管理提供可靠依据。

    • 黄卫, 岳志远, 马美红, 孙 楠

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      山洪灾害突发性强、破坏性大、预测难度高,其预报是水文学及水动力学面临的重大科学问题。深入理解流域暴雨山洪响应机理是准确预测山洪灾害的关键。暴雨山洪通常发生在资料较为匮乏的小流域,给适用于较大流域的水文模型应用带来了挑战;而暴雨山洪完整水动力学方法对历史资料需求低,充分考虑了暴雨山洪形成与演化的物理机制,能够准确地描述降雨-产汇流-沟道洪水演进的全过程,减小了暴雨山洪预报的不确定性。本文首先比较了应用水文学方法和水动力学方法模拟暴雨山洪的优缺点;其次,详细梳理了暴雨山洪水动力学模型的关键技术,特别是结合暴雨山洪非规则坡面流动的特点,总结概括了浅水动力学控制方程离散中的地形源项和阻力源项处理方法;然后,系统探究了暴雨山洪水动力学关键物理因子(降雨、下渗、阻力等)作用规律及其定量化方法;最后,展望了模型精度、计算效率、应用领域等发展方向。

    • 王雪梅, 翟晓燕, 郭 良

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      流域暴雨山洪过程时空异质性强,准确评估雨洪变化特性和洪水危险性对山洪灾害防治具有重要意义。以6个降雨特征指标和6个洪水特征指标刻画流域场次雨洪特性,采用中国山洪水文模型和洪水频率指标相结合,模拟和评估口前流域洪水过程及其危险性。结果表明:场次洪水洪峰模数、洪峰时间偏度、高脉冲历时占比、涨落洪速率与降雨总量、平均雨量、最大雨强、雨峰位置系数、基尼系数等降雨特征指标显著相关,三场致灾洪水过程的降雨均呈现量级大、强度大、历时短的特点;率定期和验证期的平均径流深相对误差均在9%以内,平均洪峰流量相对误差均在11%以内,平均峰现时间误差均在1.7 h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.80和0.76;各场次洪水有0.0%~93.3%的河段流量达到一般危险及以上等级,三场致灾洪水过程的危险性等级最高,分别有80.0%、35.0%和1.7%的小流域河段流量达到高危险及以上等级。研究可为山区小流域暴雨洪水危险性评估、灾害响应和复盘等提供技术支撑。

    • 陈 城, 方卫华, 韩继伟, 符伟杰

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      为了提高水质采样的自动化、精准化以及信息化水平,针对传统水质采样(人工采样和无人船采样)的低效率、高成本以及周期长等问题,提出了利用无人机技术取代传统的水质采样方式,使得采样方式更便携性、多样性以及高效性。该装置由无人机平台、采样装置以及标准取水容器组成,其采样过程首先是通过拨动无人机遥控器上的开关按钮预先设置好采样深度,然后在无人机地面站输入经纬度信息使得无人机能够飞行到指定的采样地点,进而拨动遥控器上的一键采样按钮自动完成取水操作,最后再一次拨动遥控器上的返航按钮使得无人机自动返航回到初始位置。该方法相比于传统方式具有安全性高、成本低等优势以及能够推动水文仪器现代化发展进程具有重要的理论和现实意义。

    • 王生鑫, 闫文晶, 张海涛, 杜军凯, 赵宇翔

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      降水数据是水文模型重要输入数据之一,提高降雨数据的插值精度具有重要的理论与现实意义。为对比不同插值方法在宁夏自治区的适用性,基于宁夏自治区77个气象台站1956—2016年近61年的平均降水量为基础数据,运用泰森多边形法、距离平均反比法、克里金插值法对降雨量数据进行空间插值和交叉验证,通过方法稳健性和准确度结果进行对比分析,得出宁夏自治区所适用的插值方法。研究表明:①从准确度来看,克里金插值法与观测值走向、位置较为相似;②从稳健性来看,克里金插值法MAE平均值为4.43 mm、RMSE平均值为10.36 mm,显著小于泰森多边形法和距离平均反比法。从整体上来看,克里金插值法更为理想,可以用于宁夏自治区降水量空间插值分析。

    • 董永超, 甘富万, 高 扬, 刁 庠, 潘 越

      2023,43(4), DOI:

      Abstract:

      针对嘉陵江流域存在雨热同期,水旱灾害频发的现象,为快速且准确地把握流域内降水与干旱情况,利用覆盖范围广且分辨率高的网格化IMERG卫星降水数据对嘉陵江流域进行多时空尺度反演,并基于卫星降水数据采用标准化降水指数(SPI)对流域实行干旱监测。结果表明:1)根据分类指标与统计指标的计算结果,三种卫星降水数据中的IMERG-F能更准确地反映流域内的日降水量,与地面降水数据CC达0.737,整体高估地面降水2.6%,具有在干旱监测方面的应用潜力。2)三种卫星降水数据驱动的SPI指数在干旱监测方面存在一定的差异,IMERG-F驱动的SPI指数与地面降水数据驱动的SPI指数保持较高的一致性(CC>0.9),较近实时产品IMERG-F更能准确地呈现出流域的干湿特征。3)卫星识别降水与干旱监测的能力受地形地貌的影响,IMERG卫星降水数据在平原丘陵地带具有较好的适用性。

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    • 基于多模式集合的北江流域骤发干旱情景预测

      雷勇, 王赛赛, 陈蓓, 武传号

      Abstract:

      以北江流域为研究对象,利用VIC(Variable Infiltration Capacity)模型与13个CMIP5全球气候模式降尺度结果耦合构建了流域水循环预测模型。基于SESR(Standardized Evaporative Stress Ratio)指数预测了未来时期(2021-2050)三种排放情景下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)北江流域骤发干旱(简称“骤旱”)特征(频次、历时、强度)变化及不确定性。结果表明:①所构建的流域水循环预测模型在北江流域具有较高的模拟精度(纳什效率系数> 0.93),能较好地再现径流的年际和年内变化特征。②与基准期(1971-2000)相比,未来骤旱频次在空间上主要呈西部减少、东部增加的特征,且增幅随排放情景上升而增加(< 80%),流域东北部和南部地区预计会遭遇强度更高、历时更长的骤旱过程。③气候模式的不确定性呈现较强的空间异质性,且不同骤旱特征预测的不确定性在空间上有较大的差异。

      • 1
    • 苏北平原区河流生态水位阈值计算方法适用性研究

      程倩倩, 方红远, 李于坤, 李艳明

      Abstract:

      针对平原区多数河流缺乏有效的流量资料的情况,研究适用于平原区河流生态水量阈值的计算方法具有重要现实意义。本文对比分析7Q10法、保证率法、湿周法、基于Tennant改进的生态水位法等4种代表性生态水量计算方法与结果,以水文节律、生态水位满足度为判别原则,评价了上述方法的适用性。分析结果显示:(1)在水文节律相应性方面,7Q10法、Q90法、湿周法计算的生态水位值为单一的特定值,无法反映水文节律的天然变化过程;(2)在生态满足度方面,7Q10法的多年平均生态水位的满足度最小;(3)基于Tennant法改进的生态水位法的水文节律模拟效果最好、生态水位满足度最高。研究表明在选择的4种计算方法中,相较于7Q10法、Q90法及湿周法,基于Tennant法改进的生态水位法能较好地满足水文节律相应性和生态水位满足度原则,对平原区河流生态水位(阈值)计算具有一定的适用性,该研究成果可为苏北平原河网区流量资料缺乏型河流生态需水的确定和管理提供有益的参考。

      • 1
    • 近50年滇池流域汛期降水时空演变特征分析

      邓丽仙, 杨帆, 杨洋, 李姣, 赵兰兰, 胡成龙, 李长江

      Abstract:

      摘 要:本文以滇池流域1970—2020年汛期(5~10月)降水量资料为依据,利用地理信息技术,采用Mann-Kendall秩次检验、小波分析等方法,分析了近50年来滇池流域汛期降水年际变化的趋势性、周期性以及集中度、集中期、降水中心和旱涝发生频率等演变情势。结果表明:①近50年来,滇池流域汛期降水总体呈减少趋势,中部地区降水呈增加趋势,盘龙江上游的松华坝水库以上区域及南部地区降水呈减少趋势;②汛期降水年际变化上存在31 a的主周期,中部主城区降水集中度高于南部地区;③汛期降水的中心整体上有向东部、南部方向偏移的态势,且向东部移动趋势显著;④滇池流域旱涝频发,尤其盘龙江中段昆明主城区为旱涝多发区。该成果对滇池流域水旱灾害防御及水资源管理具有一定的意义。

      • 1
    • 变化环境对NamLik1-2水库下游生态水文情势的影响研究

      杨坤凡, 陈启慧, 李琼芳, 纪 璐

      Abstract:

      为探究重要国际河流湄公河支流NamLik河在NamLik1-2水库建设后下游的生态水文情势变化,本文基于水库下游Hinheup水文站1980—2018年日平均流量数据、流域ERA5再分析气象数据以及NamLik流域地理信息数据,采用IHA_RVA法定量分析水库运行后河流水文情势改变;基于SWAT模型分析了气候变化和水库调度对水库下游径流年内分配变化的贡献率。结果表明:(1)NamLik1-2水库建库后下游水文情势发生较大改变,整体水文改变度达79%,属于高度改变;下游河道流量年内分配变化显著,月均流量指标的水文改变度达到70.4%。(2)基于SWAT模型对无水库情景的天然径流还原结果,计算得到水库对径流汛期减少和枯季增加的贡献率分别为142%和71%,而气候变化的相应贡献率分别为-42%和29%,水库运行是引起下游径流年内分配变化的主要原因。

      • 1
    • 目标函数对新安江模型参数敏感性和不确定性影响分析

      李悦, 刘冀, 杨少康, 赵心睿, 舒章康

      Abstract:

      参数率定目标函数的选择对于建立流域水文模型至关重要。为入探究不同目标函数对水文模型参数敏感性及径流模拟不确定性的影响,本文以福建省金溪池潭流域日径流模拟为例,采用SCEM-UA优化算法率定三水源新安江模型,选择纳什效率系数(NSE)、均方根误差(RMSE)和Kling-Gupta效率系数(KGE)作为率定目标函数,同时构建分别偏好NSE、RMSE、KGE三者的组合多目标函数F1、F2和F3共6个率定目标,比较不同率定目标下的径流模拟精度差异,采用Sobol全局敏感性分析方法定量对比分析不同率定目标函数下的新安江模型参数敏感性,最后基于GLUE方法分析丰枯水期和不同流量级别下的径流模拟不确定性。结果表明:(1)6个率定目标函数下,新安江模型的主要敏感参数识别结果一致,多目标函数F1,F2,F3在参数敏感程度及敏感性排序表现出一致性;(2)F1,F2,F3较单目标函数展现出更高的径流模拟精度,F3率定期和验证期决定性系数达0.85,径流总量相对误差为0.45%和7.12%,模拟精度最优,F1和F2次之;(3)以NSE为率定目标所得到的径流模拟不确定性结果,在不同水文时期和不同流量级别下表现出较其他目标函数更高的覆盖率和较小的不确定性区间。不同目标函数下均呈现枯水期参数不确定性最小,丰水期最大,且随流量级别的增大而径流模拟不确定性增加的规律。

      • 1
    • 甘肃省河东地区气象-水文干旱时空演变特征

      程玉菲, 刘德地, 陈 文, 周 婉, 邢姝颖

      Abstract:

      干旱半干旱区是气候变化和人类活动的敏感和脆弱区,研究地区干旱时空演变特征有助于成灾机理分析。 甘肃省河东地区是我国典型干旱半干旱区,主要依靠自然降水维持农业生产,旱灾尤为突出。基于标准化降水指数和标准化径流指数探讨河东地区气象-水文干旱的时空演变特征,结果表明:(1)气象干旱多发生于春夏两季及陇东地区,较少发生季节型以上气象干旱;(2) 水文干旱较气象干旱历时更长,多年尺度干旱时有发生;(3) 不同季节气象-水文干旱滞时不同,春夏两季几乎无滞后,秋季约滞后1个月,冬季约滞后4个月;(4) 陇中和陇东地区历史受灾/成灾面积较大。本研究可为干旱半干旱区的旱灾预警评估和旱灾防控工作提供参考。

      • 1
    • 典型南方丘陵山区地下水动态及影响因素分析

      方少文, 陈静, 吴智, 韦丽, 徐征文

      Abstract:

      目前针对南方低山丘陵区地下水动态的研究较少,且仍存在对地下水位及其影响因素之间关系的空间非平稳性进行定量化表达方面的不足。本文以江西省抚河流域典型丘陵山区为例,分析了丘陵山区地下水动态,并基于地理加权回归模型和多源数据,定量化表达了影响因素在山地区和平原区对地下水位的贡献度排序,从时空尺度系统对比了影响因素作用效果的差异。结果表明,研究区地下水动态以降水补给、蒸发排泄为主,地下水位月际波动大,空间上呈现由南向北递减趋势。山地区和平原区地下水位均受降水量因子和高程因子影响最显著,在山地区地表水体面积占比因子对地下水位的贡献较大,而在平原区地表温度因子对地下水位的贡献较大。影响因素的作用效果均具有明显的空间异质性,随着降水量的增加,降水量因子对地下水位的影响逐渐增加,高程因子在山地区正效应明显,地表温度因子总体在平原区负效应明显。

      • 1
    • 基于时空融合算法的水体叶绿素a反演研究

      陈玲, 董晓华, 马耀明, 章程焱, 薄会娟

      Abstract:

      为了准确反演水体中叶绿素a浓度,以黄柏河东支流域为例,采用STNLFFM时空融合算法,对2017年GF-4和Sentinel-2反射率数据进行融合,以重构Sentinel-2影像的时间序列数据,并对应用算法前后获取的水质参数-光谱特征响应关系建立多元线性回归模型,比较模型对叶绿素a的预测效果以验证时空融合算法的可行性,利用重构后影像光谱特征与水质参数的响应关系建立人工神经网络模型,反演2017年黄柏河东支流域各水库水体叶绿素a浓度。结果表明:利用时空融合算法生成的影像接近真实影像,提高了多元线性回归模型预测叶绿素a的效果,R2从融合前0.659提高至融合后0.844,且基于时空融合算法获取的水质参数-光谱关系建立的人工神经网络模型模拟精度较好,R2和MRE达到0.925和9.461 %,反演的叶绿素a浓度空间差异性明显。证明了时空融合算法在水质参数反演过程中具有较好的应用前景。

      • 1
    • 基于VIC_glacier模型的拉萨河水文模拟及冰川径流研究

      谷黄河, 刘宇清, 王晓燕, 代斌, 张瀚文, 付晓雷, 余钟波

      Abstract:

      拉萨河作为青藏高原南部雅鲁藏布江最大的支流,冰川融水是其径流的重要组成部分。本文基于VIC模型和度日模型构建的VIC_glacier模型,模拟了1990-2010年拉萨河流域径流过程。结果表明:1)模拟效果较好,相关系数接近0.8,考虑冰川消融的VIC_glacier模型较原VIC模型相对误差减少了20 %左右,纳什系数提高了0.1左右;2)从上游到下游,冰川融水对径流的贡献率分别为21.4 %(旁多站)、17.7 %(唐加站)、14.5 %(拉萨站),呈逐渐减少情形;3)冰川径流和非冰川径流年内变化均呈现“单峰型”,且在8月份达到峰值;4)1990年-2010年间,年冰川径流整体呈现上升趋势,与同期气温上升的变化规律一致;年降水量增加会削减年冰川融水对径流的贡献率。研究成果可为拉萨河流域的水资源管理提供科学依据。

      • 1
    • 基于SVM-EnKF双向数据同化的地下水水位变化预测

      刘 娣, 余钟波, 吕海深, 鞠 琴

      Abstract:

      为了提高地下水水位变化的预测能力,掌握地下水水位动态变化,优化水资源管理,本文基于支持向量机(Support Vector Machine, SVM)和集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filtering, EnKF)技术,采用气象站点观测数据(气温、降水、太阳辐射、地表温度)和地下水水位观测数据,建立SVM及SVM-EnKF双向数据同化模式(Support Vector Machine-Ensemble Kalman Filtering Dual Data Assimilation, SVM-EnKF DDA),对未来1至3个月的地下水水位变化进行预测。结果表明:(1)SVM的预测能力受气象驱动要素的影响较大,仅适应于地下水水位变化与气象要素相关性高的站点。(2)在有限气象要素驱动下,SVM-EnKF DDA较SVM更适应于未来1至3个月地下水水位变化的预测。本研究为有限资料区域地下水水位动态变化预测提供了一种有效的双向数据同化技术。

      • 1
    • 淮北平原雨天与非雨天小麦和大豆潜水蒸发规律实验模拟

      卢怡然, 王怡宁, 李靖瑄, 周超, 方晶晶, 高佩, 孙博

      Abstract:

      为揭示淮北平原雨天和非雨天作物各生育期潜水蒸发规律,本文利用五道沟水文实验站1998-2020年长系列实验资料,采用非线性拟合方法,模拟了砂姜黑土冬小麦和夏大豆各生育期潜水蒸发随埋深的变化规律,拟合了雨天非雨天潜水蒸发计算模型,提出了作物生育期雨天非雨天临界埋深。结果表明,冬小麦雨天初始生长期与成熟期日均潜水蒸发量随埋深的增大而递减,呈指数函数关系;快速发育期和生育中期日均潜水蒸发量随埋深的增大呈先增后减的趋势,呈复合函数关系;非雨天各生育期日均潜水蒸发量均随埋深的增大而递减,呈指数函数关系,生育期临界埋深在2.34~3.91 m;夏大豆雨天和非雨天各生育期日均潜水蒸发量均随埋深的增大而递减,呈指数函数或幂函数关系,生育期临界埋深在2.10~3.80 m。小麦各生育期拟合函数R2在0.83~0.93,大豆各生育期拟合函数R2在0.85~0.98,能较准确预测作物雨天非雨天生育期日潜水蒸发量。

      • 1
    • 洞庭湖中枯水期水情变化及其驱动因素

      申幸志, 黄 峰, 韩 帅, 钱 湛, 姜 恒

      Abstract:

      为揭示洞庭湖中枯水期水情变化特征及其驱动因素,采用长短期记忆神经网络模拟洞庭湖出湖流量及湖区水位,通过情境模拟开展水情变化归因分析。洞庭湖1992—2019年9—10月出湖流量大幅减少,主要受长江流量降低的影响。洞庭湖中枯水期水位主要呈下降趋势,其中9—10月平均水位在西洞庭湖、南洞庭湖降幅约1 m,在东洞庭湖降幅约2 m。地形变化对中枯水期水位主要起拉低作用,长江和流域四水流量变化在9—10月起拉低作用、在12月至次年3月起抬升作用,其中对东洞庭湖水位的影响相对更为显著。研究结果可为洞庭湖中枯水期水资源管理和湿地保护提供参考。

      • 1
    • 广义单位线在山洪模拟中的适用性分析

      许营营, 王金星, 侯东儒, 余其鹰, 胡彩虹

      Abstract:

      流域产汇流理论是水文预报的重要基础。2021年郭俊克提出的广义单位线把流域对净雨的调蓄作用概化为M个等效线性水库并联,为汇流计算提供了新方法,并在欧美等国家得以应用。为检验其在山洪模拟中的适用性,于淮河、长江选取4个小支流共56场典型洪水作为研究对象,与Nash单位线法对比分析暴雨洪水过程。结果表明:两种方法的模拟精度均达到了乙级精度要求标准,但从评价指标来看,广义单位线法的平均纳什效率系数、峰现时间及其合格率(0.79、0.90 h、98.30%)优于Nash单位线法(0.75、1.09 h、94.34%)。广义单位线综合了流域地形地貌特征,可以更好的表征流域汇流特性,适用性较强,为国内山洪灾害预警预报提供了新思路。

      • 1
    • 县域水资源均衡调配研究

      向 龙, 贾喜田, 李士军, 龚泓博, 杜倩雯

      Abstract:

      以米易县为例,针对县域最严格水资源总量控制和自然-社会水循环系统特点,采用总体缺水率最小和分区空间均衡为目标函数,总量控制、供水能力、分质供水等为约束条件,构建了分区独立供水和库群联调的通用水资源调度与配置(GWAS)模型,并采用改进时间-空间两层精英策略的非支配遗传算法, 求解空间均衡调度方案。研究表明,空间均衡调节和强节水约束显著影响各用水单元的分配机制;对比水库分区独立供水与库群联调两种方案的水量配置, 分区供水缺水率最大是白坡彝族乡,库群联调中各乡镇缺水率大幅减少,缺水差异更小。库群联调水资源调配公平性较好,空间上各单元间的缺水率差异较小,基本实现在动态变化下的区域水资源供需平衡。

      • 1
    • 青藏高原湖泊面积变化规律及影响要素分析

      郝洁, 李靖瑄, 连子旭, 尼玛扎西, 张译尹, 赵雯颉, 邢若飞

      Abstract:

      青藏高原是气候变化的敏感区域,在全球气候变暖的背景下,高原湖泊发生明显变化。本文利用基于青藏高原湖泊遥感数据,分析了1970s-2021年青藏高原大于1 km2的湖泊面积的时空变化特征。研究结果表明:(1)青藏高原的湖泊面积和数量均呈现先减少后增加的态势,1995年前大部分湖泊呈现萎缩状态,1995年之后青藏高原湖泊数量(16.5个/a)和面积(472 km2/a)都呈现增加趋势,并在2019年达到最大值。西藏湖泊数量增加远大于青海省湖泊数量的增加。不同面积湖泊中,(1,100) km2湖泊数量增加最迅速,占总增加数量的77.2 %。(2)青藏高原湖泊面积与气温的相关性(R =0.8908)要比与降水的相关性(R =0.7506)高。其中分区间研究表明,西藏湖泊面积与气温的相关性(R = 0.9043)更好,这与青藏高原的变化规律一致。而青海省则不同,与降水的相关性较高(R = 0.8125),可能是由于西藏地区冰川和多年冻土面积占比较大。

      • 1
    • 区域水资源压力指数评估及其适应性分析

      刘开颜

      Abstract:

      水资源短缺带来水资源压力,制约区域社会经济持续发展。本文深入探讨了水量型水资源压力指数、水质型水资源压力指数和综合水资源压力指数的概念内涵,依据区域需水量预测结果,提出基于水资源贡献率和需水率的改进破产分配方法,对传统破产分配方法进行适应性改进。以广州市为研究区域,结果表明:(1)广州市未来阶段(2021—2030年)与当前阶段(2011—2020年)相比,总需水量增加3.13%,其中农业增加0.53%,工业减少30.19%,生活增加57.51%。(2)传统破产分配方法仅考虑分区需水量对水资源进行分配;适应性分配方法综合考虑地区水资源贡献率和需水率,依据总缺水量对水资源进行分配;(3)适应性分配方法下广州市综合水资源压力减少14.3%,综合考虑水量、水质和生态,其明显优于传统破产分配方法。

      • 1
    • 基于土壤侵蚀角度的坡面水文连通性研究进展

      陈良, 胡砚霞, 李振炜, 徐宪立, 于兴修

      Abstract:

      坡面水文连通性定量表征指标主要有径流流路长度、染色示踪法、连通性指数、相对地表连通函数、地形湿度指数、方向性渗透指数等,综合分析认为,水文连通性未来的研究应聚焦于以下几个方面:(1)强化不同区域的坡面水文连通性对比研究;(2)明确不同坡面条件对水文连通性的影响机制;(3)建立坡面水文连通性定量表征方法体系;(4)解析土壤侵蚀与坡面水文连通性的关系。

      • 1
    • 一种基于DEM数据的坡面产汇流简易计算方法

      张瓅丹, 陈晓宏, 王喻鸣

      Abstract:

      现有的城市暴雨径流模型大都结构复杂、计算量大且耗时长,不利于城市洪涝快速预报预警。利用分布式水文模型的优势,以DEM数据为基础,构建栅格单元上的坡面产汇流计算模式。以英国沃夫河谷为研究典型,结合最陡坡度汇流原理、使用SCS-CN法计算产流,设计一种考虑填洼净雨损失量的坡面产汇流简易算法。经验证,模型模拟效果精度较高。使用经遗传算法率定的参数组合进行模拟,纳什效率系数达到0.8967。实现了精细化下垫面的城市洪涝简易快速计算。

      • 1
    • 岩溶地貌流域洪水过程模拟研究

      任泽凌, 夏栩, 段雅楠, 孙润泽, 陈云瑶, 李彬权

      Abstract:

      岩溶地貌对流域产汇流过程产生扰动作用,导致洪水预报精度普遍不高。建立以岩溶单元持水能力分布曲线为核心的岩溶水文模块,将岩溶区产流划分为快速岩溶水与慢速岩溶水,分别进行汇流计算进入河网;耦合三水源新安江模型,建成适用于岩溶地貌下垫面条件的洪水预报模型。选择贵州省三岔河阳长水文站以上流域为研究区,划分子流域单元,检验模型在场次洪水过程模拟中的应用效果。结果表明,利用新安江岩溶模型模拟的20场洪水中,有16场洪水满足洪峰、洪量和峰现时间预报许可误差要求,合格率达80%,平均确定性系数0.68;与原新安江模型相比,考虑岩溶条件影响的改进模型对场次洪水过程模拟的精度更优。

      • 1
    • 河段溢流的二维扩散波法径流模拟

      付远航, 丁永生

      Abstract:

      河段溢流产生的非定向流会导致基于定向流的动力波水文分析算法在溢流段失效。为了提高河段溢流状况下的洪峰模拟精度,文章以重庆綦江流域为研究区域,应用GSSHA软件模型构建二维扩散波模型,模拟2020年“6.22”重庆綦江洪水灾害事件。通过对模型的参数优化,模拟流量与实测流量的洪峰误差百分比为0.34%,NSE系数为0.84,模拟的水文曲线与实测水文曲线整体上吻合较好。研究表明,构建的二维扩散波模型提高了模拟精度,且可以有效解决在径流模拟中因河水溢流导致洪峰时间滞后且峰值减小的难题,对于复杂的水动力条件下的流域洪水预报提供了一定的理论依据和方法支撑。

      • 1
    • 长河流域δD、δ18O特征及水体补给关系

      雍亮, 冯民权

      Abstract:

      研究流域不同水体的δD、δ18O特征及补给关系,可以进一步弄清流域水循环特征,为区域水环境保护、水资源开发利用提供合理依据。本研究以长河流域为对象,对枯水期与丰水期各水体δD、δ18O组成及分布特征进行分析。结果表明:(1)大气降水是长河流域主要补给源之一,受蒸发作用影响,同位素分馏导致水体中δD、δ18O呈现出“枯水期较丰水期富集”的特征。(2)流域氘盈余值表现出枯水期低、丰水期高的差异,两个时期地表水与浅层地下水均受到了水-岩作用影响,且枯水期影响更加强烈。(3)流域上游主要是地表水补给浅层地表水,中游两水间在季节上存在交替补给现象,下游为浅层地下水补给地表水。研究结果有助于揭示水资源形成机制,为长河流域水资源可持续发展与水环境保护提供理论支持。

      • 1
    • 鄱阳湖入出湖水沙通量演变及输沙量归因分析

      谢彪, 关兴中, 卢静媛, 欧阳千林, 杨嘉, 曾小琴

      Abstract:

      基于鄱阳湖“五河”控制站及湖口站1956—2020年径流量及输沙量数据,利用数理统计法和“水文法”研究入、出湖水沙通量的变化趋势,定量分析径流变化和人类活动对入、出湖输沙量的影响程度。结果表明:(1)修河年径流量显著增加,赣江、信江年输沙量显著减少,饶河虎山站年输沙量显著增加。(2)径流量变化对赣江、信江、修河年输沙量变化呈负贡献,对饶河年输沙量变化呈正贡献,人类活动对各河流年输沙量变化均呈正贡献。(3)入湖输沙量、人类活动变化分别对出湖输沙呈正、负贡献。

      • 1
    • 近岸潮汐特征对地形复杂性的响应研究

      张功瑾, 柳志会, 罗小峰, 路川藤

      Abstract:

      南黄海及东海北侧海域近岸地形复杂,受地形影响其潮位预报精度低,研究近岸地形复杂度对潮汐特征的影响对提高预报精度是十分必要的。本文基于系列长期验潮站实测潮位和近岸地形等基础数据,采用调和分析及相关性分析等方法分析了近岸潮汐特征对地形复杂度的响应。研究发现,验潮站周围地形越复杂,K1分潮振幅越小、M2、M4分潮振幅越大;随着地形复杂程度的提高,海域的潮汐变形越显著,潮时不等现象越显著,表明南黄海海域的地形复杂程度是其潮汐变形和潮时不等现象的主要因素;验潮站附近海域地形越复杂,其调和分析的精度越差,其绝对余水位越大,说明地形也是影响验潮站潮位精度和余水位的主要因素。探讨了基于地形复杂度修正的调和分析方法,并经验证各验潮站调和精度均有不同程度的提高。

      • 1
    • 管流数据缺乏地区SWMM模型参数校准方法及“7.20”降雨模拟推演

      晨晨

      Abstract:

      在当前极端天气增多、城市化快速发展的全球背景下,城市极端暴雨事件的预警与模拟尤为重要,然而,管道流量数据的缺乏为SWMM模型模拟城市雨洪带来了阻碍。本研究基于SWMM模型,对郑州大学的管网及汇水区情况进行概化,选取20170812和20210720两场降雨,运用“矩体概化校准法”这种物理方法对参数进行率定、验证,并与“圆锥概化校准法”的模拟结果进行对比。结果表明,运用“矩体概化校准法”能够有效的对SWMM模型的参数进行校准。同时,对“7.20”暴雨进行推演、对研究区管网进行评估。本研究对于管流资料缺乏地区的SWMM模型参数校准以及极端降雨的模拟与预警具有一定的实践意义,为今后城市应对极端暴雨事件、暴雨内涝的防治提供了决策参考价值。

      • 1
    • 基于分层贝叶斯模型的长江上游主汛期径流概率预报

      陈玺, 章晓梦, 郝洁, 鞠琴, 戴明龙, 李妍清, 曹青

      Abstract:

      长期径流预报是水文预报的重要领域,对流域水资源的综合管理意义重大。基于气候遥相关影响区域径流量的理论基础,本文以长江上游干流5个水文站1954~2020年主汛期(6~8月)径流为研究对象,筛选出10个大尺度气候因子作为预报因子,通过分层贝叶斯模型开展长期径流概率预报。研究表明:长江上游主汛期径流量明显受到多种大尺度气候因子综合作用,筛选出北美副高脊线位置指数等10项大尺度气候因子作为模型预测因子;以站点主汛期径流服从的对数正态分布为预测目标的先验分布,建立5条马尔科夫链,通过MCMC算法在概率空间内随机采样推求参数后验分布,概率预测结果的不确定性区间对实测值覆盖率高;通过预测结果相关性分析、受试者工作特征曲线(ROC)和连续分级概率技巧评分(CRPSS)等方法对模型模拟性能评价表明模型有效地捕捉了大尺度气候因子信息,适用于长江上游径流长期预报。

      • 1
    • 地形数据精度对流域洪水模拟影响研究

      段现辉, 李磊菁, 李建柱

      Abstract:

      洪涝灾害是最常见的自然灾害之一,洪水模拟预测是防洪减灾的重要措施。以河北省邢台市柳林流域为研究区域,通过HEC-GeoHMS模块处理30 M、90 M、1 KM精度DEM数据,构建相应的HEC-HMS模型,对柳林流域选取的19场洪水进行模拟,对比分析不同地形精度对洪水模拟的影响,以探索不同分辨率模型在柳林流域洪水模拟的适用性。由研究结果可知:30M、90M、1KM精度模型洪峰洪量合格率分别为68.4%、42.1%、26.3%;径流量合格率分别为78.9%、68.4%、68.4%;纳什效率系数均值为0.59、0.57、0.46,30M精度模型更适合用来进行柳林流域洪水模拟。由研究结果可知:30M、90M、1KM精度模型洪峰洪量合格率分别为68.4%、42.1%、26.3%。

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