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融合物理机制的机器学习水文模型研究进展
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作者 张建云 谢康 +3 位作者 刘艳丽 郑雅莲 汤梓杰 王国庆 《人民长江》 北大核心 2025年第10期37-46,共10页
随着信息技术和物理模型的发展,融合物理机制的机器学习方法因其优越的准确性、物理一致性以及有效处理不确定性和非线性特征的能力,正逐渐成为水文领域的研究热点。在重点综述近10 a来融合物理机制的机器学习在水文模型中最新应用与发... 随着信息技术和物理模型的发展,融合物理机制的机器学习方法因其优越的准确性、物理一致性以及有效处理不确定性和非线性特征的能力,正逐渐成为水文领域的研究热点。在重点综述近10 a来融合物理机制的机器学习在水文模型中最新应用与发展的基础上,总结了物理机制与机器学习融合模型的不同应用分类,分为误差校正型、参数优化型、数据增强型、物理约束型、结构内嵌型、公式融入型等6种,并重点讨论了数据与物理双驱动水文模型的进展与不足。最后,展望了融合物理机制的机器学习在水文模型中的发展方向,提出需重点关注模型参数优化、可解释性问题、小样本及中长期尺度模拟等方面的研究,让物理机制与人工智能深度结合的新方法促进水文模型领域的建设与发展。 展开更多
关键词 水文模型 数据驱动 物理机制 机器学习
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考虑峰丛洼地内涝滞洪的分布式岩溶水文模型
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作者 陈立华 杨文哲 +1 位作者 陈航 黄文举 《水科学进展》 北大核心 2025年第4期646-656,共11页
峰丛洼地内涝滞洪是岩溶流域水循环的关键环节。针对岩溶流域水文模型刻画峰丛洼地滞洪过程的不足,提出基于水量平衡原理的洼地内涝滞洪模拟方法,构建考虑滞洪影响的分布式新安江岩溶(DK-XAJ-DF)水文模型,以刁江流域为研究区,开展流域... 峰丛洼地内涝滞洪是岩溶流域水循环的关键环节。针对岩溶流域水文模型刻画峰丛洼地滞洪过程的不足,提出基于水量平衡原理的洼地内涝滞洪模拟方法,构建考虑滞洪影响的分布式新安江岩溶(DK-XAJ-DF)水文模型,以刁江流域为研究区,开展流域内部龙头峰丛洼地内涝滞洪及河口、马陇水文站的逐小时径流模拟。结果表明:龙头洼地逐小时滞洪量模拟确定性系数达0.90,相对洪量误差为0.77%;验证期河口站与马陇站逐小时径流模拟确定性系数分别为0.85和0.89,相对径流总量误差分别为3.0%和-4.4%;相较原模型,改进后的模型将马陇站的洪峰流量与峰现时间的合格率分别从65%与70%提升至70%与80%。DK-XAJ-DF模型通过量化滞洪效应提升了岩溶区洪水模拟精度。 展开更多
关键词 洪水预报 内涝滞洪 分布式岩溶水文模型 岩溶区 峰丛洼地
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CASC2D水文模型参数全局敏感性分析
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作者 李晓英 张金辉 赵洪杰 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第6期111-117,共7页
目前CASC2D水文模型的调整参数工作主要为人工试错法,缺乏模型参数的全局敏感性分析。为解决此问题,研究采用Sobol指数法,以贺兰山东麓流域苏峪口水文站以上区域为研究区,基于洪峰峰现时间、洪峰流量以及确定性系数3个指标,对CASC2D水... 目前CASC2D水文模型的调整参数工作主要为人工试错法,缺乏模型参数的全局敏感性分析。为解决此问题,研究采用Sobol指数法,以贺兰山东麓流域苏峪口水文站以上区域为研究区,基于洪峰峰现时间、洪峰流量以及确定性系数3个指标,对CASC2D水文模型的8个主要参数进行全局敏感性分析。结果表明:对峰现时间指标全局影响最大的3个参数分别为饱和水力传导度K_(s)、河道糙率系数n_(c)以及土壤缺水量M_(d),且3个参数与峰现时间指标呈正相关关系;对洪峰流量指标和确定性系数指标全局影响最大的3个参数为饱和水力传导度K_(s)、毛细管压力水头H_(c)以及河道糙率系数n_(c),且参数与洪峰流量指标呈正相关关系;而饱和水力传导度K_(s)与确定性系数呈负相关关系,毛细管压力水头H_(c)以及河道糙率系数n_(c)与确定性系数呈正相关关系。由于存在参数间的互相影响,在参数率定过程中需要根据一阶影响指数、总效应指数结果得到的各参数独立敏感度和互相影响程度,对参数变化方向和变化范围进行合理选择。研究成果可为模型参数率定工作提供参考。 展开更多
关键词 Sobol指数法 全局敏感性分析 CASC2D水文模型 参数率定
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水文模型在生态系统水文服务评估中的应用综述 被引量:1
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作者 徐子萱 郑华 马金锋 《水生态学杂志》 北大核心 2025年第1期166-176,共11页
阐述了生态系统水文服务的内涵和表征要求,并通过分析水文模型的输出指标,梳理其与生态系统水文服务之间的映射关系,明确水文模型可以支撑的生态系统服务类型;系统总结多种水文模型在评估生态系统水文服务(供给服务、调节服务、文化服... 阐述了生态系统水文服务的内涵和表征要求,并通过分析水文模型的输出指标,梳理其与生态系统水文服务之间的映射关系,明确水文模型可以支撑的生态系统服务类型;系统总结多种水文模型在评估生态系统水文服务(供给服务、调节服务、文化服务和支持服务)中的应用进展,指出不同水文模型在原理、输出指标、时空尺度及可评估的生态系统服务类型上的差异;强调了水文模型在预测生态系统水文服务变化、探究服务形成机理及流域管理服务等方面的应用;最后从变革模型的计算模式、变革参数率定模式、整合受益者模块以及加强模型间耦合4个角度指出了从生态系统服务视角促进水文模型深入应用的发展方向。 展开更多
关键词 水文模型 水文服务 生态系统 评估指标
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基于VIC水文模型的黄河典型支流径流模拟及演变归因
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作者 邱宇昊 段利民 +6 位作者 陈思易 王东华 张文瑞 杨璐 高瑞忠 王国强 刘廷玺 《北京师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期506-515,共10页
气候变化和人类活动是导致径流变化的主因,近几十年,大黑河流域径流呈显著的下降趋势,已严重威胁区域水资源可持续开发利用和生态系统健康维持.本研究基于大黑河流域4个典型水文站的实测径流资料,开展了径流演变及归因研究.首先,采用Man... 气候变化和人类活动是导致径流变化的主因,近几十年,大黑河流域径流呈显著的下降趋势,已严重威胁区域水资源可持续开发利用和生态系统健康维持.本研究基于大黑河流域4个典型水文站的实测径流资料,开展了径流演变及归因研究.首先,采用Mann-Kendall和Pettitt突变检验方法确定出大黑河流域实测径流序列的突变年份,店上村、旗下营和美岱3个水文站径流突变年为1999年,三两水文站径流突变年为1995年;其次,构建了大黑河流域VIC水文模型,在率定期和验证期模型的NSE和R2均在0.6以上,对径流的模拟效果较好;最后,基于VIC模型建立了径流变化归因分析的水文模拟法,结果表明:大黑河流域径流变化的主导因素为人类活动,贡献率占77.1%~90.1%,气候变化占9.9%~22.9%.本研究可为黄河流域典型气候区径流演变及环境变化应对等提供科学依据. 展开更多
关键词 气候变化 突变诊断 水文模型 径流模拟 归因分析
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基于多模式降水与水文模型的径流预报不确定性分析
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作者 向怡衡 彭涛 +2 位作者 殷志远 祁海霞 沈铁元 《水科学进展》 北大核心 2025年第4期621-633,共13页
为提升流域径流预报的精度与可靠性,以清江流域为例,构建了基于多模式降水(ECMWF与NCEP)与多水文模型(GR4J与XAJ)的9种径流预报方案,并引入基于随机天气发生器的统计后处理(GPP)方法校正模式降水偏差,从确定性、概率性及不确定性3方面... 为提升流域径流预报的精度与可靠性,以清江流域为例,构建了基于多模式降水(ECMWF与NCEP)与多水文模型(GR4J与XAJ)的9种径流预报方案,并引入基于随机天气发生器的统计后处理(GPP)方法校正模式降水偏差,从确定性、概率性及不确定性3方面系统评估集合径流预报性能。结果表明:GPP方法提升了模式降水质量,进而改善了径流预报精度,尤其对误差较大的NCEP预报产品,校正效果显著;优选精度更高的降水预报产品并结合多水文模型集成策略,可进一步提升集合径流预报性能;在2020年典型洪水事件检验中,各方案在1 d和3 d预见期下均能准确捕捉峰现时间,其中多水文模型集成方案的集合平均峰值流量接近于实测洪峰。 展开更多
关键词 集合径流预报 数值预报模式 水文模型 后处理 不确定性
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基于神经常微分方程的水文模型参数优化方法研究
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作者 覃相钊 梁忠民 +4 位作者 赵建飞 李彬权 段雅楠 胡义明 王军 《湖泊科学》 北大核心 2025年第3期1000-1010,共11页
流域水文模型参数对水文模拟预报的精度具有重要影响。在水文模型的数学表达由差分形式向微分形式发展的背景下,如何利用微分形式水文模型过程连续、时间尺度灵活的特点进行模型参数优化是值得研究的问题。本文提出一种基于神经常微分方... 流域水文模型参数对水文模拟预报的精度具有重要影响。在水文模型的数学表达由差分形式向微分形式发展的背景下,如何利用微分形式水文模型过程连续、时间尺度灵活的特点进行模型参数优化是值得研究的问题。本文提出一种基于神经常微分方程(NODE)的水文模型参数优化方法,将神经网络嵌入水文模型的微分动力系统,使用常微分方程数值求解器正向模拟连续水文过程,计算损失函数并反向传播梯度信息以更新神经网络参数,从而实现水文模型参数优化。以新安江模型为例,设计了理想数值实验和典型流域应用两种验证方案,并与SCE-UA优化方法进行了对比。结果显示,基于NODE优化方法确定的新安江模型参数,与理想参数“真值”的误差平均不超过9.8%;相较于SCE-UA方法,NODE得到的优化参数对流量过程具有更高的模拟精度。研究表明,基于NODE的参数优化方法通过微分方程正向求解和梯度信息反向传播,可有效搜索参数空间,适用于微分形式水文模型的参数优化问题。 展开更多
关键词 神经常微分方程 参数优化 水文模型 深度学习 新安江模型
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基于组件式水文模型的径流模拟不确定性分析——以长江上游流域为例
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作者 周丽婷 谢康 +4 位作者 刘攀 张晓菁 曾志强 周涛 张海荣 《水科学进展》 北大核心 2025年第4期610-620,共11页
为评估降水数据、模型结构和模型参数对径流模拟不确定性的影响,本研究选取4种降水数据(站点实测和CRUJRA、CMFD、ERA5-Land格点数据),构建模块化的组件式水文模型,采用动态Sobol'敏感性分析方法,以长江上游51个分区流域为研究对象... 为评估降水数据、模型结构和模型参数对径流模拟不确定性的影响,本研究选取4种降水数据(站点实测和CRUJRA、CMFD、ERA5-Land格点数据),构建模块化的组件式水文模型,采用动态Sobol'敏感性分析方法,以长江上游51个分区流域为研究对象,分析降水数据、模型结构与模型参数在径流模拟中的敏感性。研究结果表明:①模型参数对径流模拟不确定性的贡献最大,多年平均总阶敏感性指数在分区流域的中位数为0.59,高于模型结构(0.51)和降水数据(0.36);②壤中流是最敏感的水文子过程,蒸散发过程次之,积融雪、地表径流、基流过程的敏感性较低,水文子过程的敏感性具有年内变异性,以积融雪过程最为显著;③积融雪、蒸散发和壤中流过程的相关参数是影响径流模拟不确定性的关键参数;④平均温度、平均海拔和水力传导度是积融雪、蒸散发和壤中流过程模型结构和参数敏感性的显著相关因子。研究识别了径流模拟不确定性的敏感因素及其时间变化规律,可为流域水文模型的结构与参数优化提供依据。 展开更多
关键词 径流模拟 不确定性 组件式水文模型 模型结.构 模型参数 动态敏感性分析
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耦合深度学习与水文模型的喀斯特地区径流模拟方法
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作者 许钦 金晨 +2 位作者 张坤 陈星 张东杰 《水科学进展》 北大核心 2025年第4期634-645,共12页
喀斯特地区水循环机制复杂,地质资料获取难度较大,如何进一步提升水文模型在该地区的径流模拟表现是亟待解决的研究难点之一。通过将改进后的EXP-HYDRO模型、双层南科院水文所模型与循环神经网络算法相耦合,建立物理机制与人工智能算法... 喀斯特地区水循环机制复杂,地质资料获取难度较大,如何进一步提升水文模型在该地区的径流模拟表现是亟待解决的研究难点之一。通过将改进后的EXP-HYDRO模型、双层南科院水文所模型与循环神经网络算法相耦合,建立物理机制与人工智能算法深度耦合的水文模型,并在长江中游南阳河流域和乌江中游野纪河流域2个喀斯特区域进行模拟验证。结果表明,建立的耦合水文模型能够显著提升喀斯特地区日径流过程模拟精度,相比于水文模型,耦合模型在南阳河流域与野纪河流域的纳什效率系数分别最高提升19.7%与37.1%;同时由于对物理机制的学习,耦合模型也表现出比单纯数据驱动方法更好的模拟精度,说明通过合理选择和学习不同的物理机制,可以有效提升人工智能模型的综合预测性能。 展开更多
关键词 耦合水文模型 物理递归神经网络 径流模拟 喀斯特地区
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多元校准策略对水文模型性能的影响研究综述
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作者 柏建雯 《人民长江》 北大核心 2025年第2期99-105,共7页
水文模型校准过程对模型模拟效果有重要影响。对学者们应用水文模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)开展的多站点、多变量和多目标的校准策略研究进行了归纳总结分析。研究结果显示:①多站点、多变量和多目标的应用都会对水文模... 水文模型校准过程对模型模拟效果有重要影响。对学者们应用水文模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)开展的多站点、多变量和多目标的校准策略研究进行了归纳总结分析。研究结果显示:①多站点、多变量和多目标的应用都会对水文模型的校准结果产生影响。②不是所有的多站点校准都能提高模拟效果,流域尺度、内部情况、站点设置和校准顺序等都会对多站点校准效果产生影响。通常情况下,在大尺度、地形条件复杂、支流众多、非均质的复杂流域进行多站点校准时可有效提高模型的模拟效果,降低模拟的不确定性。③在校准过程中将多站点与多变量校准联合使用,可以更好地模拟流域水文过程,获得更真实合理的水文参数。④不同的目标函数因计算方式的差异也会对校准结果产生影响,使用多个目标函数,可充分利用实测数据所涵盖的信息,更好地进行校准。水文模型校准优化算法与多目标相结合,可缩短校准时间,改善模拟效果。在水文模拟研究中,应充分考虑流域实际情况,进行站点数量与位置、校准变量、目标函数及校准优化算法的选择,以获得更精准的模拟结果。 展开更多
关键词 水文模型 SWAT模型 校准方法 多站点 多变量 多目标
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昌化江流域月尺度水文模型径流模拟与潜在蒸散发算法适用性分析
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作者 来文立 李士义 +3 位作者 方海峰 章杰 张飞翔 侯淑冰 《生态科学》 北大核心 2025年第4期110-118,共9页
气候变化和人类活动双重影响下,作为水循环重要环节的径流正发生着复杂的变化。为了明晰模型径流模拟结果不确定性来源,提升湿润区复杂小流域径流模拟准确性,将海南岛昌化江流域作为研究区,收集整理1980—2016年宝桥水文站逐月径流、降... 气候变化和人类活动双重影响下,作为水循环重要环节的径流正发生着复杂的变化。为了明晰模型径流模拟结果不确定性来源,提升湿润区复杂小流域径流模拟准确性,将海南岛昌化江流域作为研究区,收集整理1980—2016年宝桥水文站逐月径流、降水数据,同期东方站和琼中站逐月降水、气温、风速、日照时数和相对湿度数据,选取Mann-Kendall突变检验方法确定径流突变年份并设计4组变量控制数值模拟实验,分别以两种广泛使用的潜在蒸散发算法(Penman-Monteith和Thornthwaite)驱动abcd月尺度水量平衡模型(abcdpm和abcdth)比较不同蒸散发算法的模型适用性。结果表明:(1)昌化江径流存在1988年的显著突变点,相比于1988年以前,1989—2016年径流系数增加12%;(2)降水是影响水文模型最敏感输入变量,其径流敏感性是潜在蒸散发的13.56倍,综合比较多组控制变量实验结果,多站点气象均值作为输入能够有效降低径流模拟误差;(3)两种蒸散发算法驱动下径流模拟准确性较为一致,但趋势结果差异较大,由于abcdth模型仅考虑气温的影响无法准确模拟径流增加的变化趋势,因此具有物理机理的abcdpm模型更适用于昌化江流域。分析结果有助于明晰热带地区复杂小流域径流变化的气候驱动机制,为水文生态预警和水资源优化配置提供科学支撑。 展开更多
关键词 昌化江流域 水文模型 降水 潜在蒸散发 敏感性分析
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基于测雨雷达与分布式水文模型的小流域汛期短期洪水预报
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作者 李占华 程元庚 +1 位作者 赵红兵 张庆竹 《水电能源科学》 北大核心 2025年第6期19-23,52,共6页
小流域汛期详细降雨数据及历史洪水数据缺乏,导致短期洪水预报精度受限。因此,提出基于测雨雷达与分布式水文模型的小流域汛期短期洪水预报方法。该方法利用测雨雷达监测降雨数据,作为模型输入,该模型能够模拟降雨在小流域内的山坡产流... 小流域汛期详细降雨数据及历史洪水数据缺乏,导致短期洪水预报精度受限。因此,提出基于测雨雷达与分布式水文模型的小流域汛期短期洪水预报方法。该方法利用测雨雷达监测降雨数据,作为模型输入,该模型能够模拟降雨在小流域内的山坡产流单元、坡面汇流及河道汇流过程中的产流和汇流情况,进而算出小流域汛期短期洪水流量的洪峰及峰现时间,从而完成小流域汛期短期洪水预报。试验结果表明,采用所提方法得到的小流域汛期短期洪水预报结果中,洪峰流量的相对误差分别为10.6%、7.8%,峰现时差依次为-2.8、-2h,确定性系数分别为0.91、0.94。这些指标均处于理想的预报效果范围内,表现出较高的预报精度。 展开更多
关键词 测雨雷达 分布式水文模型 小流域 汛期短期 洪水预报 GBHM模型
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基于峰值导向型粒子群优化算法的城市水文模型自动率定方法
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作者 许王辰 陈瑞弘 孙岸炜 《水利水电科技进展》 北大核心 2025年第4期31-38,共8页
针对城市多参数水文模型中径流及峰现时间人工率定效率低、精度不足的问题,提出一种基于改进粒子群优化(PSO)算法的模型参数自动率定方法。该方法在PSO算法中引入Logistic映射和莱维飞行,分别用于粒子初始化和位置更新,以避免陷入局部最... 针对城市多参数水文模型中径流及峰现时间人工率定效率低、精度不足的问题,提出一种基于改进粒子群优化(PSO)算法的模型参数自动率定方法。该方法在PSO算法中引入Logistic映射和莱维飞行,分别用于粒子初始化和位置更新,以避免陷入局部最优;同时结合城市产汇流模型特征,构建包含整体拟合、峰值及峰现时间的加权多目标适应度函数,以提高模型对关键水文特征的捕捉能力。通过Python实现该方法与机理模型(雨洪管理模型,SWMM)的交互,并利用试验场实测数据对10个关键水文参数进行率定,比较不同权重取值的适应度函数的拟合效果。结果表明,构建的加权多目标适应度函数在城市排水系统应急调度应用中更具优势,尤其在提高峰值与峰现时间模拟精度方面表现更优。将该方法应用于九江实际排水系统,峰值误差和峰现时间误差分别为0.56%和-6.82%,验证了方法的可行性与准确性。 展开更多
关键词 城市水文模型 多目标适应度函数 粒子群优化算法 自动率定 SWMM
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基于等容瞬时单位线的水文模型研究 被引量:2
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作者 闫宝伟 唐仪伟 +2 位作者 刘昱 古东霖 孙明博 《人民长江》 北大核心 2024年第6期92-97,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 等容瞬时单位线 水文模型 蓄水容量 空间相关性 新安江模型 清江
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基于HEC-HMS水文模型的潼三段流域2021年秋汛洪水模拟
15
作者 娄书建 刘世帆 《人民黄河》 CAS 北大核心 2024年第11期63-67,共5页
水库精细化调度是确保防洪安全与提高水库综合效益的主要措施。以三门峡库区潼关至三门峡大坝间流域(潼三段流域)无测控区为研究区域,基于土壤、土地利用、降水、径流等数据,构建HEC-HMS水文模型,对2021年潼三段流域整个秋汛洪水过程进... 水库精细化调度是确保防洪安全与提高水库综合效益的主要措施。以三门峡库区潼关至三门峡大坝间流域(潼三段流域)无测控区为研究区域,基于土壤、土地利用、降水、径流等数据,构建HEC-HMS水文模型,对2021年潼三段流域整个秋汛洪水过程进行模拟,分析区间各支流洪水叠加过程与径流量变化。采用径流系数法(算术平均法和泰森多边形法)计算潼三段流域径流总量并与实测值对比,验证HEC-HMS水文模型模拟结果的准确性。结果表明:HEC-HMS水文模型在潼三段流域表现出良好的适用性与可靠性,径流总量模拟值与实测值仅相差2.33%,模拟效果显著优于径流系数法。 展开更多
关键词 HEC-HMS水文模型 秋汛 洪水模拟 潼三段流域 三门峡库区
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基于水热平衡的分布式水文模型研究与应用 被引量:5
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作者 阚光远 李纪人 +3 位作者 喻海军 丁留谦 何晓燕 梁珂 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2024年第1期15-27,共13页
分布式水文模型在水利部“四预”建设中发挥了至关重要的作用,但无径流资料区(简称无资料区)分布式水文模拟技术仍需进一步完善。从水热循环产汇流理论、模型构建与求解、模型参数率定三个方面入手,改进传统分布式水文模型。提出了耦合... 分布式水文模型在水利部“四预”建设中发挥了至关重要的作用,但无径流资料区(简称无资料区)分布式水文模拟技术仍需进一步完善。从水热循环产汇流理论、模型构建与求解、模型参数率定三个方面入手,改进传统分布式水文模型。提出了耦合热量平衡的流域产汇流理论,揭示了水量热量动力学过程耦合机理和水热循环通量量化关系。构建了系统完整的物理机制水热平衡分布式水文模型及其数值求解方法,实现了流域地表温度和水位的分布式数值模拟。明确了模型结构和参数的物理意义,降低了需要率定的参数个数。将参数率定目标由径流量转换为地表温度和水位,综合利用遥感反演和台站观测资料率定模型参数。将研发的模型在江西赣江流域进行应用,结果表明,构建的模型具有较强的物理机制,数值求解方法精度高、稳定性好,实现了无资料区参数率定和水文模拟,为无资料区分布式水文模型研发与应用提供了新思路。 展开更多
关键词 水文模拟 分布式水文模型 水热平衡 数值方法 定量遥感 无资料区
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基于GPU加速的分布式水文模型并行计算性能 被引量:3
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作者 庞超 周祖昊 +4 位作者 刘佳嘉 石天宇 杜崇 王坤 于新哲 《南水北调与水利科技(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期33-38,共6页
针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题,引入基于GPU的并行计算技术,实现分布式水文模型WEP-L(water and energy transfer processes in large river basins)产流过程的并行化。选择鄱阳... 针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题,引入基于GPU的并行计算技术,实现分布式水文模型WEP-L(water and energy transfer processes in large river basins)产流过程的并行化。选择鄱阳湖流域为实验区,采用计算能力为8.6的NVIDIA RTX A4000对算法性能进行测试。研究表明:提出的基于GPU的分布式水文模型并行算法具有良好的加速效果,当线程总数越接近划分的子流域个数(计算任务量)时,并行性能越好,在实验流域WEP-L模型子流域单元为8712个时,加速比最大达到2.5左右;随着计算任务量的增加,加速比逐渐增大,当实验流域WEP-L模型子流域单元增加到24897个时,加速比能达到3.5,表明GPU并行算法在大尺度流域分布式水文模型计算中具有良好的发展潜力。 展开更多
关键词 基于GPU的并行算法 物理机制 分布式水文模型 WEP-L模型 计算性能
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基于分布式水文模型的水源涵养不同功能评估方法——以渭河涵养区为例 被引量:7
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作者 王东东 贾仰文 +2 位作者 牛存稳 岁姚炳 燕翔 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期4342-4352,共11页
为了实现水源涵养量计算和不同功能的综合评估,基于分布式水文模型(WEP-L)提出了一种新方法,即利用WEP-L模型计算次降水过程中降水量和地表产流、冠层截留量的差值作为水源涵养量,并分别评估削洪(地表径流量)、补枯(地下径流量)、维持... 为了实现水源涵养量计算和不同功能的综合评估,基于分布式水文模型(WEP-L)提出了一种新方法,即利用WEP-L模型计算次降水过程中降水量和地表产流、冠层截留量的差值作为水源涵养量,并分别评估削洪(地表径流量)、补枯(地下径流量)、维持植被生态系统用水(植被蒸腾量)等不同水源涵养功能的评估方法。为了验证该方法的合理性,以渭河流域咸阳站以上区域为例,对比了该方法和InVEST模型方法的计算结果,由于两种方法在评估内容和使用模型上都存在差异,为了保证计算结果的可比性,先对比了基于相同评价内容的WEP-L模型法I和InVEST模型方法,再对比了基于不同评价内容的WEP-L模型法I和WEP-L模型法II,结论如下:基于相同评价内容的WEP模型法I和InVEST模型法计算结果数值接近,研究区2000—2018年水源涵养量年均值分别为12.43 mm(5.76亿m~3)和12.08 mm(5.6亿m~3),两种方法所得结果空间分布特征相似,稍有差异之处与InVEST模型的参数没有经过本地化处理有关;基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法II计算结果数值相差较大,研究区2000—2018年水源涵养量均值分别为12.43 mm和432.57 mm,空间分布特征上有差异的地方分布于研究区的北部、东部及东北部,主要与两种方法评价时是否考虑蒸散发有关。WEP-L模型法II评估结果中削洪、补枯、维持植被生态系统用水等功能多年变化趋势分别为:2006—2010年期间增加、2012年以后下降以及增加。2012年后补枯功能和维持植被生态系统用水功能之间可能存在权衡关系。通过不同方法计算结果差异原因分析,证明了基于WEP-L模型的不同涵养功能评估方法的合理性,其结果也可为渭河涵养区水资源和生态保护策略的制定提供更多依据。 展开更多
关键词 水源涵养功能 分布式水文模型(WEP-L) InVEST模型 水量平衡原理 渭河
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气候变化对HBV水文模型参数敏感性和不确定性的影响 被引量:6
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作者 马秋梅 桂绪 +2 位作者 熊立华 宋文婕 李继清 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期556-568,共13页
阐明气候变化对流域水文模型参数的影响是分析参数可移植性、预估未来水量平衡组分的基础科学问题。基于CMIP6框架下3种数据来源(CNRM、IPSL和MRI)的气象信息,驱动HBV水文模型模拟赣江流域2015—2100年的月径流变化,量化并评估气候变化... 阐明气候变化对流域水文模型参数的影响是分析参数可移植性、预估未来水量平衡组分的基础科学问题。基于CMIP6框架下3种数据来源(CNRM、IPSL和MRI)的气象信息,驱动HBV水文模型模拟赣江流域2015—2100年的月径流变化,量化并评估气候变化下控制径流模拟过程典型参数的敏感性和不确定性。研究结果表明:①未来降水增多或减少比持平情况下模型参数敏感性整体更高,其中土壤模块(计算土壤蒸散发和含水量)参数敏感性最高;②区分年内丰枯期与全年平均结果相比,响应模块(划分各径流组分)参数敏感性更高、未来增幅更大,且未来降水增多或减少均会使枯水期土壤模块和响应模块参数的敏感性增高,表明降水量及其年内分配会影响模型参数敏感性;③随机扰动响应模块参数导致的径流不确定性最大(贡献超50%),特别是未来降水增多情景下(超70%),因此,若未来气候变化使径流组分(快速、慢速流比例)大幅变化,需重点关注该模块参数。 展开更多
关键词 水量平衡 水文模型 气候变化 CMIP6 水循环过程模拟
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基于容积法和水文模型法的海绵设施效能评估研究
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作者 卢兴超 徐宗学 周玉文 《北京师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期736-744,共9页
为了提升海绵设施布设的科学性和合理性,充分发挥海绵设施的效能,提出了基于容积法和水文模型法的海绵设施效能评估方法.以迁安市某海绵型建筑小区为例,借助容积法量化海绵设计方案,利用水文模型设置海绵设施控制雨水的优选路径,分别选... 为了提升海绵设施布设的科学性和合理性,充分发挥海绵设施的效能,提出了基于容积法和水文模型法的海绵设施效能评估方法.以迁安市某海绵型建筑小区为例,借助容积法量化海绵设计方案,利用水文模型设置海绵设施控制雨水的优选路径,分别选用2、5、10 a的短历时(2 h)设计降雨情景对海绵设施建设效能进行评估,结果表明:1)与排水口演算和不透水区演算模式相比,透水区演算模式更契合海绵城市建设理念;2)在2、5、10 a的短历时(2h)设计降雨情景下,相对于海绵设施布设前,布设后场地雨水径流总量削减率分别为86.9%、82.4%、79.6%,径流峰值流量平均削减为94.57%、87.89%、86.45%,雨水管道中最大充满度80%以上的管道长度分别降低了86.55%、85.27%、64.48%;3)在10 a一遇设计降雨重现期下,溢流节点J31在海绵设施布设后,井内最高水位降低了1.332 m,且其他9个溢流风险节点其水位也明显降低.上述研究表明,在低重现期短历时(2h)设计降雨情景下,海绵设施对场地径流总量、峰值流量有很好的削减作用,对雨水管道排水压力有显著减轻作用,对节点溢流风险有很好的控制效果,为今后开展海绵城市源头减排设施的布设提供了有价值的参考. 展开更多
关键词 容积法 水文模型 径流路径 优化 径流总量 峰值流量 溢流节点
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