基于SWAT模型的汾河上游径流过程模拟研究

以汾河上游流域为研究对象,用宁武、静乐、岚县、娄烦和古交等气象站和水文站2000到2011年间的气象、水文等资料,结合DEM数据、LUCC数据、土壤空间分布,构建汾河上游水文模型.应用LH-OAT法对其进行参数敏感性试验,应用SUFI2法和手动调参相结合的方法对模型参数进行率定和验证,然后进行径流模拟.结果表明,在模型率定与验证期,除了2006-2011年干季,受汾河上游头马营引黄调水影响,使其模拟值与实测值相比偏小以外,总体来说模拟与实测径流的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.78和0.79,相对误差为5.8%和8.7%,均小于10%,径流量和降水等指标对于土地利用/覆被变化比较敏感.SWAT模型在汾河上游模拟效果较好,有较强的适用性.     

基于SWAT模型的古浪河流域径流模拟

在采用RS、GIS技术建立的土地利用数据库、土壤数据库和气象数据库的基础上,构建了基于SWAT模型的石羊河典型流域——古浪河流域分布式水文模型.以2000—2003年作为率定期,2004—2005年作为验证期,对模型进行了参数率定和验证.其中,率定期模型的效率系数和水量平衡系数分别为0.62和1.26,验证期分别为0.75和1.00.结果表明,SWAT模型适用于该流域.在此基础上对古浪河流域降水和径流的时空分布进行了分析,表明人类活动对地表径流的影响较大.     

SWAT模型流域径流模拟研究进展

分析国内外应用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟流域径流的研究现状,以及流域模型构建,包括流域基础数据和模拟算法的选取、敏感性参数的分析和模型输出的验证.提出模型的应用研究存在3个问题:(1)模型模拟效率受到基础数据和主观因素的综合影响,而已有的成果参数选取缺乏可比性,大多侧重某个因素如何影响模型效率的研究.(2)流量是各种水文过程综合作用的结果,已有模型验证方法研究多是采用流域出口总径流量模拟效率来检验模型的适用性,这使得模型在水文过程模拟中缺乏可靠性.(3)模型应用研究主要进行土地覆被变化和气候波动的水文效应研究,且多是建立在虚拟情景和简化影响因素基础上.因此,在模型的应用研究上需要综合考虑影响因素,以提高模型模拟效率问题.     

基于SWAT模型的缺资料流域径流模拟研究

为实现流域水功能区水质目标管理,需要知道河道各控制断面的径流情况,然而中小河流常因水文站点缺乏而难以满足要求,为此,本文以赣江袁河流域为例,利用袁河上游芦溪、茅洲两站的实测资料构建了分布式SWAT水文模型,以月径流模拟的相对误差、相关系数和Nash-Suttcliffe效率系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定和验证.然后,利用已建立的袁河流域分布式SWAT模型模拟分析了下游无资料地区的径流数据.结果表明:以流域内有资料的区域为基础构建分布式SWAT分布式水文模型推求中下游无资料地区径流过程的方法具有物理成因、能够充分考虑流域的水循环特征,是一种缺资料流域推求径流比较实用的方法.     

基于SWAT模型的柴河水库流域径流模拟研究

SwAT模型能与GIS结合模拟复杂流域不同土地利用条件下的水文和非点源污染过程.采用ArcSWAT对柴河水库流域进行径流模拟,利用2002-2003年的实测水量、降水数据进行参数率定,应用2004-2005年的实测数据进行模型验证.模拟结果表明,SWAT模型在柴河水库流域径流模拟中的适用性和可靠性良好,可为流域水文过程的预测提供可靠的模型基础.     

基于SWAT模型的璧南河流域径流模拟分析

【目的】将SWAT(soil and water assessment tool)模型运用于重庆三峡库区长江支流的流域径流过程研究,为流域水资源的合理调控提供理论依据。【方法】以位于重庆市西部的璧南河流域为研究对象,构建SWAT模型对该流域的径流过程进行模拟。【结果】1)率定期与验证期流域月均径流量模拟值与实测值吻合度较好,率定期和验证期的Nash-Suttcliffe效率系数、确定性系数和相对误差接近一致,表明SWAT模型在璧南河流域具有很好的适用性。2) 2013—2021年璧南河流域年平均径流总量为1.79×10⁸ m³,多年平均径流深为346.04 mm。各子流域产流主要集中在汛期(6—10月),非汛期产流量不足;季节产流量分配不均匀,夏秋季节产流量高,春冬季节产流量低;流域产流量整体呈下降趋势。3)流域径流深在空间上呈现东西两侧高、中间低的分布特征,多年径流深变化率呈现出高产流量区域的产流量变化率低、低产流量区域的产流量变化率高的空间分布规律;产流量高值区主要集中在吴滩、三合、广普、建龙等镇(街道),产流量低值区主要位于陈食、丁家、...     

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.     

基于SWAT模型的粤北连江星子河流域径流模拟研究

以粤北连江星子河流域作为研究区域,以分布式水文模型SWAT作为模拟工具,对流域内的水文过程进行模拟。采用凤凰山水文站2001-2009年的实测月平均径流量数据进行敏感性分析和参数率定,并以相对误差(RE)、决定系数(R2)以及Nash-Suttcliffe效率系数(Ens)作为模型的适用性的评价指标。结果表明各项评价指标均符合精度要求,SWAT模型适用于星子河流域的径流模拟。     

SWAT模型参数区域化在黄河源区的应用

利用多期土地覆盖数据,采用参数区域化方法,建立了SWAT模型主要参数与下垫面特征的关系。结果表明,采用下垫面变化后新的模型参数得到的径流模拟精度普遍高于人工试错法,且下垫面变化最大的年份(1995—1997年)径流模拟的Ens=0.793,R2=0.810,与人工调试结果(Ens=0.639,R2=0.641)相比,精度明显提高,模拟的径流过程更接近实测径流过程。     

SWAT模型在浏阳河流域径流模拟中的应用研究

浏阳河是长沙市区、浏阳市和长沙县的重要饮用水源地。浏阳河流域社会经济发展迅速,人类活动对径流影响较大,开展浏阳河流域径流变化研究,可为流域水资源开发利用与保护提供科学依据。应用SWAT模型和SUFI–2算法进行模型参数率定与敏感性分析,模拟浏阳河流域2008–2018年的月尺度径流过程。采用2008–2014年实测月径流数据进行参数率定, 2013–2018年实测月径流数据进行模型验证,并在此基础上分析浏阳河流域水文过程的空间差异。结果表明:榔梨站的R²和Ens均达到了较好的标准,率定期分别为0.84和0.76,验证期分别为0.83和0.76,模拟精度较高,表明该模型在浏阳河流域适用性较好。流域降雨量空间上呈现从东部到西部递减的趋势,降雨对浏阳河流域产水量的影响超过下垫面因素,年径流深空间分布与降雨类似,年均蒸散发量与降雨的空间分布格局不同。     

基于并行粒子群优化算法的变分资料同化

为了提升粒子群优化算法(PSO)应用到实际大气和海洋模式的资料同化时的计算时效性,针对一种最新提出的基于方向的粒子群优化算法(PSOBD),使用消息传递接口(MPI)和整体同步并行(BSP)计算模型,设计PSOBD的并行算法,较好地实现了BSP结构下PSOBD的全局通信操作。为检验并行化后的PSOBD的计算时效,将其用于潜水方程的资料同化并与基于串行的PSOBD的同化数值试验结果比较。大量的孪生同化试验结果的统计分析显示,并行化后的PSOBD与串行PSOBD一样能产生高质量的同化结果,且计算时效相对串行PSOBD提高了13倍以上。这一结果为PSOBD算法用于实际模式的四维变分资料同化(4D-Var)提供了依据。     

利用改进的并行粒子群算法对变分资料同化的研究

近年来,为了提高同化精度和减少同化时间,粒子群算法(PSO)被引入到数值天气预报资料同化中来.粒子群算法虽然令同化精度有所提高,但同化时间仍然存在较大缺陷.基于此,首先设计了一种改进的并行粒子群算法(P2PSO),然后应用于含不连续"开关"过程的变分资料同化中,与时变双重压缩因子粒子群算法(PSOTVCF)和动态权重粒...     

基于SWAT模型的鄂西犟河流域非点源污染模拟

分析非点源污染对于水污染防治具有重要的指导意义,运用数学模型模拟是非点源污染研究的重要方法之一.该文为了解犟河流域的非点源污染的时空分布特征,为当地提供污染防治的研究依据,基于SWAT(soil and water asssesment tool)模型,在缺乏水文资料的犟河流域采用参数移植法进行非点源污染模拟.结果表明：可以采用参数移植法,通过上级流域的模拟得到用于犟河流域模拟的各参数.模型模拟精度评价分别为(氨氮R2＝0.77,NSE＝0.75;总磷R2＝0.77,NSE＝0.73).研究表明SWAT模型在犟河流域具有适用性,基于SWAT模型进行的非点源污染模拟的时空分布特征明显,犟河流域经过多年治理,其污染负荷量均表现出下降的趋势.     

Development of a middle and low latitude theoretical ionospheric model and an observation system data assimilation experiment

On the basis of previous work, we develop a middle and low latitude theoretical ionospheric model in this paper, named Theoretical Ionospheric Model of the Earth in the Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences （TIME-IGGCAS）. TIME-IGGCAS solves the equations of mass continuity, motion and energy of electron and ions self-consistently and uses an eccentric dipole field approximation to the Earth＇s magnetic field. We combine the Eulerian and Lagrangian approaches in the model and take account of the plasma ExB drift velocity. Calculation results reveal that the model is steady and credible and can reproduce most large-scale features of ionosphere. By using TIME-IGGCAS, we carried out an observation system data assimilation experiment. Assimilation results show that the ExB drift velocity can be accurately estimated by ingesting the observed foF2 and hmF2 into the model applying nonlinear least-square fit method. We suggest that this work is of great significance in the development of ionospheric data assimilation model to give better nowcast and forecast of ionosphere.     

不同降水驱动的SWAT模型参数不确定性研究

以抚河流域与黑河流域为研究区,应用4种降水产品(CMORPH CMA、CMFD、CMADS、MSWEP)驱动SWAT模型模拟日流量,评估4种降水产品在湿润区与干旱区的适用性;使用自适应降维评估法选出流域的敏感参数,并进行一致性检验。结果表明:抚河流域4种降水产品的纳什效率系数(NSE)均在0.70以上,其中CMORPH CMA和CMADS的NSE均能达到0.82;黑河流域CMORPH CMA和CMADS的NSE大于等于0.76,而CMFD和MSWEP的NSE分别为0.72和0.74。抚河流域4种降水产品具有相同的敏感参数;黑河流域CMORPH CMA和CMADS有相同的6个敏感参数,而CMFD和MSWEP则分别有5个和8个敏感参数。4种降水产品在湿润流域和干旱流域都能得到较好的应用效果,但是CMORPH CMA和CMADS的模拟效果要优于CMFD和MSWEP。不同的降水输入也会对模型参数敏感性分析的结果产生影响,当降水表现越接近时,所筛选的敏感性参数也越相似。     

Integration of a statistical emulator approach with the SCE-UA method for parameter optimization of a hydrological model

Parameter optimization of a hydrological model is an indispensable process within model development and application.The lack of knowledge regarding the efficient optimization of model parameters often results in a bottle-neck within the modeling process,resulting in the effective calibration and validation of distributed hydrological models being more difficult to achieve.The classical approaches to global parameter optimization are usually characterized by being time consuming,and having a high computation cost.For this reason,an integrated approach coupling a meta-modeling approach with the SCE-UA method was proposed,and applied within this study to optimize hydrological model parameter estimation.Meta-modeling was used to determine the optimization range for all parameters,following which the SCE-UA method was applied to achieve global parameter optimization.The multivariate regression adaptive splines method was used to construct the response surface as a surrogate model to a complex hydrological model.In this study,the daily distributed time-variant gain model(DTVGM) applied to the Huaihe River Basin,China,was chosen as a case study.The integrated objective function based on the water balance coefficient and the Nash-Sutcliffe coefficient was used to evaluate the model performance.The case study shows that the integrated method can efficiently complete the multi-parameter optimization process,and also demonstrates that the method is a powerful tool for efficient parameter optimization.     

一种基于数据挖掘的模糊模型辨识及参数调整新方法

基于数据挖掘思想,运用模糊集合理论和改进的梯度下降方法,提出一种通用的、同时辨识模糊模型、调整其参数及确定输出变量空间最优划分的新方法,该方法不仅能够修剪冗余和冲突的初始模糊规则,而且通过引入动态误差传递因子,解决了梯度下降法中存在的收敛速度和振荡之间的冲突问题,用经典的倒车控制问题进行了验证,仿真结果表明了本方法的有效性和准确性。     

基于CPSO算法的岩石蠕变模型非定常参数反演分析

针对粒子群优化(PSO)算法具有全局寻优能力强、无梯度信息、收敛速度快、算法简单但易陷入局部最优解且初始化解的质量不高的特点,利用混沌的遍历性,把混沌机制和粒子群优化算法结合起来,对粒子群优化算法进行了改进,提出了混沌粒子群优化算法,并利用混沌粒子群优化(CPSO)算法对岩石蠕变本构模型的非定常参数进行了反演分析,算例结果表明,采用该混沌粒子群优化算法反演非定常参数是可行的.     

流量数据量对分布式水文模型参数率定结果的影响分析--以黑河流域上游为例

缺资料流域水文模型的参数率定是水文学科的一个研究重点.除传统的参数区域化方法以外,考虑到在部分缺资料流域可能存在少量短时间序列或零星不连续径流量观测数据的实际情况,近年来采用少量不连续径流量观测数据率定模型参数的方法逐渐引起关注.本研究以我国西北内陆的黑河流域上游为研究区域,选取分布式水文模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)为研究工具,使用SUFI-2方法作为参数自动率定与不确定性分析工具,分析不同径流量观测数据数量对模型参数率定结果的影响.研究结果显示,4组不同径流量数据在验证期的Nash效率系数均为0.67,表明使用1年的径流量数据进行参数率定时所获得的模拟效果可以达到使用多年径流数据率定参数的水平;比较各组模拟结果获得的P因子和R因子,表明使用1年径流量数据进行模型率定的不确定性会更大.