选取福建省长汀县朱溪流域与其所属的游屋圳子流域作为研究区,构建流域间的水文相似性评价指标,量化评估母流域与子流域之间的水文相似度.结果表明朱溪流域与游屋圳小流域的水文相似度为完全相似水平,可将游屋圳小流域模型参数应用于缺实测资料朱溪流域的水文模拟.
选取不同干湿气候分区的洞庭湖武水、伊洛河伊河、湟水北川河和黄河清水河4个山区小流域为研究对象,对IHACRES模型产汇流参数进行率定,评定径流模拟精度,分析导致径流模拟结果差异的原因;探讨不同率定资料长度条件下,模型在各气候区流域的模拟精度及参数收敛性.结果表明:IHACRES模型在气候湿润区流域模拟效果明显优于半干旱半湿润区流域模拟效果,湿润区流域NSE在0.9以上,半湿润区流域NSE在0.75左右,半干旱区流域NSE在0.55左右;同时半干旱半湿润区流域枯水期模拟径流与实测径流拟合程度较低,与气候水文特性和模型结构有关;湿润区流域率定资料需3年,NSE及参数基本稳定;半干旱半湿润区流域参数收敛性较差,率定资料在4～5年,NSE及参数基本稳定;该模型可以在气候湿润区流域进一步推广应用.
水利水电工程兴建运行改变了下游河流的水文情势和来水来沙条件,推求梯级水库下游控制断面设计洪水成了亟需解决的难题.本文综述设计洪水地区组成法的研究进展及问题,推导概率组合离散求和法和改进离散求和法,对比分析两者的离散估计误差;结合清江水布垭～隔河岩～高坝洲梯级水库应用实例,比较讨论各种设计洪水地区组成法的优缺点和实用性.结果表明:(1)基于Copula函数的改进离散求和法可直接推导公式,且无需作独立化处理;离散求和法的总误差随着相关系数ρ的增大而显著增加;当ρ>0.2时不宜使用.(2)经水布垭～隔河岩水库调蓄后,高坝洲坝址1000年一遇设计洪峰流量削减了50%左右.(3)对于单座或2座水库,离散求和法和同频率地区组成法的适用条件分别为00.7,改进离散求和法和最可能地区组成法没有限制条件;对于3座及以上的梯级水库群,最可能地区组成法可得到唯一最佳方案解.研究成果可为我国《水利水电工程设计洪水计算规范》的修订提供参考.
面雨量作为区域降雨代表性指标,通常采用多站点展布计算,而多单元周围有效站点的筛选与协同计算是提升展布精度的一大挑战.本文提出一种协同矩阵耦合泰森多边形的时空面雨量展布方法,通过构建站点-控制区域的权重系数矩阵,在空间上实现多站点协同展布,最大程度的利用了相关有效站点信息;以长江流域305个气象站点1980-2019年日降雨观测数据为基础,将站点雨量数据展布到由水资源分区叠加行政分区形成的263个区域上.与传统泰森多边形相比,本方法实现基于多线程的多区域多时段运算,提高了计算效率;同时能够减少气象站点分布不均所带来的误差,特别在流域暴雨天气具有一定的优势.研究表明本方法在多区域多站点面雨量一体化展布时具有较好的适应性.
现有城市雨水管网流量实时监测资料的匮乏使城市雨洪模型模拟预报精度无法保证.本文以暴雨洪水管理模型(Storm Water Management Model,SWMM)为例,提出了矩体概化率定法,构建了郑州大学主校区的SWMM模型,并选取20170812和20210720两场观测降雨进一步评估其适用性.结果表明:模型在率定期、验证期的模拟水深和实测水深的平均绝对误差分别为0.025 m、0.03 m;平均相对误差分别为3.65%、2.54%,故认为矩体概化率定法可以满足无资料地区城市雨洪模拟需求.研究成果对于管流资料缺乏地区的SWMM模型参数率定以及雨洪模拟与预警具有一定的实践意义,可为今后城市应对极端暴雨事件、暴雨内涝防治决策提供参考.
我国小型湖库数量多,分布广,承担的服务功能多样,故构建针对小型湖库的水质及水生态监测体系有重要的科学价值.利用实时获取的高光谱数据,运用归一化、波段比值和波段差值解析敏感波段,建立多元线性回归模型和BP神经网络模型反演西南科技大学中心湖(小型人工湖)总氮浓度,并分析模型的精度与适用性.结果显示,采用波段比值运算解析获取敏感波段,并将其作为输入层的神经网络模型拟合精度最高(均方根误差为0.05 mg/L,平均绝对误差为0.03 mg/L,平均相对误差为4.7%).结果表明,高光谱遥感的连续光谱结合BP神经网络的非线性拟合能力可较好地反演总氮浓度.研究结果有助于为小型湖库高光谱水质反演及监测预警提供理论和技术参考.
2023年9月20日,中国科学技术信息研究所发布《中国科技核心期刊目录(2023年版)》,《水文》再次入选中国科技核心期刊.中国科技核心期刊是衡量学术期刊办刊水平的重要指标,《水文》自2007年起连续被"中国科技核心期刊"(中国科技论文统计源期刊)收录.
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很有必要.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.
为探究连云港地区历史典型暴雨与致灾程度之间的关系,根据1956-2018年实测降雨资料,在对连云港地区降雨时空分布规律分析的基础上,选取连云港地区典型年份典型暴雨场次,并对时空分布、暴雨强度、受灾程度等进行量化分析,运用灰色关联分析法,定量分析暴雨时空变化与造成的洪水灾害程度之间的关系.结果表明:连云港地区暴雨受灾程度受降雨量、强度、前期影响雨量、时空分布特点共同影响.影响程度依次为:空间变差系数>时间变差系数>最大雨强>前期影响雨量>次降雨量.通过相关关系的量化以期为当地防洪措施及水灾害防御措施提供参考.
为解决初始土壤含水量不确定性给山洪快速准确预警带来的难题,实现山洪临界雨量的动态计算,以初始土壤含水量、降雨量和径流深之间的指数型关系为基础,构建考虑初始土壤含水量的降雨径流关系,并通过试算法得临界雨量.以陕西省子洲县岔巴沟流域为典型区域,构建同历时降雨初始土壤含水量和临界雨量间的响应关系曲线,用1980-2019年间的21场降雨数据进行验证.结果表明:临界雨量计算准确率为85.7%,因此基于降雨径流关系的山洪动态临界雨量计算方法具有一定可行性.
作为数字孪生流域的基础性工作,数字水流网络需要能够真实反映物理世界中的流域水流拓扑关系、下垫面特征,根据水利工程建设等一系列人类活动和业务需要进行动态调整.本研究充分利用DEM数据、水利一张图数据、高分辨率遥感影像数据等多源信息,通过一种面向基本水文单元的划分方法,对流域数字水流网络进行重构,统筹考虑了湖泊、水库、内陆河、地下河、人工河流以及国际河流等多种特殊情况,将报汛测站、水库工程等重要节点与自然流域充分融合,构建了一套全国范围的流域数字水流网络数据集,为推进数字孪生流域建设奠定坚实基础.
为研究宁夏地区多时间尺度下的河流水文情势,基于1956-2016年黄河干流入、出境断面及各支流控制水文站的天然实测径流数据,借助分项调查法和双累积曲线法系统分析了研究区内河道径流的年际变化、年内分配情况及河道断流情况.结果表明:在年际尺度上,黄河干流2001年后各时段天然径流量均有所减少,黄河主要支流7个断面除苦水河、红柳沟多年天然径流量差别不大外,清水河和泾河1956-2016年天然径流量较1956-2000年天然径流量减少较多;从年内分配情况来看,黄河和泾河在汛期和非汛期各时段径流量均明显减少,而清水河变化不明显,红柳沟径流量明显增加;宁夏历史上共有5条河流出现过断流情况,其中清水河为断流次数最多、断流天数最多的河流.本次研究结果对宁夏地区水资源可持续开发利用具有参考价值.
采用水文站、气象站逐日降水数据和ERA5再分析资料,详细分析了2021年7月18-22日发生在河南中北部的持续性暴雨过程的大气环流背景、水汽输送特征以及动力热力结构,结果表明:(1)南亚高压东北延伸、高空急流增强、大陆高压和西太副高稳定对峙、黄淮低涡缓慢西移、西北太平洋和南海双台风互旋持续输送水汽,为暴雨发生和持续提供了有利的背景条件,太行山和嵩山等山脉对暴雨具有增幅作用;(2)暴雨区水汽主要来源于对流层低层偏东风气流对西北太平洋暖湿空气的持续输送,水汽辐合层的深厚程度以及辐合强弱对暴雨强度预报具有一定的指示意义;(3)暴雨区上空强散度柱以及强上升运动是20日和21日极端暴雨发生的重要动力机制,高温高湿大气层结的发展为大暴雨的形成提供了有利的对流不稳定条件.
为了对校园区海绵设施径流控制效果进行经济-有效性综合评估,以西北师大校园作为研究对象,通过SWMM构建暴雨径流模型以及四种LID布设方案,在降雨重现期分别为1a、2a、5a、10a、20a情形下,进行降水径流模拟并分析各方案的径流削减效果,最后结合改进后的成本效益法分析LID径流控制的经济-有效性.结果表明,各LID方案的径流控制效果随降雨重现期的增大而减小,其中LID组合方案削减率最高,径流总量与径流峰值的削减率分别为58.12%～51.33%与54.48%～51.89%;各LID方案的经济-有效性随降雨重现期的增大而减小,1万元的LID组合方案的全生命周期成本投资可使径流总量与径流峰值分别下降0.0048～0.0042与0.0045～0.0043个百分点,单项措施中透水铺装的经济-有效性显著优于绿色屋顶和雨水花园,最具投资吸引力.研究成果对校园区LID规划与投资具有参考价值.
为了提高在岩溶含水层中开展的一组多孔抽水试验水文地质参数的计算精度,首先利用勘探资料结合含水层的识别曲线对试验场地各观测孔附近含水层的类型进行解译;其次根据含水层的类型选择相应的模型求参.结果表明:试验场地内观测孔附近含水层类型有无越流补给的承压含水层、裂隙较发育的双重介质含水层以及以孔隙发育为主的双重介质含水层.ZK3、ZK6、ZK8观测孔附近含水层的导水系数分别为21.6、48.1、54.8 m2/d,贮水系数分别为6.07×10-3、3.24×10-7、4.24×10-3;各观测孔附近含水层贮水系数的大小与其裂隙发育程度相关,表现为裂隙发育程度越高,其贮水系数越小.综合运用勘探资料及含水层的识别曲线来推求岩溶含水层的水文地质参数,能够降低因模型选用不当而造成的误差,保证参数计算结果的准确性.
长期径流预报是水文预报的重要领域,基于气候遥相关影响区域径流量的理论基础,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,分析大尺度气候因子与径流相关性,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.
受地形及季风影响,我国西南山区河流丰枯变化明显,常见的生态流量确定方法对于西南山区河流的适用性暂不明确.为探究适用于西南山区河流的生态流量确定方法,本文选取大环江作为典型河流,对比分析水文学法、水力学法应用于西南山区河流的生态流量计算结果.结果表明,Texas法、Lyon法等基于月均流量的水文学法汛期生态流量计算结果偏大;以特定时段最枯或特枯流量作为生态流量的方法,如7Q10法、Qp法等,忽略了西南山区河流的季节性变化;推荐以R2Cross法、湿周法计算结果分别作为上、下包线,结合Q50-Q90法、Tennant法等水文学方法综合确定西南山区河流生态流量目标.
利用水文站雨量观测资料、气象站常规地面和高空观测资料、区域站风场加密观测资料、多普勒天气雷达资料及ERA5再分析资料等,分析造成2021年7月11日沁河洪水的暴雨成因.结果表明:(1)此次暴雨发生在暖区内,具有时间集中、强度大、中小尺度对流显著的特征.大暴雨点集中在山前迎风坡,地形增幅作用显著.(2)较高的不稳定能量积累以及深厚的暖湿层为此次暴雨发生提供了有利的环境条件.沁河北高南低的地形分布使得低涡前部西南气流输送的水汽在沁河中游转向并形成水汽辐合,强降水发生在低涡东侧略偏北的位置.(3)此次暴雨首先是由地面辐合线以及地形的共同作用触发对流所致,后期随着高空槽逼近,配合850 hPa急流增强、低涡辐合,引发对流再次强烈发展,形成了强度更大的暴雨.
分析南水北调中线北京段水量水质特点和对城市河湖的影响,对调水合理利用、水质安全与保护、受水区水质水生态保护措施制定及效果评估等具有重要参考意义.结合调水水量分配,采用Spear-man秩相关、聚类等分析方法对综合理化指标、水化学特征、水质类别及特征水质指标等进行分析.研究表明:南水北调中线北京段水质为Ⅱ类,属于低矿化度软水,综合理化指标具有季节变化特征.2015-2021年,受水区水质普遍改善;典型受水水域水温上升,大宁水库等水域矿化度和总硬度下降.研究区地表水质受多重因素的影响,南水带来团城湖、昆明湖、昆玉河及京密引水渠等水域的水质变化,南部和东部河流水质受再生水水质改善影响较大,内城河湖、北运河和潮白河的部分河流平原段是多种因素共同作用的结果.
为探讨不同测量站配置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)三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,通过计算三个技术指标随站数平均变化值,定量揭示了以上变化规律并得到金下、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.
