基于DEM的分布式水文模型在清江流域的应用

基于清江上游水布垭区域的数字高程模型(DEM)数据，提取出了研究区域水系、勾画了研究区域边界，并计算了研究区域地形指数分布。采用基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)来进行降雨 径流模拟。在Nash Sutcliffe效率系数、洪峰相对误差、径流深相对误差等方面对基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型进行了比较分析。结果表明：在径流深模拟方面新安江模型略好于DDRM，在洪峰流量及峰现时间方面DDRM略好于新安江模型，模拟的Nash Sutcliffe效率系数两者相当，总体上基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型模拟效果相当。基于DEM的分布式水文模型与三水源新安江模型相比，其优点是模型结构简单、参数较少、物理过程明确，而且能够模拟流域土壤含水量和径流量的空间分布。     

鄱阳湖流域分布式水文模型的多目标参数率定

以鄱阳湖流域为研究区,构建其分布式水文模型WATLAC。以鄱阳湖流域6个水文站点2000～2005年河道径流量及地下水基流指数为多目标函数来优化耦合模型,采用PEST进行WATLAC模型参数自动率定。结果表明：6个水文站点拟合的纳希效率系数变化范围为071～084,确定性系数介于070～088,取得较好的模拟效果。基于遥感反演的实际蒸散发结果进一步验证模型,模拟值和遥感反演值在时间和空间上的变化趋势呈现较好一致性。基于地下水位及流场特征模拟效果的定性评价,表明地下水位模拟空间趋势性较好,水位与地面高程的空间变化一致,地下水主要以下游平原区和河道为主要排泄区,符合大尺度流域地下水流运动基本规律和评估结果。所提出的多目标率定方法及率定技术应用于大尺度鄱阳湖流域,也为其它水文模型在相似区域的连续模拟及参数率定方面提供借鉴。〖HJ1〗〖HJ〗     

面源磷负荷改进输出系数模型及其应用

传统的输出系数模型是模拟较大流域面源污染的有效手段，但它假设同一土地利用类型的输出系数相同，忽视了营养物径流和截留过程中其他流域特征对输出系数空间分布的影响，难以为流域分区管理提供依据。在传统输出系数模型基础上，引入产污因子（CI）和截留因子（RI），校正地形、降雨、植被缓冲带对面源磷流失空间格局的影响。用改进输出系数模型模拟滇池流域面源磷负荷并将模拟结果应用于流域管理。结果表明，改进的输出系数模型能更好地模拟面源磷污染的空间格局，识别出面源总磷的关键风险区--湖滨平原地带以及与入滇河流邻近的山谷、台地。以2008年滇池流域面源总磷的模拟结果（3525 t）为基准，若单位面积磷肥施用量减少20%，面源总磷负荷将减少86%；若环湖公路内侧全部实现退耕还林或还草，面源总磷负荷将减少60%；若同时实施减少磷肥施用量和环湖公路内退耕两项措施，面源总磷负荷将减少130%     

洞庭湖流域分布式水文模型

流域出口径流观测序列是水文模型参数率定重要依据,不受水文站控制区域的模型应用是水文研究关注点之一。首先根据水文站观测资料建立洞庭湖流域四水控制站之上基于水文响应单元的分布式水文模型,在此基础上结合实验、同质移植和虚拟水库等方法,将分布式水文模型拓展到包含无径流站控制区域的丘陵区间和平原圩垸区,最终实现了洞庭湖全流域水文过程模拟。结果表明:在较完备土壤、地形、土地利用等空间数据支持下,通过合理的流域划分和水文响应单元定义,建立的流域分布式水文模型可以较好地在水文响应单元尺度反应降水发生后蒸散、地表径流、土壤和地下水的响应特征。而基于观测实验及基流分割等方法获取的关键水文过程特征对模型参数优化的认识,可以提高模型参数率定效率,在较少优化迭代运算后既可使月径流模拟的效率系数NSE和确定性系数R²值高于0.81(日过程高于0.62)。借助参数同质移植和虚拟水库解决了区间和圩垸区无控制站区域水文过程模拟。在全流域水文过程的模拟中,基流指数和蒸散比例与实际过程具有较好的一致性。说明相关参数较好地反映了其物理机制,具备在相似气候及下垫面条件区域进行同质移植的基础,圩垸区径流交换采用虚拟水库的处理方式也合理可行。     

气候变化对西苕溪流域未来洪水影响研究——Ⅰ.VIC模型评估

可变下渗能力模型VIC是基于单元网格的分布式水文模型，易于与气候模式进行耦合，从而揭示气候变化对水循环的复杂影响，为分析气候变化情景下流域洪水的响应特征提供技术支撑。作为研究工作的第一步，构建了基于5 km×5 km网格分辨率的西苕溪流域VIC径流模拟模型。利用流域出口横塘村水文观测站1990~2000年日流量观测数据并结合西苕溪流域的汇流特点，采用Dag Lohmann汇流模型进行参数率定和验证。模拟结果表明：VIC模型对西苕溪流域日、年径流量的模拟值与观测值吻合良好，率定期和验证期的多年平均年径流相对误差Er分别为077%和343%，模拟日或月流量的确定性系数和Nash Suttcliffe系数都大于075，特别是对洪水年汛期流量过程的模拟，确定性系数均大于080，模型对洪水的模拟可信性较高     

流域环境系统演化概念模型:山-河-湖-海互动及对全球变化的敏感响应--以长江为例

流域是一个复杂的环境系统。长江流域环境研究表明，山-河-湖-海互动是流域环境系统变化的实质，同时也是流域对全球变化响应最敏感、最直接的体现。地貌过程变化，水、沙等物理通量变化，C、P、N等化学通量变化是系统内各子系统之间联系的纽带，也是流域环境系统中最活跃的因子。以山-河-湖-海互动为核心的流域环境系统模型，主要包括：山、河、湖、海各系统之间的能量流与物质流的输入、迁移和输出理论，系统演化平衡理论和系统自组织、自反馈理论。     

一个新的分布式水文模型在鄱阳湖赣江流域的验证

考虑同类模型在模拟大尺度流域时存在的一些弱点，开发了基于单元网格，并且结构较为简单、参数数量较少的分布式水文模型WATLAC。为了验证该模型在大尺度流域长时间序列的模拟效果，选取鄱阳湖流域的最大子流域--赣江流域（817万km2）为验证区域。流域的空间非均匀性由单元网格离散并模拟。根据下垫面数据精度，选取4 km×4 km的离散网格尺寸，并应用ArcGIS等软件建立流域网格信息，生成模型输入数据。采用1960~1989年外洲站和峡江站的实测资料对模型进行了验证。率定期（1960~1969年）两水文站日、月和年径流确定性系数在081~093，Ens系数在079~099，年径流统计量相对误差均低于8%；校核期（1970~1989年）两水文站日、月和年径流确定性系数在076~092，Ens系数在075~091，年径流统计量相对误差均低于2%。结果显示，模拟的径流量与实测值吻合良好，模型在赣江流域得到了很好的验证。模型对赣江流域具有较强的适用性，在流域水资源管理中具有较好的应用前景。     

一个新的分布式水文模型在鄱阳湖赣江流域的验证

考虑同类模型在模拟大尺度流域时存在的一些弱点，开发了基于单元网格，并且结构较为简单、参数数量较少的分布式水文模型WATLAC。为了验证该模型在大尺度流域长时间序列的模拟效果，选取鄱阳湖流域的最大子流域——赣江流域（817万km2）为验证区域。流域的空间非均匀性由单元网格离散并模拟。根据下垫面数据精度，选取4 km×4 km的离散网格尺寸，并应用ArcGIS等软件建立流域网格信息，生成模型输入数据。采用1960~1989年外洲站和峡江站的实测资料对模型进行了验证。率定期（1960~1969年）两水文站日、月和年径流确定性系数在081~093，Ens系数在079~099，年径流统计量相对误差均低于8%；校核期（1970~1989年）两水文站日、月和年径流确定性系数在076~092，Ens系数在075~091，年径流统计量相对误差均低于2%。结果显示，模拟的径流量与实测值吻合良好，模型在赣江流域得到了很好的验证。模型对赣江流域具有较强的适用性，在流域水资源管理中具有较好的应用前景。     

基于双子系统协调耦合的流域初始水权配置模型

省区初始水权和流域级政府预留水量是流域初始水权的重要组成部分，研究省区初始水权配置子系统和政府预留水量配置子系统之间的耦合协调性是提高流域水资源利用效率的重要途径。面向最严格水资源管理制度要求，建立基于“三条红线”的耦合协调性判别准则，针对省区初始水权和流域级政府预留水量的配置方案，分别从水量、水质和用水效率视角判别两者之间的耦合协调性；针对未能通过耦合协调性判别的情形，提出调整两个子系统配置方案的方法，并重新进行判别，直至配置方案通过耦合协调性判别，从而获得流域初始水权配置推荐方案；最后，针对太湖流域进行实证研究。结果表明模型和算法具有可行性和有效性，可为其它流域开展同类研究提供借鉴     

亚高山旅游景区岩溶地下水水化学动态变化及其影响因素

岩溶地下水是岩溶区重要的水资源，因岩溶水文系统具有敏感性和脆弱性，其一旦遭受污染便很难再恢复。以重庆亚高山金佛山水房泉为例，通过计算2008年和2016年各水化学参数的浓度增降幅度和地球化学敏感性指数，对比分析各水化学参数及其地球化学敏感性变化特征。结果表明：水房泉水化学类型为Ca-HCO₃型，受水 岩作用控制。旅游活动产生的生活污水自2013年起被分成两条管道，住宿排污经过泉域内化粪池的沉淀降解后排入地下，使得2016年水房泉中K⁺、Na⁺、PO₄^3-浓度较2008年降低，显示化粪池对污染物具有有效的调节作用；而餐饮排污未经处理仍直接排入地下，导致流域出口水房泉中Cl^-、NO₃^-浓度呈翻倍增长，水质恶化。污水还加剧了碳酸盐岩的溶蚀，地下水中HCO₃^-、Ca²⁺、Mg²⁺浓度上升。由于旅游高峰期与非高峰期的游客量差距逐渐缩小，2016年各化学组分的敏感性指数多低于2008年，地下水受旅游活动影响的时间变长；分别对比不同水文年各主量组分的敏感性指数大小和离子当量浓度大小，发现2008年两者排序基本一致，而2016年较为混乱，这可能表明研究区地下水系统逐渐从有序转向无序的状态，稳定性被破坏，熵值增大。     

遥感降水产品在澜沧江流域径流模拟中的适用性研究

以澜沧江流域为研究区域，基于实测降水数据，从日尺度、月尺度到年尺度分别评价了TRMM 3B42 V7、CMORPH CRT、TRMM 3B42 RT、PERSIANN 4种遥感降水产品在格网尺度上的精度，并用实测降水数据和筛选出的精度较高的遥感降水产品驱动SWAT模型进行了径流模拟，以进一步探究遥感降水产品在澜沧江流域的适用性。结果表明：4种遥感降水产品在日尺度上精度都不高，与实测降水的相关系数都低于0.5。从整体看，TRMM 3B42 V7精度最高，月、年尺度下与实测降水的相关系数依次为0.95、0.90，CMORPH CRT精度稍低于TRMM 3B42 V7，其在月、年尺度下与实测降水的相关系数依次为0.89、0.77，TRMM 3B42 RT和PERSIANN精度较差，两者在不同时间尺度下与实测降水的相关系数都较低，基本都维持在0.5以下；径流模拟结果发现TRMM 3B42 V7和CMORPH CRT两种遥感降水产品对流域出口断面日、月径流模拟的能力均不如实测降水，但整体上三者都能够较好地反映出实测径流变化的趋势，三者径流模拟对应的纳西效率系数NS在0.65~0.94范围内；从纳西效率系数NS看，三者对应的数值相差幅度极小，从多年平均径流RE看，三者都表现出低估的情形，但与前两者（低估值在 -4%~-10% 范围内）相比，CMORPH CRT（低估值在 -10%~-20% 范围内）低估的幅度较大；TRMM 3B42 V7在整体上的径流模拟效果优于CMORPH CRT，在澜沧江流域具有更好的径流模拟适用性。     

基于GIS技术及层次分析法的长江上游生态敏感性研究

选择在大尺度范围的长江上游开展生态敏感性研究,为长江上游水电开发的水资源保护及管理提供技术支撑及科学依据。在系统、翔实的辨识和分析长江上游区重要生境和生态敏感区的基础上,采用GIS技术与层次分析法结合的方式,筛选、识别和构建了生态敏感度评价指标体系,构建了敏感度的计算方法和综合评价方法,从而将属性数据库和空间图形数据库相关联,生成基于各评价单元生态敏感性专题评价成果图,从而揭示长江上游生态敏感性空间格局,为开展长江上游水电开发生态制约因素分析提供理论基础。研究表明：长江上游不敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、高度敏感区和极度敏感区分别占长江上游总面积的74.14%、6.76%、8.25%、493%和593%。金沙江流域是长江上游区生态敏感性最高区域,其次是长江上游干流区和赤水河流域;长江流域生态敏感区重点分布于上游区,长江上游干支流水资源利用中需重视对各类生态敏感区的生态保护     

雅砻江流域中上游径流变化归因分析

在全球气候不断变化和人类活动的影响下,开展河川径流变化的归因研究对水资源的合理利用和分配具有现实意义。以雅砻江流域雅江水文站以上区域作为研究区,采用线性分析、Mann-Kendall检验法和累积距平法等方法分析了研究区1961～2015年水文气候要素的变化特征,进而基于Budyko假设水热耦合平衡原理的弹性系数法估算了径流变化对各影响因子的弹性系数,并对研究区的径流变化进行归因分析。结果表明:近55年来,研究区年径流深整体呈上升趋势,上升速率为0.496 mm/a,并在1999年发生了由低到高的显著突变。年降水量和潜在蒸散量分别呈上升和下降趋势,变化率分别为0.994和-0.246 mm/a。降水、潜在蒸散发和下垫面弹性系数分别为1.40、-0.40和-0.83,说明年径流对降水量的变化最为敏感,其次是下垫面变化,对潜在蒸散量变化的敏感度最低。年径流对气候变化的敏感度呈微增强趋势,对下垫面变化的敏感度逐步减弱。气候变化是年径流增加的主要因素,总贡献率为60.66%,其中降水量和潜在蒸散量的贡献率分别占59.21%和1.45%,下垫面变化的贡献率为39.34%,反映下垫面变化的NDVI自1999年后呈下降趋势,是导致径流增加的重要原因。     

WASP富营养化水质模型在GIS中的完全集成研究

模型与GIS的结合是水质模拟研究的发展趋势，但完全集成方式面临许多技术难点。通过分析WASP富营养化模型的原理，剖析其程序源代码的核心，并对其核心算法进行重新编程开发。把GIS擅长的工作完全交给GIS、把模型擅长的工作完全交给模型，模型从底层对GIS属性数据库进行直接读写，GIS对模型的起始和中间过程直接控制，实现了WASP富营养化水质模型在GIS中的完全集成。完全集成后，为WASP增加LH OAT全局参数敏感性分析功能。LH OAT全局参数敏感性分析方法集成了LH抽样与随机OAT方法的优点，在随机OAT的基础上融入LH抽样法，保证参数敏感性分析的强壮性及有效性。但LH OAT方法必须依靠复杂的计算机程序来实现，因为没有通用程序而限制了其推广应用。为此我们设计了LH OAT方法的通用程序，提高了水质模拟的性能和应用范围。这为模型与GIS的完全集成研究提供了成功案例和问题解决的新思路     

黑河上游气候变化对出山口径流的驱动分析

将计量经济学中广泛应用的面板数据分析方法应用到自然科学领域，基于黑河上游山区3个站点的气象水文年尺度数据及季尺度数据，对1959~2009年的降水、温度、潜在蒸散发与出山口径流量分别进行单位根检验、协整检验和格兰杰因果检验，讨论了不同气候要素与径流变化的关系。研究表明：面板数据分析方法同样适用于自然科学领域；各检验结果表明降水、潜在蒸散发对径流存在显著的效应，跟温度相比，潜在蒸散发对径流的影响更为显著，能够更好地表征水文特征；季节尺度上的分析更为细致的说明了降水和潜在蒸散发对径流的影响。利用面板回归模型对黑河流域上游气候变化对径流的驱动影响进行不同情景下的分析，以当前气候条件为本底，结果表明，若气温升高，降水增加，则降水对径流的驱动力减弱，降水减少，则降水对径流的驱动力增强；而降水的变化则不影响气温对径流的驱动作用     

基于拓展敏感性方法和ABCD模型的流域枯季径流归因分析

提出一种拓展径流敏感性分析方法,进行季尺度气候变化和人类活动对径流变化影响的定量评价。以径流变化二阶泰勒展开式中的混合偏导项作为气候变化与人类活动耦合作用的度量,从而分离出气候变化、人类活动及两者间耦合作用对径流影响的程度,并采用包含融雪模块的ABCD模型,计算土壤蓄水量和地下水储量变化量。以拉萨河为研究实例,结果表明:近60年来,气候变化是导致拉萨河枯季径流增加的主导因素,其次是人类活动和耦合作用项;气候变化导致枯季径流增加,人类活动及耦合作用项引起枯季径流不同程度的减少。     

分布式TOPMODEL模型在清江流域降雨径流模拟中的应用

以清江流域上游为研究区域，探讨TOPMODEL模型在大流域的应用；对比了SRTM和地形图两种DEM数据在流域地形指数计算及降雨径流模拟中的差异，结果表明，虽然不同DEM计算得到的地形指数和模型率定参数存在较大差异，但是模拟效率基本相同，SRTM数据作为全球覆盖的免费高分辨率DEM数据将极大促进TOPMODEL模型的应用；分析了TOPMODEL模型在大流域中应用存在的局限性，在此基础上，构建了基于子流域的松散耦合的分布式TOPMODEL模型，提出了利用流域实际下垫面数据进行模型参数率定的方法，探讨了子流域划分详细程度对模拟结果的影响，结果表明，分布式TOPMODEL模型充分考虑了流域降雨和下垫面属性空间不均匀性对水文过程的影响，模拟效率高于传统TOPMODEL模型，随着子流域数目的增加，模型在率定期和校验期的效率均呈上升趋势，但是到达一定程度之后，受降雨等输入参数及模型计算误差所限，增加子流域个数不能继续提高模拟效率.     

A new multimedia contaminant fate model for China: How important are environmental parameters in influencing chemical persistence and long-range transport potential?

We present a new multimedia chemical fate model (SESAMe) which was developed to assess chemical fate and behaviour across China. We apply the model to quantify the influence of environmental parameters on chemical overall persistence (P_OV) and long-range transport potential (LRTP) in China, which has extreme diversity in environmental conditions. Sobol sensitivity analysis was used to identify the relative importance of input parameters. Physicochemical properties were identified as more influential than environmental parameters on model output. Interactive effects of environmental parameters on P_OV and LRTP occur mainly in combination with chemical properties. Hypothetical chemicals and emission data were used to model P_OV and LRTP for neutral and acidic chemicals with different K_OW/D_OW, vapour pressure and pK_a under different precipitation, wind speed, temperature and soil organic carbon contents (f_OC). Generally for P_OV, precipitation was more influential than the other environmental parameters, whilst temperature and wind speed did not contribute significantly to P_OV variation; for LRTP, wind speed was more influential than the other environmental parameters, whilst the effects of other environmental parameters relied on specific chemical properties. f_OC had a slight effect on P_OV and LRTP, and higher f_OC always increased P_OV and decreased LRTP. Example case studies were performed on real test chemicals using SESAMe to explore the spatial variability of model output and how environmental properties affect P_OV and LRTP. Dibenzofuran released to multiple media had higher P_OV in northwest of Xinjiang, part of Gansu, northeast of Inner Mongolia, Heilongjiang and Jilin. Benzo[a]pyrene released to the air had higher LRTP in south Xinjiang and west Inner Mongolia, whilst acenaphthene had higher LRTP in Tibet and west Inner Mongolia. TCS released into water had higher LRTP in Yellow River and Yangtze River catchments. The initial case studies demonstrated that SESAMe performed well on comparing P_OV and LRTP of chemicals in different regions across China in order to potentially identify the most sensitive regions. This model should not only be used to estimate P_OV and LRTP for screening and risk assessments of chemicals, but could potentially be used to help design chemical monitoring programmes across China in the future.     

农田降雨径流污染模型探讨——以上海郊区农田氮素污染模型为例

农田降雨径流污染是非点源污染研究中的一个重要问题 ,估算其发生负荷的难度很大。通过对农田降雨径流污染模型结构的理解和适当简化不可直接建模的部分 ,对农田非点源污染物输出的重要环节———降雨径流和污染物迁移进行了模拟。根据实测资料对SCS法的部分参数作了修正 ,使小块农田的降雨径流关系适合上海的区域自然地理条件 ;采用比较完善的径流试验资料建立了相应的径流单位线 ;并利用水流流速与固体颗粒被冲刷强度的关系 ,选择合适的试验资料 ,分析得到了径流过程与氮素流失浓度的相关关系 ,从而建立了以修正的SCS法、径流单位线和径流过程与氮素流失浓度的关系为基础的农田降雨径流污染模型。在具备较长系列降雨量资料的条件下 ,该模型确定了不同降雨量频率代表年份上海郊区农田氮素的年流失量