缺资料流域水文预报（PUB）及其在唐家山堰塞湖排险中的应用

论文摘要

水资源的科学管理和调控是以流域水文循环过程及其演变规律的系统识别和水文情势预测预报为基础的,观测资料是流域水循环演变规律系统识别的关键依据,并在很大程度上决定了水文情势预测预报的精度,然而不幸的是,目前世界上有数量众多的流域缺乏足够的观测资料,缺资料流域水文预报面临着巨大的困难和挑战,开展缺资料流域水文模拟预报研究具有很大的理论意义和实践意义。本文结合5·12特大地震形成的位于涪江支流通口河下游最大堰塞湖——唐家山堰塞湖工程除险对来水预报实践需求,以WEP模型为关键支撑,探讨了具有物理机制的分布式水文模型在缺资料流域水文模拟预报中应用的可行性,并根据涪江（绵阳以上）流域的水文气象与下垫面条件构建起了适用于该区域的径流模拟预报平台,并对堰塞湖形成期和动态监测期的入湖流量进行了模拟预报,具体如下:（1）探讨了缺资料流域径流模拟预报的实质,通过分析缺资料流域与数据驱动型模型之间的矛盾,指出利用分布式模型开展PUB研究是可行的;（2）针对涪江（绵阳以上）流域的气象水文和下垫面条件,构建起适用于该区域的分布式水文模型,利用4个气象站（1个位于研究区域内部,其他3个临近研究区域）1976-1980年的逐日气象数据和4个水文站同时段的月径流观测数据对模型进行了验证,枯水季节（11～4月）模拟效果较差,丰水季节（5-10月）模拟效果较好;（3）由于区域内部气象站数量过少,仅用气象站观测资料模拟得到的结果与实测值存在较大差距,不能满足工程除险要求,考虑到降雨输入是影响流域产汇流的最重要因素之一,为提高模拟预报精度,下载了TRMM 3B42测雨数据,并结合地面气象站降雨观测资料对该测雨数据进行了修正,研究显示:经过改善降雨输入,径流模拟预报精度有了显著提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及问题的提出
• 1.2 相关研究进展
• 1.2.1 早期PUB 研究
• 1.2.2 近期PUB 研究
• 1.2.2.1 集总式模型用于PUB 研究
• 1.2.2.2 分布式水文模型用于PUB 研究
• 1.2.3 卫星遥感数据在缺资料流域径流预报中的作用
• 1.2.3.1 植被盖度
• 1.2.3.2 土壤含水量
• 1.2.3.3 地表温度
• 1.2.3.4 地表空气温度
• 1.2.3.5 降雨
• 1.2.4 卫星雷达测雨研究进展
• 1.2.5 水文预报不确定性研究进展
• 1.2.5.1 GLUE 方法概述
• 1.2.5.2 其他不确定性分析方法
• 1.2.6 缺资料流域水文拟预报未来的发展方向
• 1.3 研究内容
• 1.4 技术路线
• 1.5 论文创新点
• 第二章 研究区域概况
• 2.1 自然地理概况
• 2.1.1 研究区域及其地理位置
• 2.1.2 地形地貌
• 2.1.3 水文地质
• 2.1.4 土壤植被
• 2.1.5 水文气象条件
• 2.1.5.1 气象特征
• 2.1.5.2 水文特征
• 2.1.6 河流水系
• 2.1.7 堰塞湖概况
• 2.2 社会经济概况与水资源开发利用情况
• 2.2.1 社会经济概况
• 2.2.1.1 人口构成及动态
• 2.2.1.2 经济发展与产业变化
• 2.2.2 水资源开发利用现状
• 第三章 缺资料流域径流模拟预报的理论与方法
• 3.1 缺资料流域水文模拟预报概述
• 3.1.1 缺资料流域水文模拟预报的定义
• 3.1.2 缺资料流域径流预报主要方法
• 3.1.3 缺资料流域径流预报难点
• 3.1.3.1 流域气象输入与下垫面条件空间异质性特征
• 3.1.3.2 流域气象输入与下垫面条件时间变异性特征
• 3.2 缺资料流域径流模拟预报的理论基础与技术体系探讨
• 3.2.1 理论基础探讨
• 3.2.1.1 缺资料流域径流预报实质
• 3.2.1.2 分布式水文模型开展PUB 研究的可行性分析
• 3.2.1.3 “Data Drive Model”与“Ungauged Basin”矛盾分析
• 3.2.2 关键支撑技术
• 第四章 面向缺资料流域水文预报的分布式水文模型构建
• 4.1 水文模型基本功能需求分析
• 4.2 模型选取及模型简介
• 4.2.1 模型选取理由
• 4.2.2 模型简介
• 4.2.2.1 垂直结构
• 4.2.2.2 水平结构
• 4.3 水文循环基本要素过程模拟
• 4.3.1 蒸发蒸腾
• 4.3.2 入渗与径流
• 4.3.3 地下水运动和地下水出流
• 4.3.4 坡面汇流和河道汇流
• 4.3.5 积雪融雪过程
• 4.4 WEP 模型各模块逻辑关系
• 4.5 基础数据信息整备
• 4.5.1 河流水系与水文气象
• 4.5.2 自然地理数据
• 4.5.2.1 DEM 的生成
• 4.5.2.2 土地利用数据
• 4.5.2.3 土壤数据
• 4.5.2.4 含水层厚度
• 4.6 流路网的构建及子流域划分
• 4.6.1 流路网的构建
• 4.6.1.1 数字河网的生成与修正
• 4.6.1.2 坡面汇流计算顺序获取
• 4.6.1.3 河流编码与基本参数获取
• 4.6.2 子流域的划分
• 4.7 参数估算与模型校验
• 4.7.1 参数估算
• 4.7.1.1 土壤
• 4.7.1.2 地下水含水层
• 4.7.1.3 植被
• 4.7.1.4 汇流参数
• 4.7.2 模型校验
• 4.7.2.1 率定效果评价指标
• 4.7.2.2 模拟结果分析
• 第五章 入湖径流量模拟预报
• 5.1 模拟策略
• 5.1.1 初始场设置
• 5.1.2 提高模拟预报精度的措施
• 5.2 TRMM 数据
• 5.2.1 提高模拟预报精度的措施
• 5.2.1.1 TRMM 卫星简介
• 5.2.1.2 TRMM 数据简介
• 5.2.2 雷达降雨数据同化
• 5.2.2.1 雷达栅格日均降雨量
• 5.2.2.2 模型计算单元日均降雨量
• 5.3 入湖径流量模拟预报
• 5.3.1 基于气象站降雨输入的径流模拟预报
• 5.3.2 经过高程修正的气象站降雨输入径流模拟预报
• 5.3.3 基于雷达测雨输入的径流模拟预报
• 5.3.4 基于地面站和雷达栅格高程修正的径流模拟预报
• 5.3.4.1 基于 TRMM 和雨量站的降雨修正
• 5.3.4.2 相关性差的降雨输入处理
• 5.3.4.3 模拟预报结果
• 5.3.5 累积入湖流量与堰前水位预报
• 5.4 模拟预报结果讨论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 存在不足及研究展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文及参加科研情况
• 致谢