基于非线性拟合的水库泥沙预报模型研究

第 2 期水　利　水　运　工　程　学　报No. 2 2024 年 4 月HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING Apr. 2024 DOI:10.12170/20230418001胡江，苏荟. 水工结构变形预测模型构建与解释[J]. 水利水运工程学报，2024（2）：125-134. （HU Jiang, SU Hui. Forecasting and analysis of deformation in hydraulic structures[J]. Hydro-Science and Engineering, 2024（2）: 125-134. （in Chinese））水工结构变形预测模型构建与解释胡江1, 2，苏荟1, 3(1. 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室, 江苏南京210029； 2. 水利部大坝安全管理中心, 江苏南京210029； 3. 河海大学水利水电学院, 江苏南京210098)摘要: 现有基于机器学习算法的水工结构安全监控模型结果的可解释性较差。

为提高安全监控模型的可解释性，发展一种基于集成学习算法的水工结构变形预测模型构建与解释方法。

简述改进统计模型及随机森林（RF）、极端梯度提升树（XGBoost）两种常用的集成学习算法，引入沙普利值可加性解释（SHAP）方法实现集成学习算法模型结果的可解释性，阐述SHAP方法的原理和推导过程。

以某运行初期特高拱坝变形数据为例验证方法的有效性和实用性。

结果表明，XGBoost模型具有较高的预测精度，预测集决定系数大于0.982，改进统计模型精度次之，RF模型精度相对较低；SHAP方法可以分离不同自变量对效应量的影响大小，并能给出全局和局部的影响机制，实现模型拟合和预测结果的可解释性。

提出的方法综合了“机理驱动”和“数据驱动”模型的优势，可为水工结构运行管理提供决策参考。

关　键　词：水工结构；变形；安全监控；机器学习；集成学习算法；可解释性中图分类号：TV642 文献标志码：A 文章编号：1009-640X(2024)02-0125-10变形和渗流等效应量变化规律是水工结构安全性态的直观反映，其安全监控是保障重大水工结构安全运行的重要手段。

小浪底水库水沙调控对淤积形态影响的数值模拟作者：假冬冬江恩慧王远见邵学军来源：《人民黄河》2022年第02期摘要：水库淤积形态是影响水沙调节效率的一项关键因素。

为优化水库调度方式，采用考虑细颗粒淤积物流动特性的水库淤积形态数值模型，开展了小浪底水库淤积形态对水沙调控响应的模拟分析工作。

研究结果表明：三角洲形态及顶点位置随着水库的运行调控而发生变化，三角洲顶点附近顶坡段的冲淤调整和水库运行低水位与三角洲顶点高程之间存在较明显的关联性，当水库低水位低于三角洲顶点高程时三角洲顶坡段出现冲刷，当水库低水位高于三角洲顶点高程时三角洲顶坡段出现淤积;淤积形态为同等淤积量的锥体时，库区上段受河道边界影响有冲有淤，中下段库区淤积明显，且淤积量较三角洲淤积形态的大;考虑人工清淤措施时，清淤量与水库淤积总量相比占比非常小，因此淤积形态总体变化与不考虑人工清淤时基本类似，仅在清淤疏浚部位及附近局部河段有一定变化。

关键词：淤积形态;水沙调控;数值模拟;小浪底水库中图分类号：TV856;TV882.1文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.02.007引用格式：假冬冬，江恩慧，王远见，等.小浪底水库水沙调控对淤积形态影响的数值模拟[J].人民黄河，2022，44（2）：32-35，44.Abstract： Sedimentation pattern is one of the critical factors， which has great impact on the efficiency of water and sediment regulation in reservoirs. In order to improve the reservoir operation， the responses of sedimentation patterns of the Xiaolangdi Reservoir to water and sediment regulation were simulated by a mathematical model considering the effect of fine-grained sediment deposits movement. The simulation results indicate that the delta sedimentation pattern is adjusted during the process of reservoir operation. The variation pattern of the top of the delta depends on the relationship between the lowest water level of reservoir operation and the top elevation of the delta. Erosion occurs when the lowest water level is lower than the elevation of delta top， otherwise deposition will be occurred. Compared with the delta deposition morphology， the sedimentation volume of cone deposition morphology is larger with the same method of water and sediment regulation. The variation of sedimentation pattern considering dredging in the vicinity of the top of the delta is very small， except for the location of dredging.Key words： sedimentation pattern;water and sediment regulation;numericalsimulation;Xiaolangdi Reservoir基于水庫枢纽工程的水沙关系调节，是保障黄河长久安澜的重要手段，而水库淤积形态则是影响水沙调节效率的一项关键因素。

天池抽水蓄能电站上、下水库整体动床泥沙模型的设计与验证张国良;孙东坡;胡祥伟;张羽;张兵【摘要】抽水蓄能电站上、下水库联合运用时,库区及电站进、出水口附近的水流与泥沙淤积规律十分复杂,通常要进行泥沙模型试验研究.针对天池抽水蓄能电站,进行了上、下水库整体动床模型设计,分析确定了满足水流泥沙运动相似与河床变形相似的控制比尺;根据相应比尺确定了模型沙的种类和粒径,并进行了预备试验.利用专门设计的双向管、泵系统,实现了可以进行抽水蓄能和发电两种运行工况的上、下水库连接段的模拟;设计采用VDMS流场实时监测系统对库区与进出、水口的流速及流态进行精细观测.验证试验表明,整体模型的设计、制作满足模拟库区的水流泥沙运动相似与河床变形相似的要求,设计方法可为类似的整体泥沙模型设计提供参考和借鉴.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】6页(P70-75)【关键词】抽水蓄能电站;动床模型;相似比尺;连接段;模型验证【作者】张国良;孙东坡;胡祥伟;张羽;张兵【作者单位】河南天池抽水蓄能有限公司,河南南阳 473000;华北水利水电大学,河南郑州 450045;河南天池抽水蓄能有限公司,河南南阳 473000;华北水利水电大学,河南郑州 450045;郑州澍青医学高等专科学校,河南郑州 450011【正文语种】中文【中图分类】TV147相对常规水电站,抽水蓄能电站水库的库容较小,且上、下水库间循环抽、放水运行。

如果抽水蓄能电站所在河段的汛期洪水的泥沙含量较高，将会造成水库库容的损失和电站机电设备的磨蚀。

因此,对抽水蓄能电站水库泥沙问题的研究很有必要[1]。

目前主要的研究手段是动床泥沙模型试验,而上、下水库整体模型的设计与验证是这类河流模拟试验的关键技术。

本文以天池抽水蓄能电站为例，探讨上、下水库整体动床泥沙模型设计与验证的相关技术问题。

1.1 河道及水文状况天池抽水蓄能电站所在的黄鸭河流域地处石山林区,山高坡陡,植被良好,受人类活动影响较小,上、下库位置如图1所示。

收稿日期:2003-06;修订日期:2003-08基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G 1999043601)~教育部博士点基金资助项目(20010027013)作者简介:杨桂莲(1979-)~女~湖北广水人~硕士研究生~主要从事水文~水资源及水环境方面的研究O E -mail :ygl 781220@sina .com文章编号:1007-6301(2003)05-0463-09基于SWAT 模型的基流估算及评价以洛河流域为例杨桂莲~郝芳华~刘昌明~张雪松(北京师范大学环境科学研究所~水沙科学教育部重点实验室~北京100875)摘要:SWAT 是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型~它能够利用GIS 和RS 提供的空间数据信息~模拟复杂大流域中的径流成分O 本文应用SWAT 模型对基流进行模拟~分别采用1992~1996年和1997~1998年洛河流域卢氏水文站逐年~月实测径流资料进行模型校准和验证~确定模型的敏感性参数:径流曲线数~地下水再蒸发系数~土壤蒸发补偿系数和植物蒸发补偿系数;并借助滤波技术对实测径流进行基流分割O将滤波分割的基流与SWAT 模拟值进行对比~采用线性回归系数(R 2)和Nash -Suttclife模拟系数(E ns )对SWAT 模型进行评价~其结果月基流R 2为0.76~E ns 为0.75~模拟精度较高O关键词:SWAT 模型;基流估算;滤波技术;洛河流域中图分类号:P 343;P 333.11引言地下水的补给和排泄(即形成基流)特征对地下水资源的高效管理与可持续发展~以及地表水与土壤水转换时的污染最小化方面都至关重要O 在大西洋海岸平原地区~地下径流占总径流的90%以上[1]~而在美国德克萨斯州可达50%[2]O Reay 等人发现若忽略浅层地下水这一水源~将直接影响水质管理决策的可靠性[3]O 地下水补给过程一般较复杂~取决于两类因子~一类是气象因子~如雨强~降水历时~气温~湿度~风速;另一类是下垫面因子~如地下水位以上的土壤和岩层特性~地形~植被和土地利用等O 这些因子的变化会导致地下水补给在时空分布上变化显著[4]O 计算地下水的补排通常有两种方法:水量平衡法或基于监测水分运动的张力计法~示踪剂法~重力测渗仪法[5]O 后者一般费用较高~实际中采用不多O 在干旱和半干旱地区~大流域的地下水补给和基流计算广泛采用基于水量平衡的基流估算法[6~8]和消退曲线平移法[9~12]~后者只需根据流量观测资料就可确定地下水特征值OSWAT 模型是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型~它能够利用第22卷第5期2003年9月地理科学进展PROGRESS IN GEOGRAPHY Vol.22~No.5Sept.~2003GIS 和RS 提供的空间数据信息 模拟地表水和地下水水量与水质 长期预测土地管理措施对于具有多种土壤 土地利用和管理条件的大面积复杂流域的水文 泥沙和农业化学物质产量的影响[13] SWAT 通过水文响应单元( R )单独计算径流量 然后演算得到流域总径流量 水文响应单元的水循环包括四个部分的水量 融雪 土壤剖面(O~2m ) 浅层含水层(2~2O m )和深层含水层(>2O m ) 土壤剖面可分为多层 土壤水运动包括下渗 蒸发 植被截留 侧向流和土壤剖面下边界向潜水层的渗流(即地下水补给) SWAT 模型中计算的地下水补给量是以下三项的总和 土壤剖面下边界渗出量 河道输移损失 池塘和水库的蓄量[14]本文试图借助滤波技术估算基流 并将该结果与SWAT 模拟值进行对比 对SWAT 模型在研究区的应用结果进行评价2研究方法 .1估算方法 SWAT 模型基于水量平衡的SWAT 模型模拟每个水文响应单元的地表径流量和洪峰流量 模型中采用的水量平衡方程式为SW t =SW O - tz=1(Rcay - suLf -E a -W seep - gw )(1)式中 SW t 为土壤最终含水量(mm ) SW O 为土壤前期含水量(mm ) t 为时间步长(d ) R cay 为第z 日降水量(mm ) suLf 为第z 日的地表径流(mm ) E a 为第z 日的蒸发量(mm ) W seep 为第z 日土壤剖面地层的渗透量和侧流量(mm ) gw 为第z 日的基流量(mm )模型采用下列方程式计算流域基流gw z = gw z-1 exp(-a gw At)-W LchLg [1-exp(-a gw At)](2)式中 gw z 为第z 日进入河道的基流补给量(mm ) gw z-1为第(z -1)日进入河道的基流补给量(mm ) t 为时间步长(d ) W LchLg 为第z 日蓄水层的补给量(mm ) O gw 为基流的消退系数其中补给流量由下式计算W LchLg z =[1-exp(-1/8gw )] W seep -exp(-1/8gw ) W LchLg z-1(3)式中 W LchLg z 为第z 日蓄水层补给量(mm ) 8gw 为补给滞后时间(d ) W seep 为第z 日通过土壤剖面底部进入地下含水层的水分通量(mm /d )地表径流采用美国农业部水土保持局(Soil Conservation Service )研制的小流域设计洪水模型 SCS 模型进行模拟 目前该模型在美国及其他一些国家得到了广泛的应用 在我国也有一些介绍和应用[15~2O] CN (Curve number )值是SCS 模型的主要参数 可将前期土壤湿润程度 坡度 土壤类型和土地利用现状等因素综合在一起 用量的指标来反映下垫面条件对产汇流过程的影响 是反映降雨前流域特征的一个综合参数 SCS 模型有特定的土壤分类系统 需对土壤分类进行对应归并 得到符合SCS 模型的土壤分类结果[14] 因土壤属性较稳定 将土壤分类结果作为不变值 用于模型计算中 CN 值同样受降雨前的流域内土壤湿润程度的影响 SCS 模型将土壤湿润程度根据前5d 的总雨量划分为3类 分别代表干 平均 湿3种状态(AMCI AMCII AMCIII ) 不同湿润状况的CN 值有相互的转464地理科学进展22卷换关系G 最终根据SCS 模型提供的CN 值查算表[15] 充分考虑当地的自然条件 并参考有关研究者在SCS 模型应用中所确定的CN 值[18 19 21] 确定出当地的CN 值G壤中流用动态存储模型预测计算 该模型考虑到水力传导度~坡度和土壤含水量的时空变化G 计算下渗考虑两个主要参数:初始下渗率(依赖于土壤湿度~供水条件)和最终下渗率(等于土壤饱和水力传导度)G蒸散发包括水面蒸发~裸地蒸发和植被蒸腾G 土壤水蒸发和植物蒸腾被分开模拟G 潜在土壤水蒸发由潜在蒸散发和叶面指数估算G 实际土壤水蒸发用土壤厚度和含水量的指数关系式计算G 植物蒸腾由潜在蒸散发和叶面指数的线性关系式计算G 潜在蒸散发有以下三种计算法:~argreaves (~argreaves and Samani 1985) Prestley -Taylor (Prestley and Taylor 1972) Penman -Monteith (Monteith 1965) 本文采用Penman -Monteith 法G2.2评价方法 数字滤波法传统的基流分割法包括图解法[22]和分析法[23]G 图解法主观性较强 在计算两次连续降雨或多次连续降雨时效果较差;分析法依赖迭代曲线拟合算法 且参数较多 难以确定其误差来源[24]G 近年来人们将数字滤波应用于基流的分割G 数字滤波能通过滤波器把输入系列通过一定的运算变换成输出系列G 数字滤波器的实现方式之一是利用通用计算机的存储器~运算器和控制器把滤波器所要完成的运算编成程序通过计算机来执行 也就是采用计算机软件来实现[25]G滤波法较图解法更加客观 操作容易 执行速度快 且参数较少[24]G Nathan 和McMa-hon 首次采用Lyne -~ollick 算法[26]对流量过程进行分析和处理 从流量过程中分割出基流[27]G Arnold 在美国西部和东部选取6个代表流域对该方法进行验证 结果表明该方法不仅精度较高 而且具有较好的客观性和可重复性[28]G 本文采用该方法将实测径流划分为直接径流和基流两部分G 基于Lyne -~ollick 算法的滤波方程为:g t =Bg t 1+(1+B)(0t 0t 1)/2(4)式中:g t 为t 时刻过滤出的快速响应(即直接径流信号 以日为时间步长);0为实测河川总径流;B 为滤波参数G 从总径流中过滤出快速响应 即可得出基流b t :b t =0t g t (5)Nathan 和McMahon 及Arnold 等人采用三通道滤波器 将模拟结果与手工分割的结果进行对比研究 率定出B 值 分别定为O.9O~O.95 O.925[27 29]G3实例研究3.1流域概况洛河是黄河小浪底水库以下的最大支流 洛河干流在陕西省有两条 西干流发源于蓝田县灞源乡 北干流发源于洛南县洛源乡 汇合后经陕西省的洛南县和河南省的卢氏~洛宁~宜阳~洛阳市区~郊区~偃师~巩县 在神堤村注入黄河G 干流长446.9km 流域面积18881km 2 多年平均径流量34.22亿m 3G 其中洛河上游卢氏水文站以上流域 流域面积4623km 2 河道长192km 跨陕西和河南两省 该区为典型的石山林区[23]G 地势高峻 河沟密集 坡陡石多 地形复杂 切割严重 土地贫瘠G 大部分地区海拔在12OO~2OOO m5645期杨桂莲等:基于SWAT 模型的基流估算及评价之间沿河有许多面积较小的河谷平原海拔高度600*1000m O土壤类型以棕壤~褐土为主天然植被较好除岩石裸露外大部分是天然次生杂木林森林和草地覆盖率达70%以上[31 32]O根据1971*2000年资料统计流域内多年平均降水量为720mm多年平均水面蒸发量为966mm O3.2SWAT模型估算3.2.1模型输入本文应用与Arc View GIS藕合的SWAT模型AVSWAT来处理卢氏流域的输入文件(见表1D O根据前文所述的亚流域划分原则并考虑实际的县区边界将卢氏流域划分为39个亚流域[33]O表1模型输入数据Tab.1The input data f or SWAT model数据类型尺度数据描述来源气象24个雨量站日降水和气温黄委水文局地形1=250000高程坡面与河道坡度~长度国家基础地理信息中心土壤1=1000000土壤属性如密度~剖面和质地等南京土壤所土地利用1=100000土地利用类型分类中科院地理所模型所要求的地形土地利用/覆盖和土壤数据是使用AVSWAT2000在Arc View中生成的地形数据是从1=250000万DEM中生成的O SWAT模型所要求的亚流域地图是在AVSWAT中从地形数据中生成的O流域中的土地利用分类数据是从1=100000的土地利用图中得到的并重新进行了分类得到7种土地利用类型耕地(AGRL D~林地(FRST D~草地(PAST D~农村居民点(RURL D~城镇用地(URAN D~水域(WATR D和裸地(BARE D O输入气象数据包括日降水量~最高最低气温~风速和相对湿度等这些数据可以是统计数据也可根据SWAT的天气模拟程序生成O3.2.2模型校准和验证当模型的结构和输入参数初步确定后就需要对模型进行校准(calibration D和验证(Validation D O通常将使用的资料系列分为两部分其中一部分用于校准模型而另一部分则用于模型的验证[34]O校准是调整模型参数(经分析得出SCS曲线数CN~土壤中植物可利用水量~土壤蒸发补偿系数为最敏感因子D~初始和边界条件以及限制条件的过程以使模型接近于测量值O选用线性回归系数(R2D和Nash-Suttclife模拟系数(Ens D 来评估模型在校准和验证过程中的模拟效果O使用Nash-Suttclife系数Ens来衡量模型模拟值与观测值之间的拟合度其表达式为[34]E ns=1-E nz=1(@m-@p D2E nz=1(@m-@aU!D2(6D式中@m 为观测值@p为模拟值@aU!为观测值平均值n为观测的次数O当@m=@p时E ns=1"如果E ns为负值说明模型模拟值比直接使用测量值的算术平均值更不具代表性O664地理科学进展22卷根据数据获取的完整性,选用1992~1997年卢氏水文站的河道流量对径流进行参数率定0对以下的四个敏感性参数进行调整;径流曲线数(CN 2D ~地下水再蒸发系数(RWVAPC D ~土壤蒸发补偿系数(ESC0D 和植物蒸发补偿系数(EPC0D 0通过调整这些参数使径流模拟值与实测值吻合,其模拟值与实测值年均误差应小于实测值的15%,月均值的线性回归系数R 2>O.6且E ns >O.50流量校准年径流平均误差为14.3%,且月径流E ns 为O.86,R 2为O.87,精度满足模型要求0采用模型参数率定过程中所得到的参数,应用1998~1999年的实测流量数据进行模型验证,并采用R 2及E ns 对模型的验证结果进行评价0流域出口模拟径流量与实测流量拟合较好,月径流R 2为O.81,E ns 为O.840模型对1998年6~9和1O 月,1999年4~5月和12月的模拟值较高;对1998年8月和12月的模拟值较低,其原因可能是由于降雨的空间不均匀性0但总体来说模型预测的评价系数满足评价标准0通过对径流的校准和验证,最后确定出模拟径流过程的模型参数,如表2所示0表2模型校准参数值Tab .2The calibrated parameters f or SWAT model 变量模拟过程参数描述值域/变化范围参数最终值CN 2径流径流曲线数+/-8+2RWVAPC径流地下水再蒸发系数O.OO~1.OO O.1O ESC0径流土壤蒸发补偿系数O.OO~1.OO O.2EPC0径流植物吸收补偿系数O.OO~1.OO O.1O 4结果与分析4.1估算结果SWA 模型输出的是39个亚流域逐日基流量0图版1,图1是39个亚流域年均基流分布图,而图版1,图2是8~1O 月基流总和分布图,其分布规律与年均基流分布相似,主要是由于这三个月占年均基流的46%0由于该研究区为典型的石山林区,地处黄河中游地区,汛期多发生在8~9月份,由于地下径流的滞后效应,1O 月份的基流量所占的比例也较大04.2滤波结果输入1992~1999年日流量资料,在MS -D0S 环境下运行下载的bflow .exe 模块[33],即可得到逐日基流量以及基流参数FT ~退水个数~a gw 系数和退水天数,基流参数如表3所示0表3滤波分割基流参数值Tab .3The parameters of f iltered basef low 基流系数FT 1基流系数FT 2基流系数FT 3退水个数a gw 系数基流天数O.49O.3O O.239O.OO38264注;FT 1~FT 2~FT 3为各自采用第一~二~三通道滤波时,所分割的基流占总径流的比例07645期杨桂莲等;基于SWA 模型的基流估算及评价其中Fl =Z t /@(7)c gw =ln(@gw,O /@gw,N )/N (8)式中:@gw,O 和@gw,N 分别为退水计算时的始,末流量0为了精确计算出c gw ,退水时间(N )不得少于1O 天0根据对研究区的初步分析,发现该区基流占总径流的2O%左右,因此选用基流系数Fl 3以及相应的逐日基流分割值04.3评价与分析将基于滤波技术分割出的基流值与SWAT 模拟值作对照,月基流R 2为O.76,Ens 为O.75,(如图3,图4所示),模拟精度较高0由图3可以看出,SWAT 在模拟高水流时的月份时,基流模拟结果往往偏大,而在模拟低水流时,结果往往偏小0这涉及多方面的原因,一方面,由于土壤含水层的分布本身就很复杂,另一方面,模型在校准时参数不止一个,多个参数之间的相互影响并不明确0在实际校准时,往往只对总径流进行校准,基流的校准由于一般无实测资料,难以进行图3基于滤波技术分割的月基流与SWAT 模拟值对照图Fig .3Monthly time series (1992*1999)of SWAT simulated and filtered baseflow5结论滤波技术使得基流分割地下水补给得以自动完成0该法为SWAT 模型的基流模拟评价提供了依据和途径:(1)自动化滤波技术能快速,高效地分割出基流,结合计算机使退水曲线得以自动平移,可计算出基流量;(2)在无地下水观测地区,借助滤波技术分割基流,可应用于SWAT 模型的基流校准,为SWAT 模型的径流模拟和非点源污染模拟提供了有利途径,同时也为研究地下水资源量864地理科学进展22卷图4基于滤波技术分割的月基流与SWAT 模拟值散点图Fig .4The regression of SWAT simulated and filtered basefloW提供了一种新的方法;(3)SWAT 是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型 在充分利用GIS 和RS 提供的空间数据信息的前提下 能够模拟复杂大流域中的径流成分O参考文献[1]Williams J .R . and J .E .Pinder I .GroundWater floW and runoff a coastal plain stream .Water Resources Bul-letin 1990 726(2):343~352.[2]Arnold J .G . P .M .Allen G .Bernhardt .A comprehensive surface ~groundWater floW model .Journal of ~y-drology 1993 (142):47~69.[3]Reay W .G . D .L .Gallagher Jr . G .M .Simmons .GroundWater discharge and its impact on surface Water guali-ty in a Chesapeake Bay inlet .GroundWater 1992 28(6):1121~1133.[4]Memon B .A .Guantitative analysis of springs .Environ .Geol . 1995 (26):111~120.[5]Wood W .W . W .E .Sanford .Chemical and isotopic methods for guantifying groundWater recharge in a regionalsemiarid environment .GroundWater 1997 (33):458~468.[6]Meyboom P .Estimating groundWater recharge from streamfloW hydrograph .Journal of Geophysical Research1961 66(4):1203~1214.[7]Knisel W .G .BasefloW recession analysis for comparison of drainage basins and geology .Journal of GeophysicalResearch 1963 (68):3649~3653.[8]Nathan R .J . and T .A .McMahon .Evaluation of Automated Technigues for BasefloW and Recession Analysis .Water Resources Research 1990 26(7):1465~1473.[9]Rorabaugh M .I .Estimating changes in bank storage and groundWater contribution to stream floW .Int .As-soc .Sci .~ydrol .1964 (63):432~441.[10]Bevans ~.S .Estimating stream -aguifer interactions in coal areas in eastern Kansas by using stream records .In :Seymour (Ed .).Selected Papers in the ~ydrologic Sciences US Geologic Survey Water Supply Paper .1986 (2290):51~64.[11]~oos A .B .Recharge rates and aguifer characteristics forselected drainage basins in middle and east Tennessee .9645期杨桂莲等:基于SWAT 模型的基流估算及评价074地理科学进展22卷US Geological Survey Water Resources Investigations Report.,1990,(4015):34.[12]Rutledge,puter Programs for Describing the Recession of Groundwater Recharge and for EstimatingMean Groundwater Recharge and Discharge from Streamflow Records.U.S.Geological Survey Water Resources Investigations Report.,1993,(4121):45.[13]Arnold,J.G.,R.Srinivasan,R.S.Muttiah,et rge area hydrologic modeling and assessment.Part I.Model development.Journal of the American Water Resources Association,1998,(34):73~89.[14]王中根,刘昌明,黄友波.SWAT模型的原理~结构及应用研究.地理科学进展,2003,22(1):79~86.[15]袁作新.流域水文模型.北京:水利电力出版社,1990.[16]张建云.地理信息系统及其在水文水资源中的应用.水科学进展,1995,6(4):290~295.[17]张建云,何惠.应用地理信息进行无资料地区流域水文模拟研究.水科学进展,1995,9(4):345~350.[18]张仁杰.从遥感信息到水文模型参数.遥感信息,1987,(1):13~18,28.[19]魏文秋,谢淑琴.遥感资料在SCS模型产流计算中的应用.环境遥感,1992,7(4):243~250.[20]吴险峰,刘昌明.流域水文模型研究的若干进展.地理科学进展,2002,21(4):341~348.[21]Rango A.Assessment of Remote Sensing Input to Hydrological Models.Water Resources Bulletin,1985,21(3):423~432.[22]McNamara,J.P.,D.L.Kane,and L.D.HinZman.Hydrograph separations in an Arctic watershed using mixingmodel and graphical technigues.Water Resources Research,1997,33:973~983.[23]Birtles,A.B.Identification and separation of major baseflow components from a stream hydrograph.Water Re-sources Research,1978,14(5):791~803.[24]Furey,P.R.,V.K Gupta.A physically based filter for separating baseflow form streamflow times series.WaterResources Research,2001,37(11):2709~2722.[25]Rabiner,L.R.,B.Gold.Theory and application of digital signal processing.史令启译.北京:国防工业出版社,1982.[26]Lyne,V.,M.Hollick.Stochastic time variable rainfall runoff modeling.Hydrology and Water Resources Sympo-sium Berth,Proceedings,National Committee on Hydrology and Water Resources of the Institution of Engineers, Australia,1979,89~92.[27]Nathan,R.J.,and T.A.McMahon.Evaluation of Automated Technigues for Baseflow and Recession Analysis.Water Resources Research,1990,26(7):1465~1473.[28]Arnold,J.G.,and P.M.Allen.Automated methods for estimating baseflow and ground water recharge fromstreamflow.Journal of the American Water Resources Association,1999,35(2):411~424.[29]Arnold,J.G.,P.M.Allen,R.S.Muttiah,et al.Automated baseflow separation and recession analysis tech-nigues.Groundwater,1995,(33):1010~1018.[30]郭建民,郑金亮主编.伊洛河志.北京:中国科学技术出版社,1995.[31]洛南县地方志编纂委员会.洛南县志.北京:作家出版社,1999.[32]卢氏县水利志编纂领导小组.卢氏县水利志.西安:陕西人民出版社,2001.[33]王中根,刘昌明等.基于DEM的分布式水文模型构建方法.地理科学进展,2002,21(5):430~439.[34]Nash,J.E.,and J.Suttciliffe.River Flow Forecasting Through Conceptual Models,Part1~A Discussion ofPrinciple.Journal of Hydrology,1970,10(3):282~290.[35]/swat/swatbase.html[EB/OL],2003-6-10.The Study on Basef low Estimation and Assessment in SWATLuohe Basin as An EXampleYANG Guilian ,HAO Fanghua ,LIU Changming ,ZHANG Xuesong(Institute of Environmental Sciences ,Beijing Normal University ,Key Laboratory for Water and Sediment Sciences ,Ministry of Education ,Beijing 100875,China )Abstract ,BasefloW ,usually separated from total streamfloW ,is very important in many research fields .TWo methods to analyze and calculate basefloW Were introduced .The first method uses the Water balance components from the soil and Water assessment tool model (SWAT ).The second method uses a digital recursive filter to separate basefloW from dai-ly floW .The result Was applied in Lushi basin located in the upper of Luohe to calibrate basefloW in SWAT model .Simulated floW Was calibrated against calculated floW at Luohe (4623km 2)from 1992*1996.To validate the model ,calibrated and simulated monthlyfloW at Luohe from 1997*1998Was compared With a R 2of 0.81and an Ens of 0.84.Foursensitive factors ,including CN 2,RWVAPC ,ESCO and EPCO ,are determined after cali-bration and validation of the model .The rate of three -month (Aug .to Oct .)basefloW in annual total one is 46%because the floods usually took place in August and September in the study area .Comparing simulated monthly basefloW to the filtered one from 1992*1998,a good result can be gained With a R 2of 0.76and an E ns of 0.75.The case study illu-minates that SWAT model can simulate basefloW Well ,and the filter technigue has the po-tential to provide realistic estimates of basefloW for input into regional groundWater models and a check for surface hydrologic models .!ey words ,SWAT model "basefloW estimation "digital filter technigue "Luohe basin1745期杨桂莲等,基于SWAT 模型的基流估算及评价基于SWAT模型的基流估算及评价 --以洛河流域为例作者：杨桂莲， 郝芳华， 刘昌明， 张雪松作者单位：北京师范大学环境科学研究所,水沙科学教育部重点实验室,北京,100875刊名：地理科学进展英文刊名：PROGRESS IN GEOGRAPHY年，卷(期)：2003,22(5)被引用次数：72次1.Williams J R;J E Pinder ⅢGroundwater flow and runoff a coastal plain stream1990(02)2.Arnold J G P;M Allen;G Bernhardt A comprehensive surface-groundwater flow model 1993(142)3.Reay W G;D L Gallagher Jr;G M Simmons Groundwater discharge and its impact on surface water quality in a Chesapeake Bay inlet 1992(06)4.Memon B A Quantitative analysis of springs 1995(26)5.Wood W W;W E Sanford Chemical and isotopic methods for quantifying groundwater recharge in a regional semiarid environment 1997(33)6.Meyboom P Estimating groundwater recharge from streamflow hydrograph 1961(04)7.Knisel W G Baseflow recession analysis for comparison of drainage basins and geology 1963(68)8.Nathan R J;T A McMahon Evaluation of Automated Techniques for Baseflow and Recession Analysis 1990(07)9.Rorabaugh M I Estimating changes in bank storage and groundwater contribution to stream flow 1964(63)10.Bevans H S Estimating stream-aquifer interactions in coal areas in eastern Kansas by using stream records 198611.Hoos A B Recharge rates and aquifer characteristics forselected drainage basins in middle and east Tennessee 1990(4015)12.Rutledge A T Computer Programs for Describing the Recession of Groundwater Recharge and for Estimating Mean Groundwater Recharge and Discharge from Streamflow Records 1993(4121)13.Arnold J G;R Srinivasan;R S Muttiah Large area hydrologic modeling and assessment.PartⅠ.Model development 1998(34)14.王中根;刘昌明;黄友波SWAT模型的原理、结构及应用研究[期刊论文]-地理科学进展2003(01)15.袁作新流域水文模型 199016.张建云地理信息系统及其在水文水资源中的应用[期刊论文]-水科学进展 1995(04)17.张建云;何惠应用地理信息进行无资料地区流域水文模拟研究[期刊论文]-水科学进展1995(04)18.张仁杰从遥感信息到水文模型参数[期刊论文]-遥感信息 1987(01)19.魏文秋;谢淑琴遥感资料在SCS模型产流计算中的应用 1992(04)20.吴险峰;刘昌明流域水文模型研究的若干进展[期刊论文]-地理科学进展 2002(04)21.Rango A Assessment of Remote Sensing Input to Hydrological Models 1985(03)22.McNamara J P;D L Kane;L D Hinzman Hydrograph separations in an Arctic watershed using mixing model and graphical techniques 199723.Birtles A B Identification and separation of major baseflow components from a stream hydrograph 1978(05)24.Furey P R;V K Gupta A physically based filter for separating baseflow form streamflow times series[外文期刊] 2001(11)25.Rabiner L R;B Gold;史令启Theory and application of digital signal processing 198226.Lyne V;M Hollick Stochastic time variable rainfall runoff modeling 197927.Nathan R J;T A McMahon Evaluation of Automated Techniques for Baseflow and Recession Analysis 1990(07)28.Arnold J G;P M Allen Automated methods for estimating baseflow and ground water recharge from streamflow 1999(02)29.Arnold J G;P M Allen;R S Muttiah Automated baseflow separation and recession analysis techniques 1995(33)30.郭建民;郑金亮伊洛河志 199531.《洛南县地方志》编纂委员会洛南县志 199932.《卢氏县水利志》编纂领导小组卢氏县水利志 200133.王中根;刘昌明基于DEM的分布式水文模型构建方法[期刊论文]-地理科学进展 2002(05)34.Nash J E;J Suttciliffe River Flow Forecasting Through Conceptual Models,Part 1-A Discussion of Principle 1970(03)35.查看详情 20031.桑学锋.周祖昊.秦大庸.魏怀斌.SANG Xue-feng.ZHOU Zhu-hao.QIN Da-yong.WEI Huai-bin改进的SWAT模型在强人类活动地区的应用[期刊论文]-水利学报2008,39(12)2.于磊.邱殿明.YU Lei.QIU Dian-ming基于SWAT模型的漳卫南流域水量模拟[期刊论文]-吉林大学学报（地球科学版）2007,37(5)3.孙瑞.张雪芹.SUN Rui.ZHANG Xue-qin基于SWAT模型的流域径流模拟研究进展[期刊论文]-水文2010,30(3)4.王中根.刘昌明.黄友波SWAT模型的原理、结构及应用研究[期刊论文]-地理科学进展2003,22(1)5.郑捷.李光永.韩振中.孟国霞.邢黎明.ZHENG Jie.LI Guang-yong.HAN Zhen-zhong.MENG Guo-xia.XING Li-ming SWAT模型在水资源管理中研究进展与灌区应用展望[期刊论文]-土壤2009,41(5)1.王立红.陈娟.张慧济南市锦绣川流域景观变化对河川径流的影响研究[期刊论文]-绿色科技2011(8)2.张明旭.赵海英晋江西溪流域气候变化的SWAT模型模拟[期刊论文]-通化师范学院学报 2009(4)3.盛前丽.张洪江.刘国栋环境变化对香溪河流域径流影响的研究[期刊论文]-西部林业科学2008(4)4.岳隽.王仰麟.李贵才.吴健生.谢苗苗不同尺度景观空间分异特征对水体质量的影响——以深圳市西丽水库流域为例[期刊论文]-生态学报 2007(12)5.张华.张勃.赵传燕黑河上游多年基流变化及其原因分析[期刊论文]-地理研究 2011(8)6.翟晓燕.夏军.张永勇基于SWAT模型的沙澧河流域径流模拟[期刊论文]-武汉大学学报（工学版） 2011(2)7.袁军营.苏保林.李卉.路雨基于SWAT模型的柴河水库流域径流模拟研究[期刊论文]-北京师范大学学报(自然科学版) 2010(3)8.范丽丽.沈珍瑶.刘瑞民.宫永伟基于SWAT模型的大宁河流域非点源污染空间特性研究[期刊论文]-水土保持通报 2008(4)9.黎坤.林凯荣.江涛.陈晓宏数字滤波法在点源和非点源污染负荷分割中的应用[期刊论文]-环境科学研究 2010(3)10.罗书文.梁虹.杨桃.贺中华基于分形理论的喀斯特流域枯水资源影响因素分析[期刊论文]-安徽水利水电职业技术学院学报 2009(1)11.罗书文.梁虹.杨桃.贺中华基于分形理论的喀斯特流域枯水径流影响因素分析[期刊论文]-水科学与工程技术 2008(5)12.高杨.张明旭.王林晋江西溪流域气候变化下的水文响应研究[期刊论文]-水资源与水工程学报 2008(2)13.王林.陈兴伟基于3个站点校准与验证的晋江流域径流模拟[期刊论文]-中国水土保持科学2007(6)14.ZHANG Xiang.张扬.CHEN Xiao-dan.罗蔚汉江上游流域产水产沙时空规律研究[期刊论文]-南水北调与水利科技 2008(4)15.罗慈兰.叶水根.李黔湘SWAT模型在房山区ET的模拟研究[期刊论文]-节水灌溉 2008(10)16.罗睿.徐宗学.程磊SWAT模型在三川河流域的应用[期刊论文]-水资源与水工程学报 2008(5)17.于磊.邱殿明基于SWAT模型的漳卫南流域水量模拟[期刊论文]-吉林大学学报（地球科学版）2007(5)18.魏怀斌.王明娜.周祖昊.桑学峰基于分布式水文模型水文还原的地表水资源评价[期刊论文]-人民黄河 2009(3)19.许其功.席北斗.何连生.魏自民.姚波.霍守亮三峡库区大宁河流域非点源污染研究[期刊论文] -环境工程学报 2008(3)20.陆颖.Sam BUCHANAN.何大明流域水文模型中的土壤质地转换与饱和导水率Ks值确定[期刊论文]-云南地理环境研究 2008(5)21.黄国如流量过程线的自动分割方法探讨[期刊论文]-灌溉排水学报 2007(1)22.孔彦龙.庞忠和高寒流域同位素径流分割研究进展[期刊论文]-冰川冻土 2010(3)23.徐金涛.张奇.徐力刚抚仙湖集水域地表径流入湖水量模拟[期刊论文]-湖泊科学 2007(6)24.戴枫勇.姚琪.苏东彬SWAT模型研究[期刊论文]-江苏环境科技 2006(z1)25.代俊峰.崔远来基于SWAT的灌区分布式水文模型——Ⅰ.模型构建的原理与方法[期刊论文]-水利学报 2009(2)26.刘吉峰.李世杰.丁裕国基于气候模式统计降尺度技术的未来青海湖水位变化预估[期刊论文]-水科学进展 2008(2)27.王林.张明旭.陈兴伟基于SWAT模型的晋江西溪流域径流模拟[期刊论文]-亚热带资源与环境学报 2007(1)28.郑璟.方伟华.史培军.卓莉快速城市化地区土地利用变化对流域水文过程影响的模拟研究——以深圳市布吉河流域为例[期刊论文]-自然资源学报 2009(9)29.侯统昭.李锦育SWAT模型之初步探讨[期刊论文]-水土保持研究 2009(6)30.李丽娇.薛丽娟.张奇基于SWAT的西苕溪流域降雨—径流关系及水量平衡分析[期刊论文]-水土保持通报 2008(5)31.于峰.史正涛.李滨勇.杨具瑞.彭海英SWAT模型及其应用研究[期刊论文]-水土保持应用技术2008(5)32.于磊.顾鎏.李建新.朱新军基于SWAT模型的中尺度流域气候变化水文响应研究[期刊论文]-水土保持通报 2008(4)33.刘吉峰.霍世青.李世杰.杜宇SWAT模型在青海湖布哈河流域径流变化成因分析中的应用[期刊论文]-河海大学学报（自然科学版） 2007(2)34.许其功.刘鸿亮.沈珍瑶.席北斗参数空间分布对非点源污染模拟的影响[期刊论文]-环境科学2007(7)35.舒卫先.李世杰.刘吉峰青海湖水量变化模拟及原因分析[期刊论文]-干旱区地理 2008(2)36.李丽娇.张奇一个地表-地下径流耦合模型在西苕溪流域的应用[期刊论文]-水土保持学报。