基于降水—径流模型的中长期径流预测

水库中长期水文预报模型研究(Ⅱ)杨晓红【摘要】中长期水文预报模型库是水库中长期水文预报系统的核心.本研究面向预报对象,利用多要素预报法探索外界各种因素对水文预报对象的影响,分析预报对象与影响因子的相互联系及其变化的物理成因,利用数理统计方法建立了3个基于径流及其影响因子的成因统计关系的预报模型,分别为投影寻踪回归、时间序列—马尔可夫分析、非线性动力系统学以及神经网络模型,这些模型为有效进行水文对象的中长期预报提供了坚实的基础.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2011(027)018【总页数】4页(P67-69,119)【关键词】水文预报模型;水文预报对象【作者】杨晓红【作者单位】西安测绘信息技术总站,西安陕西710054【正文语种】中文【中图分类】P338水库长期水文预报系统建设必须符合国家有关信息技术和软件工程的设计规范和要求和国际通用标准，并且兼容水文气象部门的有关技术规范。

在预报方法上，则需要面向预报对象，以国内水文预报行业常用的成熟方法和国际上新研发出来的新方法相结合，从而达到最佳的预报效果，本文对投影寻踪回归、时间序列—马尔可夫分析、非线性动力系统学以及神经网络及小波分析模型进行详细介绍。

1)预测对象:选定的预报对象。

2)预测时效:月、季、年。

3)资料需求:与预报对象相对应的时间长度的水文气象特征量。

投影寻踪回归(简称pp回归)技术的实质是将高维数据通过线性组合方法转换为低维数据，在低维上对数据结构进行分析，以达到便于统计的目的。

PP回归模型采取一系列岭函数的“和”来逼近回归函数。

即式中:Gm(Z)表示第m个岭函数;为岭函数的自变量，它是P维随机变量x在方向上的投影;M为岭函数的个数。

pp回归是运用1984年Friedman教授编制的SMART［1］多重平滑回归计算软件。

SMART模型具有如下形式:式中及岭函数值Gm是模型的参数，模型中线性组合的项数为待定参数。

模型的核心采用分层分组迭代交替优化的方法最终估计出岭函数的项次Mu，岭函数Gm(Z)以及函数 ajm，bim。

swat模型水量平衡方程SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）是一种广泛应用于水资源管理和土地利用规划的水量平衡模型。

它模拟了流域内水循环的各个组成部分，包括降水、蒸发、蓄水、径流等，可以用于评估不同土地利用管理措施对水资源的影响，以及预测未来的水资源供需情况。

SWAT模型的水量平衡方程是基于流域的物质守恒定律建立的，它描述了降水在流域中的水循环过程，并计算了径流的生成与运动。

首先，降水是水量平衡方程的重要输入项，包括雨滴截留、蒸发和渗漏等水文过程。

SWAT模型中通常会使用降水站点的观测数据或气象模型的输出数据作为输入。

其次，土壤蓄水量是流域水量平衡方程中的一个重要参数。

SWAT 模型通过考虑土壤类型和土壤水分特性等来模拟土壤的蓄水能力，这可以反映不同土地利用类型的水文响应。

然后，蒸发是流域水循环的关键过程之一，代表了水分从土壤和植被蒸发的过程。

SWAT模型中采用了一系列的参数和公式来计算蒸发过程，包括潜在蒸发、实际蒸发和冠层蒸发等。

此外，渗漏是指水分从土壤渗透到地下水中的过程。

SWAT模型考虑了渗漏对地下水补给的影响，通过模拟土壤的渗透能力和土壤饱和度来计算渗漏量。

最后，径流是通过蒸发和渗漏后剩余的降水流出流域的部分。

SWAT模型通过考虑土壤类型、地形、土地利用等因素，采用多个子流域的方法来模拟流域的径流产生与转移。

综上所述，SWAT模型的水量平衡方程可以描述如下：降水=截留+蒸发+渗漏+产流其中，截留代表了降水在植被上被截留的部分；蒸发代表了水分从土壤和植被蒸发的过程；渗漏代表了水分从土壤渗透到地下水中的过程；产流代表了径流的生成与运动。

SWAT模型通过计算这些过程中的关键参数和输入，以及采用物质守恒的原理，可以模拟流域内的水资源循环和水量平衡。

这些模拟结果可以帮助决策者了解不同土地利用策略对水资源的影响，优化土地利用配置方案，提高水资源的利用效率，为可持续水资源管理和土地规划提供科学的依据。

雨水节气的水文数据处理方法雨水节气是传统二十四节气中的一个重要节气，其标志着春天的到来，也代表着我国江河湖泊水资源的重要补给期。

在雨水节气期间，水文数据的处理方法对于有效管理和保护水资源具有至关重要的作用。

本文将介绍几种常用的雨水节气的水文数据处理方法，并分析其优缺点。

一、降雨量数据处理方法降雨量是衡量雨水节气期间降水情况的重要指标，常用的处理方法包括平均法、加权法和插值法。

平均法是最简单直观的处理方法，将雨水节气期间的降雨量简单地求平均值。

这种方法适用于降雨量数据变化较为平稳的情况，但不能反映降雨量的时空分布差异。

加权法是在平均法的基础上引入权重，根据不同时间段的降雨量数据确定权重，再进行加权平均计算。

这种方法考虑了降雨量变化的趋势和时段的差异，能够更准确地反映雨水节气期间的降雨情况。

插值法是一种基于已知降雨量数据，在未知位置或时间点进行估算的方法。

常用的插值方法包括反距离权重插值法和克里金插值法。

这种方法能够较好地拟合已知数据的空间分布特征，但对于稀疏数据较少的区域效果不佳。

二、径流量数据处理方法雨水节气期间的降雨量与径流量之间存在着紧密的关系，径流量数据的处理对于水资源管理至关重要。

常用的径流量处理方法有面积法、单元线性法和水文模型法。

面积法是最简单直接的径流量处理方法，根据特定流域的面积和降雨量数据计算流域的总径流量。

该方法适用于流域面积变化较小的情况，但不能考虑流域内的地势、土壤类型等因素对径流过程的影响。

单元线性法是一种将流域划分成若干个单元，通过线性推求每个单元的径流量，再进行总合计算的方法。

这种方法考虑了流域内部的分布差异，能较为准确地估算总径流量。

水文模型法是一种基于物理过程的数学模型，通过对流域水文过程的系统分析和建模，预测径流量的方法。

常用的水文模型有单位线模型、土壤水分平衡模型和水动力学模型等，具有较高的精度和可靠性，但需要较多的气象和地理数据。

三、水质数据处理方法雨水节气期间的径流水质是反映流域环境质量的重要指标，水质数据的处理方法对于水资源保护和环境监测具有重要意义。

水文模型在水利工程中的应用水文模型是通过数学和统计方法来模拟和预测水文过程的工具，是水利工程中不可或缺的重要组成部分。

通过对水文模型的合理运用，可以更好地理解水文过程，预测水资源的供需情况，制定科学的水资源管理策略。

本文将详细介绍水文模型在水利工程中的应用。

一、水文模型的基本原理水文模型是基于水文循环和水文过程的基本原理建立起来的。

其核心思想是将水文过程转化为数学方程，通过建立数学模型，模拟和预测水文要素和过程。

主要包括以下几个方面的内容：1. 模型的输入与输出：水文模型的输入主要包括降水、蒸发、径流、地下水等要素，输出则是各类水文信息，如水位、流量、涵养量等。

2. 模型的参数和变量：水文模型的参数是根据实际测量和统计得到的，如蓄水容量、透水系数等；水文模型的变量包括时间、空间、地形等要素。

3. 模型的计算方法：水文模型主要采用数值计算方法，如常见的有有限差分法、有限元法等。

通过对模型的计算，可以得到水文过程中各类要素的预测结果。

4. 模型的评估与验证：水文模型需要通过实际观测数据进行评估和验证，以验证其模拟能力和适应性。

二、1. 水资源评价和规划：水文模型可以通过对降水、蒸发、径流等要素进行模拟，对水资源的供需情况进行评估和规划。

通过水文模型的预测结果，可以合理安排水资源的利用，为决策提供科学依据。

2. 水文预报与调度：水文模型可以通过对降水、径流等要素的模拟和预测，提供水文预报和调度的依据。

特别是在洪水预报和干旱调度等方面，水文模型的应用可以及时、准确地预测和应对水文灾害。

3. 水库调度与优化：水文模型可以结合水库运行规则和特性，通过对蓄水容量、流量等要素的模拟，优化水库调度方案。

通过水文模型的应用，可以最大程度地提高水库的调度效率，实现水资源的合理利用。

4. 地下水资源管理：水文模型可以对地下水资源进行模拟和预测，为地下水的开发和管理提供依据。

通过对地下水位、渗漏、补给等要素的模拟，可以实现地下水资源的合理开发和利用，防止地下水过度开采。

科技成果——大数据驱动多过程耦合的流域水
情预报关键技术
对应需求流域长期水量预测预警技术
成果简介
该成果以坡面—沟道为基本单元，构建产汇流、产沙输沙等动力学模型，结合基于物理机理的流域分布式水文模型，通过多源降水数据融合和数值天气预报，实现逐月、旬滚动预报，提高中长期预报的精度和实用性适用于中长期水情预报与水电计划制定、短期预报和调度等领域。

技术特点
该成果构建了水利大数据、高精度河网、数字流域模型、水电优化调度的理论体系和多时间尺度、多业务环节的成套技术，研发了大数据驱动的中长期水情预报-发电量预测平台和高精度河网-数字流域模型-短期径流预报系统，支持短期优化调度和洪水预警。

1、基于最小代价搜索算法的高精度河网的提取与编码方法，实现了面向流域尺度径流模拟的大规模流域河网的高效和可靠提取；
2、以坡面-沟道为基本单元，研发了产汇流、产沙输沙等动力学模型，构建了基于物理机理的流域分布式水文模型。

技术水平
发明专利3项，软件著作权2项，青海省科学技术科学进步奖一等奖1项。

应用情况
该成果在凉山州应用，集合海温遥相关模型、时间序列周期分析模型、滑动平均自回归模型、最近邻抽样回归模型，利用海表温度距平和历史径流数据，建立了数据驱动的中长期径流预报模型和组合模型，为发电计划的制定提供了科学依据；在黄河上游梯级水库中长期水情预报系统中应用，为国网青海公司交易中心提供未来1年逐月滚动的入库流量及发电量预估。

已在国网青海电力预测和调度、白水江和安宁河流域水情预报与调度中得到应用，建立了数据驱动的中长期径流预报模型和组合模型，发掘了大桥水库的发电潜力，为发电计划的制定提供了科学依据。

基于SWAT模型的格尔木河上游分布式水文模拟和径流预测易磊;陈富洪;韩积斌;刘小宝;杨建文;周震鑫;卢晓航;马喆;魏海成;韩凤清【期刊名称】《盐湖研究》【年(卷),期】2024(32)3【摘要】研究格尔木河流域水文循环过程并预测未来流域水资源的变化特征,对地区生态环境保护和下游盐湖矿产资源可持续开发利用具有重要意义。

选取格尔木水文站以上区域构建SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型。

采用大气同化数据集为气象驱动,联合区域内纳赤台和格尔木水文站的实测月尺度径流数据进行参数的率定和验证。

在率定期和验证期内,纳什效率系数、确定性系数和相对偏差系数均达到了良好的标准,表明SWAT模型在格尔木河高寒山区流域水文过程模拟中具有较好的适用性。

研究表明流域降水量偏少,地表径流量、壤中流量与降水量的变化趋势具有较好的一致性,降水量年际变化中蒸散发量为主要消耗量,占40.26%。

根据未来气候预测模型RegCM4.6,预测路径浓度RCP2.6、RCP4.5和RCP8.53种情景下格尔木河未来40年径流量呈增加趋势。

3种情景下的年平均径流量较基准期(2006—2018年)分别增加了7.63%、11.01%、15.96%;随着温室气体排放浓度的增加,径流量呈现出增加趋势,特别是夏秋季增幅较大。

短时间内径流量增大可能会引发格尔木市洪涝灾害,破坏盐湖企业生产设施;但若将洪水资源进行调控和利用,不仅防范了洪涝灾害,同时也利于解决盐湖企业日渐增大的用水需求难题。

【总页数】10页(P1-10)【作者】易磊;陈富洪;韩积斌;刘小宝;杨建文;周震鑫;卢晓航;马喆;魏海成;韩凤清【作者单位】中国科学院青海盐湖研究所;青海省盐湖地质与环境重点实验室;中国科学院大学;青海大学;青海省海西蒙古族藏族自治州盐湖管理局【正文语种】中文【中图分类】P333【相关文献】1.基于分布式水文模型SWAT的流域径流模拟2.基于SWAT模型的内蒙古锡林河流域降水-径流特征及不同水文年径流模拟研究3.基于SWAT分布式流域水文模型的下垫面变化和水利工程对径流影响分析4.基于格尔木河流域的SWAT模型水文特征情景模拟研究5.基于SWAT模型的格尔木河径流演变特征研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

SWAT水文模型编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（SWAT水文模型）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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SWAT水文模型介绍1概述SWAT(Soil and Water Assessment Tool）模型是美国农业部（USDA）农业研究局（ARS）开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。

它主要基于SWRRB模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征。

SWAT具有很强的物理基础，能够利用GIS和RS提供的空间数据信息模拟地表水和地下水的水量和水质，用来协助水资源管理,即预测和评估流域内水、泥沙和农业化学品管理所产生的影响。

该模型主要用于长期预测，对单一洪水事件的演算能力不强，模型主要由8个部分组成：水文、气象、泥沙、土壤温度、作物生长、营养物、农业管理和杀虫剂。

SWAT模型拥有参数自动率定模块,其采用的是Q.Y.Duan等在1992年提出的SCE-UA算法。

模型采用模块化编程,由各水文计算模块实现各水文过程模拟功能，其源代码公开,方便用户对模型的改进和维护。

2模型原理SWAT模型在进行模拟时，首先根据DEM把流域划分为一定数目的子流域，子流域划分的大小可以根据定义形成河流所需要的最小集水区面积来调整,还可以通过增减子流域出口数量进行进一步调整。

然后在每一个子流域内再划分为水文响应单元HRU。

HRU是同一个子流域内有着相同土地利用类型和土壤类型的区域。

每一个水文响应单元内的水平衡是基于降水、地表径流、蒸散发、壤中流、渗透、地下水回流和河道运移损失来计算的.地表径流估算一般采用SCS径流曲线法.渗透模块采用存储演算方法，并结合裂隙流模型来预测通过每一个土壤层的流量,一旦水渗透到根区底层以下则成为地下水或产生回流。

径流系数1. 什么是径流系数？径流系数是指降雨发生后，降水量中形成地表径流的比例。

在水文学中，它是一个重要的参数，用于描述下雨后的水分分配情况。

径流系数的计算可以帮助我们更好地了解降水在地表径流和入渗之间的分配方式。

2. 径流系数的计算方法径流系数的计算通常基于降雨量和地表径流量之间的关系。

下面是一种常用的计算方法：径流系数 = 地表径流量 / 降雨量需要注意的是，这里的地表径流量是指降雨后在地表流动的水分，不包括入渗到地下的水分。

降雨量则是指雨水降落到地表的总降水量。

3. 径流系数的影响因素径流系数的数值受多种因素的影响：3.1 地表状况地表的不同状况会对径流系数产生影响。

例如，水密性较高的硬质地表往往会导致较高的径流系数，因为它不易渗透水分。

相反，土壤较松散的地表则有较高的入渗能力，导致较低的径流系数。

3.2 降雨强度降雨的强度也会对径流系数产生影响。

当降雨强度较大时，地表往往无法快速吸收水分，从而导致较高的径流系数。

3.3 植被覆盖率植被覆盖率对地表径流的形成有着重要的影响。

具有较高植被覆盖率的地区，植被可以有效地吸收部分降雨水分，减少地表径流的形成，因此具有较低的径流系数。

4. 径流系数的应用径流系数的应用是多方面的。

以下是径流系数在一些领域中的应用案例：4.1 水资源管理通过对降雨数据和径流系数的分析，可以帮助水资源管理部门更好地了解水资源的分配情况，做出合适的供水计划。

径流系数的计算还可以用于水库蓄水量的估算。

4.2 土地利用规划在土地利用规划中，了解不同地区的径流系数可以帮助决策者更好地确定土地的最佳利用方式。

例如，在城市规划中，如果一个区域的径流系数较高，可能需要加强排水系统的建设。

4.3 水文模型研究径流系数是水文模型中的一个重要参数。

通过对径流系数的研究，可以改进水文模型的准确性，提高洪水预报和水资源管理的效果。

5. 总结径流系数是一个描述降水后的水分分配情况的重要参数。

它可以通过地表径流量和降雨量之间的关系来计算。