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海河“23.7”流域性特大洪水复盘模拟研究

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河海大学学报(自然科学版) 2024年

作者：李致家张心愿白云鹏黄鹏年南京信息工程大学水文与水资源工程学院河海大学水文水资源学院河北省水文勘测研究中心水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室

2023年7月28日—8月2日，受台风“杜苏芮”影响，海河流域出现极端暴雨事件，导致海河“23.7”流域性特大洪水，有22条河流发生超警戒以上洪水，8条河流发生有实测资料以来最大洪水。为支撑海河流域特大洪水的决策及预报预警工作，本研... 详细信息

2023年7月28日—8月2日，受台风“杜苏芮”影响，海河流域出现极端暴雨事件，导致海河“23.7”流域性特大洪水，有22条河流发生超警戒以上洪水，8条河流发生有实测资料以来最大洪水。为支撑海河流域特大洪水的决策及预报预警工作，本研究基于新安江-海河模型，利用实测资料，对位于发生特大洪水的大清河的2个典型小流域——紫荆关流域和漫水河流域开展了洪水模拟工作。分别选取紫荆关流域1996—2020年5场洪水、漫水河流域1953—2016年8场洪水进行参数率定，以“23.7”流域性特大洪水作为验证，模拟结果显示两个小流域洪峰、洪量模拟的相对误差均在20%以内，峰现时间误差均为0h，新安江-海河模型对此次特大洪水的模拟效果很好；经模型间对比发现，相较于受人类活动影响小的紫荆关流域，在受人类活动影响更大的漫水河流域，新安江-海河模型的模拟效果较新安江模型的模拟效果提升更为明显。结果表明，本次构建的流域水文模型模拟精度较高，模拟结果与实测结果吻合较好，可反映实际洪水过程，为海河流域洪水预报预警工作提供支撑。

关键词：海河“23.7”流域性特大洪水极端降水新安江-海河模型洪水预报水文模型

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考虑水库泄水影响的逐网格汇流演算方法研究

河海大学学报(自然科学版) 2024年

作者：韩文彪姚成李致家张锦堂李京兵安徽省水文局河海大学水文水资源学院

为使网格新安江（Grid-XAJ）模型更好地应用于受水库泄水影响地区的洪水模拟及预报，以横排头流域为研究区域，基于水库真实地理位置，利用分段马斯京根法、逐网格马斯京根法（MK）、逐网格Muskingum-Cunge-Todini法（MCT）对比分析水... 详细信息

为使网格新安江（Grid-XAJ）模型更好地应用于受水库泄水影响地区的洪水模拟及预报，以横排头流域为研究区域，基于水库真实地理位置，利用分段马斯京根法、逐网格马斯京根法（MK）、逐网格Muskingum-Cunge-Todini法（MCT）对比分析水库泄水对于模型汇流计算的影响。结果表明，3种方法对洪峰的模拟情况均较好，各方法率定期与验证期全部洪水的平均合格率均为100%。逐网格MK法及分段马斯京根法全部洪水的平均径流深合格率均为76.9%，小于逐网格MCT法（84.6%）。与分段马斯京根法相比，逐网格MCT法及逐网格MK法可以反应上游水库泄水对汇流过程中流量在流域上时空分布的影响。逐网格MCT法在逐网格MK法的基础上进一步考虑了下垫面河道的真实情况。总体而言，逐网格MCT法对于受水库泄水影响流域的洪水预报具有较强的适应性和可靠性。

关键词：网格新安江模型水库蓄泄马斯京根法 Muskingum-Cunge-Todini法横排头流域

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考虑水库泄水影响的逐网格汇流演算方法

河海大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 34-41页

作者：韩文彪姚成李致家张锦堂李京兵河海大学水文水资源学院江苏南京210098 安徽省水文局安徽合肥230022

为将网格新安江(Grid-XAJ)模型更好地应用于受水库泄水影响地区的洪水模拟及预报,以横排头流域为研究区域,基于水库真实地理位置,利用分段马斯京根(MK)法、逐网格MK法、逐网格Muskingum-Cunge-Todini(MCT)法对比分析水库泄水对模型汇流... 详细信息

为将网格新安江(Grid-XAJ)模型更好地应用于受水库泄水影响地区的洪水模拟及预报,以横排头流域为研究区域,基于水库真实地理位置,利用分段马斯京根(MK)法、逐网格MK法、逐网格Muskingum-Cunge-Todini(MCT)法对比分析水库泄水对模型汇流计算的影响。结果表明:3种方法对洪峰的模拟情况均较好,率定期与验证期全部洪水的平均合格率均为100%;逐网格MK法与分段MK法全部洪水的平均径流深合格率均为76.9%,小于逐网格MCT法(84.6%);与分段MK法相比,逐网格MCT法与逐网格MK法可以反映上游水库泄水对汇流过程中流量在流域中时空分布的影响;逐网格MCT法在逐网格MK法的基础上进一步考虑了下垫面河道的真实情况;总体而言,逐网格MCT法对于受水库泄水影响流域的洪水预报具有较强的适应性和可靠性。

关键词：网格新安江模型水库蓄泄马斯京根法 Muskingum-Cunge-Todini法横排头流域

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代理模型参数率定方法在TOPKAPI模型中的应用

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河海大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 21-28页

作者：汤岭王海军李致家黄迎春盛奕华河海大学水文水资源学院江苏南京210098 山东省水文中心山东济南250013

为提高复杂水文模型参数优化效率,通过Morris参数敏感性分析确定敏感参数,随后将多目标自适应代理模型优化(MO-ASMO)算法应用在TOPKAPI模型的参数率定中,通过最小欧几里得距离筛选Pareto解集中的相对最优解,从解集分布和每场洪水模拟效... 详细信息

为提高复杂水文模型参数优化效率,通过Morris参数敏感性分析确定敏感参数,随后将多目标自适应代理模型优化(MO-ASMO)算法应用在TOPKAPI模型的参数率定中,通过最小欧几里得距离筛选Pareto解集中的相对最优解,从解集分布和每场洪水模拟效果两个维度与传统多目标优化方法NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ进行比较。结果表明:在相同模型运行次数下,MO-ASMO相较于NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ具有更优的Pareto前沿;无论是率定期还是验证期,MO-ASMO算法的评价指标均表现较好,综合表现优于NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ算法,MO-ASMO算法有效提升了模型参数优化效率。

关键词： TOPKAPI模型代理模型多目标算法 NSGA-Ⅱ NSGA-Ⅲ 洪水预报临沂流域

WRF/Grid-XAJ双向耦合系统构建及其暴雨洪水模拟应用

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水科学进展 2024年

作者：孙明坤刘志雨姚成李致家李超群李荣容何志新黄迎春黄河勘测规划设计研究院有限公司水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室水利部水文司河海大学水文水资源学院中国气象局水文气象重点开放实验室安徽省气象台福州大学土木工程学院

为解决陆气双向耦合中气象与水文模型不易匹配的问题，基于质量守恒原理，以土壤含水量为纽带，构建高效的WRF/Grid-XAJ双向耦合（双耦）系统。通过屯溪流域2场洪水事件分析发现：模型权重参数可定量评估水文-气象模型耦合的相容性；降... 详细信息

为解决陆气双向耦合中气象与水文模型不易匹配的问题，基于质量守恒原理，以土壤含水量为纽带，构建高效的WRF/Grid-XAJ双向耦合（双耦）系统。通过屯溪流域2场洪水事件分析发现：模型权重参数可定量评估水文-气象模型耦合的相容性；降水同化后，双耦系统的降水峰值模拟精度稍好于WRF模型（误差≤±5%）；双耦较单向耦合（单耦）系统更准确地反映土壤含水量；降水同化前，双耦和单耦系统低估了洪水过程；同化后两者的模拟结果提升且与Grid-XAJ模型接近(三者纳什效率系数ENS＞0.85)，其中双耦系统洪峰模拟效果最好（误差≤±11%），说明WRF/Grid-XAJ双耦系统在暴雨洪水模拟预报方面有较好的应用潜力，为水文-气象模型双向反馈建模提供新思路。

关键词：陆气双向耦合分布式水文气象模型 Grid-XAJ模型 WRF模式洪水模拟

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基于不同河道汇流方法的新安江模型研究

水力发电 2024年第1期50卷 8-14页

作者：王也龚定李致家肖杨谭君李巧玲五凌电力有限公司湖南长沙410004 安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司安徽合肥230088 河海大学水文水资源学院江苏南京210024

为了提高五强溪流域水文模型的洪水预报精度,在新安江水文模型河道汇流模块中加入局地惯性波法,局地惯性波法不考虑迁移惯性项,适用于库区洪水演算。研究考虑了五强溪流域的水库型河道特征,在河道汇流方面建立了分段马斯京根法和局地惯... 详细信息

为了提高五强溪流域水文模型的洪水预报精度,在新安江水文模型河道汇流模块中加入局地惯性波法,局地惯性波法不考虑迁移惯性项,适用于库区洪水演算。研究考虑了五强溪流域的水库型河道特征,在河道汇流方面建立了分段马斯京根法和局地惯性波组合的汇流方案。选取2020年~2022年五强溪流域洪水过程,与传统新安江模型对比,进行结果讨论分析。结果表明,分段马斯京根法仍是最简便、准确和稳定的汇流演算方法,但在水库型河道中构建分段马斯京根法和局地惯性波法的汇流方案,具有一定的创新性,取得了较高的模拟精度,为实时洪水预报提供了新的研究方案和路线。

关键词：洪水预报河道汇流局地惯性波法分段马斯京根法新安江模型五强溪流域

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五强溪流域相似性研究及参数移植分析

水力发电 2024年第4期50卷 4-9页

作者：李德清石彬李致家赵勇申升腾李巧玲湖南五凌电力科技有限公司湖南长沙410004 河北省水文勘测研究中心河北石家庄050031 河海大学水文水资源学院江苏南京210024

在PUB计划的引领下,流域相似性研究得到了进一步发展。为探究相似流域参数移植的可行性,结合DEM及土地利用等数据,选取多个表征水文特征的相似性指标,通过相对均方根误差法和层次聚类法判别五强溪内10个流域相似关系,将相似的流域参数... 详细信息

在PUB计划的引领下,流域相似性研究得到了进一步发展。为探究相似流域参数移植的可行性,结合DEM及土地利用等数据,选取多个表征水文特征的相似性指标,通过相对均方根误差法和层次聚类法判别五强溪内10个流域相似关系,将相似的流域参数移植并进行洪水预报。结果表明,陶伊和五强溪近坝区流域坡度分布相对均方根误差值为0.44、地形指数相对均方根误差为0.25,且层次聚类法计算的两个流域距离系数为0.11,水文特征最为相似。将陶伊流域部分参数移植到五强溪近坝区流域,通过新安江模型进行洪水预报,取得了较好的洪水模拟结果。

关键词：水文相似性参数移植新安江模型洪水预报五强溪流域

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基于SoilGrids的栅格新安江模型参数空间分布估算

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水科学进展 2022年第2期33卷 219-226页

作者：童冰星李致家姚成河海大学水文水资源学院江苏南京210098

为实现中小流域降雨径流过程精细化模拟,合理估算水文模型参数的空间分布具有重要意义。基于新版全球数字土壤制图系统(SoilGrids)构建栅格新安江模型(GXM)参数化方案,对陕西省陈河流域2003—2012年16场洪水进行模拟,与新安江模型计算... 详细信息

为实现中小流域降雨径流过程精细化模拟,合理估算水文模型参数的空间分布具有重要意义。基于新版全球数字土壤制图系统(SoilGrids)构建栅格新安江模型(GXM)参数化方案,对陕西省陈河流域2003—2012年16场洪水进行模拟,与新安江模型计算结果进行对比,开展基于洪水过程划分的自由水蓄水容量敏感性及空间分布特征量化分析。结果表明:GXM模拟的峰现时间误差水平降低约0.31 h,洪峰和洪量模拟精度较高,模型能够对土壤水饱和度等水文要素的动态空间分布进行较合理的模拟;自由水蓄水容量参数对洪峰和涨洪过程的确定性系数以及涨洪段的洪量相对误差影响较大,对退水过程影响小;自由水蓄水容量在陈河流域河谷和山脊附近较大,坡段中部较小。

关键词：数字土壤制图系统栅格新安江模型参数空间分布自由水蓄水容量陈河流域

WRF-Hydro模型参数敏感性分析—以半湿润的陈河流域为例

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河海大学学报(自然科学版) 2023年

作者：李致家龚俊超孙明坤河海大学水文水资源学院

参数的敏感性分析是水文模型研究的重要内容。本文以分布式水文模型WRF-Hydro模型为研究对象，选取土层厚度乘子、水箱模型指数、土层渗透系数、地表截留深乘子、地表糙率乘子和河道糙率乘子6个参数进行敏感性分析。以半湿润的陈河流域... 详细信息

参数的敏感性分析是水文模型研究的重要内容。本文以分布式水文模型WRF-Hydro模型为研究对象，选取土层厚度乘子、水箱模型指数、土层渗透系数、地表截留深乘子、地表糙率乘子和河道糙率乘子6个参数进行敏感性分析。以半湿润的陈河流域为研究流域，通过研究这些参数在合理的取值范围内，不同的取值对洪水模拟及各评价指标的影响来定性分析参数敏感性，并采用修正的Morris筛选法定量判断各参数的敏感性。研究发现土层厚度乘子、土层渗透系数及河道曼宁糙率非常敏感，根据目标函数与典型洪水分析，建议分别在0.1～1.0、0.0～1.0、0.5～1.5内取值。本研究旨在对WRF-hydro模型中常用参数进行敏感性判断，为模型应用给出建议和指导。

关键词： WRF-Hydro模型参数敏感性半湿润流域修正的Morris筛选法