山丘区小流域水文模型适用性分析及建模数据不确定性研究

发布时间：2020-03-20 09:07

【摘要】：目前,山洪灾害防治工作中重要的非工程措施之一是利用水文模型对山丘区暴雨洪水过程进行机理分析和水文计算,可预先获取山洪发生的时间、地点、量级、淹没情况以及可能造成的损失等灾害信息。我国山丘区面积广阔,不同小流域的气候特征及地形地貌条件不一,洪水灾害具有显著的地域差异,需要根据小流域实际情况选择适宜的水文模型。此外,山丘区小流域地形条件复杂多变,下垫面数据的精度对水文模型预报结果有较大影响,识别量化建模数据带来的不确定性,对于提高山洪预报预警水平具有重要的现实意义。基于此,本文在全国范围内选择多个具有代表性的典型山丘区小流域,采用5种常见水文模型进行模拟结果的对比分析,总结不同水文模型的应用特点和适用条件,在此基础上,选择HEC-HMS分布式水文模型在河南省栾川流域进行DEM精度及子流域划分水平的影响分析,并通过构建基于ANOVA方差分解的不确定性量化框架,定量分析山洪预报中建模数据精度的影响贡献,取得的主要研究成果如下:(1)利用API模型、新安江模型、大伙房模型、TOPMODEL模型及HEC-HMS模型共5个复杂程度各异的水文模型进行14个山丘区小流域的洪水模拟对比分析,研究结果表明HEC-HMS分布式水文模型在山丘区小流域的适用性最强,其余模型在不同流域应用水平不一,并据此归纳各水文模型的适用条件,根据小流域气候特征和水文资料情况,为模型的选择提供科学建议。(2)以资料情况较好的河南省栾川流域为研究对象,选取HEC-HMS分布式水文模型,通过设置10m、30m、50m、100m共四种DEM分辨率方案和35个、25个、15个、5个共四种子流域划分方案,开展DEM分辨率和子流域划分对山丘区小流域水文模拟的影响分析。结果表明相较于大中尺度流域,DEM分辨率和子流域划分对小流域空间参数和水文模拟结果的影响要更为显著,并对其影响规律进行总结。(3)基于ANOVA方差分解方法,以16种数据精度的组合方案作为输入,构建DEM数据分辨率和子流域划分水平的不确定性量化框架,分别从纳什系数和洪峰流量相对误差识别量化水文模拟的不确定性来源及贡献,结果表明洪水过程模拟对子流域划分更为敏感,洪峰模拟对DEM分辨率更为敏感,且DEM分辨率与子流域划分间存在难以忽视的交互作用,建模应注重数据精度的匹配关系,据此在栾川流域的洪水预报中,为HEC-HMS模型建模数据的选择提供参考。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P333

【参考文献】