CASC2D水文模型参数全局敏感性分析

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作者 李晓英 张金辉 赵洪杰 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第6期111-117,共7页

目前CASC2D水文模型的调整参数工作主要为人工试错法,缺乏模型参数的全局敏感性分析。为解决此问题,研究采用Sobol指数法,以贺兰山东麓流域苏峪口水文站以上区域为研究区,基于洪峰峰现时间、洪峰流量以及确定性系数3个指标,对CASC2D水... 目前CASC2D水文模型的调整参数工作主要为人工试错法,缺乏模型参数的全局敏感性分析。为解决此问题,研究采用Sobol指数法,以贺兰山东麓流域苏峪口水文站以上区域为研究区,基于洪峰峰现时间、洪峰流量以及确定性系数3个指标,对CASC2D水文模型的8个主要参数进行全局敏感性分析。结果表明:对峰现时间指标全局影响最大的3个参数分别为饱和水力传导度K_(s)、河道糙率系数n_(c)以及土壤缺水量M_(d),且3个参数与峰现时间指标呈正相关关系;对洪峰流量指标和确定性系数指标全局影响最大的3个参数为饱和水力传导度K_(s)、毛细管压力水头H_(c)以及河道糙率系数n_(c),且参数与洪峰流量指标呈正相关关系;而饱和水力传导度K_(s)与确定性系数呈负相关关系,毛细管压力水头H_(c)以及河道糙率系数n_(c)与确定性系数呈正相关关系。由于存在参数间的互相影响,在参数率定过程中需要根据一阶影响指数、总效应指数结果得到的各参数独立敏感度和互相影响程度,对参数变化方向和变化范围进行合理选择。研究成果可为模型参数率定工作提供参考。 展开更多

关键词 Sobol指数法 全局敏感性分析 casc2d水文模型 参数率定

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CASC2D模型与GSSHA模型在栾川流域的径流模拟 被引量：12

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作者 李致家 屈晨阳 +1 位作者 黄鹏年 姚成 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期1-6,共6页

为研究半干旱半湿润流域复杂产流机制下不同模型结构对于径流模拟的影响,选取栾川流域为研究对象,在采用相同的DEM、土地覆盖以及土壤资料的前提下,利用基于超渗产流机制的CASC2D模型以及在其模型结构基础上改Green-Ampt方程为理查德方... 为研究半干旱半湿润流域复杂产流机制下不同模型结构对于径流模拟的影响,选取栾川流域为研究对象,在采用相同的DEM、土地覆盖以及土壤资料的前提下,利用基于超渗产流机制的CASC2D模型以及在其模型结构基础上改Green-Ampt方程为理查德方程计算下渗并增加地下水径流的GSSHA模型对1964—2000年间的8场洪水进行径流模拟。结果表明,GSSHA模型在栾川流域获得较好的模拟效果,除峰现时差外,GSSHA模型在洪峰、径流深模拟以及确定性系数方面均比CASC2D模型有较大提升。 展开更多

关键词 分布式水文模型 casc2d模型 GSSHA模型 半干旱半湿润流域 理查德方程 地下水径流 栾川流域

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基于CASC2D模型的县北沟流域径流模拟研究 被引量：7

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作者 晁丽君 李致家 +1 位作者 李巧玲 沈洁 《水电能源科学》 北大核心 2014年第1期17-20,共4页

基于物理基础的分布式水文模型中的CASC2D模型,对县北沟流域径流过程进行了模拟分析,以确定性系数、洪峰相对误差、径流深相对误差为评判标准。结果表明,采用CASC2D模型在县北沟流域的径流模拟效果良好,8场洪水中有6场洪水确定性系数在0... 基于物理基础的分布式水文模型中的CASC2D模型,对县北沟流域径流过程进行了模拟分析,以确定性系数、洪峰相对误差、径流深相对误差为评判标准。结果表明,采用CASC2D模型在县北沟流域的径流模拟效果良好,8场洪水中有6场洪水确定性系数在0.75以上,且均值为0.85。洪峰相对误差合格率为100%,径流深相对误差合格率为87.5%,只有1986062614这场洪水径流深相对误差不合格。可见,CASC2D模型在县北沟流域具有较好的适用性,能用于该流域径流过程的模拟。 展开更多

关键词 casc2d模型 径流模拟 中小尺度 县北沟流域

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分布式水沙物理模型CASC2D-SED的应用研究 被引量：8

4

作者 李致家 沈洁 +3 位作者 张鹏程 李娟 姚成 郭元 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期95-101,共7页

对基于栅格单元的分布式水沙物理模型在国内的应用进行研究。在介绍CASC2D-SED概念的基础上,研究其产流及产沙模块在国内半湿润地区以及产流模块在无资料地区径流模拟中的适用性。选取宁夏三关口流域以及好水川流域为典型研究流域,对三... 对基于栅格单元的分布式水沙物理模型在国内的应用进行研究。在介绍CASC2D-SED概念的基础上,研究其产流及产沙模块在国内半湿润地区以及产流模块在无资料地区径流模拟中的适用性。选取宁夏三关口流域以及好水川流域为典型研究流域,对三关口流域1983—1987年8场洪水进行了产流及产沙过程模拟,结果表明:模型的产流及产沙模块在三关口流域均取得良好的模拟效果,验证了模型的合理性及适用性。同时将三关口流域的参数移用于好水川流域,进行2010年及2011年4—9月的径流模拟,得到流域内15个计算点及流域出口处的日来水量,经验证,模型模拟结果可靠,可用于无资料地区的径流模拟。 展开更多

关键词 防洪工程 casc2d-SED 产流产沙模拟 分布式水沙物理模型 无资料地区

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半干旱流域易积区识别与水文模拟研究

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作者 张汉辰 徐小涵 +3 位作者 曹青 孙袁媛 李林杰 邵全喜 《水电能源科学》 北大核心 2025年第10期1-5,共5页

为探究提升分布式水文模型在半干旱地区模拟精度和效率的途径,选取半干旱地区——黄家河流域为例,基于具有物理基础的分布式水文模型CASC2D模型,结合下垫面特征分析,通过天然洼地、地形湿度指数、河道欧氏距离、土地利用类型4种因子识... 为探究提升分布式水文模型在半干旱地区模拟精度和效率的途径,选取半干旱地区——黄家河流域为例,基于具有物理基础的分布式水文模型CASC2D模型,结合下垫面特征分析,通过天然洼地、地形湿度指数、河道欧氏距离、土地利用类型4种因子识别建立流域易积区,以此为依据构建不同范围CASC2D-ETWA模型,对1984~2003年间7场洪水进行模拟,选择出最适宜易积区范围,分别使用2种模型进行洪水预报,并对比结果。结果表明,综合单因子构建指标,黄家河流域内建立30%面积范围的易积区最适宜;相比于CASC2D模型,CASC2D-ETWA模型纳什效率指数由0.75提升到0.78,径流深相对误差由-21.18%提升到-8.22%,洪峰流量相对误差变化不大,由-36.01%变化至-36.58%。 展开更多

关键词 半干旱地区 casc2d模型 易积区识别 黄家河流域 分布式水文模型

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CASC2D模型在半湿润半干旱地区的应用与研究 被引量：14

6

作者 张汉辰 李致家 +2 位作者 钟栗 屈晨阳 汪煜坤 《中国农村水利水电》 北大核心 2015年第10期62-65,共4页

概念性的分布式水文模型由于其性较好的实用性取得了快速的发展,特别是基于蓄满产流机制的分布式水文模型已经在湿润地区得到了较广泛的应用,但是在半湿润半干旱地区却得不到很好的应用效果。现选取基于物理基础的采用超渗产流机制的分... 概念性的分布式水文模型由于其性较好的实用性取得了快速的发展,特别是基于蓄满产流机制的分布式水文模型已经在湿润地区得到了较广泛的应用,但是在半湿润半干旱地区却得不到很好的应用效果。现选取基于物理基础的采用超渗产流机制的分布式水文模型在半湿润半干旱地区进行应用,通过对陕西地区的3个流域的29场洪水进行模拟,研究CASC2D模型在半湿润半干旱地区水文模拟及洪水预报情况,认为模型可以用于中小尺度半湿润半干旱地区,并且有较好的模拟结果。 展开更多

关键词 基于物理基础 分布式 casc2d模型 超渗产流 下垫面 半湿润半干旱

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CASC2D模型和新安江模型的应用比较 被引量：5

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作者 张汉辰 李致家 +1 位作者 晁丽君 赵丽霞 《水力发电》 北大核心 2015年第8期23-25,61,共4页

通过CASC2D模型和新安江模型的原理对比,并选取前毛庄流域1978—2012年间的5场洪水和板桥流域2001—2005年间的4场洪水进行实际应用,从原理和应用两方面反映分布式水文模型和概念性水文模型的差异。根据对CASC2D模型模拟结果进行的误差... 通过CASC2D模型和新安江模型的原理对比,并选取前毛庄流域1978—2012年间的5场洪水和板桥流域2001—2005年间的4场洪水进行实际应用,从原理和应用两方面反映分布式水文模型和概念性水文模型的差异。根据对CASC2D模型模拟结果进行的误差分析、合理性分析,研究CASC2D模型的应用条件以及如何提高模型模拟精度。 展开更多

关键词 casc2d模型 新安江模型 误差分析 应用分析

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CASC2D分布式水文模型异构并行算法研究 被引量：1

8

作者 左翔 赵杏杏 +1 位作者 丛小飞 刘修恒 《水利信息化》 2023年第5期41-47,共7页

针对CASC2D模型精细化水文模拟时面临的计算耗时长、效率低等问题,在保持产汇流算法和流域拓扑结构的基础上,采用CPU+GPU的异构并行算法对CASC2D模型程序进行重新设计和优化,模型程序中的降雨、产流、坡面汇流和河道汇流过程均优化为并... 针对CASC2D模型精细化水文模拟时面临的计算耗时长、效率低等问题,在保持产汇流算法和流域拓扑结构的基础上,采用CPU+GPU的异构并行算法对CASC2D模型程序进行重新设计和优化,模型程序中的降雨、产流、坡面汇流和河道汇流过程均优化为并行计算,以提高CASC2D模型的计算效率。将优化后的CASC2D模型应用于前毛庄流域的洪水流量过程模拟,计算结果与原CASC2D模型保持一致。在栅格分辨率为30 m,计算步长为3 s时,与原CPU串行计算方法相比,并行加速比达到34倍以上,并且栅格单元数据精度越高,加速比提升越明显。异构并行算法可在不降低模拟精度的条件下显著提升CASC2D模型的计算效率,满足实时水文预报的应用需求。 展开更多

关键词 异构并行算法 分布式水文模型 casc2d 水文预报

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基于相似性聚类分析的半干旱流域水文模拟与预报研究 被引量：2

9

作者 蒋春源 张汉辰 +1 位作者 徐小涵 孙袁媛 《水电能源科学》 北大核心 2024年第12期1-5,共5页

干旱半干旱地区的中小流域降雨特征复杂、下垫面特征多变,水文模拟精度较低。为提高分布式水文物理模型在旱区模拟预报精度,基于宁夏南部半干旱地区黄家河流域1981~2017年水沙数据,考虑前期雨量和最大雨量对超渗地面径流量的影响,以多... 干旱半干旱地区的中小流域降雨特征复杂、下垫面特征多变,水文模拟精度较低。为提高分布式水文物理模型在旱区模拟预报精度,基于宁夏南部半干旱地区黄家河流域1981~2017年水沙数据,考虑前期雨量和最大雨量对超渗地面径流量的影响,以多个时段前期累积雨量特征值、最大雨量特征值和不同洪水重现期为变量进行聚类分析,对洪水进行分类,利用CASC2D-SED模型进行水沙模拟,预报场次通过直接移植各类别模型敏感参数进行模拟预报。结果表明,基于CASC2D-SED模型的黄家河流域水沙模拟精度较好,平均纳什效率系数洪量值为0.74,平均纳什效率系数沙量值为0.67,模型产流模拟精度要高于产沙模拟精度。基于聚类分析后,预报场次直接移植各类别模型参数预报结果较好,平均纳什效率系数洪量值、沙量值精度分别提高了0.07、0.01。 展开更多

关键词 黄家河流域 casc2d-SED模型 K-均值聚类 水沙模拟

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基于物理基础的分布式水文模型应用研究 被引量：8

10

作者 晁丽君 李致家 +1 位作者 李巧玲 沈洁 《水力发电》 北大核心 2013年第9期13-16,34,共5页

为了探讨基于物理基础的分布式水文模型在国内半干旱半湿润流域的应用,研究模型径流模拟在中小尺度流域的合理性与适用性,采用基于连续栅格单元演算的分布式水文模型CASC2D,对县北沟流域1983年～2007年8场洪水和栾川流域1961年～1998年... 为了探讨基于物理基础的分布式水文模型在国内半干旱半湿润流域的应用,研究模型径流模拟在中小尺度流域的合理性与适用性,采用基于连续栅格单元演算的分布式水文模型CASC2D,对县北沟流域1983年～2007年8场洪水和栾川流域1961年～1998年8场洪水进行了径流模拟。对模拟精度、特征值等方面进行的比较分析结果表明,模型在县北沟流域和栾川流域均取得较好的模拟效果,且县北沟流域的模拟效果比栾川流域好;模型适用于中小尺度的半干旱半湿润流域,在超渗产流与混合产流流域均能取得较高的精度。 展开更多

关键词 径流模拟 分布式水文模型 casc2d 半干旱半湿润地区

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基于栅格的分布式水文模型应用研究 被引量：4

11

作者 沈洁 李致家 张鹏程 《人民黄河》 CAS 北大核心 2014年第6期47-50,121,共5页

基于DEM的分布式水文模型是数字化时代水文模型发展的主要方向。笔者在DEM的基础上,GIS软件的支持下,采用基于连续栅格单元演算的分布式水文模型CASC2D,对半干旱地区三关口流域和典型湿润地区呈村流域进行洪水模拟。由于模型采用的是超... 基于DEM的分布式水文模型是数字化时代水文模型发展的主要方向。笔者在DEM的基础上,GIS软件的支持下,采用基于连续栅格单元演算的分布式水文模型CASC2D,对半干旱地区三关口流域和典型湿润地区呈村流域进行洪水模拟。由于模型采用的是超渗产流模式,适用于半干旱半湿润地区,因此在半干旱地区的三关口流域模拟效果较好;而对于典型湿润地区的呈村流域,产流机制为蓄满产流,模拟的洪峰流量及洪量较实测数据偏小。 展开更多

关键词 分布式水文模型 casc2d模型 洪水模拟

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基于坝系水资源高效利用的宁南山区降雨径流响应研究 被引量：2

12

作者 李娟 张维江 《节水灌溉》 北大核心 2015年第12期69-72,共4页

汇集于坝系中的降雨径流是宁南山区地表水资源的重要来源。随着区域水土保持工程措施的实施,宁南山区降雨径流发生了较大的变化。以好水川流域为例,在构建数字流域模型的基础上,运用CASC2D分布式水文模型模拟了流域降雨径流对典型水土... 汇集于坝系中的降雨径流是宁南山区地表水资源的重要来源。随着区域水土保持工程措施的实施,宁南山区降雨径流发生了较大的变化。以好水川流域为例,在构建数字流域模型的基础上,运用CASC2D分布式水文模型模拟了流域降雨径流对典型水土保持措施的响应关系,为区域坝系水资源高效利用和水土资源规划管理提供依据。 展开更多

关键词 降雨径流 casc2d模型 响应分析 宁南山区

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宁南地区小流域径流模拟及参数敏感性分析 被引量：3

13

作者 梁如心 张维江 +2 位作者 李娟 褚金镝 莫小娥 《人民黄河》 CAS 北大核心 2019年第8期10-13,116,共5页

以宁夏六盘山地区海子流域为例,在分析分布式水文模型CASC2D模型参数敏感性的基础上,结合观测数据率定模型参数后进行典型洪水模拟,分析了模型在流域面积小、降雨充沛、地形及土地利用变化较为复杂条件下的适用性。结果表明:截留深度、... 以宁夏六盘山地区海子流域为例,在分析分布式水文模型CASC2D模型参数敏感性的基础上,结合观测数据率定模型参数后进行典型洪水模拟,分析了模型在流域面积小、降雨充沛、地形及土地利用变化较为复杂条件下的适用性。结果表明:截留深度、糙率、饱和水力传导度、饱和毛管水头为敏感性高或极高的参数;CASC2D模型模拟的确定性系数均在0.8以上,洪峰相对误差绝对值在10%以内,适用于流域面积更小的微单元流域。 展开更多

关键词 敏感性分析 参数率定 casc2d模型 径流模拟 海子流域

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截流缓释生态工程对流域径流影响 被引量：1

14

作者 钱昆仑 张汉辰 张维江 《中国农村水利水电》 北大核心 2023年第7期132-138,共7页

截流缓释生态坝是结合生物措施和工程措施对小型淤地坝改良后的水土保持措施。为了揭示改良后的水土保持措施对小流域径流的影响,为淤地坝新的发展提供借鉴,以骆驼林流域为研究对象,构建流域CASC2D-SED模型,以实测降雨径流资料进行参数... 截流缓释生态坝是结合生物措施和工程措施对小型淤地坝改良后的水土保持措施。为了揭示改良后的水土保持措施对小流域径流的影响,为淤地坝新的发展提供借鉴,以骆驼林流域为研究对象,构建流域CASC2D-SED模型,以实测降雨径流资料进行参数率定及验证,通过实地勘察、试验确定工程建设后下垫面情况的变化,将工程与模型进行耦合,比较工程建设前后流域径流实测模拟对比分析,并结合流域径流量与径流系数的计算分析,确定工程对流域径流的影响。率定期模型确定性系数均在0.7以上,洪峰相对误差绝对值在20%以内,拟合度良好;工程建设后,流域径流量和径流系数均明显增加,径流系数增加3.5%左右;工程能够有效削减洪峰,减少洪峰流量30%左右。截流缓释生态工程能够显著地增加流域径流系数,并可以起消减洪峰的作用。 展开更多

关键词 水土保持 淤地坝 casc2d-SED 径流系数 洪峰流量

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基于物理基础与基于栅格的分布式水文模型研究 被引量：24

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作者 李致家 胡伟升 +3 位作者 丁杰 胡余忠 吴勇拓 李京蔚 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期5-13,32,共10页

借鉴分布式水文模型CASC2D的研究并结合中国的情况进行改进。为提高模型的计算速度以及增加模型在中国流域的实用价值,在模型中引入Preissmann隐式差分方法来计算河道汇流并与原模型的显式差分方法进行对比;引入蓄满产流模式计算栅格单... 借鉴分布式水文模型CASC2D的研究并结合中国的情况进行改进。为提高模型的计算速度以及增加模型在中国流域的实用价值,在模型中引入Preissmann隐式差分方法来计算河道汇流并与原模型的显式差分方法进行对比;引入蓄满产流模式计算栅格单元的产流并与原模型的Green-Ampt产流模式进行对比;引入线性水库或滞后演算方法来描述湿润地区地下径流的汇流过程。根据Goodwin Creek和舒家实验流域的概况,拟定具体的研究方案,模型在两实验流域都取得了良好的洪水模拟效果,从而验证了模型结构的合理性和正确性。随着地理信息系统和遥感技术的进一步发展,分布式CASC2D模型将广泛应用于中小流域的洪水模拟和预报。 展开更多

关键词 防洪工程 分布式水文模型 casc2d 模型改进 洪水模拟 中小流域

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