基于蒸散发数据同化的径流过程模拟

王卫光; 李进兴; 魏建德; 邵全喜; 邓超; 余钟波

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

高级搜索

全国中文核心期刊
中国科技核心期刊
美国工程索引（EI）收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于蒸散发数据同化的径流过程模拟

王卫光, 李进兴, 魏建德, 邵全喜, 邓超, 余钟波

文章导航 > 水科学进展 > 2018 > 29(2): 159-168

王卫光, 李进兴, 魏建德, 邵全喜, 邓超, 余钟波. 基于蒸散发数据同化的径流过程模拟[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 159-168. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

引用本文:

王卫光, 李进兴, 魏建德, 邵全喜, 邓超, 余钟波. 基于蒸散发数据同化的径流过程模拟[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 159-168. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

WANG Weiguang, LI Jinxing, WEI Jiande, SHAO Quanxi, DENG Chao, YU Zhongbo. Runoff simulation by hydrological model based on the assimilated evapotranspiration[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(2): 159-168. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

Citation:

WANG Weiguang, LI Jinxing, WEI Jiande, SHAO Quanxi, DENG Chao, YU Zhongbo. Runoff simulation by hydrological model based on the assimilated evapotranspiration[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(2): 159-168. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

基于蒸散发数据同化的径流过程模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

1.
河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210098;
2.
中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司, 北京 100024;
3.
CSIRO, Canberra, WA 6014, Australia

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51779073）

详细信息

作者简介:
王卫光(1979-),男,河南开封人,教授,博士研究生导师,主要从事变化环境下水文循环响应研究。E-mail:wangweiguang006@126.com

中图分类号: TV121;TP79

Runoff simulation by hydrological model based on the assimilated evapotranspiration

1.
State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China;
2.
Power China Beijing Engineering Corporation Limited, Beijing 100024, China;
3.
CSIRO, Canberra, WA 6014, Australia

摘要: 采用集合卡尔曼滤波算法，以遥感反演的蒸散发作为观测数据，构建一种基于新安江模型的蒸散发同化系统；根据同化后的蒸散发，采用粒子群算法估计新安江模型的土壤张力水蓄量，进而改进模型的径流模拟效果。选取地表能量平衡系统模型进行汉江流域蒸散发（ET_SEBS）反演，采用基于GRACE水储量距平数据的水量平衡蒸散发（ET_GRACE）进行验证，结果显示ET_SEBS总体表现好于蒸散发产品ET_GLDAS、ET_Zhang、ET_MODIS，且相关系数（R）、均方根误差（E_RMS）、偏差（B）为0.93、11.93 mm/月、-3.47 mm/月，表明SEBS模型能够较好地估算蒸散发。将同化方案在旬河流域进行应用，结果显示同化后径流的纳什效率系数（E_NS）为0.85，较同化前0.81明显提高，且模型对枯水期径流的低估问题有一定改善，对径流峰值模拟效果提高明显。
- 蒸散发 /
- SEBS模型 /
- 新安江模型 /
- 集合卡尔曼滤波 /
- 径流模拟
Abstract: A new evapotranspiration data assimilation system was proposed by using the ensemble Kalman filter to assimilate the remote sensing evapotranspiration and simulated evapotranspiration by the Xin'anjiang model. The assimilated evapotranspiration was then used to estimate the soil moisture content in Xin'anjiang model via Particle Swarm Optimization (PSO) to improve the accuracy of runoff simulation. The Hanjiang River basin in China was used as a case study. The remote sensing evapotranspiration (ET_SEBS) based on the surface energy balance system model (SEBS) was validated by the water balance evapotranspiration (ET_GRACE) calculated through the water balance equation based on the GRACE water storage anomaly data, and compared with the other evapotranspiration productions (i.e., ET_GLDAS, ET_Zhang and ET_MODIS). The results showed that ET_SEBS outperformed the other evapotranspiration productions when ET_GRACE was used as the reference evapotranspiration, with three statistical criterion (R, E_RMSand B values of 0.93, 11.93 mm/month and -3.47 mm/month, respectively. Furthermore, the proposed assimilation system was applied to the Xunhe River basin, a tributary of Hanjiang River. The results indicated that during the period 2005-2007, the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (E_NS) was 0.85, which was higher than the E_NS value of 0.81 without assimilation, and the evapotranspiration assimilation system improved the accuracy for runoff simulation with a slightly improvement during the drought period and a remarkable improvement during wet period, particularly for the peak values.
- evapotranspiration /
- SEBS model /
- Xin'anjiang model /
- ensemble Kalman filter /
- runoff simulation

[1]	陈华, 霍苒, 曾强, 杨无双, 陈杰, 郭生练, 许崇育. 雨量站网布设对水文模型不确定性影响的比较 . 水科学进展, 2019, 30(1): 34-44. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.01.004
[2]	张圣微, 张鹏, 张睿, 刘廷玺. 科尔沁沙地典型区生长季蒸散发估算及其变化特征 . 水科学进展, 2018, 29(6): 768-778. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.002
[3]	李致家, 梁珂, 阚光远, 李巧玲, 姚成, 张珂. 新安江模型中河网汇流参数Cs的一种计算方法 . 水科学进展, 2016, 27(5): 652-661. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.002
[4]	高玉芳, 陈耀登, 蒋义芳, 彭涛. DEM数据源及分辨率对HEC-HMS水文模拟的影响 . 水科学进展, 2015, 26(5): 624-630. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.003
[5]	褚楠, 黄春林, 杜培军. 基于集合卡尔曼平滑算法的土壤水分同化 . 水科学进展, 2015, 26(2): 243-249. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.02.012
[6]	江善虎, 任立良, 雍斌, 袁飞, 龚露燕, 杨肖丽. TRMM卫星降水数据在洣水流域径流模拟中的应用 . 水科学进展, 2014, 25(5): 641-649.
[7]	曾燕, 邱新法, 刘昌明. 黄河流域蒸散量分布式模拟 . 水科学进展, 2014, 25(5): 632-640.
[8]	宋晓猛, 孔凡哲, 占车生, 韩继伟. 基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析 . 水科学进展, 2012, 23(5): 642-649. doi: CNKI: 32.1309.P.20120614.2158.003
[9]	阚光远, 刘志雨, 李致家, 姚成, 周赛. 新安江产流模型与改进的BP汇流模型耦合应用 . 水科学进展, 2012, 23(1): 21-28. doi: CNKI:32.1309.P.20120104.2012.004
[10]	李润奎, 朱阿兴, 秦承志, 陈腊娇, 刘军志. 土壤数据对分布式流域水文模型模拟效果的影响 . 水科学进展, 2011, 22(2): 168-174.
[11]	南统超, 吴吉春. 集合卡尔曼滤波估计水文地质参数的局域化修正 . 水科学进展, 2010, 21(5): 613-621.
[12]	田辉, 文军, 马耀明, 王介民, 吕世华, 张堂堂, 孙方林, 刘蓉. 夏季黑河流域蒸散发量卫星遥感估算研究 . 水科学进展, 2009, 20(1): 18-24.
[13]	刘金涛, 梁忠民. 坡地径流入渗机制对水文模拟的影响分析 . 水科学进展, 2009, 20(4): 467-472.
[14]	赖锡军. 水动力学模型与集合卡尔曼滤波耦合的实时校正多变量分析方法 . 水科学进展, 2009, 20(2): 241-248.
[15]	吴炳方, 熊隽, 闫娜娜, 杨雷东, 杜鑫. 基于遥感的区域蒸散量监测方法——ETWatch . 水科学进展, 2008, 19(5): 671-678.
[16]	孙丽, 宋长春. 三江平原典型沼泽湿地能量平衡和蒸散发研究 . 水科学进展, 2008, 19(1): 43-48.
[17]	许士国, 王昊. 测量芦苇沼泽蒸散发量的渗流补偿方法 . 水科学进展, 2007, 18(4): 496-503.
[18]	刘家宏, 王光谦, 李铁键. 黄河数字流域模型的建立和应用 . 水科学进展, 2006, 17(2): 186-195.
[19]	庞治国, 付俊娥, 李纪人, 肖乾广. 基于能量平衡的蒸散发遥感反演模型研究 . 水科学进展, 2004, 15(3): 364-369.
[20]	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, 1998, 9(4): 345-350.

点击查看大图

计量

文章访问数: 38
HTML全文浏览量: 6
PDF下载量: 381
被引次数: 0

基于蒸散发数据同化的径流过程模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

1. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210098;

2. 中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司, 北京 100024;

3. CSIRO, Canberra, WA 6014, Australia

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51779073）

作者简介:
王卫光(1979-),男,河南开封人,教授,博士研究生导师,主要从事变化环境下水文循环响应研究。E-mail:wangweiguang006@126.com

收稿日期: 2017-09-30
刊出日期: 2018-03-25

中图分类号: TV121;TP79

关键词:

蒸散发 /

SEBS模型 /

新安江模型 /

集合卡尔曼滤波 /

径流模拟

摘要: 采用集合卡尔曼滤波算法，以遥感反演的蒸散发作为观测数据，构建一种基于新安江模型的蒸散发同化系统；根据同化后的蒸散发，采用粒子群算法估计新安江模型的土壤张力水蓄量，进而改进模型的径流模拟效果。选取地表能量平衡系统模型进行汉江流域蒸散发（ET_SEBS）反演，采用基于GRACE水储量距平数据的水量平衡蒸散发（ET_GRACE）进行验证，结果显示ET_SEBS总体表现好于蒸散发产品ET_GLDAS、ET_Zhang、ET_MODIS，且相关系数（R）、均方根误差（E_RMS）、偏差（B）为0.93、11.93 mm/月、-3.47 mm/月，表明SEBS模型能够较好地估算蒸散发。将同化方案在旬河流域进行应用，结果显示同化后径流的纳什效率系数（E_NS）为0.85，较同化前0.81明显提高，且模型对枯水期径流的低估问题有一定改善，对径流峰值模拟效果提高明显。

English Abstract

Runoff simulation by hydrological model based on the assimilated evapotranspiration

1. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China;

2. Power China Beijing Engineering Corporation Limited, Beijing 100024, China;

3. CSIRO, Canberra, WA 6014, Australia

Received Date: 2017-09-30
Publish Date: 2018-03-25

Keywords:

Abstract: A new evapotranspiration data assimilation system was proposed by using the ensemble Kalman filter to assimilate the remote sensing evapotranspiration and simulated evapotranspiration by the Xin'anjiang model. The assimilated evapotranspiration was then used to estimate the soil moisture content in Xin'anjiang model via Particle Swarm Optimization (PSO) to improve the accuracy of runoff simulation. The Hanjiang River basin in China was used as a case study. The remote sensing evapotranspiration (ET_SEBS) based on the surface energy balance system model (SEBS) was validated by the water balance evapotranspiration (ET_GRACE) calculated through the water balance equation based on the GRACE water storage anomaly data, and compared with the other evapotranspiration productions (i.e., ET_GLDAS, ET_Zhang and ET_MODIS). The results showed that ET_SEBS outperformed the other evapotranspiration productions when ET_GRACE was used as the reference evapotranspiration, with three statistical criterion (R, E_RMSand B values of 0.93, 11.93 mm/month and -3.47 mm/month, respectively. Furthermore, the proposed assimilation system was applied to the Xunhe River basin, a tributary of Hanjiang River. The results indicated that during the period 2005-2007, the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (E_NS) was 0.85, which was higher than the E_NS value of 0.81 without assimilation, and the evapotranspiration assimilation system improved the accuracy for runoff simulation with a slightly improvement during the drought period and a remarkable improvement during wet period, particularly for the peak values.

王卫光, 李进兴, 魏建德, 邵全喜, 邓超, 余钟波. 基于蒸散发数据同化的径流过程模拟[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 159-168. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

引用本文:

王卫光, 李进兴, 魏建德, 邵全喜, 邓超, 余钟波. 基于蒸散发数据同化的径流过程模拟[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 159-168. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

Citation:

全文HTML

下载: 全尺寸图片幻灯片

返回文章

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

留言板

基于蒸散发数据同化的径流过程模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

作者简介: 王卫光(1979-),男,河南开封人,教授,博士研究生导师,主要从事变化环境下水文循环响应研究。E-mail:wangweiguang006@126.com

Runoff simulation by hydrological model based on the assimilated evapotranspiration

计量

出版历程

基于蒸散发数据同化的径流过程模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.002

1. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210098; 2. 中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司, 北京 100024; 3. CSIRO, Canberra, WA 6014, Australia

作者简介: 王卫光(1979-),男,河南开封人,教授,博士研究生导师,主要从事变化环境下水文循环响应研究。E-mail:wangweiguang006@126.com

English Abstract

Runoff simulation by hydrological model based on the assimilated evapotranspiration

1. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Power China Beijing Engineering Corporation Limited, Beijing 100024, China; 3. CSIRO, Canberra, WA 6014, Australia

全文HTML

目录

作者简介:
王卫光(1979-),男,河南开封人,教授,博士研究生导师,主要从事变化环境下水文循环响应研究。E-mail:wangweiguang006@126.com

1. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210098;

2. 中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司, 北京 100024;

3. CSIRO, Canberra, WA 6014, Australia

作者简介:
王卫光(1979-),男,河南开封人,教授,博士研究生导师,主要从事变化环境下水文循环响应研究。E-mail:wangweiguang006@126.com

1. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China;

2. Power China Beijing Engineering Corporation Limited, Beijing 100024, China;

3. CSIRO, Canberra, WA 6014, Australia