基于GPU加速的分布式水文模型并行计算性能 被引量：1

1

作者 庞超 周祖昊 +4 位作者 刘佳嘉 石天宇 杜崇 王坤 于新哲 《南水北调与水利科技（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期33-38,共6页

针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题,引入基于GPU的并行计算技术,实现分布式水文模型WEP-L(water and energy transfer processes in large river basins)产流过程的并行化。选择鄱阳... 针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题,引入基于GPU的并行计算技术,实现分布式水文模型WEP-L(water and energy transfer processes in large river basins)产流过程的并行化。选择鄱阳湖流域为实验区,采用计算能力为8.6的NVIDIA RTX A4000对算法性能进行测试。研究表明:提出的基于GPU的分布式水文模型并行算法具有良好的加速效果,当线程总数越接近划分的子流域个数(计算任务量)时,并行性能越好,在实验流域WEP-L模型子流域单元为8712个时,加速比最大达到2.5左右;随着计算任务量的增加,加速比逐渐增大,当实验流域WEP-L模型子流域单元增加到24897个时,加速比能达到3.5,表明GPU并行算法在大尺度流域分布式水文模型计算中具有良好的发展潜力。 展开更多

关键词 基于GPU的并行算法 物理机制 分布式水文模型 WEP-L模型 计算性能

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基于GLUE方法的分布式水文模型BTOPMC参数不确定性分析 被引量：6

2

作者 周理 冯威 +2 位作者 黎小东 张洪波 敖天其 《水电能源科学》 北大核心 2014年第8期26-29,33,共5页

为了解分布式水文物理模型BTOPMC参数不确定性对模拟精度和预测结果的影响程度,以湄公河为例,采用GLUE方法对BTOPMC参数的不确定性进行了研究。在选定参数的先验分布为均匀分布的基础上,选择用累计似然分布的5%和95%的评价作为预测不确... 为了解分布式水文物理模型BTOPMC参数不确定性对模拟精度和预测结果的影响程度,以湄公河为例,采用GLUE方法对BTOPMC参数的不确定性进行了研究。在选定参数的先验分布为均匀分布的基础上,选择用累计似然分布的5%和95%的评价作为预测不确定性的界限,得到90%置信区间的降雨径流(洪水)过程线。结果表明,大部分时段实测洪水流量都落在了90%置信区间之内,说明采用GLUE方法对BTOPMC模型的参数进行不确定性分析是可行的。 展开更多

关键词 广义似然不确定性估计方法 分布式水文物理模型btopmc 不确定性 异参同效 湄公河

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BTOPMC在山区流域暴雨洪水预警预报中的应用 被引量：5

3

作者 张洪波 敖天其 +3 位作者 王汉涛 刘星 李星 黎小东 《四川大学学报（工程科学版）》 CSCD 北大核心 2014年第S1期12-19,共8页

为验证分布式水文物理模型BTOPMC在山区流域暴雨洪水预警预报中的适用性,利用BTOPMC模型对四川省2个山洪易发流域的暴雨洪水过程进行模拟。结果表明:BTOPMC模型能够较准确地模拟洪峰流量以及洪峰出现时间,达到暴雨洪水预警预报对模型的... 为验证分布式水文物理模型BTOPMC在山区流域暴雨洪水预警预报中的适用性,利用BTOPMC模型对四川省2个山洪易发流域的暴雨洪水过程进行模拟。结果表明:BTOPMC模型能够较准确地模拟洪峰流量以及洪峰出现时间,达到暴雨洪水预警预报对模型的要求,该模型适用于山区流域的暴雨洪水预警预报。 展开更多

关键词 暴雨洪水 预警预报 btopmc 分布式水文模型 山区流域

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降雨时间尺度对BTOPMC模型参数及洪水模拟的影响 被引量：4

4

作者 刘星 文小平 +3 位作者 黎小东 马亚丽 董宇红 敖天其 《水电能源科学》 北大核心 2012年第6期49-52,共4页

以分布式水文物理模型BTOPMC为平台,选取四川省东南地区湔江、石亭江、明江流域为研究区域,探讨降雨时间尺度对该模型参数的影响,以提高模型洪水模拟结果的精度,并为建立流域物理特性与模型参数之间的定量关系提供参考。结果表明,不同... 以分布式水文物理模型BTOPMC为平台,选取四川省东南地区湔江、石亭江、明江流域为研究区域,探讨降雨时间尺度对该模型参数的影响,以提高模型洪水模拟结果的精度,并为建立流域物理特性与模型参数之间的定量关系提供参考。结果表明,不同时间尺度下三个流域不同洪水过程模拟结果均较好,1h时间尺度下的模拟结果纳希效率明显高于2h、3h时间尺度。 展开更多

关键词 分布式水文物理模型 btopmc 降雨时间尺度 模型参数 四川省小流域

原文传递

BTOPMC模型在小流域的适宜性及参数敏感性研究 被引量：6

5

作者 李相虎 任立良 刘晓帆 《水电能源科学》 2008年第1期5-8,36,共5页

将为大流域开发的一个具有物理基础的BTOPMC分布式水文模型应用于史灌河流域的黄泥庄集水区,检验该模型在小流域的适宜性,并对模型参数进行敏感性分析。模拟结果表明,对小流域径流总量较精确,径流系数误差很小,为模型参数率定提供指导。

关键词 btopmc 分布式水文模型 参数敏感性

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东湾流域BTOPMC模型和新安江模型的应用比较 被引量：2

6

作者 辛朋磊 李致家 汤嘉辉 《人民黄河》 CAS 北大核心 2011年第12期32-34,37,共4页

对BTOPMC模型的原理、结构以及参数进行了详细介绍,利用东湾流域DEM资料、土地覆盖资料、土壤组成资料、NDVI数据、月平均气候资料及1982—2000年的实测水文资料,对BTOPMC模型与新安江模型的模拟性能进行了比较研究。结果表明,新安江模... 对BTOPMC模型的原理、结构以及参数进行了详细介绍,利用东湾流域DEM资料、土地覆盖资料、土壤组成资料、NDVI数据、月平均气候资料及1982—2000年的实测水文资料,对BTOPMC模型与新安江模型的模拟性能进行了比较研究。结果表明,新安江模型整体的模拟精度较BTOPMC模型的模拟精度要高。 展开更多

关键词 btopmc模型 新安江模型 分布式水文模型 东湾流域

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网格化分布式新安江模型并行计算算法 被引量：2

7

作者 刘乾 张洋铭 万定生 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2023年第11期3327-3333,共7页

近年来,网格化分布式新安江模型(GXM)在洪水预报中发挥了重大作用,但在进行洪水过程模拟时,模型数据量与计算量巨大,GXM的计算时间随着模型预热期的增加呈指数增长,严重影响GXM的计算效率。因此,提出一种基于网格流向划分与动态优先级... 近年来,网格化分布式新安江模型(GXM)在洪水预报中发挥了重大作用,但在进行洪水过程模拟时,模型数据量与计算量巨大,GXM的计算时间随着模型预热期的增加呈指数增长,严重影响GXM的计算效率。因此,提出一种基于网格流向划分与动态优先级有向无环图(DAG)调度的GXM并行算法。首先,对模型参数、模型构件、模型计算过程进行分析;其次,从空间并行性的角度提出了基于网格流向划分的GXM并行算法以提高模型的计算效率;最后,提出一种基于动态优先级的DAG任务调度算法,通过构建网格计算节点的DAG并动态更新计算节点的优先级以实现GXM计算过程中的任务调度,减少模型计算中数据倾斜现象的产生。在陕西省大理河流域与安徽省屯溪流域对提出的算法进行实验,在预热期为30 d、数据分辨率为1 km的情况下,相较于传统的串行算法,所提算法的最大加速比分别达到了4.03和4.11,有效提升了GXM的计算速度与资源利用率。 展开更多

关键词 网格化分布式新安江模型 网格流向划分 并行计算 有向无环图 任务调度

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基于网格水滴的汇流模拟计算方法 被引量：1

8

作者 罗玉玲 秦洪亮 +1 位作者 姚成 杜若愚 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期9-17,共9页

为探究网格水滴汇流方法的预报精度及物理性质,并验证其在缺资料或无资料地区的适用性,以蓄满产流为原理,结合网格新安江模型进行产流计算,构建了基于网格水滴的汇流模型。以湿润地区屯溪及其嵌套子流域和半湿润地区东湾及其嵌子套流域... 为探究网格水滴汇流方法的预报精度及物理性质,并验证其在缺资料或无资料地区的适用性,以蓄满产流为原理,结合网格新安江模型进行产流计算,构建了基于网格水滴的汇流模型。以湿润地区屯溪及其嵌套子流域和半湿润地区东湾及其嵌子套流域为研究对象,假设嵌套子流域为缺资料地区,在不重新率定参数情况下对屯溪和东湾内部嵌套子流域进行模拟验证。结果表明:相同流域内,基于网格水滴的汇流模型综合模拟精度随着子流域面积减小而降低;模型在屯溪流域模拟精度达到甲级,其嵌套子流域模拟精度基本满足需求;在东湾流域模拟精度达到乙级,其嵌套子流域模拟精度除洪峰合格率外均达丙级;模拟结果验证了网格水滴汇流模型在缺资料流域的适用性。 展开更多

关键词 网格水滴汇流方法 嵌套流域 分布式水文模型 湿润半湿润地区

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分布式水文模型构建理论与方法述评 被引量：60

9

作者 张金存 芮孝芳 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期286-292,共7页

回顾了分布式水文模型的发展历程,分析总结了分布式水文模型的构建理论与方法,并对其关键内核——“物理基础”的含义做了深入而新颖的分析。分析了两类当前比较活跃的模型——分布式物理模型与分布式概念性模型中存在的问题及发展前景... 回顾了分布式水文模型的发展历程,分析总结了分布式水文模型的构建理论与方法,并对其关键内核——“物理基础”的含义做了深入而新颖的分析。分析了两类当前比较活跃的模型——分布式物理模型与分布式概念性模型中存在的问题及发展前景,并探讨了综合二者之长的具有物理基础的松散型分布式水文模型的构建思路,以及学者们期待中的基于确定性与随机性耦合的分布式水文模型。 展开更多

关键词 分布式水文模型 物理基础 分布式物理模型 分布式概念性模型

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分布式流域水文模型水量过程模拟——以黄河河源区为例 被引量：19

10

作者 李道峰 吴悦颖 刘昌明 《地理科学》 CSCD 北大核心 2005年第3期299-304,共6页

文章分析了分布式水文模型、遥感和地理信息系统技术在流域径流模拟过程中的结合点,采用数字网格技术,以流域水量变化对地表土地覆被和气候变化响应过程为目的,讨论利用分布式水文模型研究下垫面和气候变化下流域水量响应过程的一般方法... 文章分析了分布式水文模型、遥感和地理信息系统技术在流域径流模拟过程中的结合点,采用数字网格技术,以流域水量变化对地表土地覆被和气候变化响应过程为目的,讨论利用分布式水文模型研究下垫面和气候变化下流域水量响应过程的一般方法,并以黄河河源区为实例进行验证。 展开更多

关键词 地理信息系统 遥感 分布式水文模型 水量过程 黄河河源区

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应用官司河分布式水文模型模拟流域降雨—径流过程 被引量：13

11

作者 于澎涛 徐德应 王彦辉 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期1-9,共9页

由于地理要素 (地形、气候、土壤、植被等 )的空间异质性 ,森林的生态服务功能 ,尤其是涵养水源和保持水土的功能 ,也存在着空间分异。本文根据森林水文过程和森林水文生态功能的形成机理 ,建立了通用性较强的官司河分布式水文模型。官... 由于地理要素 (地形、气候、土壤、植被等 )的空间异质性 ,森林的生态服务功能 ,尤其是涵养水源和保持水土的功能 ,也存在着空间分异。本文根据森林水文过程和森林水文生态功能的形成机理 ,建立了通用性较强的官司河分布式水文模型。官司河模型根据流域内部地理要素的空间异质性把流域分成一系列的单元和作用层 ,以单元和作用层为基本单位 ,连续计算每个单元和作用层的水文过程和水文要素变化 ,包括降雨输入、冠层截留、枯落物层吸水、入渗、蒸散、壤中流、地表径流等 ,进而得到流域水文的时空变化。用此模型模拟了四川绵阳官司河流域的降雨—径流过程 ,计算结果与观测结果基本吻合。 展开更多

关键词 官司河 降雨-径流过程 森林水文 分布式水文模型 森林生态效益 空间异质性

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流域水文模型研究的若干进展 被引量：108

12

作者 吴险峰 刘昌明 《地理科学进展》 CSCD 北大核心 2002年第4期341-348,共8页

计算机技术和一些交叉学科的发展 ,给水文模拟的研究方法带来了根本性的变化。文章阐述了分布式物理水文模型、地理信息系统 (GIS)和遥感 (RS)技术在流域模拟中的应用等方面的进展。指出分布式模型具有良好的发展前景 ,应用 GIS的水文... 计算机技术和一些交叉学科的发展 ,给水文模拟的研究方法带来了根本性的变化。文章阐述了分布式物理水文模型、地理信息系统 (GIS)和遥感 (RS)技术在流域模拟中的应用等方面的进展。指出分布式模型具有良好的发展前景 ,应用 GIS的水文模型尽管有诸多优点 ,但并不能代表模型本身的高质量 ,遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中 ,给直接应用带来较大的困难。提出立足于产汇流机理研究 ,建立基于 RS和 GIS的耦合水文模型是研究的趋势 。 展开更多

关键词 水文模型 分布式模型 遥感 地理信息系统 尺度 水文循环

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长江上游大尺度分布式水文模型的构建及应用 被引量：22

13

作者 许继军 杨大文 +1 位作者 刘志雨 雷志栋 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期182-190,共9页

针对面积达100万km^2的长江上游流域，依据100m网格的数字高程模型DEM，基于流域的地貌特征原理，构建了10km网格的大尺度分布式水文模型。在建模过程中尽量利用相关的地理信息描述长江上游地区下垫面特点及其空间变化，并采用次网格参... 针对面积达100万km^2的长江上游流域，依据100m网格的数字高程模型DEM，基于流域的地貌特征原理，构建了10km网格的大尺度分布式水文模型。在建模过程中尽量利用相关的地理信息描述长江上游地区下垫面特点及其空间变化，并采用次网格参数化方法处理大网格内水文参数的非均一性。继而完整地模拟了1961—2000年的水文过程，结果表明，模型不仅较好地再现了河道的径流过程，而且能同时获得径流深、蒸散发和土壤含水率等水文要素在流域空间上的分布及其变化。 展开更多

关键词 长江上游 径流模拟 分布式水文模型 GBHM模型 次网格参数化

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流溪河模型Ⅰ:原理与方法 被引量：27

14

作者 陈洋波 任启伟 +1 位作者 徐会军 黄锋华 《中山大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期107-112,共6页

提出了一个流域洪水预报的分布式物理水文模型——流溪河模型。模型分成流域划分、蒸散发计算、产流计算、汇流计算、参数推求5个模块。流域划分模块将一个研究流域沿水平方向划分成一系列的单元,沿垂直方向划分成植被覆盖层、地表层和... 提出了一个流域洪水预报的分布式物理水文模型——流溪河模型。模型分成流域划分、蒸散发计算、产流计算、汇流计算、参数推求5个模块。流域划分模块将一个研究流域沿水平方向划分成一系列的单元,沿垂直方向划分成植被覆盖层、地表层和地下层;蒸散发计算模块根据单元流域上的降雨量及土壤前期湿润指标,计算确定各个单元流域上的蒸散发量;产流计算模块根据单元流域上的降雨量、蒸散发量,计算确定各个单元流域上的产流量,并划分成地表径流、壤中流和地下径流。地表径流根据蓄满产流模式计算,壤中流则根据Campbell公式计算;汇流计算模块将地表径流汇流分成边坡汇流、河道汇流和水库汇流三种类型,对各单元流域上产生的径流量进行逐单元的汇流计算;参数推求模块将模型参数分成不可调参数和可调参数,对不可调参数根据DEM直接计算,对可调参数提出一个逐步迭代求精的过程对参数进行调整。流溪河模型还提出了一整套基于DEM及遥感影像对流域进行单元划分及对河道单元断面尺寸进行估算的方法,解决了目前在大部分流域不能应用分布式物理水文模型的难题。 展开更多

关键词 流域洪水预报 分布式物理水文模型 径流汇流 一维运动波法 一维扩散波法

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基于LH-OAT分布式水文模型参数敏感性分析 被引量：32

15

作者 徐会军 陈洋波 +1 位作者 李昼阳 何锦翔 《人民长江》 北大核心 2012年第7期19-23,共5页

为了有效进行分布式水文模型参数的优选,消除模型计算过程中的不确定性,更好地理解参数对水文模拟的影响,开展了模型参数敏感性分析。使用LH-OAT方法,对比分析了3个不同的流域中多个目标函数下的分布式物理水文模型——流溪河模型的参... 为了有效进行分布式水文模型参数的优选,消除模型计算过程中的不确定性,更好地理解参数对水文模拟的影响,开展了模型参数敏感性分析。使用LH-OAT方法,对比分析了3个不同的流域中多个目标函数下的分布式物理水文模型——流溪河模型的参数敏感性,将其参数敏感性归为:极敏感,敏感,一般敏感和不敏感4类。研究表明,模型参数的敏感性并不是一成不变的,在不同流域,不同评价目标下,会发生一定程度的改变。 展开更多

关键词 分布式物理水文模型 LH-OAT 参数敏感性 流溪河模型

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SCE-UA算法在流溪河模型参数优选中的应用 被引量：13

16

作者 徐会军 陈洋波 +2 位作者 曾碧球 何锦翔 廖征红 《热带地理》 北大核心 2012年第1期32-37,共6页

流溪河模型是一个主要用于流域洪水预报的分布式物理水文模型,目前采用手工试错法优选模型参数,虽然该方法在过去的研究中取得了较好的效果,但参数优选过程较为繁琐,需时较长。文中以广州市流溪水库流域为例,采用SCE-UA算法对流溪河模... 流溪河模型是一个主要用于流域洪水预报的分布式物理水文模型,目前采用手工试错法优选模型参数,虽然该方法在过去的研究中取得了较好的效果,但参数优选过程较为繁琐,需时较长。文中以广州市流溪水库流域为例,采用SCE-UA算法对流溪河模型优选参数,并使用优选结果进行模拟检验,取得了较好的效果。研究表明,SCE-UA算法能够快速、有效地进行流溪河模型参数的优选,相比手工试错法具有简单、方便、高效的特点,可应用于分布式流域水文模型的参数自动化优选工作。 展开更多

关键词 流溪河模型 参数优选 SCE-UA 分布式物理水文模型

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物理性流域水文模型研究新进展 被引量：36

17

作者 胡和平 田富强 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第5期511-517,共7页

在计算机、空间观测等相关学科发展的推动下,物理性流域水文模型目前己成为流域水文模拟研究的重要发展方向。国内外很多学者通过一些新理论、新方法的应用,促进了物理性水文模型的研究,同时也使它成为了一个充满机遇和挑战的活跃领域... 在计算机、空间观测等相关学科发展的推动下,物理性流域水文模型目前己成为流域水文模拟研究的重要发展方向。国内外很多学者通过一些新理论、新方法的应用,促进了物理性水文模型的研究,同时也使它成为了一个充满机遇和挑战的活跃领域。传统的物理性流域水文模型以数值求解控制水流运动的偏微分方程组为基本手段,存在模型应用尺度和方程适用尺度不匹配的尺度问题。为了解决这一问题,学者们开展了大量的思考和研究,同时也构成了当代水文学理论研究的中心内容,目前在物理性流域水文模型方面的研究可以归结为3个代表性的发展方向:在物理性和计算效率之间取得平衡的准物理性水文模型、基于不规则网格的物理性水文模型以及直接在宏观尺度建立数学物理方程的尺度协调的物理性水文模型。 展开更多

关键词 流域水文模拟 物理性水文模型 尺度问题

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基于E-FAST的流溪河模型参数敏感性分析 被引量：8

18

作者 廖征红 陈洋波 +2 位作者 徐会军 严婉玲 任启伟 《热带地理》 北大核心 2012年第6期606-612,632,共8页

基于E-FAST全局定量敏感性分析方法的思想,提出一个针对分布式物理水文模型——流溪河模型的参数敏感性分析方法,包括参数简化及取值范围确定、参数采样及采样次数的确定、敏感性评价指标的选取、参数敏感度计算4个部分。针对我国4个不... 基于E-FAST全局定量敏感性分析方法的思想,提出一个针对分布式物理水文模型——流溪河模型的参数敏感性分析方法,包括参数简化及取值范围确定、参数采样及采样次数的确定、敏感性评价指标的选取、参数敏感度计算4个部分。针对我国4个不同规模的流域(黄龙带水库流域、流溪河水库流域、长湖水库流域和新安江水库流域)开展了分布式物理水文模型参数敏感性分析,并采用4种不同的评价函数进行了对比计算。结果表明,流溪河模型饱和含水率和田间持水率是高度敏感参数,饱和水力传导率、土壤层厚度、土壤特性系数、边坡和河道糙率为敏感参数,其他参数为不敏感参数。 展开更多

关键词 敏感性分析 流溪河模型 分布式物理水文模型 洪水模拟 E-FAST

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土地利用变化的水文效应研究进展 被引量：10

19

作者 毛熙彦 蒙吉军 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期928-936,共9页

通过梳理现阶段相关研究成果,分析土地利用对水资源影响研究在内容和方法层面的发展,并对研究中存在的不确定性来源进行分析。在内容方面,现有研究关注的用地类型更为全面,尺度更加多样,更加关注土地利用变化空间分布的影响,强调土地利... 通过梳理现阶段相关研究成果,分析土地利用对水资源影响研究在内容和方法层面的发展,并对研究中存在的不确定性来源进行分析。在内容方面,现有研究关注的用地类型更为全面,尺度更加多样,更加关注土地利用变化空间分布的影响,强调土地利用与气候变化对水资源影响的区别与联系。在技术方面,情景分析和分布式水文模型应用十分广泛,土地利用变化模型也逐步为更多的研究所采用。随着研究向复杂化和模型化发展,研究中存在的不确定性有所增加,不确定性的量化对于研究的深入发展十分必要。除此之外,分析土地利用规划与水资源管理目标之间的潜在冲突以及在情景构建中考虑水资源变化对土地利用的制约,也应当在未来研究中有所体现。 展开更多

关键词 土地利用变化 水资源 气候变化 分布式水文模型 情景分析 不确定性

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田头水流域暴雨洪水预报的流溪河模型研究 被引量：6

20

作者 廖征红 陈洋波 +1 位作者 徐会军 何锦翔 《人民长江》 北大核心 2012年第20期12-16,共5页

田头水流域暴雨洪水频发,是广东省中小流域洪水灾害防治的重点,目前尚未针对该流域建立有效的洪水预报模型。采用由我国学者提出的流域洪水预报分布式物理水文模型——流溪河模型,建立了田头水流域暴雨洪水预报模型,运用粒子群法优选了... 田头水流域暴雨洪水频发,是广东省中小流域洪水灾害防治的重点,目前尚未针对该流域建立有效的洪水预报模型。采用由我国学者提出的流域洪水预报分布式物理水文模型——流溪河模型,建立了田头水流域暴雨洪水预报模型,运用粒子群法优选了模型可调参数,获取了较好的模拟效果。实际运用表明,该模型可以用于田头水流域的洪水预报。 展开更多

关键词 洪水预报 分布式物理水文模型 参数优选 中小流域洪水 流溪河模型

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