Модель гидрологии HBV
Верховья реки Пунгве ; для моделирования этого водосборного бассейна использовался HBV.

Гидрологическая модель HBV , или модель Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning, представляет собой компьютерное моделирование , используемое для анализа речного стока и загрязнения воды . Первоначально разработанная для использования в Скандинавии , [1] [2] [3] эта гидрологическая транспортная модель также применялась в большом количестве водосборов на большинстве континентов. [4] [5] [6]

Моделирование разряда

Это основное применение HBV, которое претерпело множество усовершенствований. [7] Оно включает в себя следующие процедуры:

  • Снежная рутина
  • Режим влажности почвы
  • Функция отклика
  • Процедура маршрутизации

Модель HBV представляет собой сосредоточенную (или полураспределенную) модель водосбора ковшового типа (или также называемую «концептуальной»), которая имеет относительно немного параметров модели и минимальные требования к входным данным, обычно это суточная температура и суточные осадки. Во-первых, снег рассчитывается после определения пороговой температуры таяния (TT обычно 0 °C) и параметра CMELT, который отражает эквивалентный растаявший снег для разницы температур. Результат делится на часть поверхностного стока и часть, которая попадает в почву путем инфильтрации . Во-вторых, влажность почвы рассчитывается после определения начального значения и полевой влагоемкости (FC). В-третьих, фактическая эвапотранспирация (ETPa) рассчитывается сначала с использованием внешней модели (например, Пенмана-Монтиета ) для нахождения потенциальной ETP, а затем подгонки результата к температурам и постоянной точке увядания (PWP) рассматриваемого водосбора. Параметр C, который отражает увеличение ETP с разницей температур (фактическая температура и среднемесячная температура). Модель рассматривает водосбор как два резервуара (S1 и S2), соединенных потоком просачивания. Приток в первый резервуар рассчитывается как поверхностный сток, который является тем, что остается от начальных осадков после расчета инфильтрации и эвапотранспирации. Отток из первого резервуара делится на два отдельных потока (Q1 и Q2), где Q1 представляет собой быстрый поток, который запускается после определенного порогового значения L (заданного пользователем или калибровкой), а Q2 представляет собой промежуточный поток. Константа K1 используется для нахождения оттоков как функции хранилища в S1. Скорость просачивания зависит от константы Kd вместе с хранилищем в S1. Отток из второго резервуара считается потоком грунтовых вод (Q3), функцией константы K2 и хранилища в S2. Общий поток, генерируемый в результате определенного события дождя, является суммой 3 потоков.

Калибровка. Результат модели позже сравнивается с фактическими измеренными значениями расхода, и параметр Нэша-Сатклиффа используется для калибровки модели путем изменения различных параметров. Всего модель имеет 9 параметров: TT, Cmelt, FC, C, PWP, L, K1, K2, Kd. Для хорошей калибровки модели лучше использовать моделирование Монте-Карло или метод GLUE , чтобы правильно определить параметры и неопределенность в модели. Модель довольно надежна, но, как обычно, для хороших результатов необходимы хорошие входные данные. Чувствительность модели HBV к неопределенности параметров была исследована [8], выявив значительные взаимодействия параметров, влияющие на уникальность калибровки, и некоторую зависимость от состояния.

Приложения. HBV использовался для моделирования речного стока во многих странах мира, включая Бразилию , Китай , [9] Иран , [10] Мозамбик , [11] Швецию , [12] [13] [14] Швейцарию [15] и Зимбабве . [16] HBV также использовался для моделирования внутренних переменных, таких как уровень грунтовых вод. [17] Модель также использовалась для исследований по обнаружению гидрологических изменений [18] и исследований воздействия изменения климата. [19] [20]

Версии. Модель HBV существует в нескольких версиях. Одна из версий, специально разработанная для образования с удобным графическим пользовательским интерфейсом , — это HBV light. [21] Эмуляция HBV доступна как часть гидрологической среды Raven. Raven — это надежная и гибкая среда гидрологического моделирования с открытым исходным кодом, разработанная для решения сложных гидрологических задач в академических кругах и на практике. Этот полностью объектно-ориентированный код обеспечивает полную гибкость в пространственной дискретизации, интерполяции, представлении процесса и генерации принудительной функции.

Моделирование осадков и растворенных веществ

Модель HBV также может моделировать речной транспорт осадка и растворенных твердых веществ. Lidén моделировал транспорт азота , фосфора и взвешенных осадков в Бразилии , Эстонии , Швеции и Зимбабве . [22] [23]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Бергстрем, С., 1976. Разработка и применение концептуальной модели стока для водосборных бассейнов Скандинавии, Отчет SMHI RHO 7 , Норчёпинг, 134 стр.
  2. ^ Бергстрём, С. 1995. Модель HBV. В: Сингх, В. П. (ред.) Компьютерные модели гидрологии водоразделов . Публикации по водным ресурсам, Хайлендс-Ранч, Колорадо, стр. 443-476.
  3. ^ Бергстрём, Стен; Линдстрём, Гёран (2015-05-26). «Интерпретация процессов стока в гидрологическом моделировании — опыт подхода HBV». Гидрологические процессы . 29 (16): 3535– 3545. doi :10.1002/hyp.10510. ISSN  0885-6087. S2CID  130830725.
  4. ^ Уден, Л., Эрвье, Ф., Мишель, К., Перрен, К., Андреасян, В., Анктиль, Ф. и Луман, К. 2005. Какой потенциальный ввод эвапотранспирации для модели сосредоточенных осадков и стока? Часть 2 — На пути к простой и эффективной модели потенциального эвапотранспирации для моделирования осадков и стока. Журнал гидрологии , 303 , 290-306.[1]
  5. ^ Perrin, C., Michel, C. и Andréassian, V. 2001. Улучшает ли большое количество параметров производительность модели? Сравнительная оценка общих структур моделей водосбора на 429 водосборах. Журнал гидрологии , 242 , 275-301.[2]
  6. ^ Зайберт, Дж. и Бергстрём, С.: Ретроспектива моделирования гидрологического водосбора на основе полувека с моделью HBV, Hydrol. Earth Syst. Sci., 26, 1371–1388, [3], 2022
  7. ^ Линдстрём, Г., Гарделин, М., Йоханссон, Б., Перссон, М. и Бергстрём, С. 1997. Разработка и тестирование распределенной гидрологической модели HBV-96. Журнал гидрологии , 201 , 272-288.[4]
  8. ^ Абебе, Н. А., Ф. Л. Огден и Н. Радж-Прадхан 2010. Анализ чувствительности и неопределенности концептуальной модели осадков и стока HBV: последствия для оценки параметров. J. Hydrol., 389(2010):301-310. [5].
  9. ^ Чжан, X. и Линдстрём, Г. 1996. Сравнительное исследование шведской и китайской гидрологических моделей. Водные ресурсы Bulletin , 32 , 985-994.[6]
  10. ^ Масих, И., Уленбрук, С., Ахмад, МД и Маски, С. 2008. Регионализация концептуальной модели стока дождевых осадков на основе сходства кривой продолжительности потока: исследование случая из бассейна реки Каркхе, Иран. Geophysical Research Abstracts, SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU2008-A-00226.[7]
  11. ^ Андерссон, Л., Хеллстрем, С.-С., Кьельстрем, Э., Лосйо, К., Руммукайнен, М., Самуэльссон, П. и Вилк, Дж. 2006. Отчет о моделировании: Влияние изменения климата на водные ресурсы в водосборном бассейне Пунгве. Отчет SMHI 2006-41 , Норчёпинг, 92 стр.[8] [ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  12. ^ Seibert, J. 1999. Регионализация параметров для концептуальной модели осадков и стока. Сельскохозяйственная и лесная метеорология , 98-99 , 279-293.[9]
  13. ^ Seibert, J., 2003. Надежность модельных прогнозов вне условий калибровки. Nordic Hydrology , 34 , 477-492. [10] Архивировано 21 июля 2011 г. на Wayback Machine
  14. ^ Тойчбейн, Клаудия; Зайберт, Ян (август 2012 г.). «Коррекция смещения моделирования региональной климатической модели для гидрологических исследований воздействия изменения климата: обзор и оценка различных методов». Журнал гидрологии . 456–457 : 12–29 . doi :10.1016/j.jhydrol.2012.05.052. ISSN  0022-1694.
  15. ^ Addor, Nans; Rössler, Ole; Köplin, Nina; Huss, Matthias; Weingartner, Rolf; Seibert, Jan (октябрь 2014 г.). «Устойчивые изменения и источники неопределенности в прогнозируемых гидрологических режимах швейцарских водосборов» (PDF) . Water Resources Research . 50 (10): 7541– 7562. doi :10.1002/2014wr015549. ISSN  0043-1397. S2CID  52837807.
  16. ^ Лиден, Р. и Харлин, Дж. 2000. Анализ эффективности концептуального моделирования осадков и стока в различных климатических условиях. Журнал гидрологии , 238 , 231-247.[11]
  17. ^ Seibert, J., 2000. Многокритериальная калибровка концептуальной модели осадков и стока с использованием генетического алгоритма. Гидрология и науки о системах Земли , 4(2) , 215-224. [12]
  18. ^ Зайберт, Ян; Макдоннелл, Дж. Дж. (2010). «Влияние земельного покрова на сток: подход к моделированию обнаружения изменений, учитывающий неопределенность параметров». Журнал гидрологических наук . 55 (3): 316–332 . doi :10.1080/02626661003683264. S2CID  26825290.
  19. ^ Jenicek, Michal; Seibert, Jan; Staudinger, Maria (январь 2018 г.). «Моделирование будущих изменений сезонного снежного покрова и воздействия на летние меженные потоки в альпийских водосборах». Water Resources Research . 54 (1): 538– 556. doi :10.1002/2017wr021648. ISSN  0043-1397. S2CID  133729782.
  20. ^ Teutschbein, C.; Sponseller, RA; Grabs, T.; Blackburn, M.; Boyer, EW; Hytteborn, JK; Bishop, K. (ноябрь 2017 г.). «Будущая нагрузка речного неорганического азота на Балтийское море из Швеции: ансамблевый подход к оценке последствий изменения климата». Global Biogeochemical Cycles . 31 (11): 1674– 1701. doi : 10.1002/2016gb005598 . ISSN  0886-6236.
  21. ^ Зайберт, Ян; Вис, Марк (2012). «Обучение гидрологическому моделированию с помощью удобного программного пакета для моделирования водосборного стока». Hydrol. Earth Syst. Sci . 16 (9): 3315– 3325. doi : 10.5194/hess-16-3315-2012 .
  22. ^ Лиден, Р., Концептуальные модели стока для оценки переноса материалов , докторская диссертация, Лундский университет , Лунд, Швеция (2000).
  23. ^ Лиден, Р., Харлин, Дж., Карлссон, М. и Рамберг, М. 2001. Гидрологическое моделирование мелких отложений в реке Одзи, Зимбабве. Water SA , 27 , 303-315.[13] [ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  • Модель HBV в Шведском департаменте климата (SMHI)
  • HBV light в Цюрихском университете
  • Код HBV Matlab (объединенная версия)
  • Пре- и постпроцессор HBV-EC "Green Kenue" можно бесплатно загрузить в Канадском центре гидравлики
  • Программа по лечению гепатита В в RS MINERVE в CREALP (объединенная версия)
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=HBV_hydrology_model&oldid=1224314910"