流域水文模型
流域水文模型
产流量计算
应用蓄满产流模型，但增加了不透水面积IMP， 即流域上不透水面积占流域面积之比。有了这 个参数，则： Wm＝Wm’(1-IMP)/(1+b) Wm＝Wm’/(1+b) Rg＝Fc[R-IMP×(P-E)]/(P-E) Rg＝Fc[R/(P-E)] Rs＝R-Rg 蒸散发计算采用三层模型，产流及蒸散发计算 框图见下图。
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流域单元面积及河段数
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（ 三 ） 新 安 江 模 型 流 程
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（四）模型的改进
将地下水单一水源改为三种水源，引进 地下水分水源模型。加上直接径流，在 透水面积上共划分为四种水源。 引进FC为变量的模型. 对壤中流丰富的地区，将原来的两水源， 改为地面、壤中、地下三种水源
3
(二)模型的分类
1.实体模型：将自然界发生的真实水文过 程按一定比尺缩小到实验室或试验场进 行模型试验，模型和原型的区别在于比 尺不同，两者的物理过程本质是相同的。 因此，实体模型是保持同一物理本质的。
2.数学模型：对水文现象进行模拟而建立 的数学结构称作为数学模型。
4
数学模型的分类：
（1）随机性模型（非确 定性模型）
一、水文模型的定义和分类
水文模型是模拟水文现象而建立的实体 结构和数据结构。是对实际水文现象过 程的概化。 被模拟的水文现象称为原型，模型是对 原型的概化。 仿造原型制作模型的工作就称之为模拟。 对水文学来说，模型是描述一种现象转 换为另一种现象的工具。
1
水文模型涉及内容和研究尺度
水文模型涉及的内容可以是水量、水质 或某一个水文过程等。 研究问题的尺度，可以大到全球水文循 环系统，也可以小到一棵树的蒸散发过 程。 所有的水文模型必须能反映被模拟的水 文现象的基本特征。
流域水文模型
(1)物理模型
• 其特点是： 对水文现象的描述机制清楚，具有物理严密性， 通用性好，预测和外延能力强； 但由于模型的结构复杂， 边界值和参数值的困难。 受人们对水文现象认识水平、水文现象及其边界条件的复杂 性和原始资料的局限性与可靠性等因素的限制，现阶段完全
• 3水源新安江模型的流程图。模型设计将全流域 划分为若干个自然条件相似的小流域，然后分 别对每个单元从降水开始包括产流、汇流等径 流形成的全过程进行分析计算，模型以包气带 为转换装置，将实测降雨量P、实测水面蒸发量 EM输入；输出为出口流量Q、流域蒸散发E。模 ②产流量计算；③分水源计算；④汇流计算。
应用上不可避免地要遇到求解非线性数学难题和估计初始值、
物理化的物理模型应用于流域水文模拟还存在很大的难度。
(2)概念性模型
以物理成因机制作为基础，对水文现象提出假设、概 化和数学模拟的模型称为概念性模型。 其特点是：模型结构较物理模型简单，具有一定的物 理成因机制，易于推广应用，当假设条件与实际情况相近， 概化合理时，预测效果好，但通用性较物理模型差。 随着人们对水文现象认识水平的不断提高，物理成因 机制的逐步物理化，概念性模型可以发展为物理模型。概 念性模型既可以描述自然界中水循环的全过程，称为全程 模型；也可以描述水循环的子过程，称为分量(或分层)模 型，如蒸散发模型、产流模型、水源划分模型、汇流模型 等。
型结构及计算方法分为4大部分：①蒸散发计算；
总式模型，而物理模型是分布式模型。
第6章水文模型
坡面汇流线性水库
Rg Rss
TRg TRg，i+1 = KKgTRg,i +(1- KKg)Rg,i TRss,i+1 = KKssTRss,i +(1- KKss)Rss,i
TRss
河网汇流无因次时段单位线
u
t
河道汇流马斯京根法
Q下 ， 2 ＝ Ｃ ０ Q上 ， 2 ＋ Ｃ １ Q上 ， 1 ＋ Ｃ ２ Q下 ， 1
S’m
S’mmFr
β = 1 − (1 −
S 'm EX ) S 'mmFr
SmFr = S
mFr
S'mmFr 1+ EX
Sm
部分产流 全面产流
自由水水库 （位于产流面积） 位于产流面积）
Fr0 S = S0 S Fr
β=Fs/Fr
Fr=R/Pe
(R + AU) 1+EX Rs = Fr R + S − SmFr + SmFr [1− ] 分水源自由水水库 SmmFr
' A+ P < Wmm e ' A+ P ≥ Wmm e
W 1+b ' 1 A =W [ − ( − 0 ) ] mm 1 W m
1
已知： R 、Pe 、 S0 、Fr0 参数： 已知：分水源自由水水库 ：EX 、Sm 参数
S'mm = Sm (1+ EX )
S’mm
S'mmFr = S'mm [1− (1− Fr )1+EX ]
S
Kg
Rs
浅析流域常用水文模型
Байду номын сангаас
受陡坡影 响，所以该模 型的采用时间大概需 ２ — ５ ｍｉ ｎ 。该模 型参数 的取 用 ，仅通过 实验 并不是最好 的手 段 ，在实测 的同 时根据经验值进行 调试 优化 ，确定其最优值 ，表 ２为 陕北模 型 １ １ 个主要参数 的参照值 。
算径流 ； 在我国南方 ， 该模型的使用有显著的程序 ， 但在北方 ， 却相 当于南方应 用的较少 ， 仅作为预报洪水模拟使用 。
１ ． 模 型 的概 述
『 ２ １包 为 民 ． 水文预报 『 Ｍ１ ． 北 京 ： 水利 电 力 出版 社 ，２ ０ ０ ６ ．
参考 文献
『 １ １赵 人 俊 ． 流域 水 文模 拟 一 新 安 江模 型 与 陕 北 模 型 【 Ｍ】 ． 北 京 ：水 利 电 力 出版 社 ， １ ９ ８ ４ ．
水箱模型是 由日本的营原正 巳博士首度提出 ，并在 ７ ０年 代初广泛应用于 世界各地 ； 它是通过模拟 降雨 的径 流过程来计
表 ２ 陕北模型 １ １ 个 主要参 数的参照值
序号 符号 符号 含义 建 议取 用值 取 用说 明
水箱 模型 的参数有边 孔的出流系数 ａ 、下渗 孔的出流系 数 ｂ和边 孔高度 ｘ 。 根据试算法算得 。 下表为模 型的初始值 ， 并参 照实测 ，获取 最优值 。
表 ４ 模 型 的初 始 值
减去 蒸散发后所得数据 ；径流蒸发 的数据 由不透水面积 上扣 去降雨 的时候 得到 。 该模型适 用的流域为半干旱或干旱地 区。
图 ２所示 的模 型结构即为陕北模型结构 。
』 ． 。
≥ 一
分布式流域水文模型原理与实践
分布式流域水文模型原理与实践一、引言随着水资源管理的重要性日益凸显，流域水文模型成为了研究流域水循环和水资源管理的重要工具。
传统的流域水文模型通常基于集中式的计算框架，但随着计算能力的提升和云计算等技术的广泛应用，分布式流域水文模型逐渐成为研究的热点。
本文将介绍分布式流域水文模型的原理与实践。
二、分布式流域水文模型原理分布式流域水文模型是一种将流域划分为多个子流域，并在每个子流域内进行水文过程模拟的方法。
其原理是通过将流域划分为多个小区域，每个小区域内考虑地形、土壤、植被等因素的空间变异性，以及降雨、蒸发等水文过程的时间变异性，从而更准确地模拟流域水循环的各个环节。
分布式流域水文模型通常基于物理过程描述和统计学方法，通过建立水文模型方程组来模拟流域内的水文过程。
三、分布式流域水文模型实践1. 数据准备：分布式流域水文模型需要大量的输入数据，包括降雨数据、地形数据、土壤参数、植被参数等。
这些数据可以通过观测站点、遥感技术等手段获取，并进行预处理和插值处理，以满足模型的要求。
2. 子流域划分：将流域划分为多个子流域是分布式流域水文模型的核心步骤之一。
常用的方法包括根据地形的坡度、地貌的特征、土地利用类型等进行划分。
划分后的子流域应具有相对独立的水文特征，以便进行独立的水文模拟。
3. 模型参数估计：分布式流域水文模型需要估计一系列的模型参数，包括土壤水分保持能力、蒸发抑制因子、径流产生系数等。
这些参数可以通过实地观测、实验室试验等手段获得，并结合模型的优化算法进行估计。
4. 模型求解：在得到模型输入数据和参数后，可以使用数值方法求解分布式流域水文模型方程组。
常用的求解方法包括有限元法、有限差分法、蒙特卡洛方法等。
通过迭代计算，可以得到各个子流域的水文过程模拟结果。
5. 模型评估与应用：对分布式流域水文模型进行评估是验证模型可靠性的重要步骤。
常用的评估指标包括径流系数、水平分布误差、峰值流量误差等。
在模型得到验证后，可以应用模型进行流域水资源管理、洪水预报、干旱监测等工作。
流域水文水动力模型
流域水文水动力模型流域水文水动力模型是一种用于模拟和预测流域水文过程和水动力过程的数学模型。
它通过对流域内降雨、蒸发、径流、河道水位等过程的描述和分析，可以对流域的水资源、洪水和水文情况进行研究和预测，对流域水资源管理和防洪减灾具有重要意义。
流域水文水动力模型的建立需要考虑流域的地理特征、气象条件、土壤类型、植被覆盖等因素。
首先，需要对流域进行划分，将其分为若干个子流域。
然后，根据流域内的水文观测数据，建立起降雨径流模型，以描述降雨转化为径流的过程。
同时，还需要考虑蒸发、渗透和地下水补给等因素对流域水文过程的影响。
在流域水动力模型中，流域内的河道系统也需要得到准确的描述和模拟。
通过对河道的几何形态、水动力特性等进行建模，可以模拟河道的水位、流速、流量等参数的变化。
这对于河道的水资源利用、河道治理和防洪设计等方面具有重要意义。
流域水文水动力模型的建立需要依靠大量的数据和观测资料进行参数的确定和模型的验证。
同时，还需要进行模型的灵敏度分析，以评估模型对不同输入参数的响应程度。
模型的参数优化和模型的不确定性分析也是模型建立过程中需要考虑的重要问题。
流域水文水动力模型的应用范围广泛。
在水资源管理方面，可以用于水资源的合理配置和水量的调度。
在防洪减灾方面，可以用于洪水预报和防洪工程的设计。
在环境保护方面，可以用于评估流域内的水环境质量和水生态系统的健康状况。
流域水文水动力模型是流域水文科学和水资源管理的重要工具。
通过对流域水文过程和水动力过程的模拟和预测，可以为流域的水资源管理、防洪减灾和环境保护提供科学依据和决策支持。
随着计算机技术的不断发展和数据的不断积累，流域水文水动力模型的精度和应用范围将进一步扩大，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
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（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
先对径流形成过 程中每个子过程进行 数学模拟，然后按照 各子过程在径流形成 过程中内在的联系组 合成一个数学模型。
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数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
第八章
第一节
流域水文模型
概述
• 一、水文模型的定义和分类 • 二、建立水文模型的的步骤 • 三、水文模型的特点及作用
第二节
几种常用的流域水文模型
• 一、新安江流域模型 • 二、萨克拉门托(Sacramento)模型 • 三、水箱(Tank)模型
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一、水文模型的定义和分类
水文模型是模拟水文现象而建立的实体
(二)模型的分类 1. 实体模型：将自然界发生的真实水文过 程按一定比尺缩小到实验室或试验场进 行模型试验，模型和原型的区别在于比 尺不同，两者的物理过程本质是相同的。 因此，实体模型是保持同一物理本质的。 2. 数学模型：对水文现象进行模拟而建立 的数学结构称作为数学模型。
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数学模型的分类：
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数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
• A、概率模型 • B、随机模型
将径流形成过程作 为一个整体来模拟（ 不分产流、汇流）。
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
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数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
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流域水文模型分类图
斯坦福流域水文模型
3
当 Z Z U S/U SN < L S/L SN时 PE C = 0 Z Z ， R
CB=1
CC=1
2012-1-12
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六、壤中流 假定地表滞蓄量和地下水滞蓄量在整个流域上都是不相同的， 假定地表滞蓄量和地下水滞蓄量在整个流域上都是不相同的，同时按 直线变化，其位置有b乘以 乘以c（ 应该大于 应该大于1）决定。 称为壤中流因子 称为壤中流因子， 直线变化，其位置有 乘以 （c应该大于 ）决定。c称为壤中流因子， 也是LZS/LZSN的函数，并随下土壤层中水分的变化而变化。 的函数， 也是 的函数 并随下土壤层中水分的变化而变化。 CC:控制壤中流、坡面漫流相对水平的参数。约为0.5~3.0。 控制壤中流、坡面漫流相对水平的参数。约为 控制壤中流 。 则可以根据图计算壤中流滞蓄增量 SR 则可以根据图计算壤中流滞蓄增量∆ GX 壤中流出流量INTF（mm/时段）按与壤中流滞蓄量的线性关系计算： 时段） 壤中流出流量 （ 时段 按与壤中流滞蓄量的线性关系计算： INTF = LIRC4·SRGX LIRC4: 壤中流蓄泻系数，或称壤中流出流系数； 壤中流蓄泻系数，或称壤中流出流系数； SRGX: 壤中流滞蓄量（mm）（时段均值）。 壤中流滞蓄量（ ） 时段均值） 当计算时段为15min时(4*24) 当计算时段为 时 LIR 4 =1.0−(IR )1/96 C C (B.S. Barnes) IRC:壤中流日退水系数，即壤中流退水的现时流量与前 壤中流日退水系数， 流量之比。 壤中流日退水系数 即壤中流退水的现时流量与前24h流量之比。 流量之比 壤中流滞蓄量SRGX用时段初、末壤中流滞蓄量的平均值，即： 用时段初、 壤中流滞蓄量 用时段初 末壤中流滞蓄量的平均值， SRGX=1/2(SRGX1+SRGX2) 时段末壤中流滞蓄量用壤中流水量平水水程计算： 时段末壤中流滞蓄量用壤中流水量平水水程计算： SRGX2=SRGX1+ SRGX-INTF
四种水文模型的比较
四种水文模型的比较摘要：水文模型是用数学的语言对现实水文过程进行模拟和预报，在进行水文规律的探讨和解决水文及生产实际问题中起着重要作用。
本文分别介绍了新安江模型、萨克拉门托（SAC）模型、SWAT模型以及TOPMODEL模型，并对这四种水文模型的蒸发计算、产流机制、汇流计算、适用流域、参数以及模型特点等不同方面进行了比较分析。
并结合对着4种模型之间的比较，作出了总结分析和展望。
关键词：新安江模型；SAC模型；SWA T模型；TOPMODEL模型；模型比较引言流域水文模型在进行水文规律研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。
新安江模型是一个概念性水文模型，1973年由赵人俊教授领导的研究组在编制新安江预报方案时，汇集了当时在产汇流理论方面的成果，并结合大流域洪水预报的特点，设计出的我国第一个完整的流域水文模型，至今仍在我国湿润和半湿润地区的洪水预报中得到广泛应用；萨克拉门托水文模型，简称SAC模型，是R.C.伯纳什（Burnash）和R.L.费雷尔（Ferral）以及R.A.麦圭儿（Mcguire）于20世纪60年代末至70年代初研制的，是一个连续模拟模型，模型研制完成时间相对较晚，其功能较为完善，兼有蓄满产流和超渗产流，广泛应用于美国水文预报中；SWAT模型是美国农业部农业研究中心研制开发的用于模拟预测土地利用及土地管理方式对流域水量、水质过程影响的分布式流域水文模型；TOPMODEL为基于地形的半分布式流域水文模型，于1979年由Beven和Kirkby提出，其主要特征是将数字高程模型（DEM）的广泛适用性与水文模型及地理信息系统（GIS）相结合，基于DEM数据推求地形指数，并以此来反映下垫面的空间变化对流域水文循环过程的影响，描述水流趋势。
本文对这四中水文模型从蒸发计算、产汇流计算、适用流域以及参数等方面进行分析比较，并得出结论。
1模型简介1.1新安江模型新安江模型是赵人俊等在对新安江水库做入库流量预报工作中，归纳成的一个完整的降雨径流模型。
水资源管理中的水文模型
水资源管理中的水文模型水是人类生存和发展不可或缺的基本资源。
在现代化进程中，水资源的合理利用和管理越来越受到重视。
而水文模型是水资源管理中不可或缺的一环。
什么是水文模型？水文模型是基于水文学原理和方法，采用数学模型分析水文过程的一种方法。
它主要用于预测水文变化和模拟水文过程，为水资源管理、水文预报和水资源规划提供基础数据支持。
水文模型的分类根据模型输入数据和输出结果的不同，水文模型可以分为以下几种：1. 水文分布模型：以降雨量、蒸发量、渗透和流量为输入数据，推算出流域内的水文数据和水文情况的变化。
2. 水文过程模型：用于描述流域内的水文过程，包括降雨入渗、径流产生、径流暴涨等各个方面。
3. 水文预测模型：主要用于短期和中期的水文预测，以支持水资源管理和防洪减灾。
4. 水资源优化模型：以客观评价和分析流域水资源的各种利用方式，以及最优资源配置和利用方案。
为什么需要水文模型？水文模型在水资源管理中具有重要的应用价值。
在水库调度和防洪调度中，需要通过水文模型对水文过程进行模拟和预测，以确定最佳水库蓄水量和放水量，以及合理的防洪措施。
在水资源规划中，通过水文模型可以计算出流域的水文平衡和水文循环，以确定最优的水资源利用方案，提高水资源的利用效率。
在水资源评价和治理中，利用水文模型可以对流域的水文环境进行评价，指导流域的治理和保护。
水文模型的发展趋势随着数值模拟技术的不断改进和发展，水文模型也日益完善。
未来的水文模型将更加精细化和综合化，并与GIS、遥感技术、水传感器等技术相结合，开发各种辅助工具，提高水资源管理的效率和精度。
总的来说，水文模型是现代水资源管理不可或缺的工具，其应用范围正在不断扩大和深化，对于保障社会经济发展和生态环境保护具有重要意义。
流域水文模型研究进展
流域水文模型研究进展流域是指由一片地表或地下水集结起来的地理单位，具有一定的流域边界。
流域水文模型是对流域内水文过程进行数学建模的方法，用于预测降水-径流过程、洪水演变、土壤水分变化等流域水文过程。
近年来，随着计算机技术的发展和观测数据的积累，流域水文模型的研究取得了一系列进展。
主要表现在以下几个方面：1.模型的精度提高：传统的流域水文模型主要采用水文连续模型，如水动力方程、水文平衡等，这些模型对流域水文过程的描述存在一定的误差。
近年来，随着数据的积累和计算机技术的发展，一些新的水文模型被提出，如基于机器学习的方法，能够精确预测降水-径流过程、洪水演变、土壤水分变化等。
2.数据驱动的流域水文模型：数据驱动的流域水文模型不依赖于具体的物理机制，而是通过大量的观测数据，建立起具有一定规律的预测模型。
这种模型能够充分利用现有数据，提高模型的预测精度。
3.集成模型的发展：集成模型是将多个单一模型结合起来使用，以达到更好的预测效果。
集成模型可以分为串联模型和并联模型。
串联模型将多个单一模型串联起来，每个模型的输出作为下一个模型的输入。
并联模型将多个单一模型并联起来，每个模型独立运行，最终将它们的结果进行加权融合。
集成模型能够充分发挥不同模型的优势，提高预测的准确性。
4.不确定性分析：流域水文模型的预测结果存在一定的不确定性，这主要来自于模型参数的不确定性、输入数据的误差以及模型本身的简化假设等。
近年来，不确定性分析逐渐成为流域水文模型研究的重要内容。
不确定性分析能够对模型结果的准确性进行评估，并为决策提供合理的科学依据。
总之，随着计算机技术和观测数据的进展，流域水文模型的研究取得了显著的进展。
未来的研究方向包括提高模型的精度和预测能力、加强数据驱动的模型研究、开展集成模型的应用研究以及进一步完善不确定性分析方法等。
这些研究成果将为流域管理和水资源规划提供更好的科学支持。
流域水文模型 水文模型的定义和分类
第一节
流域水文模型
概述
• 一、水文模型的定义和分类 • 二、建立水文模型的的步骤 • 三、水文模型的特点及作用
第二节
几种常用的流域水文模型
• 一、新安江流域模型 • 二、萨克拉门托(Sacramento)模型 • 三、水箱(Tank)模型
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一、水文模型的定义和分类
水文模型是模拟水文现象而建立的实体
(二)模型的分类 1. 实体模型：将自然界发生的真实水文过 程按一定比尺缩小到实验室或试验场进 行模型试验，模型和原型的区别在于比 尺不同，两者的物理过程本质是相同的。 因此，实体模型是保持同一物理本质的。 2. 数学模型：对水文现象进行模拟而建立 的数学结构称作为数学模型。
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数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
• A、概率模型 • B、随机模型
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
描述水文现象随 机性规律的数学结构。 一个流域数学模 型对相同的模型输入， 由于模型本身的特征， 而不能产生相同的模 型输出，或者说产生 随机性的模型输出。
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
先把全流域按径 流形成的要求，划分 成几个单元流域（或 单元面积），分别对 每一个单元流域的径 流形成过程进行数学 模拟，然后综合，它 考虑了输入变量及参 数在时间空间上的分 布的差异。
数学模型的分类：
模型 • B、随机模型
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
流域水环境系统模型研究及其应用
流域水环境系统模型研究及其应用一、本文概述本文旨在探讨流域水环境系统模型的研究及其在实际应用中的重要性。
流域水环境系统模型是一个集成了水文学、水力学、生态学、环境科学等多个领域的复杂系统，它通过数学模型和计算机技术，对流域内的水资源分布、水质变化、生态环境演变等过程进行模拟和预测。
本文首先将对流域水环境系统模型的基本概念、发展历程和主要类型进行概述，分析其在水资源管理、水环境保护、生态修复等领域的潜在应用价值。
接着，本文将重点介绍流域水环境系统模型的研究方法和技术手段，包括模型的构建原理、参数设置、模型验证与优化等方面。
通过对现有研究成果的梳理和评价，本文旨在揭示流域水环境系统模型在理论和实践中的挑战与机遇，探讨如何进一步提高模型的精度和可靠性，以更好地服务于流域水资源的可持续利用和水环境的保护。
本文将通过案例分析的方式，展示流域水环境系统模型在实际应用中的成效和局限性。
通过具体案例的剖析，本文旨在探讨如何根据实际应用需求，选择合适的流域水环境系统模型，以及如何在实践中不断优化和完善模型，以提高其在解决实际问题中的效用。
通过本文的研究，旨在为流域水环境系统模型的进一步发展和应用提供有益的参考和借鉴。
二、流域水环境系统模型的理论基础流域水环境系统模型的研究和应用离不开深厚的理论基础。
这些理论涵盖了水文学、环境科学、生态学、系统科学等多个领域，为模型的构建提供了科学依据。
水文学理论是流域水环境系统模型的基础。
它涉及到降水的形成、地表水与地下水的相互作用、水流的运动规律等。
这些理论为模型提供了流域内水循环过程的详细描述，从而能够模拟和预测不同时空尺度下的水流动态。
环境科学理论为流域水环境系统模型提供了关于水质、水生态等方面的认识。
水质的变化受到多种因素的影响，如污染源的排放、水体的自净能力等。
环境科学理论可以帮助我们理解这些因素之间的相互作用，从而构建出能够反映实际水质状况的模型。
生态学理论也是流域水环境系统模型的重要组成部分。
第四章 新安江流域水文模型
第四章新安江流域水文模型4.1 概述流域水文模型可分为物理模型、概念性模型和系统模型。
在水文预报中，概念性模型和系统模型应用较多，此处主要介绍概念性流域水文模型。
概念性流域水文模型属于数学模型，它与物理模型相比，具有许多优点：一是它的所有条件均可由原型观测资料直接给出，不受比尺的限制，即数学模型无相似律问题；二是它的边界条件及其它条件可严格控制，也可随时按实际需要改变；三是它的通用型较强，只要研制出一种适用的应用软件，就可用来解决不同的实际问题；四是它具有理想的抗干扰性能，只要条件不变，重复模拟可以得到相同的结果，不会因人、因地而异；五是它的研制费用相对较低。
因此，流域水文模型的研制和应用受到水文学家和水文工作者的普普遍重视。
世界上第一个流域水文模型－Stanford模型出现在20世纪60年代，目前全世界已提出数以百计的流域水文模型。
主要包括由美国天气局V. T. Sitten提出的API模型、N. H. Crawford和R. K. Linsley提出的斯坦福模型以及R. J. C. Bernash 等提出的萨克拉门托模型，日本国立防灾科学研究中心菅原正已教授提出的水箱模型，丹麦技术大学提出的NAM模型，以及原华东水利学院赵人俊教授提出的新安江模型。
这些概念性水文模型对流域的降雨径流过程进行了较为细致的模拟。
由于这些模型具有较好的结构形式和良好的模拟预报精度，因此在洪水实时预报中得到广泛地应用。
本文主要介绍国内应用最为广泛的新安江三水源模型。
4.2 新安江模型的基本原理原华东水利学院的赵人俊教授于1963年初次提出湿润地区以蓄满产流为主的观点，主要根据是次洪的降雨径流关系与雨强无关，而只有用蓄满产流概念才能解释这一现象。
上个世纪70年代国外对产流问题展开了理论研究，最有代表性的著作是1978年出版的《山坡水文学》，它的结论与赵人俊先生的观点基本一致：传统的超渗产流概念只适用于干旱地区，而在湿润地区，地面径流的机制是饱和坡面流，壤中流的作用很明显。
水文模型在流域管理中的应用
水文模型在流域管理中的应用一、引言在流域管理中，水文模型是一种重要的工具，用于量化流域内的水文过程，探索水资源的分布、变化和利用方式。
水文模型可以帮助流域管理者更好地理解流域的特征和功能，为流域管理决策提供科学依据。
本文将介绍水文模型在流域管理中的应用，并讨论其重要性和局限性。
二、水文模型的概念和分类水文模型是一种通过数学方程描述水文过程的工具。
根据不同的研究目的和需求，水文模型可以分为经验模型、统计模型和物理模型三类。
1. 经验模型经验模型是基于实测数据经验性地建立起来的模型，适用于研究已有水文过程的规律。
这种模型通常简单直观，但对未知情况的预测能力较差。
2. 统计模型统计模型通过对历史数据进行统计分析，建立统计关系模型，用于预测未来水文变化。
该模型适用于缺乏基础数据或处于变化中的流域，但对特定条件下的水文过程缺乏解释能力。
3. 物理模型物理模型基于流体力学和质量守恒原理，通过数学方程描述流域内水文过程。
这种模型需要较多的输入参数和计算资源，但能提供较准确的流域水文模拟结果。
三、水文模型在流域管理中的应用1. 水资源评估水文模型能够准确模拟流域内的水循环过程，包括降雨、蒸发、径流等，为流域管理者提供水资源评估的依据。
通过模拟不同水文场景下的水量供需情况，流域管理者可以合理规划水资源的开发和利用，保证流域内各类水需求的满足。
2. 洪水预测与防控水文模型在洪水预测与防控中起着关键作用。
通过构建动态的水文模型，流域管理者可以预测洪水的发生时间、范围和强度，及时采取应对措施。
同时，水文模型还可以模拟不同洪灾防控措施下的水文响应，帮助流域管理者制定科学、合理的洪水防控策略。
3. 水生态保护与恢复水文模型可模拟流域内水环境的变化，为水生态保护与恢复提供决策支持。
通过模拟生态流量、水质变化等指标，流域管理者可以评估不同管理措施对水生态系统的影响，并制定相应的保护和恢复策略。
4. 水资源管理水文模型能够帮助流域管理者进行水资源管理和规划。
流域水文模型综述
咱2暂周文娟.医院内部控制存在的问题和改进途径探讨[J].金融经济月刊,2011
4 展望
4.1 模型尺度 不管是时间尺度还是空间尺度对于模型研究者来说都是难以把
握的问题遥 因为在不同时间尺度或是空间尺度的组合上水文情势如何 发生变化是水文工作者无法预知的遥 另外时间尺度与空间尺度如何耦 合也是一个棘手的问题遥 4.2 与其他学科的融合
水资源是地球上最庞大的自然资源之一袁 水文情势也与大气尧土 壤尧植被等有着密切的联系遥 因此水文学与其他学科的交叉研究就显 得至关重要遥
咱责任编辑院邓丽丽暂
渊上接第 249 页冤艺质量亮点袁同时要看到其在技术及经济效益方面的 不足遥 整体来说袁配电房铝模板的应用具有很大的优势袁随着相关质量 控制标准的提高及普及应用带来相关费用的降低袁相信在将来电力建 设中会成为一种趋势遥
揖参考文献铱
咱员暂张桂芹.工程建设质量控制[M].北京:水利电力出版社,1993. 咱圆暂杨瑾峰.工程建设标准化管理和体系[J].工程标准建设,2007,4. 咱猿暂丁瑞明.关于电力建设工程项目质量管理标准化的研究[D].北京:华北电力大 学,2008,12.
2.3 河槽汇流模型 河槽汇流主要有两种方法院一个是水文学方法袁一个是水力学方
法遥 水文学方法主要运用水量平衡方程和槽蓄方程袁另以圣维南方程 组的简化形式为辅而得出结果袁 该方法的特点是物理概念性较强袁常 用的方法有马斯京根法和特征河长法遥 而水力学方法主要是以圣维南 方程组为基础的一系列河道演算方法袁该方法的特点是中间断面的每 一个过程都比较清晰袁但是方程只能用数值解表示遥 水文学方法不适 用于流域下游受回水顶托的地方以及河网地区袁但是水力学方法的圣 维南方程组却可以在河网地区适用遥 圣维南方程组是偏微分方程组袁 所以要引入差分格式来进行数值解代替解析解的计算遥 常见的差分格 式有蛙跳格式袁中心差分格式等袁其中普利斯曼隐式格式由于其差分 的传播误差很小而广泛应用于水力学方法的计算中遥
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WM B
C
直接径流 Rd
UH
直接径流过程 Qd 单元面积 总出流过程
KE
径流 R
FC
流域出口 XE 总出流过程
地下径流 Rg
KG
地下径流过程 Qg
25
新安江流域单元面积图
26
计算程序
1.单元面积的产流量计算、直接径流与地下径流 的划分； 2.单元面积上直接径流及地下径流汇流过程计算； 3.单元面积以下河槽汇流计算。 这里有三个划分：流域分块；径流分为直接径 流及地下径流两种水源；汇流分为单元面积内 部及单元面积以下两个阶段。
11
数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
• A、概率模型 • B、随机模型
将径流形成过程作 为一个整体来模拟（ 不分产流、汇流）。
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
12
数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
水资源管理，防洪工程安全运行及经济效益的 提高。
21
第二节
几种常用的流域水文模型
• 一、新安江流域模型 • 二、萨克拉门托(Sacramento)模型 • 三、水箱(Tank)模型
22
一、新安江流域模型
流域模型的发展，国外从60年代 初开始。我国对其中一些模型曾作过 验证，但缺少实用的经验。在生产实 践的基础上，我国提出了一个适用于 湿润地区及部分半湿润地区的流域模 型，因首先应用于新安江水库，取名 为“新安江模型”。
(二)模型的分类 1. 实体模型：将自然界发生的真实水文过 程按一定比尺缩小到实验室或试验场进 行模型试验，模型和原型的区别在于比 尺不同，两者的物理过程本质是相同的。 因此，实体模型是保持同一物理本质的。 2. 数学模型：对水文现象进行模拟而建立 的数学结构称作为数学模型。
5
数学模型的分类：
（ 1 ）以框图或流程图形式，表达从降雨到流域 出口断面发生径流过程各个环节之间的相互关 系。 （ 2 ）建立模型各个部件的数学表达式或逻辑计 算系统。 （ 3 ）根据实测降雨、径流观测资料，初步确定 模型中所包含的待定参数。 （ 4 ）对所建立的模型进行必要的检验，其中不 但要对模型的计算精度、适用范围作出客观的 估计和评价，而且要尽可能地对模型结构加以 合理性检查和论证，经过适当调整后付诸应用。
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
• A、概率模型 • B、随机模型
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
描述水文现象随 机性规律的数学结构。 一个流域数学模 型对相同的模型输入， 由于模型本身的特征， 而不能产生相同的模 型输出，或者说产生 随机性的模型输出。
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
先把全流域按径 流形成的要求，划分 成几个单元流域（或 单元面积），分别对 每一个单元流域的径 流形成过程进行数学 模拟，然后综合，它 考虑了输入变量及参 数在时间空间上的分 布的差异。
• • • •
整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
9
数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
• A、概率模型 • B、随机模型
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
指在建立模型时 ，基本上不考虑径流 形成的物理过程，而 仅作一些必要的假设 ，至于假设是否合理 几乎全部依赖于实测 的输入和输出资料。 仅输入为已知的，其 他均为未知——“黑 箱”，该模型又称为 10 非参数模型。
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
• A、概率模型 • B、随机模型
把水文事件当成 与时间有关的随机过 程。
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
8
数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 ○一个流域的数学模型 定性模型） 对相同的模型输入， • A、概率模型 总是产生相同的模型 • B、随机模型 输出。 （2）确定性模型 ○描述水文现象的必然 • “黑箱”模型 性规律的数学结构称 • 概念性模型 为确定性模型。
23
（一）模型结构
是一个具有分散参数的概念性模型。将
流域划分为若干(N个)单元面积，对每个 单元面积，计算出到达流域出口的出流 过程，N个过程线性叠加，得流域总出流 过程。
24
蒸散发 E
降雨 实测水面 P 蒸发Ew,0
K0
新安江模型 示意图
IMP
透水面积
不透水面积
EL ED
EU WLM
土壤湿度 W WUM
40Βιβλιοθήκη 位线41马司京根法连续演算框图
单元河段数N 时 段 数 M
42
河糟汇流计算
采用马斯京根连续演算法。计算参 数有演算段数 ( 单元河段数 )n ，每个 单元河段的马斯京根法系数XE与KE。
43
参数确定
n 是单元面积出口至流域出口的河槽汇流段数。 首先确定计算时段 t 及汇流速度 C ，得 t 行距 L ＝ tC ，即单元河段长度。据 L ，由河口向上沿 河网划分单元河段。各单元面积的 n 即该面积出 口离流域出口的单元河段数。 新安江水库流域取 t ＝ 3h ，又根据流域中下游水 文实测资料，求得中、高水 C ＝ 2.0m/s ，得 L ＝ 20km。以水库周边为起点向上划分，全流域分为 3个单元河段。 取KE＝t，XE用公式XE＝0.5—l／(2L)推求。其 中L＝2km，代人XE计算式，得XE＝0.45。 由t、KE及XE，可得单元河段马期京根法系数 C0、 C1、C2。
19
水文模型的特点
整体性：模型能考虑降雨径流形成的完
整过程以及各子过程间的相互联系作用。 复杂性：表现在各子过程间的关系且它 们具有强烈的时空变化。 借助电子计算机：整体性及复杂性导致 流域水文模型研究的工作量庞大，只能 以电子计算机解决优化参数及检验。
20
流域水文模型的作用/应用
水文资料的生成和水文资料的延长； 水文预报：洪水预报 城市水文效应，森林的水文效应，环境水文效 应，土地利用的水文效应，人类活动的水文效 应，气候变化的水文效应…… 流域规划——城市的防洪规划/
第八章
第一节
流域水文模型
概述
• 一、水文模型的定义和分类 • 二、建立水文模型的的步骤 • 三、水文模型的特点及作用
第二节
几种常用的流域水文模型
• 一、新安江流域模型 • 二、萨克拉门托(Sacramento)模型 • 三、水箱(Tank)模型
1
一、水文模型的定义和分类
水文模型是模拟水文现象而建立的实体
• A、概率模型 • B、随机模型
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
先对径流形成过 程中每个子过程进行 数学模拟，然后按照 各子过程在径流形成 过程中内在的联系组 合成一个数学模型。
13
数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
29
新安江流域单元面积图
30
新安江水库以上流域单元面积
31
衢县流域单元面积的划分
32
代表性流域
流域划分单元后，不是每个单元面 积都具有水文资料，原则上属于无资料 地区。模型采用代表性流域的方法，即 在流域内或自然条件相近的附近地区找 一个面积与单元面积相近，具有实测资 料的小流域，作为代表性流域，移用它 的分析成果到各单元面积，作为计算的 初值。
6
数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
• A、概率模型 • B、随机模型
把水文事件当成与 时间无关的随机变量 ，常见的概率模型有 对数正态模型等。
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
7
数学模型的分类：
• A、概率模型 • B、随机模型
把全流域作为一 个整体研究，忽略输 入变量与参数的时空 分布的差异。
（2）确定性模型
• • • • • • “黑箱”模型 概念性模型 整体模型 过程模拟模型 集中模型 分散（块）模型
14
数学模型的分类：
（ 1 ）随机性模型（非确 定性模型）
• A、概率模型 • B、随机模型
38
单元面积流域汇流计算－地表
Qd采用时段单位线法。
根据代表性流域求得单位线（UH）后， 计算式应为
Qd ,t
h q
i 1 n
m
i
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单元面积流域汇流计算－地下
Qg采用线性水库演算法。 具体进行时可简化，不对单元面积分别演算， 而是全流域总算。由于地下径流的汇流历时很 长，大大超过河槽汇流历时，所以不考虑地下 径流在流域面上分布的不均匀性，误差不大。 如新安江水库流域，分析得K为84h，而单元面 积至流域出口的最大汇流历时只有9h． 这部分计算参数为UH及K。
27
（二）各个分部结构的计算方法
1、单元面积划分及代表性流域 2、产流量计算及水源划分 3、单元面积流域汇流计算 4、河糟汇流计算
28
单元面积划分