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分布式流域水文模型PPT精选文档
2020/5/25
4
模型分类
建模角度
建模手段
集总式水文模型 分布式水文模型
物理模型 电子模型 数学模型
2020/5/25
5
流域 水文模型
▼定义:
其英文名Hydrologic Model of Basin ，以流域为研究对象,对 流域内发生的降雨径流这一特定的水文过程进行数学模拟计算 所建成的数学模型。
分布式流域水文模型:
全面考虑降雨和下垫面空间不均匀性的模型,能够充分反映流域内降雨和 下垫面要素空间变化对洪水形成的影响。模型能全面地利用降雨的空间分 布信息;模型参数的空间分布能够反映下垫面自然条件的空间变化;模型的输 出具有空间不均匀性。
2020/5/25
8
技术支撑
分布式流域水文模型之所以能成为近来具有吸引力的水
雷达 测雨
分布式流域水文模型
地理信息 统计
计算机系统
分布式流域水文模型的系统框架图
2020/5/25
11
分类
紧密耦合型分布式流域水文模型
紧密耦合型分布式流域水文模型,又称分布式数学物理流域水文模型.此种模 型主要的水文物理过程均采用质量、能量和动量守恒的偏微分方程描述(如坡面 洪水波、不饱和、饱和渗流等方程).相邻网格单元之间的时、空间关系用 水动力学的连续方程来建立，采用有限差分方法对方程求解；同时模型也 采用了一些通过实验得到的经验关系。
文学研究热点之一，其原因有以下几个方面：
1.地理信息系统（ GIS）技术的不断完善，使得描述下垫面 因子复杂的空间分布有了强有力的工具;
2.计算机技术和数值分析理论的进一步发展，为用数值方法 求解描述复杂的流域产汇流过程的偏微分方程奠定了基础;
3.雷达测雨技术和卫星云图技术的进步，为提供降雨量实 时空间分布创造了条件。
分布式流域水文模型[优质PPT]
![分布式流域水文模型[优质PPT]](https://img.taocdn.com/s3/m/7a665810ed630b1c59eeb5ce.png)
2019/6/26
松散耦合型分布式流域水文模型
这类模型在每个单元网格上应用现有的集总式概念性流域模型 推求净雨，并进行汇流演算,推求出口断面的流量过程。汇流演算 一般采用水文学或水力学方法。模型参数主要根据历史洪水资料分析 率定,并结合地形和地貌数据量测和分析得到。
优缺点
2019/6/26
紧
优点
1.能涉及水文现象的本质或物理机制; 2.模型参数的确定对洪水历史资料依赖不大.
2019/6/26
特征
2019/6/26
采用什么样的分布式流域水文模型?我们认为目前在实时洪水预
报中宜采用分布式概念性流域水文模型.
1.分布式概念性流域水文模型是在集总式概念性流域水文模型的基础
概
之上发展而来的，目前比较成熟，且基本达到实用的阶段；
念
性 流
2.分布式数学物理流域水文模型是水文预报技术未来的发展方向，但是目
分散性流域水文模型:
考虑了流域内降雨的空间分布,但是没有或很少考虑下垫面不均匀性的模型。 这种模型只是进行了分散(分单元)计算，没有考虑各单元模型参数随其下垫面条 件的不同而变异。
半分布式流域水文模型:
考虑下垫面的空间不均匀性,但是没有考虑降雨的空间分布,其模型输入仍为面平 均雨量;或考虑降雨的空间分布,没有全面考虑下垫面的空间不均匀性的模型。
耦
合
1.构成模型的概念性元素一般只能模拟宏观的水文现象,
型
而不能涉及水文现象的本质或物理机制;
缺点 2.模型参数的推求对历史洪水资料依赖较多．推求
过程中完全依赖于目标函数,很难保证解的唯一性
和合理性。
2019/6/26
3.前景
应用前景
目前,我国已在重点防汛地区布设了80多部气象雷达,为分布式流域水 文模型在实时洪水预报中的应用提供了条件。
第六章水文模型
(6-6)
9
式中, m为流域的记忆长度,即任一输入 X 的作用效应只持续 m 个 t 时 Y 段,X (k i + 1) 为离散化第 (k i + 1) 个 t 时段流域平均降雨(mm), (k )是 H 离散化后的第 k 个 t 时段末出口断面径流(m3/s)或(mm), (i )是第 i 个 t 时段的系统响应函数,其因次取决于降雨径流的关系.实际应用 中,通常先把径流统一转化为与降雨相同的单位(mm),则 h(i ) 为无 因次的变量. 2,总径流线性响应函数的推求 水文系统识别:根据观测的输入,输出资料来辨识水文系统模型中 未知或待定的部分.对于总径流线性响应模型,水文系统辨识就是通过 观测的流域平均降雨和流域出口断面流量 [X (k ), Y (k )] ,推求系统的响应 函数 H (i ),通常依据6~10年的连续观测的日(或时)降雨径流序列资料 进行最优估计,最简单的是矩阵最小二乘法. 假定该系统线性方程为
dQ2 (t ) + aQ2 (t ) = bx2 (t ) dt
将上两式相加可得:
d [Q1 (t ) + Q2 (t )] + a[Q1 (t ) + Q2 (t )] = b[x1 (t ) + x2 (t )] dt
6
即系统对输入 x1 (t ) + x2 (t ) 的响应等于单个输入响应之和 Q1 (t ) + Q2 (t ).然而
7
三,总径流线性响应模型(SLM模型) 总径流线性响应模型就是通过水文系统理论方法(通常为线性卷积 方程),建立流域面上总降雨过程与流域出口断面总径流过程之间的转 化关系.转换关系并不考虑流域的产流和汇流内部机理. 1,总径流线性响应模型的系统方程 假定流域是一个线性,时不变,集总的确定性水文系统,则降雨径 流关系可用一个线性卷积方程来描述:
分布式水文模型1
Zuo Qiting
基于DEM DEM的流域分布式水文模型 9.2 基于DEM的流域分布式水文模型 9.2.1 流域水文过程及其数学模拟
9.2.1.1 流域水循环过程
流域是陆地系统中最为重要的自然集水区域。流域 流域是陆地系统中最为重要的自然集水区域。 水循环主要包括降水、冠层截留、径流（坡面流、 水循环主要包括降水、冠层截留、径流（坡面流、壤中 流和地下径流）、下渗、蒸发（包括土壤蒸发、 ）、下渗 流和地下径流）、下渗、蒸发（包括土壤蒸发、水面蒸 发、植被蒸腾、潜水蒸发）等几个环节。在这几个环节 植被蒸腾、潜水蒸发）等几个环节。 伴随着水量的转化和物质及能量的交换， 中，伴随着水量的转化和物质及能量的交换，同时还受 到气候变化、大气降水动力学过程及流域地形、地貌、 到气候变化、大气降水动力学过程及流域地形、地貌、 人类活动等多种因素的影响。因此， 人类活动等多种因素的影响。因此，流域水循环是一个 十分复杂的过程。 十分复杂的过程。
Zuo Qiting
9.3.2 TOPMODEL
TOPMODEL（TOPgraphy based hydrological MODEL） TOPMODEL（ MODEL） 是一个以地形为基础的、 是一个以地形为基础的、基于变源面积概念的半分布式水 文模型。 Beven和Kirkby于1979年提出 经过20 年提出， 20多年的发 文模型。由Beven和Kirkby于1979年提出，经过20多年的发 TOPMODEL与DTM（ DEM） 展，TOPMODEL与DTM（或DEM）相结合在水文领域得到了十 分广泛的应用。 分广泛的应用。 TOPMODEL的显著特点是利用易于获取的地形信息 的显著特点是利用易于获取的地形信息（ TOPMODEL的显著特点是利用易于获取的地形信息（如 地形指数 、土壤－地形指数等）来描述流域产流及源面积 土壤－地形指数等） 的变化与分布，简化流域降水径流过程的模拟。 的变化与分布，简化流域降水径流过程的模拟。模型具有 结构简单、优选参数少、物理概念明确、模拟精度高、 结构简单、优选参数少、物理概念明确、模拟精度高、易 于与GIS相结合等特点，无论在径流、泥沙、 GIS相结合等特点 于与GIS相结合等特点，无论在径流、泥沙、水质的模拟研 究中，还是在气候、 究中，还是在气候、土地植被变化研究和水资源管理等领 域都具有很好的应用前景。 域都具有很好的应用前景。
基于DEM DEM的流域分布式水文模型 9.2 基于DEM的流域分布式水文模型 9.2.1 流域水文过程及其数学模拟
9.2.1.1 流域水循环过程
流域是陆地系统中最为重要的自然集水区域。流域 流域是陆地系统中最为重要的自然集水区域。 水循环主要包括降水、冠层截留、径流（坡面流、 水循环主要包括降水、冠层截留、径流（坡面流、壤中 流和地下径流）、下渗、蒸发（包括土壤蒸发、 ）、下渗 流和地下径流）、下渗、蒸发（包括土壤蒸发、水面蒸 发、植被蒸腾、潜水蒸发）等几个环节。在这几个环节 植被蒸腾、潜水蒸发）等几个环节。 伴随着水量的转化和物质及能量的交换， 中，伴随着水量的转化和物质及能量的交换，同时还受 到气候变化、大气降水动力学过程及流域地形、地貌、 到气候变化、大气降水动力学过程及流域地形、地貌、 人类活动等多种因素的影响。因此， 人类活动等多种因素的影响。因此，流域水循环是一个 十分复杂的过程。 十分复杂的过程。
Zuo Qiting
9.3.2 TOPMODEL
TOPMODEL（TOPgraphy based hydrological MODEL） TOPMODEL（ MODEL） 是一个以地形为基础的、 是一个以地形为基础的、基于变源面积概念的半分布式水 文模型。 Beven和Kirkby于1979年提出 经过20 年提出， 20多年的发 文模型。由Beven和Kirkby于1979年提出，经过20多年的发 TOPMODEL与DTM（ DEM） 展，TOPMODEL与DTM（或DEM）相结合在水文领域得到了十 分广泛的应用。 分广泛的应用。 TOPMODEL的显著特点是利用易于获取的地形信息 的显著特点是利用易于获取的地形信息（ TOPMODEL的显著特点是利用易于获取的地形信息（如 地形指数 、土壤－地形指数等）来描述流域产流及源面积 土壤－地形指数等） 的变化与分布，简化流域降水径流过程的模拟。 的变化与分布，简化流域降水径流过程的模拟。模型具有 结构简单、优选参数少、物理概念明确、模拟精度高、 结构简单、优选参数少、物理概念明确、模拟精度高、易 于与GIS相结合等特点，无论在径流、泥沙、 GIS相结合等特点 于与GIS相结合等特点，无论在径流、泥沙、水质的模拟研 究中，还是在气候、 究中，还是在气候、土地植被变化研究和水资源管理等领 域都具有很好的应用前景。 域都具有很好的应用前景。
流域水文模型-PPT精选文档
• 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）
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
(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：
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）
15
流域水文模型分类图
（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）
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
(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：
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）
15
流域水文模型分类图
新安江流域水文模型
4.水文数学模型： 水文数学模型： 水文数学模型
• 水文数学模型是根据水文循环中各个环节的物理规律建立起 来的“数学系统”。一般文献中指的水文模型实际上是水文 数学模型。 • 根据下渗规律、蒸散发规律、河道洪水波运动规律等建立的 下渗模型、蒸散发模型、河道洪水演算模型都是水文模型， 但是，它们并不是流域水文模型。 • 流域水文模型是以一个流域作为基本的研究单元，以流域的 水文循环的整体过程作为模拟对象，将流域水文循环涉及到 的降水、蒸发、截留和下渗；产流、汇流，包括地表径流、 壤中流、地下径流的产、汇流，以及坡面调蓄和河网调蓄等 流域水文循环的环节或子过程有机地融合在一起，构成一个 完整、严密的数学系统。因此流域水文模型也是一种水文模 型，但是比一般水文模型更完整，结构更复杂，建立模型也 更为困难。
三、新安江模型 1.概述 概述
• 最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下 径流。上世纪80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与 水箱模型中，用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模 型，提出了三水源新安江模型，模型可以模拟地面径流、壤 中流、地下径流。 • 1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面 径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。三水源新安 江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流 过程精度不够理想。在新安江三水源模型中增加慢速地下水 结构就成为四水源新安江模型。
⑵新安江三水源模型流域产流计算
• 新安江模型产流部分的计算是蓄满产流模式； • 蓄满产流指在流域包气带土湿满足田间持水量以前不产流， 所有的降雨都被土壤吸收；而在土湿达到田间持水量之后， 所有的降雨（除去同期的蒸散发）都产流。 • 在产流后，流域包气带土壤的下渗能力为稳定下渗率，下渗 的水分成为地下径流和壤中流，超蓄的部分成为地面径流。 • 考虑到流域内各点的蓄水容量并不相同，实际产流时常常是 在部分面积上产流，新安江模型引入流域蓄水容量分布曲线 来刻划流域内各点蓄水容量的不均匀性，把流域内各点的蓄 水容量概化成如图所示的一条抛物线（也可概化成其它函数 形式）。
分布式水文模型ppt课件26页PPT
③将原有模型的参数同易于获取的空间指标（主要是通 过RS影像或者DEM提取的空间指标）建立起某种对应 关系（一般是统计关系），从而得到分布式水文模型的 参数计算方法。
Zuo Qiting
9.3 几个典型分布式水文模型的介绍
9.3.1 MIKE SHE模型
MIKE SHE是对SHE模型的发展和完善，它能够模拟 水循环陆面过程中主要的水文过程包括水量、水质及 沉积物输移。它能用于解决与地表水和地下水相关的 资源和环境问题，以及地表水和地下水之间的动态相 互作用关系。
Zuo Qiting
流域分布式水文模型的一般框架
Zuo Qiting
目前，基于DEM的分布式水文模型主要有两 种建模方式：
①应用数值分析来建立相邻网格单元之间的时空 关系，如SHE模型等。 ②在每一个网格单元（或子流域）上应用传统的 概念性（或系统理论）模型来推求净雨，再进行 汇流演算，最后求得出口断面流量，如SWAT模 型等。
Zuo Qiting
9.2 基于DEM的流域分布式水文模型
9.2.1 流域水文过程及其数学模拟
9.2.1.1 流域水循环过程
流域是陆地系统中最为重要的自然集水区域。流域 水循环主要包括降水、冠层截留、径流（坡面流、壤中 流和地下径流）、下渗、蒸发（包括土壤蒸发、水面蒸 发、植被蒸腾、潜水蒸发）等几个环节。在这几个环节 中，伴随着水量的转化和物质及能量的交换，同时还受 到气候变化、大气降水动力学过程及流域地形、地貌、 人类活动等多种因素的影响。因此，流域水循环是一个 十分复杂的过程。
Zuo Qiting
9.2.2.2 模型的结构与参数
基于DEM的分布式水文模型在结构上一般分为三 部分： ① 分布式输入模块，用于处理流域空间分布信息，为 水文模块提供空间输入数据和确定模型参数的信息。 ② 单元水文模型，是坡面产汇流计算的核心部分。 ③ 河网汇流模型。有些基于网格的分布式水文模型忽 略了该部分。
Zuo Qiting
9.3 几个典型分布式水文模型的介绍
9.3.1 MIKE SHE模型
MIKE SHE是对SHE模型的发展和完善，它能够模拟 水循环陆面过程中主要的水文过程包括水量、水质及 沉积物输移。它能用于解决与地表水和地下水相关的 资源和环境问题，以及地表水和地下水之间的动态相 互作用关系。
Zuo Qiting
流域分布式水文模型的一般框架
Zuo Qiting
目前，基于DEM的分布式水文模型主要有两 种建模方式：
①应用数值分析来建立相邻网格单元之间的时空 关系，如SHE模型等。 ②在每一个网格单元（或子流域）上应用传统的 概念性（或系统理论）模型来推求净雨，再进行 汇流演算，最后求得出口断面流量，如SWAT模 型等。
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9.2 基于DEM的流域分布式水文模型
9.2.1 流域水文过程及其数学模拟
9.2.1.1 流域水循环过程
流域是陆地系统中最为重要的自然集水区域。流域 水循环主要包括降水、冠层截留、径流（坡面流、壤中 流和地下径流）、下渗、蒸发（包括土壤蒸发、水面蒸 发、植被蒸腾、潜水蒸发）等几个环节。在这几个环节 中，伴随着水量的转化和物质及能量的交换，同时还受 到气候变化、大气降水动力学过程及流域地形、地貌、 人类活动等多种因素的影响。因此，流域水循环是一个 十分复杂的过程。
Zuo Qiting
9.2.2.2 模型的结构与参数
基于DEM的分布式水文模型在结构上一般分为三 部分： ① 分布式输入模块，用于处理流域空间分布信息，为 水文模块提供空间输入数据和确定模型参数的信息。 ② 单元水文模型，是坡面产汇流计算的核心部分。 ③ 河网汇流模型。有些基于网格的分布式水文模型忽 略了该部分。
分布式水文模型-精选
2020/5/26
第九章 分布式水文模拟技术
主要内容
9.1
分布式水文模型的发展
9.2 基于DEM的流域分布式水文模型 9.3 几个典型分布式水文模型的介绍
2020/5/26
9.1 分布式水文模型的发展
9.1.1 分布式水文模型的研究进展
9.1.1.1 研究进展
分布式水文模型的研究可以认为起始于1969年Freeze 和Harlan发表的《一个具有物理基础数值模拟的水文响应 模型的蓝图》的文章。
2020/5/26
分布式水文模型的参数是一个反映流域下垫面和 气象因素空间变化的数集。它的确定方法包括：
①在单元上采用传统的概念性模型，不改变原有模型的 结构和参数，但每一个单元上水文模型的参数值随空间 变化。参数值的大小根据空间信息图进行分类计算。
②重新设计单元水文模型的结构与参数。尽量选择或者 重新构造那些既反映空间变化，又具有物理意义，且便 于计算的指标作为模型的参数。
2020/5/26
流域水循环过程示意图
蒸腾 冠层截留
下渗
壤中流
2020/5/26
基流
降水 蒸发
蒸散发
坡面流
降雨 冠层截留 地表调蓄 土壤调蓄 地下调蓄
河 网 调 蓄
径流
河流
9.2.1.2 流域水循环的数学模拟
由于流域水循环过程极其复杂，在建立水文模型时 通常对复杂水文现象进行抽象和概化。目前，水文模型 的种类繁多，按模型的性质和建模技术可分为：实体模 型（如比例尺模型）、类比模型（如用电流欧姆定律类 比渗流达西定律的模型）和模拟模型。其中，数学模拟 模型是人们最常用的一类水文模型。
2020/5/பைடு நூலகம்6
9.2 基于DEM的流域分布式 水文模型
第九章 分布式水文模拟技术
主要内容
9.1
分布式水文模型的发展
9.2 基于DEM的流域分布式水文模型 9.3 几个典型分布式水文模型的介绍
2020/5/26
9.1 分布式水文模型的发展
9.1.1 分布式水文模型的研究进展
9.1.1.1 研究进展
分布式水文模型的研究可以认为起始于1969年Freeze 和Harlan发表的《一个具有物理基础数值模拟的水文响应 模型的蓝图》的文章。
2020/5/26
分布式水文模型的参数是一个反映流域下垫面和 气象因素空间变化的数集。它的确定方法包括：
①在单元上采用传统的概念性模型，不改变原有模型的 结构和参数，但每一个单元上水文模型的参数值随空间 变化。参数值的大小根据空间信息图进行分类计算。
②重新设计单元水文模型的结构与参数。尽量选择或者 重新构造那些既反映空间变化，又具有物理意义，且便 于计算的指标作为模型的参数。
2020/5/26
流域水循环过程示意图
蒸腾 冠层截留
下渗
壤中流
2020/5/26
基流
降水 蒸发
蒸散发
坡面流
降雨 冠层截留 地表调蓄 土壤调蓄 地下调蓄
河 网 调 蓄
径流
河流
9.2.1.2 流域水循环的数学模拟
由于流域水循环过程极其复杂，在建立水文模型时 通常对复杂水文现象进行抽象和概化。目前，水文模型 的种类繁多，按模型的性质和建模技术可分为：实体模 型（如比例尺模型）、类比模型（如用电流欧姆定律类 比渗流达西定律的模型）和模拟模型。其中，数学模拟 模型是人们最常用的一类水文模型。
2020/5/பைடு நூலகம்6
9.2 基于DEM的流域分布式 水文模型
水 文 学 原 理(三流域和水系)ppt课件
级； ❖不同级的两条河流交汇形成的河流的级等于两者
中较高者。
20
§2 水系的地貌特征
11
11
2 2
11
2
2
1
2
1
1
3
3
1
3
14
4
1
4
21
Strahler分级法
§2 水系的地貌特征 ❖ 河数定律
22
§2 水系的地貌特征
河数定律
Rb
N N 1
,
1,2,, 1
N Rb , 1,2,,
自然水系的分叉比：Rb = 3 ~ 5
18
霍顿(Horton)分级法 ❖将最小的不分叉的河流称为1级河流，只接纳1级
河流汇入的河流称为2级河流；只接纳1，2两级河 流汇入的河流称为3级河流，其余类推，直至将水 系中所有的河流命名完毕。
19
斯特拉勒(Strahler)分级法 ❖ 定义从河源出发的河流为1级河流； ❖同级的两条河流交汇形成的河流的级比原来增加1
23
§2 水系的地貌特征 河流长度
沙
0 0 00 0 00 0 0 0 0 00 0 00 0 0
沙
老
长
青
沙
0 0 00 0 00 0 0
------2 2 2 ---2 2 22 2 2 0 0 00 0 00 0 0
海
0 0 00 0 00 0 0
洪北 沙
------1 1 1---1 1 11 1 1 0 0 00 0 00 0 0 ------2 2 2 ---2 2 22 2 2 0 0 00 0 00 0 0
仍能保持不变的一些特征。 ❖水系的拓扑学特征主要表现为水系分叉、河流分
中较高者。
20
§2 水系的地貌特征
11
11
2 2
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2
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Strahler分级法
§2 水系的地貌特征 ❖ 河数定律
22
§2 水系的地貌特征
河数定律
Rb
N N 1
,
1,2,, 1
N Rb , 1,2,,
自然水系的分叉比：Rb = 3 ~ 5
18
霍顿(Horton)分级法 ❖将最小的不分叉的河流称为1级河流，只接纳1级
河流汇入的河流称为2级河流；只接纳1，2两级河 流汇入的河流称为3级河流，其余类推，直至将水 系中所有的河流命名完毕。
19
斯特拉勒(Strahler)分级法 ❖ 定义从河源出发的河流为1级河流； ❖同级的两条河流交汇形成的河流的级比原来增加1
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§2 水系的地貌特征 河流长度
沙
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沙
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沙
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海
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洪北 沙
------1 1 1---1 1 11 1 1 0 0 00 0 00 0 0 ------2 2 2 ---2 2 22 2 2 0 0 00 0 00 0 0
仍能保持不变的一些特征。 ❖水系的拓扑学特征主要表现为水系分叉、河流分
具有物理机制的分布式水文模型
具有物理机制的分布式水文模型分布式水文模型是一种基于物理机制的方法，用于模拟和预测水文过程在流域内的空间分布。
这种模型可以帮助我们更好地理解和管理水资源，以及预测洪水和干旱等水文灾害事件。
分布式水文模型基于流域内的物理地貌特征和水文学原理，将流域划分为多个小流域单元。
每个小流域单元都有自己独特的地貌特征和水文过程。
通过模拟每个小流域单元内的水文过程，可以最终得出整个流域的水文响应。
例如，在一个山区流域中，分布式水文模型可以考虑土壤类型、地形坡度、植被覆盖和降雨等因素，模拟土壤水分的动态变化、地表径流的形成过程以及河流的洪峰流量。
分布式水文模型的核心是水文学方程，如土壤水分平衡方程、地表径流方程和河流水量平衡方程等。
这些方程描述了水文过程中的水量输入、输出和转移过程。
通过将这些方程应用到每个小流域单元中，可以计算得出每个单元内的水文变量，如土壤水分含量、地表径流和河流水量等。
分布式水文模型还需要考虑气象数据、土壤属性和植被参数等输入。
这些输入数据可以通过遥感和气象观测等方法获取。
通过将这些数据与水文学方程结合，可以计算得出每个小流域单元内的水文变量的时间和空间分布。
此外，分布式水文模型还可以模拟人类活动对水文过程的影响。
例如，农田灌溉和城市排水等活动会改变土壤水分的分布和径流的形成过程。
通过在模型中考虑这些人为因素，可以更准确地预测流域内的水文变化。
分布式水文模型常用于水资源管理和洪水预报等领域。
通过模拟和预测流域内的水文过程，可以辅助决策者制定合理的水资源利用方案，以及及时采取措施应对洪水等水文灾害。
总之，具有物理机制的分布式水文模型是一种基于物理原理的方法，用于模拟和预测水文过程在流域内的空间分布。
这种模型可以帮助我们更好地理解和管理水资源，以及预测洪水和干旱等水文灾害事件。
随着遥感和气象观测等技术的不断发展，分布式水文模型将在未来发挥更大的作用，并对水资源管理和水灾防治等领域产生积极的影响。
设计洪水流域水文模型及河道流量演算PPT课件
70.9%。工程p 设计标准 =1%。
① 根据工程所在流域下垫面条件，由表7.3-2查得单地类
砂页岩森林山地
S
=23.0，导水率
r
K=S 1.50，面积权重系数
c1
=0.291；砂页岩灌丛山地
S
=18.0，
r
K
=1.20，面积权重
S
系数 c=2 0.709。由式（7.3-4）和式（7.3-5）计算风干流域
z
F。A (t z )
⑤ 根据设计主雨面雨量 H P,A及tz流 域可能损失 F，A (用tz )式
（7.3-1）或式（7.3-2）计算设计洪水净雨深 。 R p
⑥ 非主雨日设计净雨的计算方法与上述主雨日净雨计算方
法相同，所不同的是 的B0定,P 量。当主雨日居中时，第一日的 取表B0列,P 值的40％，第三日的 取0.9B00,P～1.0；当主雨日居后时， 第一日的 取表列值的B04,P0％，第二日的 取表列值的B600,P％。
tz
Sr,A 1 B0,1%
t 0.5 z
2KS,A tz19.5 (1 0.24) 10.5 21.29 1 17.4mm
F (3) A
tz
Sr,A 1 B0,1%
t 0.5 z
2K S , A
tz
21.29 2
5.2mm
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218021/7/7
设计洪水
1. 设计净雨深计算
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设计洪水
1. 设计净雨深计算
表7.3-1
设计洪水流域持水度查用表
频率
0.33%
1%
2%
5%
10%
B0P
0.63
分布式水文模型在森林暴雨模拟中的应用PPT课件
6
2、HIMS模型主结构示意图
7
二、模型介绍
2、HIMS
HIMS平台可用于场次暴雨模拟的计算方法主要 有：
基于LAI（叶面指数）和NDVI的截留模型的冠 层截留模型；
采用Horton、Philip、Kostiakow、 GreenAmpt等下渗模型（小时）来计算单元产
流量； 通过“Muskingum”、运动波、等流时线、
4
二、模型介绍
1、HEC-HMS
HEC-HMS模型在洪水模拟的过程中主要的计算方 法有：
初始损失和均匀损失法、指数损失率、SCS曲线数 发、土壤蓄水容量法（SMA）等；
直接径流计算方法有Clark单位线法、Snyder单位 线法、SCS单位线法、Modclark法、运动波法、自
定义累计曲线法等； 对于汇流过程HEC-HMS模型提供了运动波、滞时-
(4)从实际应用的角度来看，产流量计算：HEC-HMS和 PRMS模型主要采用单位线法计算，HIMS模型主要采用基 于下渗理论的模型计算。三种模型在应用区的汇流计算方式 基本相同，主要采用“Muskingum”法和运动波方法。
18
存在的不足
对文中叙述的模型不足，主要涉及模型的内在机 制和结构，对水文过程的物理意义理解不足； 缺乏各类模型在国外的研究应用文献； 模拟结果评价中，选取模型的种类和研究区域均 不同，使得文中第四部分的内容不具备很好的可比 性。
降雨-径流模拟,参数计 下渗、地表径流、地下径 雪、截留渗、地表径流、
算,GIS连接
流，SuperMap连接
地下水温度分布
时间尺度 单次暴雨和连续模拟
产/汇流 单位线法计算径流,有限 计算方法 差分近似方程,运动波
模型特点 主要用于树状流域,充分 考虑了流域下垫面和气 候因素的时空变异
2、HIMS模型主结构示意图
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二、模型介绍
2、HIMS
HIMS平台可用于场次暴雨模拟的计算方法主要 有：
基于LAI（叶面指数）和NDVI的截留模型的冠 层截留模型；
采用Horton、Philip、Kostiakow、 GreenAmpt等下渗模型（小时）来计算单元产
流量； 通过“Muskingum”、运动波、等流时线、
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二、模型介绍
1、HEC-HMS
HEC-HMS模型在洪水模拟的过程中主要的计算方 法有：
初始损失和均匀损失法、指数损失率、SCS曲线数 发、土壤蓄水容量法（SMA）等；
直接径流计算方法有Clark单位线法、Snyder单位 线法、SCS单位线法、Modclark法、运动波法、自
定义累计曲线法等； 对于汇流过程HEC-HMS模型提供了运动波、滞时-
(4)从实际应用的角度来看，产流量计算：HEC-HMS和 PRMS模型主要采用单位线法计算，HIMS模型主要采用基 于下渗理论的模型计算。三种模型在应用区的汇流计算方式 基本相同，主要采用“Muskingum”法和运动波方法。
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存在的不足
对文中叙述的模型不足，主要涉及模型的内在机 制和结构，对水文过程的物理意义理解不足； 缺乏各类模型在国外的研究应用文献； 模拟结果评价中，选取模型的种类和研究区域均 不同，使得文中第四部分的内容不具备很好的可比 性。
降雨-径流模拟,参数计 下渗、地表径流、地下径 雪、截留渗、地表径流、
算,GIS连接
流，SuperMap连接
地下水温度分布
时间尺度 单次暴雨和连续模拟
产/汇流 单位线法计算径流,有限 计算方法 差分近似方程,运动波
模型特点 主要用于树状流域,充分 考虑了流域下垫面和气 候因素的时空变异
流域水文模型教材第四章
第四章萨克拉门托模型萨克拉门托)(Sacramento流域水文模型，简称萨克模型，是美国国家天气局萨克拉门托预报中心的BurnashL⋅、Ferral⋅和McguireR⋅⋅CJR⋅R⋅⋅于70年A代初期在第IV斯坦福模型基础上改进和开发的一个集总参数的概念性降雨径流模型，因它始用于美国加里福尼亚州的萨克拉门托河而得名。
1973年编制完成了日流量模拟程序，1975年又进一步编制完成h6的模拟程序。
研究者希望模型能适用于所有地区，包括干旱地区和湿润地区。
萨克模型已在美国的水文预报中广为应用，也是国内引进的水文模型中人们较为熟悉的模型之一。
第一节模型的基本概念与结构一、基本概念萨克模型是一个集总参数的概念性降雨径流模型。
它以土壤水分的贮存、渗透、运移和蒸散发特性为基础，用一系列具有一定物理概念的数学表达式来描述径流形成的各个过程；模型中的状态变量代表水文循环中一个相对独立的特性；模型参数具有明确的物理意义，可以根据流域特征、降雨量和流量资料推求。
二、模型结构萨克模型基本结构见图4－1。
1、流域划分萨克模型将全流域按下垫面对降雨产流的作用不同分为不透水面积和透水面积。
而不透水面积又分为永久不透水面积PCTIM和可变的不透水面积ADIMP,透水面积为)-。
PCTIM+(1ADIMP2、土层划分在透水面积上，萨克模型按土壤垂向分布的不均匀性将土层分为上土层和下土层；上土层自由水向下土层的渗透用霍尔坦下渗方程描述。
3、土壤水划分萨克模型按土壤水水力特性的不同，将每层土壤中的蓄水量分为张力水和自由水两部分。
张力水是指紧密吸附于土壤颗粒表面的分子水及毛管水，其最大值等于田间持水量。
它消耗于蒸散发，在重力作用下不能自由运动。
自由水可以补充张力水，而张力水不能补充自由水。
当张力水与自由水的蓄量均达到饱和时，透水面积与不透水面积性质相同。
不透水面积、可变不透水面积上考虑张力水蓄量，但无自由水蓄量，张力水蓄量分上下两层。
水文模型介绍PPT课件
水文模型
定义：
据 Di ski n和 Clarke对模型所下的定义 : 模型 是一个复杂系统的简化体现 ,那么水文模型就是 对复杂水文系统的一种简化体现 。
具体地说 ,水文模型就是用一种特定的表达方式 来概化一定的水文系统 ,使它能够代表实际的水 文系统 ,并在一定的目标下代替实际的水文系统 。
通俗地说 , 水文模型就是用数学语言或物理模 型对现实水文系统进行刻划或比拟 , 并在一定的
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新安江模型
三水源新安江模型：
4）汇流计算 新安江模型将流域汇流划分为两个阶段进行:河网
汇流阶段，河道汇流阶段。 河网汇流阶段采用一个时变线性系统按地面、壤
中和地下径流分别进行汇流计算，然后将经过流域调 蓄的各径流成分累积，并将总的径流 Q 演算到单元流 域的出口。
河道汇流采用马斯京根分段演算法。
第5页/共24页
水文模型
分类：
按照应用学科划分 ① 工程水文模型 ; ② 农业水文模型 ; ③ 土壤水 文模型 ; ④ 森林水文模型 ; ⑤ 都市水文模型等 。 依照研究对象分类 ① 降水模型 ;② 气温模型 ; ③ 蒸散发模型 ; ④ 土 壤水模型 ; ⑤ 地下水模型 ; ⑥ 地表径流模型 ; ⑦ 水资源模型 ; ⑧ 水质模型等 。 按 照 研 究 对 象 的 目 标 分 第6页/共24页
各层蒸散发的计算原则是，上层按蒸散发能力蒸发，上层 含水量蒸发量不够蒸发时，剩余蒸散发能力从下层蒸发，下层 蒸发与蒸散发能力及下层蓄水量成正比，并要求计算的下层蒸 发量与剩余蒸散发能力之比不小于深层蒸散发系数 C。否则， 不足部分由下层蓄水量补给，当下层蓄水量不够补给时，用深 层蓄水量补给。
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定义：
据 Di ski n和 Clarke对模型所下的定义 : 模型 是一个复杂系统的简化体现 ,那么水文模型就是 对复杂水文系统的一种简化体现 。
具体地说 ,水文模型就是用一种特定的表达方式 来概化一定的水文系统 ,使它能够代表实际的水 文系统 ,并在一定的目标下代替实际的水文系统 。
通俗地说 , 水文模型就是用数学语言或物理模 型对现实水文系统进行刻划或比拟 , 并在一定的
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新安江模型
三水源新安江模型：
4）汇流计算 新安江模型将流域汇流划分为两个阶段进行:河网
汇流阶段，河道汇流阶段。 河网汇流阶段采用一个时变线性系统按地面、壤
中和地下径流分别进行汇流计算，然后将经过流域调 蓄的各径流成分累积，并将总的径流 Q 演算到单元流 域的出口。
河道汇流采用马斯京根分段演算法。
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水文模型
分类：
按照应用学科划分 ① 工程水文模型 ; ② 农业水文模型 ; ③ 土壤水 文模型 ; ④ 森林水文模型 ; ⑤ 都市水文模型等 。 依照研究对象分类 ① 降水模型 ;② 气温模型 ; ③ 蒸散发模型 ; ④ 土 壤水模型 ; ⑤ 地下水模型 ; ⑥ 地表径流模型 ; ⑦ 水资源模型 ; ⑧ 水质模型等 。 按 照 研 究 对 象 的 目 标 分 第6页/共24页
各层蒸散发的计算原则是，上层按蒸散发能力蒸发，上层 含水量蒸发量不够蒸发时，剩余蒸散发能力从下层蒸发，下层 蒸发与蒸散发能力及下层蓄水量成正比，并要求计算的下层蒸 发量与剩余蒸散发能力之比不小于深层蒸散发系数 C。否则， 不足部分由下层蓄水量补给，当下层蓄水量不够补给时，用深 层蓄水量补给。
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