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。
43
流域单元面积及河段数
44
（ 三 ） 新 安 江 模 型 流 程
45
（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。
新安江流域水文模型课件
地表径流
地下水
雨水或雪水在地表形成的流动，包括河流 流动和地下水流动。
地下水是存储在地下土壤空隙和岩石裂缝 中的水，它可以通过地下水位变化和泉水 等形式补给地表水。
能量平衡与水量平衡
能量平衡
地球上水的循环过程与能量平衡密切相关。太阳能是推动水 循环的主要能源，它加热地表和大气中的水，形成蒸发和降 水。
当前的研究重点主要是建立能够准确模拟新安江流域水文循环过程的数学模型 ，提高模型的可靠性和精度，同时加强模型参数的率定和验证，提高模型的适 用性和泛化能力。
模型的构建方法
数据采集
通过实地调查和遥感等技术手段，获取新安江流域的水文 、气象、地形、土壤、植被等数据信息。
模型参数率定
通过实测数据对模型参数进行率定，确保模型的准确性和 泛化能力。
模型的参数优化
基于观测数据的参数优化
新安江流域水文模型可以通过比较观测数据和模拟数据进行参数优化。例如，通 过调整蒸发、降雨等参数，使模拟的降雨径流过程更接近实际观测数据。
基于灵敏度分析的参数优化
新安江流域水文模型可以通过灵敏度分析来确定哪些参数对模型结果影响较大， 然后对这些参数进行优化。例如，通过改变土壤湿度、植被覆盖度等参数，观察 模型结果的变化，以确定这些参数对模型结果的影响。
气水文学。
水资源的概念
水资源是指地球上可供人类利用的 水，包括地表水、地下水、土壤水 和大气水。
水循环的意义
水循环是地球上水从海洋到陆地再 回到海洋的循环过程，它对地球气 候、生态系统和人类生活都有重要 影响。
水循环过程
蒸发
降水
海洋和陆地上的水通过太阳辐射能加热后 蒸发到大气中，形成云和降水。
当水蒸气在大气中冷凝后形成云，云中的 水分子聚集在一起形成水滴或冰晶，最终 以雨、雪、雾或冰雹等形式降落到地表。
流域水文模型研究进展综述
流域水文模型研究进展综述摘要：介绍了流域水文模型的发展，总结了常用的流域水文模型及特点，最后对流域水文模型的发展进行展望。
关键词：水文模型；分布式水文模型；概念模型；GIS；展望流域水文模型把流域总体看成是一个系统，输入为降雨等，输出为出流流量等。
流域内的水文过程则是系统的状态，是根据水文概念推理计算出来的。
随着全球性缺水问题日益严重，水污染、水资源分布不均衡等问题的日益突出，就要求人们不断加强水文学的定量化研究，而流域水文模型就是其中发展较为迅速的研究领域。
它有助于我们在利用水资源、分配水资源中提供合理的、科学的依据。
流域水文模型在进行水文规律的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。
因此，掌握常见的流域水文模型是必要的。
1流域水文模型的发展特点随着计算机技术的诞生，流域水文模型应运而生。
20世纪50年代后期，系统理论应用迅速发展，水文学提出了流域水文模型的概念。
随后的二、三十年是流域水文模型的蓬勃发展时期。
当前流域水文模型在洪水预报、流域规划等领域起着越来越重要的作用。
其模型的发展主要呈现以下几个特点：1.1时间上呈阶段性随着电子计算机技术的迅速发展，流域水文模型的发展较快，按照发展的时间大约划分为原始、近代、现代三个阶段。
其原始阶段，即水文模型起步阶段，发展时间大约在20世纪50年代后期至70年代初期。
近代发展阶段大约为随后的80年代。
从20世纪90年代至今是模型发展的现代阶段，也是水文模型突破性发展阶段。
该阶段由于地理信息系统和卫星遥感技术的广泛应用，分布式水文模型成为世界各国水文科学家研究的主流，该模型基于数字高程模型，以流域面上分散的水文参数和变量来描述流域水文时空变化的特性。
1.2模型研究的区域不均衡美国和欧洲等发达国家在流域模型研究方面占有重要的地位，而发展中国家在该方面的研究相对落后，具有一定影响力的模型很少。
在我国，除了新安江模型的发展影响较大外，还没有其它影响较为深远的模型。
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。
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
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
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。
分布式流域水文模型[优质PPT]
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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。
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.
雷达 测雨
2019/6/26
分布式流域水文模型
计算机系统 分布式流域水文模型的系统框架图
地理信息 统计
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;
斯坦福流域水文模型研究综述
斯坦福流域水文模型SWMM研究综述摘要：自然界的水文现象,是一种多因素相互作用的复杂过程,由于其形成机理还不完全清楚,水文模型成为一种研究复杂水文现象的重要工具。
本文在在查阅文献的基础上,从斯坦福流域水文模型，国内外 SWMM 研究进展，斯坦福模型主要组成，其他流域水文模型的研究进展个方面对斯坦福模型的研究现状及进展进行了整理和分析，并在此基础上探讨了流域水文模型研究的发展趋势。
关于流域水文模型的研究成果有目共睹，但仍需要深入研究。
总之,流域水文模型与GIS、遥感技术的结合越来越多的受到重视,必将成为今后研究中的一个主要方面。
关键词：斯坦福流域水文模型；综述；研究进展；1.斯坦福流域水文模型流域水文模型的起源是从水文预报模型开始的,即降雨-径流模型。
1932年Sherman用叠加原理提出了单位线模型，单位线模型统治水文界20多年。
随后Nash和Dooge对单位过程线进行了改进,提出了连续变化的暴雨响应模型。
第一个真正的流域水文模型就是1959年Linsley&Crawford开发的斯坦福流域水文模型，并经过改进和扩展,于1966年发展了SWM-IV。
属于概念性集总式水文模型,将整个流域看作一个整体,不考虑流域内的空间变化,数据输入、流域特征描述(土壤类型、土地利用和坡度)通常采用平均值。
这个时期的水文模型应用计算机模拟水循环系统,而不是简单地利用数学公式计算洪峰和降雨-径流关系。
模型已可以模拟降雨、截留、入渗、蒸散发、河道流等水文过程,但模型中的参数大都缺乏明确的物理意义,以经验公式为主,不能反映流域水文过程空间上分散性输入和集中性输出的特点,且模型参数对水文实测资料的依赖性很大,无法模拟产汇流的空间分布规律,以及气候变化、土地利用/覆被等因素对水文过程变化的影响;这个时期的模型还主要表现在以模拟水量为主,无法模拟污染物等的迁移。
虽然这些模型考虑的因素较粗,模拟精度不足,但在资料不完善地区仍然应用广泛。
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。
流域水文模型-PPT精选文档
（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
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
11
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
第四章___新安江流域水文模型.
EU EP ， EL 0 ， ED 0
(4-1)
当 P E WU EP时，
EU P E WU
(4-2)
若WL C WLM ，则
EL (EP EU) WL ， ED 0 WLM
(4-3)
若WL C WLM 且WL C (EP EU) ，则
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。20 世纪 70 年代初建立的新安江模型采用蓄 满概念是正确的。但对于湿润地区，由于没有划出壤中流，导致汇流的非线性程 度偏高，效果不好。80 年代初引进吸收了山坡水文学的概念，提出三水源的新 安江模型。
概念性模型的结构应该反映客观水文规律，参数应该代表流域的水文特征， 把模型设计成为分散性的，主要是为了考虑降雨分布不均的影响，其次也便于考 虑下垫面条件的不同及其变化。降雨分布不均，不但对汇流产生明显的影响，而 且对产流也产生明显的影响。如果采用集总性模型，应用面平均雨量来进行计算， 误差可能很大，而且是系统性的。
力及下层含水量成正比，与下层蓄水容量成反比。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，不足部分由下层含水量补给,
当下层水量不够补给时，用深层含水量补。三层蒸散发的计算程序框图见图 4-2。
其中 PE P E 。所用公式如下：
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。
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。
《2024年SWAT分布式流域水文物理模型的改进及应用研究》范文
《SWAT分布式流域水文物理模型的改进及应用研究》篇一一、引言随着全球气候变化和人类活动的不断加剧，流域水文过程的研究变得日益重要。
分布式流域水文模型作为研究流域水文过程的重要工具，对于理解流域水文循环、水资源管理、洪水预测和生态环境保护等方面具有重要意义。
SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型作为一种分布式流域水文物理模型，因其强大的物理基础和广泛的适用性，受到了广泛关注。
然而，SWAT模型在实际应用中仍存在一些不足和局限性。
因此，本文旨在研究SWAT模型的改进方法及其在流域水文过程中的应用。
二、SWAT模型概述SWAT模型是一种基于物理过程的分布式流域水文模型，可模拟流域内的水文循环过程，包括降雨、径流、蒸发、地下水运动等。
SWAT模型将流域划分为多个子流域，根据子流域的土壤类型、植被覆盖、地形地貌等特征，计算各子流域的水文过程。
SWAT模型具有较高的物理基础和较强的可操作性，已被广泛应用于全球各地的流域水文研究中。
三、SWAT模型的改进方法尽管SWAT模型具有诸多优点，但在实际应用中仍存在一些不足。
为了进一步提高SWAT模型的模拟精度和适用性，本文提出以下改进方法：1. 优化模型参数：通过引入新的参数优化算法，如遗传算法、粒子群优化算法等，优化SWAT模型的参数，提高模型的模拟精度。
2. 引入新的数据源：利用遥感数据、地理信息系统数据等新的数据源，提高SWAT模型的空间分辨率和时间分辨率，更好地反映流域内水文过程的时空变化。
3. 考虑人类活动影响：在模型中引入人类活动因素，如土地利用变化、水利工程等，以更准确地反映人类活动对流域水文过程的影响。
4. 完善模型物理机制：针对SWAT模型中存在的物理机制不足，如地下水运动模拟、溶质运移模拟等，进行深入研究和改进，以提高模型的模拟精度和适用性。
四、SWAT模型的应用研究经过改进的SWAT模型可广泛应用于以下领域：1. 水资源管理：通过模拟流域内的水文循环过程，评估流域内的水资源状况，为水资源管理和保护提供科学依据。
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。
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课程：流域水文模型姓名：xxx专业：水利工程学号：xxxxxxxxxxxx流域水文模型研究的若干进展摘要: 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( GI S) 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GI S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GI S的耦合水文模型是研究的趋势, 尺度问题仍然是关注的焦点。
1引言用数学的方法去描述和模拟水文循环的过程,产生了水文模型的概念[1],水文模型的产生是对水文循环规律研究的必然结果。
水文模型在水资源开发利用、防洪减灾、水库、道路、城市规划、面源污染评价、人类活动的流域响应等诸多方面得到了广泛的应用,当今的一些研究热点,如生态环境需水、水资源可再生性等均需要水文模型的支持。
流域水文模型是在计算机技术和系统理论的发展中产生的,20世纪60、70年代是蓬勃发展的时期, 涌现出了大量的流域水文模型,Stanford流域模型(SWM)、Sacramento模型、Tank模型、Boughton模型、前期降水指标(API)模型、新安江模型等是这一时期的典型代表[2]。
其后一段时期,相对处于缓慢的发展阶段。
随着计算机技术和一些交叉学科的发展,流域水文模拟的研究方法也开始产生了根本性的变化。
流域水文模型研究的突出趋势主要反映在计算机技术、空间技术、遥感技术等的应用方面,分布式物理模型被广泛提出,遥感(RS)、地理信息系统(GIS)在水文模拟中的应用给传统的研究方法带来了创新。
但由于受到技术等原因的制约,分布式模型目前的应用还较困难,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。
2 分布式水文模型流域水文模型根据不同的标准有多种分类[3],根据模型结构和参数的物理完善性,目前常用的可分为概念性模型和分布式物理模型。
概念性模型用概化的方法表达流域的水文过程,具有一定的物理基础,也具有相当的经验性,模型结构简单,实用性强。
分布式物理模型的优点是模型的参数具有明确的物理意义,可以通过连续方程和动力方程求解,可以更准确的描述水文过程,具有很强的适应性。
与概念性模型相比,分布式水文模型用严格的数学物理方程表述水文循环的各子过程,参数和变量中充分考虑空间的变异性,并着重考虑不同单元间的水平联系,对水量和能量过程均采用偏微分方程模拟。
因此,在模拟土地利用、土地覆盖、水土流失变化的水文响应及面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等方面应用显出优势。
参数一般不需要通过实测水文资料来率定,解决了参数间的不独立性和不确定性问题,便于在无实测水文资料的地区推广应用。
自1969年Freeze和Harlan[4]第一次提出了关于分布式物理模型的概念,分布式模型开始得到快速发展。
三个欧洲机构提出的SHE模型[5]是最早的分布式水文模型的代表。
SHE模型考虑了截留、下渗、土壤蓄水量、蒸散发、地表径流、壤中流、地下径流、融雪径流等水文过程。
流域参数、降雨及水文响应的空间分布垂直方向用层表示,水平方向用方形网格表示。
该模型的主要水文过程可由质量、动量和能量守恒偏微分方程的有限差分表示,也可由经验方程表示。
模型有18个参数,部分具有物理意义,可由流域特征确定。
它的物理基础和计算的灵活性使它适用于多种资料条件,在欧洲和其它地区得到了应用和验证[6]。
这期间还有一些考虑流域空间特性、输入、输出空间变化的分布式物理模型,如, CEQUEAU模型[7],将流域分为方形网格,输入所有网格的地形、地貌、雨量等特征,对每一个网格进行计算,在水质模拟、防洪、水库设计等诸多方面有适用性;Susa流域模型[8]强调地表水和地下水的合成,除可模拟径流外,还可以用于预测土地利用的水文效应;还有一些SHE模型的不同版本及IHDM模型[9]等。
国内这方面的研究开展较晚,但也进行了有益的探索和研究。
李兰等[10,11]提出了一种分布式水文模型,模型包括各小流域产流、汇流、流域单宽入流和上游入流反演、河道洪水演进四个部分。
水源分坡面流、壤中流和地下径流,考虑了产流随空间和时间变化的分布特征,能计算产流的多种径流成分的物理过程。
将数学物理反问题与洪水预报结合,给出了流域产流、河道汇流、水库洪水演进三个动态分布预报耦合模型,不仅可以用于分析降水径流规律,还可以用于洪水预报。
该模型在丰满、龙河口和陆浑等水库流域得到应用[12];张建云等[13]建立了参数网格化的分布式月径流模型,并应用模型进行了华北、江淮流域的水资源动态模拟评估。
郭生练等[14]提出了一个基于DEM(DigitalElevationModel)的分布式流域水文物理模型,该模型将流域划分为网格单元,详细描述了网格单元的截留、蒸散发、下渗、地表径流、地下径流、融雪等水文物理过程,在每一个网格上用地形高程来建立地表径流之间的关系。
模型的结构中,植物截留过程引入了描述植物截留能力的物理参数-植物蓄积容量; 流域的蒸散发主要考虑了太阳辐射、日云量、反射率、植物叶面指数、可供土壤水、大气温度等因素;用一维圣维南方程的运动波近似法模拟坡面水流运动,用运动波模型模拟地下径流。
不同网格单元之间水流流向的确定是模型的关键,该模型采用多流向法确定从较高单元到相邻的较低单元的流量,数学公式为:fj→i=spj→i/∑spj→i(1)其中sj→i=(zj-zi)/[(xj-xi)2+(yj-yi)2]1/2(2)式中fj→i表示从j单元分配给i单元的流量部分;sj→i表示从j单元到i单元的方向坡度;p是无量纲常数;z为地面高程;x、y为单元的平面直角坐标。
将式(2)高程用土壤水水头表示来计算地下径流的流量分配。
模型作者应用美国缅因州BBMW流域验证模型的结构和精度[15],将流域划分为30m×30m的网格单元,选用了五场洪水。
模型仅优化调整了一个参数,即下渗能力校正系数,其它参数均可从基础资料中分析求得。
计算得出,模型的效率系数平均值为85.2%,水量守恒指数平均值为0.98,与新安江模型的计算结果相比(分别为83.48%、1.10),精度略高。
3 GIS在水文模型中的应用GIS是运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统[16]。
近年来,GIS在水文模拟中得到了广泛的应用。
借助于GIS强大的空间数据分析处理功能,水文模型的研究手段得到了根本性的转变。
GIS不仅可以管理空间数据,用于模型的输入、输出,而且还可以将水文模块植入GIS 系统,用户只需要根据GIS开发的界面操作,不需要涉及水文模型的本身。
就目前的研究及应用看,GIS与水文模型的结合主要表现为三种方式,即GIS软件中嵌入水文分析模块、水文模型软件中嵌入部分GIS工具(松散型结合)及相互耦合嵌套的形式(紧密型结合)。
水文陆面模拟中,地形是十分关键的因素,GIS用于水文模拟,可以用来获取、操作、显示这些与模型有关的空间数据和所得的成果,使模型进一步细化,从而深入认识水文现象的物理本质[17]。
当今以数字地形模型(DTM)、数字高程模型(DEM)存储的地形信息, 为流域水系信息参数的自动化提取提供了可能[18]。
通过GIS可以提取流域的基本特征,包括下垫面特征、水系、河网等,并可以依据河网等级对流域进行任意的子流域的划分或者进行网格化划分,不仅可以与传统的概念性流域水文模型相结合,管理提供基本的数据信息,并实现输入输出功能,更重要的是为分布式的水文物理模型研制提供了平台。
由GIS可以实现不同数据的可视化结合、数据转换,并可以减少模型输入时的数据误差。
GIS在流域水文模拟中得到广泛的应用,出现了许多商业化的集成软件和专业软件。
如ESRI提供的Hydro模块,可以在Arc/info、Arcview中直接调用;RSI提供的RiverTools,目前发展到2.4版本,它的一个特点是可以处理很大的DEM数据;GarbrechtJ,MartzW.的TOPAZ工具等,这些工具在流域地形处理方面功能非常强大。
还有一些基于GIS的专业水文处理软件,如WMS(WatershedModelingSystem)模型系统,它是美国BrighamYoung大学环境模型研究实验室(EMRL)开发的专业水文模拟处理软件,提供水文模拟全过程的工具。
包括流域、子流域的自动生成、几何参数的计算、水文参数(如汇流时间、降雨深等)的计算等,并能实现模拟结果的可视化。
WMS可以使用矢量地图、DEM、TIN等格式的数据来进行地形分析和水文模拟。
嵌入了多种传统的概念性水文模型,包括HEC-1、NFF、TR-20、TR-55、RationalMethod、HSPF等,根据自动提取的流域参数进行水文模拟,可以用于洪水预报、水库设计、城市规划等。
以地形空间变化为主要结构,用地形信息模拟水文响应的TOPMODEL概念提出后, 国外已有多方面的研究应用[19],国内也有较多的应用和研究报道。
如,郭方等[20]将TOP- MODEL应用在淮河流域史河水系。
任立良等[21,22]建立了基于DEM的数字流域水文模型, 该模型的基本结构是:在流域栅格DEM数据上,应用数字高程流域水系模型(DEDNM)[23] 的原理和方法自动提取流域水系,构建数字流域,主要过程包括凹陷区的识别处理、平坦部位水流流向设定、子流域集水单元勾划、河网生成、河网与子流域编码及河网拓扑关系的建立;然后对生成的每一集水子流域应用新安江模型建立产流模型,再根据河网结构拓扑关系,采用分段马斯京根法,建立数字河网汇流模型,构成了数字水文模型,并在淮河史灌河流域进行了实例应用研究,计算的黄泥庄站时流量过程和蒋集站日流量过程均能与实测过程较好的拟合。
4 遥感水文模型遥感(RS)技术是20世纪60年代以来发展起来的新兴边缘学科,是一门先进的、实用的探测技术[24]。
在水循环领域,作为一种信息源,遥感技术可以提供土壤、植被、地质、地貌、地形、土地利用和水系水体等许多有关下垫面条件的信息,也可以获取降雨的空间变化特征、估算区域蒸发、监测土壤水分等,这些信息是确定产汇流特性和模型参数所必需的。
流域水文模拟的结果很大程度上依赖于输入数据,而往往由于缺乏足够的、合适的数据而不能很好的描述水文过程,并且只有获得详细的地形、地质、土壤、植被和气候资料,对大范围流域气候变化和土地利用产生的水文影响研究才有可能。