第一篇第六章水文模型评估
雨水的水文模型评价
雨水的水文模型评价雨水是大自然赋予我们的宝贵资源，对人类生活和生态环境都具有重要影响。
为了更好地利用和管理雨水资源，水文模型评价成为一种有效的方法。
本文将对雨水的水文模型评价进行探讨和分析。
一、水文模型评价的背景和意义雨水是地球上不可或缺的水资源之一。
然而，气候变化和人类活动对雨水的分配和利用产生了影响，因此需要进行科学的水文模型评价。
水文模型评价可以帮助我们更好地了解雨水资源的供给和分布情况，为水资源的管理和规划提供决策依据。
二、雨水的水文模型评价指标在进行水文模型评价时，需要考虑以下指标：1. 准确性：水文模型的预测结果与实际观测值的接近程度。
2. 稳定性：水文模型对不同时间尺度和空间尺度的适应性。
3. 敏感性：水文模型对输入参数的敏感程度。
4. 可靠性：水文模型预测的可信度和稳定性。
5. 可解释性：水文模型的结果是否能够被解释并用于决策。
三、常见的雨水模型评价方法1. 比较分析法：将不同水文模型的输出结果进行比较和分析，评估其准确性和稳定性。
2. 统计指标法：使用统计学方法对模型输出结果与实际观测值进行定量分析，例如相关系数、均方根误差等。
3. 灵敏度分析法：通过改变水文模型的输入参数，评估模型对参数变化的响应情况，判断模型的敏感性和可靠性。
4. 不确定性分析法：考虑输入数据和模型结构引入的不确定性，评估模型输出的不确定度。
四、应用案例分析以某城市降雨模型为例，通过比较分析不同水文模型的输出结果，评估模型的准确性和稳定性。
同时，采用统计指标法计算模型输出结果与实际观测值之间的相关系数和均方根误差。
进一步，进行灵敏度分析，探究模型对降雨量、地形等参数的敏感程度。
最后，结合不确定性分析，评估模型输出结果的可靠性。
五、结论通过水文模型评价的方法，可以更全面、客观地评估雨水的水文模型。
准确性、稳定性、敏感性、可靠性和可解释性是评价水文模型的重要指标。
在实际应用中，需要根据具体情况选取合适的评价方法，并结合实际观测数据进行分析。
第6章 水文分析
图6.6 洼地提取对话框 图6.7 洼地提取结果
无洼地DEM生成
• 洼地填充
洼地的存在，导致不能得到正确的真实的水流方向，在进行水 文分析之前需要进行洼地区域的填充。
填充前 图6.8 洼地填充示意图
填充后
无洼地DEM生成
• 洼地填充
由于有些洼地也是真实地形的反映，在填充前需要进行洼地深 度的计算，从而判定填充阈值。
图6.10 洼地区域计算 图6.6 洼地区域最低高程计算
无洼地DEM生成
• 洼地深度的计算
洼地区域最低出水口计算
双击spatial analysis tools工具箱中zonal工具集下的zonal fill工具，弹出 zonal fill对话框。
洼地深度计算
加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，选择
图6.23 河网的生成
河网的提取
• 栅格河网矢量化
双击hydrology工具集中的的 stream to feature工具，打 开栅格河网矢量化 对话框
hydrology工具集中的的 stream to feature工具不仅 仅只是将栅格形式河网数据转 化为矢量形式的数据，它利用 了水流方向数据进行辅助分析， 使得矢量化后的河网更真实、 更合理
图6.24 栅格河网矢量化操作
图6.25 得到的矢量化的河网图
河网的提取
• stream link的生成
Stream link是记录着河网 中的一些节点之间的连接 信息，主要记录着河网的 结构信息。
图6.26
弧段
结点
Stream link示意图
双击hydrology工具集中的 stream link工具，弹出如图所 示的stream link计算的对话框。
MIKE中文教程
MIKE中文教程《MIKE中文教程》第一章：简介MIKE是一款强大而全面的水文水资源模拟软件。
MIKE软件系列是丹麦水利研究所（DHI）开发的，已经在全球范围内得到广泛应用。
MIKE软件主要用于水文水资源研究和管理工作，包括河流、湖泊、海洋等水域模拟以及水资源评估等方面。
第二章：安装和配置第三章：基础概念本章介绍MIKE软件中的基础概念，包括水文学基础、水资源管理概述、模型基础等。
用户需要了解这些基础概念，才能更好地理解和应用MIKE软件。
第四章：模型建立本章介绍如何在MIKE软件中建立水文水资源模型。
包括数据导入、模块选择、模型参数设置等方面的内容。
用户需要掌握模型建立的方法和步骤，以便能够灵活地应用MIKE软件进行模拟分析。
第五章：模型运行本章介绍如何对建立好的模型进行运行和分析。
包括模型参数调整、模拟结果分析等方面的内容。
用户需要学会合理地调整模型参数，并能够准确地评估模拟结果。
第六章：模型评估本章介绍如何对模型进行准确性评估。
包括观测数据对比、模型表现评价等方面的内容。
用户需要学会评估模型的准确性，以便能够对模拟结果提供可靠的科学依据。
第七章：模型应用本章介绍如何将MIKE软件应用于具体的水资源管理工作中。
包括洪水预测、水质评估、水资源规划等方面的内容。
用户需要学会将MIKE软件与实际工作相结合，提供可行的管理措施和建议。
第八章：常见问题解答本章收集了使用MIKE软件过程中常见的问题及解答，帮助用户更好地解决遇到的困惑。
第九章：案例分析本章选取一些典型的水文水资源管理案例，进行详细分析和讨论。
用户可以通过这些案例了解实际应用中的问题和解决方法，提高自己的模拟分析能力。
第十章：进阶技巧本章介绍一些高级的模拟技巧和工具，帮助用户深入了解MIKE软件的功能和应用。
包括参数优化、模型调试等方面的内容。
第十一章：附录本章提供了一些相关的附加资料，包括MIKE软件的文献文档、参考书目等。
用户可以通过这些附录资料进一步扩展自己的知识面。
水文模型
模型发展过程CREAMS模型：是20世纪70年代美国农业部农业研究服务中心研发的基于过程的非点源模拟模型，该模型是基于田间尺度的模型，主要用于模拟土地管理对水、沙和营养盐的影响。
SWAT模型：是一个日尺度的连续模型，可以将流域划分为成百上千个子流域和栅格单元，该模型解决了SWRRB模型和ROTO模型组合过程中输入文件繁多、占用大量计算空间，并且SWRRB模型模拟过程需独立运行，然后将其结果输入到ROTO模型才能完成汇流运算的问题。
MATSALU模型是由爱沙尼亚研发的，该模型主要是针对当地海湾农业流域和海湾生态系统，评估不同管理情景对海湾富营养化产生的影响。
该模型的空间划分主要是基于基于基础流域图、土地利用图、和土壤图三个图层的叠加，以此获得基本的污染区域。
其缺点是只针对特定的区域流域设计，模型可移植性较差。
SWIM模型：融合了SWAT和MATSALU模型，保留了原来模型的优点，其模型代码主要基于SWAT，先将MATSALU模型空间三层划分方案引入到SWAT中，之后调整模型，并删除SWAT 中重复参数化的一些模块功能。
模型结构SWIM模型综合了流域尺度的水文、侵蚀、植被以及氮/磷的动态变化等过程，并以气候数据农业管理资料作为模型的外部驱动因子。
其中，水文模块以水量平衡方程为基础，考虑了降水、蒸散发、渗透、地表径流和各层土壤的土壤中流等因素。
SWIM模型中土壤的水文过程流程图水文模拟系统由四个层组成；土壤表层，根系层，浅水层以及深水层。
模型的空间划分：基本思路是：先将中尺度的流域划分为适当的子流域（该过程可以通过一些GIS软件实现），之后基于土地利用情况和土壤类型在每个子流域上做进行水文相应单元的划分，这些单元是一些互不连接的单元，内部具有相同的土地利用方式和土壤类型，并具有统一的水文响应特征。
结语：SWIM模型的开发首先是为了在德。
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
ch6流域水文模型解析
流域产流
河道汇流
地下水汇流
流域汇流
第三页，共八十三页。
§1 流域(liúyù)水文模型的概念
早期的水文分析计算大多采用一些经验相关 的方法(fāngfǎ)，如：相应水位（或流量）法、降雨 径流相关图法、单位线法等。20世纪50年代后期 先后有流量综合与水库调节、斯坦福等模型出现。 这些模型从定量上分析了流域出口断面流量过程 形成的全部过程。60年代先后涌现出了大量的多 参数、复杂的概念性降雨径流模型，比较著名的 有萨克拉门托、水箱等模型。河海大学1973年研 制的新安江模型是一个分散参数的概念性降雨径 流模型，在我国湿润与半湿润地区广为应用，并 取得好的效果。
E=EU+EL+ED EP=KC × EM
第十三页，共八十三页。
§2 新安江模型(móxíng)－蒸散发计算
上层 (Upper layer) EU, WU,WUM
下层
EL, WL,WLM
(Lower layer)
深层 (Deep layer) ED, WD,WDM
上土层(tǔ cénɡ)蒸发量： EU=EP 下土层(tǔ cénɡ)蒸发量： EL=EP.WL/WLM
5mm
缺林地
UM=
20mm
多林地
LM=60~90mm，根据实验，在此范围内蒸散发大约与土 湿成正比。
DM=WM-UM-LM
WM可用实测资料来分析。选择前期特别干旱，本次降雨足
够(zúgòu)大，大得可使全流域蓄满的洪水进行分析。根据水量平 衡：
第三十页，共八十三页。
2.2 模型(móxíng)参数的物理意义及初值的
法，即：
合解上述两式得: Q2=C0I2+C1I1+C2O1
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:
水循环过程与原理
Na Zhao Zuo Qiting
2.2.2.4 土壤—植被—大气界面的水热传输
土壤—植被—大气间的水热传输（Soil-VegetationAtmosphere Transfer, SVAT）问题是陆面过程研究的重 点之一。 SVAT目前发展到含有多个植被层的物理-化学-生物 联合模式，并对水平方向的不均匀性进行了考虑。按其对 植被冠层的处理可分为单层模型、双层模型和多层模型。 现行的对土壤-植被-大气连续体内水分交换的估计， 主要基于能量平衡方程，即利用波纹比能量平衡法。
Na Zhao Zuo Qiting
2.2.2.3 地表能量平衡一般方程
根据能量守恒原理，地表能量的收支平衡关系如下：
Rn Ae LE H G Po Ad
（2.2.1）
式中：Rn 为净辐射，其值为到达地面的总辐射（包括短波辐射和长 波辐射）减去返回大气的辐射；LE为潜热通量，其中L代表汽化潜热 （2.45MJ/Kg），E为被蒸发水量；H为显热通量，代表与大气的显热 交换；G为地中热传导，代表通过地表物质的热量传输； Po为植物生化 过程的能量转换，其中植物光合作用的能量吸收约占净辐射的2％； Ae Ad为移流项 为人工热辐射量（燃料等消耗对地表产生的能量释放）； （因空气或水的水平流动引起的能量净损失）。
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“天然—人工”水循环示意图
Na Zhao Zuo Qiting
内因（水的物理特性）
外因（太阳辐射和地心引力）
水 循 环
Na Zhao Zuo Qiting
2.2 水循环原理
2.2.1 水量平衡原理
Water balance（水量平衡）是指在任一时段内研究区 的输入与输出水量之差等于该区域内的储水量的变化值。水 量平衡研究的对象可以是全球、某区（流）域、或某单元的 水体（如河段、湖泊、沼泽、海洋等）。研究的时段可以是 分钟、小时、日、月、年，或更长的尺度。水量平衡原理是 物理学中“物质不灭定律”的一种表现形式。
河流流域生态水文学研究
河流流域生态水文学研究第一章：前言水是生命源泉，保护水资源生态环境已经成为世界共同关注的问题。
河流是流域水循环的重要组成部分，而河流流域生态水文学正是探讨河流生态系统与水文过程之间关系的一门学科。
本文将系统介绍河流流域生态水文学的相关内容。
第二章：流域水文特性流域水文特性是指一定时间尺度内流域内的水文过程，包括径流和水能等方面。
流域内的水文过程会受到气候、地形、土地利用等因素的影响，在不同时间尺度内水文过程也会有所变化。
水文循环是从大气中获取水分，由土壤、植被、岩石等物质转化的、形成流域内径流的复杂过程。
第三章：流域生态系统流域生态系统由流域内的水、土、气、物和生命体系组成，涵盖了流域所有生物、非生物和人类生活的相互作用。
在流域生态系统中，水文过程是重要的耦合方面，并与植被、土壤有着密切的关联关系。
生态系统的稳定性和可持续性要求对水文过程进行全面刻画和研究。
第四章：流域生态水文模型流域生态水文模型是通过解析流域内不同水文过程之间的相互作用，建立数学模型并进行模拟和预测的一种方法。
流域生态水文模型主要包括物质平衡模型、能量平衡模型、动态分析模型等。
这些模型可以帮助研究人员更好地理解流域水文过程，制定流域管理政策和实施保护措施。
第五章：河流污染与生态修复河流水质污染是世界范围内的普遍问题，与生态系统的健康密切相关。
河流的生态修复包括对河流水体污染的治理和对流域生态系统的修复。
治理流域水质污染涉及到工程技术手段、合理施肥和健康养殖等方面；而流域生态系统的修复则需要坚持生态文明理念，统筹考虑流域内各种生态系统要素，在不断研究和探索中得以实现。
第六章：结论河流流域生态水文学研究是通过对流域水文过程和生态系统进行深入探究和理论研究，达到保护生态环境、维护人类生存等多方面目标的科学手段。
随着社会的发展和科技的进步，该领域的研究将得到进一步拓展和提升，给人类的未来带来更多机遇和挑战。
工程水文学总复习
《工程水文学》总复习
第一章 绪论 第二章 水文循环与河川径流的形成 第三章 水文测验及水文资料的收集与处理 第四章 流域产流、汇流分析与计算 第五章 水文预报 第六章 水文模型简介 第七章 水文统计 第八章 设计年径流及年输沙量的分析与计算 第九章 由流量资料推求设计洪水 第十章 由暴雨资料推求设计洪水
水文调查包括洪、枯水及暴雨调查。
根据洪水痕迹高程确定洪峰流量的常用方法有：水位流量关系法、
比降法（曼宁公式）和水面曲线法。
14
6、水文资料处理
（1）水位流量关系的确定
稳定的水位流量关系曲线： 同一张图上绘制 Z～A、Z～V和Z～Q 关系曲线。
不稳定的水位流量关系曲线：临时曲线法和连时序法。
不同影响因素下水位流量关系：受洪水涨落影响、受河槽冲淤影响、 受变动回水影响及受综合因素影响。
22
3、产流面积的变化
蓄满产流情况：用流域蓄水容量面积分配曲线来表示。随着降雨量 的增加产流面积也增加；产流面积与降雨强度无关。
超渗产流情况：用流域下渗容量面积分布曲线来表示，该曲线与初 始流域蓄水容量有关。随着降雨历时的增长，产流面积时大时小；产流 面积与时段流域蓄水容量和降雨强度有关。
f F
A
大循环与小循环：海陆间的水分交换过程称为大循环；局部地区的 水文循环称为小循环。小循环又分为海洋小循环和内陆小循环。当内陆 距海洋很远时（如我国的西北地区） ，内陆小循环成了内陆地区的主要 水汽来源。
水文循环的作用：联系大气圈、岩石圈和生物圈，塑造地貌形态， 影响气候变迁，决定水资源分布和生物种群的分布，促进全球能量再分 配，侵蚀和搬运泥沙等。
2
第一章 绪论
1、水文学、水资源、应用水文学和工程水文学及它们之间的关系
水资源利用与管理的模型建立与评估
水资源利用与管理的模型建立与评估水资源是人类生存和发展的重要基础资源，也是生态文明建设的重要支撑。
但是随着人口的增长和社会经济的发展，人类对水资源的需求不断增加，而供水能力却有限。
加之环境的污染和气候变化的影响，水资源面临着严重的挑战。
为了更好地利用和管理水资源，建立和评估水资源利用与管理的模型显得尤为重要。
一、水资源利用与管理的模型建立水资源利用与管理的模型是指通过对水资源的调查分析、预测模拟、方案设计和决策评估，建立一种科学、可靠的水资源利用与管理决策支持工具。
该模型的建立应包括以下几个方面:1、水资源现状分析：通过对水资源量、分布、用途、利用强度等基本情况的统计分析，深入了解水资源的现状和发展趋势。
2、水资源需求预测：针对不同用途和不同区域对水资源的需求进行分析和预测，预测未来水资源供需状况和变化趋势。
3、水资源保障方案设计：根据水资源供需预测结果，制定科学合理的水资源的开发、利用和保护方案，包括水资源开发方式、节水技术、水资源回用及引进新的水资源等等。
4、水资源管理决策评估：对不同方案的实施效果、社会经济效益、生态环境影响等进行评估，确定最优方案并实施可行性研究。
二、水资源利用与管理的模型评估水资源利用与管理的模型评估是指对已经建立的模型的科学性、可靠性、适用性和有效性进行评估，以保证模型的科学性和实用价值。
1、科学性评估：评估模型应基于科学构建和运用科学方法，通过对水资源的调查、实验、分析、模拟等多方面的数据学科，建立具有科学性和可靠性的模型。
2、可靠性评估：评估模型应具有可靠性，包括数据的完整性、正确性、精度和准确性等多方面的考虑，以保证模型的可靠性和稳定性。
3、适用性评估：评估模型应能适应不同的地理、气候、环境等条件，同时应能够适应不同用途和要求，以满足不同水资源管理需求。
4、有效性评估：评估模型的有效性应通过评估和实际应用验证，评估模型应针对实际问题，从理论和实践两方面进行评估，以保证模型的有效性和实用价值。
如何进行水文模型参数估计与优化
如何进行水文模型参数估计与优化水文模型是研究水文过程的数学和物理模型，在水资源管理、洪水预报、水文预测等领域具有重要的应用价值。
水文模型通过对流域内水文过程的数学描述，可以模拟和预测流域内的水文变化，为水资源利用和水灾防治提供科学依据。
水文模型的准确性和可靠性取决于其参数的估计与优化。
本文将着重探讨水文模型参数估计与优化的方法和技术。
一、水文模型参数估计方法水文模型中的参数是用于表征流域水文过程特征的数值，包括径流系数、蒸散发系数、水库出流系数等。
水文模型参数的估计是建立模型并进行模拟预测的基础，常见的水文模型参数估计方法包括以下几种。
1. 直接观测法：通过野外观测和实测数据，直接获取模型参数。
例如，通过水文站点的水位、降雨量等实测数据，运用流量-水位关系曲线和单位线法等方法，推算出流域的径流系数。
2. 统计法：利用历史观测数据和统计分析方法，对模型参数进行估计。
例如，对于蒸散发系数，可以通过观测站点的气象数据，利用统计分析方法拟合出蒸发量与气象因子之间的关系，并将拟合参数应用于水文模型。
3. 迭代优化法：使用数值优化算法，通过不断迭代计算，寻找使模型模拟结果与实测数据拟合最好的参数。
其中，常用的数值优化算法包括梯度下降法、遗传算法、模拟退火算法等。
这些算法通过不断调整参数数值，优化模型的适应性。
二、水文模型参数优化技术水文模型参数优化的目标是寻找模型输出与实测数据之间最好的拟合程度，通常使用的评价指标包括均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）等。
为了提高参数优化的效果，可以采用以下技术。
1. 敏感性分析：通过敏感性分析，确定影响模型输出的关键参数。
敏感性分析可以基于数值计算或数学推导，得到不同参数对输出结果的影响程度。
通过优先调整敏感性较高的参数，可以提高参数优化的效果。
2. 参数拟合范围设定：对于某些参数，可能存在边界约束或物理意义约束。
在进行参数优化时，需要合理设定参数的拟合范围，以保证优化结果的可靠性和合理性。
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。
第一篇第六章水文模型评估
模型选取应该考虑以下几个关键问题：
① 模型的输出信息是否满足决策需求 ② 模型的适用区 ③ 模型的当前状态 ④ 模型的数据需求 ⑤ 模型对不同数据源获取信息的能力 ⑥ 模型对用户的要求 ⑦ 采用该模型软件的开销及可获得的技术支持状况
模型选取的标准：
① 模型预测的精度
② 模型的简易性
③ 参数估计的一致性
指根据流域特征确定模型参数的初始值。对于具有 物理意义的参数，可以通过野外测量和文献资料分 析获取；对于过程参数，通过对流域水文特征的判 断和理解给出参数的取值范围（最大和最小值）。
参数评估
进一步减小参数初估的不确定性。可以采用多种 方法减小参数初估的不确定性。典型的方法是首 先在参数取值范围内选取一个初值，然后通过人 工或计算机自动调整参数，使得模型更适用于该 流域。
过程参数
指不能够通过直接测量得到的表征流域特性的参 数，随流域降雨径流特性以及下垫面条件不同而 不同，包括：各土层最大蓄水容量、自由水库最 大容量、蒸散发系数以及各种水流的出流、消退 系数等。这类参数在模型中不具有明确的物理含 义，可以通过物理成因分析推导或计算。
模型参数的确定过程
参数初估
现代水文模型
主讲教师： 曾小凡 zengxiaofan@ 孙怀卫 huaiweisun@ 赵娜 na.zhao.2011@
第一篇 水文模型基础（8课时）
第一章 绪论
第二章 水循环过程与原理
第三章 降雨径流过程 第四章 蒸散发过程模拟
第五章 产汇流过程模拟
第六章 水文模型评估
《现代水文模型》
水文模型评估
水文模型评估概述
模型选取 （根据研究问题选取模型）
模 型 评 估 的 步 骤
模型率定 （模型参数的估计）
反射湖泊的水文预测和水文模型评估
反射湖泊的水文预测和水文模型评估随着气候变化和人类活动的影响，湖泊水文系统的监测和预测变得日益重要。
反射湖泊作为一种特殊的湖泊类型，其水文特性具有一定的独特性。
本文将探讨反射湖泊的水文预测和水文模型评估。
一、反射湖泊的水文预测反射湖泊的水文预测需要考虑到多种因素，包括降水、蒸发、径流和湖泊水位等。
首先，降水是反射湖泊水文系统的重要组成部分。
通过对降水量的监测和预测，可以预测到湖泊的补给量。
其次，蒸发是湖泊水量减少的主要过程，对蒸发进行精确的预测，可以更好地理解湖泊水文系统的动态变化。
此外，及时监测湖泊的水位变化，对于预测湖泊水文变化也具有重要意义。
在反射湖泊的水文预测中，常采用水文模型来进行分析和预估。
水文模型是一种将降水、蒸发、径流等过程相互关联起来，并通过代数方程或微分方程来描述的数学模型。
常用的反射湖泊水文模型包括水平面湖泊模型和垂直面湖泊模型等。
水平面湖泊模型假设湖泊的水深均匀分布，适用于较浅的湖泊。
垂直面湖泊模型则考虑了湖泊的垂直水深分布情况，适用于较深的湖泊。
二、水文模型评估水文模型评估是对模型的准确性和可信度进行评估和验证的过程。
在反射湖泊水文模型评估中，需要进行验证和校正，以确保模型的可靠性。
模型评估可以通过多种方法进行，包括定量和定性分析。
定量分析是常用的水文模型评估方法之一。
通过与实测数据进行对比，计算出各种指标来评估模型的拟合效果。
常用的评估指标包括均方根误差、决定系数等。
均方根误差是衡量模型拟合效果的一种常用指标，通常情况下，均方根误差越小，模型的预测效果越好。
决定系数是用来衡量模型解释实测数据变异性的指标，其取值范围在0到1之间，值越接近1，模型的解释能力越好。
定性分析是模型评估的另一种重要方法。
通过对模型的物理机制和假设进行分析，评估模型在描述反射湖泊水文过程中的合理性和准确性。
定性分析可以帮助我们深入理解模型的局限性和不足之处，并针对性地改进模型结构和参数。
结论反射湖泊的水文预测和水文模型评估对于湖泊水资源的管理和保护至关重要。
河流水文问题的建模与分析
河流水文问题的建模与分析第一章序言河流水文问题是流域规划、水资源管理和环境保护等领域的核心问题之一。
水文模型是理解和解决水文问题的关键工具，也是评估人类活动对流域水文环境影响的基础。
在本文中，我们将讨论河流水文问题的建模与分析，介绍一些通用的模型和方法，并给出具体的应用实例和案例分析。
第二章河流水文问题简介河流水文问题是指从降雨、蒸发转移、地表径流、地下水等角度研究河流的水文特征。
河流水文问题的一些关键问题包括：1. 如何描述流域的水循环过程？2. 如何估算不同时间尺度内的径流？3. 如何预测未来的径流变化？4. 如何评估人类活动对流域水文环境的影响？第三章水文模型水文模型是用来描述和预测水文循环过程的数学模型。
流域水文模型通常由以下三个方面的模块组成：1. 降雨-径流转移模块：用来描述雨量输入和流量输出之间的关系，包括地表径流、河道径流和地下水径流等。
2. 水量平衡模块：用来描述水量的汇入和汇出平衡，包括降雨、蒸发、蒸散发、地下水补给和流出等。
3. 地形模块：用来描述地形特征对流域径流的影响，包括流速、流向、坡度和河道形态等。
常见的水文模型包括基于统计方法的模型和基于物理过程的模型：1. 基于统计方法的模型：通常采用统计学原理和数据分析技术来描述降雨和径流之间的关系，常见的统计方法包括回归分析、灰色系统分析和人工神经网络等。
但是，这种模型具有不稳定性、缺少可解释性和传递性的问题。
2. 基于物理过程的模型：采用流体动力学、热力学等物理学原理来描述和预测水文循环过程，以及流域的水文响应。
基于物理原理的模型对河流水文问题的解释能力更强，但需要更多的参数和数据，同时更加复杂和计算量大。
第四章模型应用在实际应用中，水文模型已经成为评估河流水文问题的重要手段。
以下是一些常见的应用：1. 面源污染评估：通过采集表层水和土壤样品，结合水文模型，定量分析农业面源污染物对河流水质的影响。
2. 洪水预测：通过水文模型对雨量、蒸腾和径流特征等数据进行分析和预测，以便有关部门及时采取应对措施。
水文水资源评估预测模型的构建与应用
水文水资源评估预测模型的构建与应用一、引言水是生命之源，是支撑人类生产、生活和生态系统稳定运行的重要资源。
水文水资源评估预测模型是对水文过程进行系统性分析、科学模拟，进而预测未来时期水文水资源状况、进行水资源评估、决策支持的重要工具。
本文将从模型概述、模型构建、模型应用三个方面入手，力图全面阐述水文水资源评估预测模型的构建与应用。
二、模型概述水文水资源评估预测模型是一个建立在水文学和统计学基础上的、能够定量揭示自然水循环运动规律，预测未来时期水文过程变化及其对人类生产、生活和生态环境的影响的数学模型。
常用的水文水资源评估预测模型有时间序列分析模型、灰色预测模型、神经网络模型、贝叶斯统计模型、SWAT模型等。
三、模型构建1.时间序列分析模型时间序列分析模型是一种利用不同时间段内的水文气象数据对水文过程进行预测的模型。
时间序列分析模型中最常用的是ARIMA（Autoregressive Integrated Moving Average）模型，该模型将水文过程建模为自回归（AR）过程、差分（I）过程和移动平均（MA）过程的组合。
2.灰色预测模型灰色预测模型是一种非参数模型，其基本假设是样本数据的发展趋势能够在靠近现在的时刻被发现。
其中最常用的是灰色系统模型GM(1,1)，该模型基于对数据序列进行一次累加求和的方式，建立出状态方程，并利用反演技术对经验模式函数进行分解。
3.神经网络模型神经网络模型是一种仿生学模型，其将信息输入为一个或多个输入层，然后通过连接黑盒隐层最终输出信息并调整模型参数。
其中最常用的是BP神经网络模型，该模型通过对训练样本进行学习，优化网络参数，实现对水文过程的精准预测。
4.贝叶斯统计模型贝叶斯统计模型是一种根据贝叶斯定理进行推断的模型。
该模型通过先验概率和样本观测数据计算后验概率，最终得出水文过程的概率分布。
其中最常用的是马尔科夫蒙特卡洛（MCMC）方法，该方法通过对样本进行抽样，计算概率分布，并确定预测结果。
水资源管理中基于水文模型的水资源评估与规划研究
水资源管理中基于水文模型的水资源评估与规划研究在全球范围内，人们对于水资源的需求呈现出不断增长的趋势。
同时，在气候变化等因素的影响下，水资源的供应量也越来越不稳定。
如何高效地管理和利用水资源，成为了当前亟待解决的问题。
对于水资源管理者而言，了解水资源的现状和未来发展趋势非常重要，而水文模型是一种可行的工具，能够对水资源进行评估和规划。
一、水文模型的概念及其作用水文模型是指对流域内水文过程进行系统分析、数学建模和计算机模拟，以此来预测流域水文过程的发展趋势及其对未来的影响。
水文模型能够通过对流域内水文要素进行监测，模拟出流域内水文过程在不同条件下的变化情况，为水资源管理者提供科学、准确的决策支持，能够有效地辅助水资源规划、调度和管理等工作。
水文模型主要包括物理模型和统计模型两种类型。
物理模型是基于流域内水文要素的物理过程的数学描述，在地理信息系统的支持下，通过对水文过程中的各种因素进行建模，来模拟出水文过程的变化情况。
统计模型则是通过对历史水文数据的统计分析，来找出变化规律和趋势，为未来水文预测提供依据。
两种模型都有其优缺点，具体使用时应根据实际情况选择。
二、基于水文模型的水资源评估水资源评估是指对流域内水资源现状及其发展趋势进行系统分析和评价的过程。
基于水文模型的水资源评估能够准确地分析流域内水文过程的特点和变化趋势，从而了解流域内水资源的分布状况、利用效率以及存在的问题等，为合理规划流域内水资源提供依据。
水文模型可以通过对流域内水文过程进行模拟，得到流域内的水资源量、水质状况以及径流规律等数据，对这些数据进行分析，就可以对流域内水资源的情况进行评估。
在评估水资源时，要考虑流域内的降雨量、蒸发量、径流量、地下水量等各个方面的因素，综合分析各类数据，得到流域内水资源现状和未来发展趋势的完整图景。
三、基于水文模型的水资源规划水资源规划是指制定水资源合理利用、保护和开发的计划，推动水资源可持续利用的过程。
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参数评估
进一步减小参数初估的不确定性。可以采用多种 方法减小参数初估的不确定性。典型的方法是首 先在参数取值范围内选取一个初值，然后通过人 工或计算机自动调整参数，使得模型更适用于该 流域。
参数率定方法
人工率定
通常采用试错法进行调参。 缺点：缺少普遍公认、客观的度量准则来确定何时 终止率定过程。
自动率定
又称为参数优选。参数自动优化过程就是采用数 学算法、通过系统的反复试验改变模型参数值的 大小，使得河流特征模拟值和实测值的差别最小。 这些反复的试验称为“迭代”。
3 模型验证
模型选取应该考虑以下几个关键问题：
① 模型的输出信息是否满足决策需求 ② 模型的适用区 ③ 模型的当前状态 ④ 模型的数据需求 ⑤ 模型对不同数据源获取信息的能力 ⑥ 模型对用户的要求 ⑦ 采用该模型软件的开销及可获得的技术支持状况
模型选取的标准：
① 模型预测的精度
② 模型的简易性
③ 参数估计的一致性
思考题
1. 为什么要进行水文模型评估？
2. 如何进行水文模型的评估？关键步骤是什么？ 3. 结合以后学习的具体水文模型，思考水文模型 评估的重要性和必要性。
现代水文模型
主讲教师： 曾小凡 zengxiaofan@ 孙怀卫 huaiweisun@ 赵娜 na.zhao.2011@
第一篇 水文模型基础（8课时）
第一章 绪论
第二章 水循环过程与原理
第三章 降雨径流过程 第四章 蒸散发过程模拟
第五章 产汇流过程模拟
第六章 水文模型评估
《现代水文模型》
水文模型评估
水文模型评估概述
模型选取 （根据研究问题选取模型）
模 型 评 估 的 步 骤
模型率定 （模型参数的估计）
模型验证 （该模型适合吗？） 适合 模型应用
不适合
主要内容
1. 2. 3. 4.
模型选取
模型率定
模型验证
模型评价
1 模型选取
客观、准确的选取模型可以有效地促进水文工作。目前， 供我们使用的水文模型非常之多，如何选择真正适合的水文模 型，是需要解决的首要问题。
残差序列相互独立性检验 残差序列同方差检验 残差序列正态分布检验
4 模型评价
模型不确定性评价
不确定性来源：资料或信息误差问题；模型结构； 模型参数的优选调试。
模型适用性评估
国际：如果流域处于湿润地区，简单模型与复杂 模型可以取得同样的效果，但是，对于干旱或半 干旱的流域，很多模型就无能为力了。 国内：在湿润区，只要能控制住水量平衡，结构 简单和结构复杂的模型精度相差不明显；适用于 干旱、半干旱、喀斯特流域和平原水网流域的流 域水文模型仍比较缺乏。
过程参数
指不能够通过直接测量得到的表征流域特性的参 数，随流域降雨径流特性以及下垫面条件不同而 不同，包括：各土层最大蓄水容量、自由水库最 大容量、蒸散发系数以及各种水流的出流、消退 系数等。这类参数在模型中不具有明确的物理含 义，可以通过物理成因分析推导或计算。
ห้องสมุดไป่ตู้
模型参数的确定过程
参数初估
④ 参数的敏感性
2 模型率定
无论选择哪种模型，都包含很多表征物理过程的未 知参数。 使用模型模拟径流过程之前，必须对模型参数进行 赋值，也就是说必须评估这些参数使得模拟径流过程
和实测径流过程达到最佳程度的拟合，这一过程称为
“模型率定”。
模型参数
具有物理意义的参数
指能够通过直接测量得到的用来表征流域特性的 参数。包括：河长、河道坡度、雨量站权重、流 域面积、不透水面积的比率等，这类参数一经确 定不再修改。
降雨－径流模型最主要的目的是根据降雨情况模拟径流序列 ，因此考察模型性能的第一步也是最关键的一步就是比较模 拟和实测径流过程线。模型验证又被称为“诊断检查”。
《水文情报预报规范SL250-2000》中规定检验期定为“2年
”是参照国际通行的下限要求，当资料充分时，应使用更多
一些的资料。
需要验证的内容---残差分析