WEP模型的开发与分布式流域水循环模拟.doc
WEP模型的基本原理和程序基础
用Penman-Monteith公式计算实际蒸发蒸腾量
土壤实际蒸发量计算 Green-Ampt模型的累积入渗量计算 积雪融雪计算
三、如何读懂WEP程序
程序结构
– 打开程序
三、如何读懂WEP程序
读懂程序的技巧:
– 需要掌握的基础知识:水文学、水力学、微积分、
数值分析、FORTRAN – 从输入、输出文件入手 – 写注释、做文档 – 分工合作,加强交流
URBAN
SOILVEG SVEI SVIR SVNI SVGA RESIS ALBEDO
计算单元内都市域的水热通量计算
计算单元内裸地-植被域的水热通量计算 计算单元内裸地-植被域的水热通量计算 (非强降雨时期) 计算单元内灌溉农田域的水热通量计算 计算单元内非灌溉农田域的水热通量计算 强降雨时期各透水域的水热通量计算(用Green-Ampt模型计算入渗) 空气动力学阻抗与植被群落阻抗的计算 短波放射量反射率的計算
二、WEP模型原理简介
WEP模型发展历程
WEP——Water and Energy transfer Process
WEP模型(1995-1998):日本 IWHR-WEP模型(2002-2003):黑河 WEP-L模型(2004):黄河
一维坡面汇流
一维河道汇流
二、WEP模型原理简介
dS SW SM E dt
二、WEP模型原理简介
模型的垂向结构(基本计算单元内)
三、如何读懂WEP程序
程序结构 读懂程序的技巧 中级篇、高级篇
输入输出文件的开设
水文气象
三、如何读懂WEP程序
数据、参数输入模块
共有参数、变量及数组的定义模块
WEPP水蚀预报流域模型
第18卷第5期1998年10月水土保持通报Bullet in of So il and W ater Co nser vat ionVo l.18N o.5Oct.,1998 WEPP水蚀预报流域模型*刘宝元 史培军(北京师范大学资源与环境科学学院・北京・100875)摘 要 WEPP是“新一代水蚀预报技术”开发的计算机土壤侵蚀预报模型,可用于水土保持规划、环境规划及评价。
WEPP是以随机天气生成模型、入渗理论、水文学、土壤物理、作物科学、水力学和侵蚀力学为基础开发的,它在坡面的应用及流域版的基本功能使它比现有侵蚀预报模型有明显优越性,主要包括:(1)估算土壤侵蚀时空分布即全坡面或坡面任一点的净土壤流失量及其随时间的变化。
(2)WEPP模型是过程模型,可应用于更广泛的条件下。
主要介绍了W EPP模型流域版的基本概况和用美国6个不同地方15个小流域实测资料的检验结果。
中图分类号:S157.1关键词: 水蚀预报 WEPP模型 敏感性分析Water Erosion Prodiction Project(WEPP)Model for Watershed ScaleL iu B aoy uan S hi P eij un(Beij ing N or mal U niver sity,Beij ing,100875,PR C)Abstract T he Water Erosion Prodictio n Pro ject(WEPP)w atershed scale model w as devel-oped by the USDA for soil erosio n assessment and conservation planning.Serveral sensitivity analy ses and evaluation studies have been co nducted fo r the WEPP hillslope v er sion,but few efforts have been m ade to evaluate the accuracy o f W EPP w atershed model predictio ns by co mpar ing predicted results to m easur ed data.The pur pose o f this study w as to give a brief intro duction of W EPP w atershed model and to evaluate the WEPP w atershed mo del applica-bility and predictio n accur acy for sm all w atersheds under different climates,to pog raphies, so ils,and manag em ents.Data fr om15w atersheds of6locatio ns in the U nited States w ere co mpar ed to r unoff and sedim ent yield estimates using WEPP95.T he result sho ws that the WEPP predicted reasonable averag e annual and event runoff and sediment yield w ith default param eter estim ation procedures for mo st of the sites and individual w ater sheds.Mo del effi-ciencies fo r storm by storm runoff and sedim ent yield w er e quite reaso nable for g eneral condi-tio ns.T he distributio ns of measured and predicted events w ere sim ilar.T his study also point-ed out the potential areas for mo del im pr ovement,including better and mor e specific silage routines,in addition of a w eed component to the plant gr ow th and m anagement model,and better linkag e of the sediment from co ntoured hillslopes to the watershed channel system. Keywords:water erosion prediction;WEPP modelling;sensitivity analyses and evaluation土壤侵蚀预报模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源,管理和维持人类长期生存环境的重要技术工具,受到各国的普遍重视。
分布式水文模型word
第六章分布式水文循环模型近年来,水文模型研究的重点已从集总式流域水文统计模型转向分布式水文模型的研究,分布式水文机理过程模型的开发成为人们关注的焦点。
分布式水文模型的研制首先需要获得大量的流域空间分布数据,目前的水文模拟技术则趋向于将水文模型与地理信息系统(GIS)的集成,以便充分利用GIS在数据管理、空间分析及可视性方面的功能。
而数字高程模型(DEM)是构成GIS的基础数据,利用DEM可以提取流域的许多重要水文特征参数,如坡度、坡向、水沙运移方向、汇流网络、流域界线等。
因此,基于DEM 的流域分布式水文模型是水文模拟技术发展的必然趋势,也是本文水资源量可再生性的理论与评价研究的重要基础。
6.1 流域数字高程模型DEM及在水文中的应用数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)是由美国麻省理工学院Chaires ler教授于1956年提出来的,其目的是用摄影测量或其他技术手段获得地形数据,在满足一定精度的条件下,用离散数字的形式在计算机中进行表示,并用数字计算的方式进行各种分析。
DEM作为地理信息系统的基础数据,已在测绘、地质、土木工程、水利、建筑等许多领域得到广泛应用。
本节将介绍DEM的基本知识及其在水文中的应用。
6.1.1 DEM的基本知识(1) 地形的数字描述20世纪中叶,随着计算机科学、现代数学和计算机图形学等的发展,各种数字的地形表达方式得到迅猛的发展。
1958年Miller和Laflamme提出了数字地形模型DTM(Digital Terrain Mold)的概念,并给出了以下的定义:数字地形模型是利用一个任意坐标场中大量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示。
实际上,数字地形模型DTM是通过地表点集的空间直角坐标(x,y,z)并视需要进一步伴随若干专题特征数据来表示地形表面的。
它的更通用的定义是描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列,从数学的角度,可以用以下二维函数系列来概括地表示数字地形模型的丰富内容和多样形式:()),,3,2,1;,,3,2,1( ,n p m k v u f K p p k p === (6.1.1)式中:K p ——第p 号地面点(可以是单一的点,但一般是某点及其微小邻域所划定的一个地表面元)上的第人类地面特性信息的取值;u p ,v p ——第p 号地面点的二维坐标,可以是采用任一地图投影的平面坐标,或者是经纬度和矩阵的行列号等;m ——地面特性信息类型的数目(m ≥1);n ——地面点的个数。
基于SWAT模型的珲春河流域分布式水文模拟
延边大学本科毕业论文二 〇〇 九 年 六 月本 科 毕 业 论 文 本科毕业设计 学校代码: 10184 学 号: **********题 目:基于S W A T 模型的珲春河流域分布式水文模拟 学生姓名:X X学 院:理学院专 业:地理信息系统班 级:2005级指导教师:X X X 副教授摘要本文选择珲春河流域为研究区域,利用SWAT模型与GIS结合的方式进行水文模拟。
在已有资料基础上,探讨了珲春流域气候波动和土地覆盖变化下的径流响应,利用建立的水文模型,对在假定未来环境变化情景下珲春河流域水文过程变化趋势进行了预测模拟。
模拟不是很精确,但是本文的研究法方在图们江水文研究上是一种积极探索。
关键词:SWAT、珲春河、水文效应单元(HRU)、土地利用/覆盖、水文模型。
AbstractSelecting Hunchun River region as study area, this thesis simulates the hydrological process and forecasts the water resource response under the changing environment using SWAT added into ArcGIS. On base of the data I have, the thesis discusses the runoff effect under the climate and land use changing, and simulates hydrological process based on hypothesis scenarios using calibrated model. Our simulation is not perfect but it is a good explore for the hydrological of Tumen river basin.Key Words: Soil and Water Assessment Tool (SWAT); Hunchun River; HRU; land use/cover; hydrological model目录引言 (2)第一章SW AT模型 (1)1.1 SW AT分布式水文模型研究目的 (1)1.2 SW AT模型原理和结构 (1)1.3 SW AT模型运算流程 (2)1.4模型结构和参数 (2)第二章研究区域 (4)2.1 研究区行政范围及研究意义 (4)第三章 SWAT的珲春河水文模拟 (5)3.1 水文模拟的数据和软件环境: (5)3.2 水文响应单元(hydrologic response units,HRU) (6)3.3 土地利用/覆盖数据库 (6)3.4模型参数 (7)3.5 土壤类型数据库 (8)3.6 珲春河流域坡度提取 (8)3.7 气象气候数据 (9)结论和讨论 (11)参考文献 (1)谢辞 (1)引言目前全世界范围内,针对水文方面的研究方法正在向定量化方向发展,而地理信息系统、遥感等空间测量技术的迅速发展,带动了水文研究向更加科学化的方向发展。
第一节 流域水循环与分布式水文模型
分布式水文模拟模型的应用
Mike SHE模型
Mike SHE模型(System Hydrologic European) 是一个典型的整体分布式水循环模拟模型。 在SHE模型中,流域在平面上被划分成许多 矩形网格,这样便于处理模型参数、降雨 输入以及水文响应的空间分布性;在垂直 面上,则划分成几个水平层,以便处理不 同层次的土壤水运动问题。
模型可采用多种方法将流域离散化(一般 基于栅格DEM),能够响应降水、蒸发等 气候因素和下垫面因素的空间变化以及人 类活动对流域水文循环的影响。
分布式水文模拟模型的应用
SWAT模型
子流域有三种划分的方法:自然子流域 (Subbasin)、山坡(Hillslop)和网格 (Grid) 。 每个子流域的输入信息归为5类:气候、水 包括子流域内具有相同植被覆盖、土壤类 文响应单元HRU、池塘(或湿地)、地下 型和管理条件的陆面面积的集总。 水和主河道(或河段) 。 在结构上,每个子流域至少包括:1个水文 响应单元HRU、1个支流河道(用于计算子 流域汇流时间)、1个主河道(或河段)。 而池塘(或湿地)为可选项。
陆面部分(即产流和坡面汇流部分):它 控制着每个流域内主河道的水、沙、营养 物质和化学物质等的输入量 。
水循环的水面部分(即河道汇流部分)-: 它决定水、沙等物质从河网向流域出口的 输移运动。
分布式水文模拟模型的应用
分布式地下水模拟模型
常用的地下水文模拟模型包括解析模型、 数值模型、水均衡模型及物理模型等。数 值模拟模型以其精度高、物理意义明确, 而逐渐成为地下水文模拟的重要发展趋势。 而数值模拟方法又分为有限差分法和有限 单元法,其各有优缺点。 目前国际上较为流行的地下水数值模拟模 型主要包括ModFlow和FeFlow。
WEP模型的基本原理和程序入门
《诗经》:雨和雪可以互相转换,快速凝结形成雹 《The book of Master Chi Ni》:“风(包括水蒸气)是天上的气, 雨是地上的气,风经年不息地吹,雨由于风的(冷凝)作用落到地上, 我们就说天上的气(通过降水)下沉,地上的气(通过蒸发)上升” 《吕氏春秋》:“云气西行云云然,冬夏不辍;水泉东流,日夜不休; 古印度: 上不竭,下不满,小为大,重为轻,圜道也” 《奥义书》
降水 地表面 不饱和 土壤层 浸透
Lm
降水强度> Ks,多层Green-Ampt 模型
initial value qo saturated value q s F1 moisture content q 1st layer
入渗超过径流
L1
饱和超过径流
L2 t2
t1 F2
2nd layer
地下水溢出
Lm-1
山丘区地下水流动逐日计算
平原区地下水流动逐日计算 坡地汇流计算 (1D Nolinear Kinematic Wave法) 河道汇流计算 (同OVERLAND)
WEP-L模型的模块(二)
TRENCH PONDREG YDB WATER 人工渗透设施计算 水库及蓄水池调节计算 淤地坝调节计算 计算单元内水域的水热通量计算
二、WEP模型原理简介
WEP模型发展历程
WEP——Water and Energy transfer Process
WEP模型(1995-1998):日本 IWHR-WEP模型(2002-2003):黑河 WEP-L模型(2004):黄河
一维坡面汇流
一维河道汇流
二、WEP模型原理简介
数据、参数的输入 初期条件的设定(土壤水分量、地下水位、河道流量等)、边界条件的设定(河 道、地下水)等 计算单元内土地利用的再分类 日降雨的日内时间尺度展布 降雨的流域空间展布 各观测站的日放射量计算(小时、日) 计算单元各类土地利用区的表面及不饱和土壤层内的水热通量计算
基于WEAP模型的塔里木河干流水资源调配方案研究
基于WEAP模型的塔里木河干流水资源调配方案研究魏光辉;姜振盈【摘要】开展流域需水量模拟计算,对水资源配置及科学调度具有重要意义.以新疆塔里木河干流为例,基于WEAP模型对不同干旱等级下的需水量进行方案模拟.结果表明:方案1可使干旱年缺水率减少10.8%,重度干旱年缺水率减少9.4%,极端干旱年缺水率减少8.3%;方案2可使干旱年缺水率减少12.9%,重度干旱年缺水率减少19.8%,极端干旱年缺水率减少25.4%;方案3可使干旱年缺水率减少15.9%,重度干旱年缺水率减少23.1%,极端干旱年缺水率减少28.7%.研究结果为塔里木河干流水资源的可持续利用提供了科学依据.【期刊名称】《人民珠江》【年(卷),期】2019(040)006【总页数】5页(P77-81)【关键词】WEAP模型;需水量计算;干旱等级;塔里木河干流【作者】魏光辉;姜振盈【作者单位】新疆塔里木河流域管理局,新疆库尔勒 841000;新疆塔里木河流域管理局,新疆库尔勒 841000【正文语种】中文【中图分类】TV213.9需水量的模拟与预测是掌握区域需水规律及特征的重要手段,在水资源规划、水资源系统模拟、供水风险分析等方面广泛应用[1]。
许多发达国家从20世纪60年代就开始重视对国民经济各部门需水量的预测,中国从20世纪80年代末开始对需水量预测进行了深入研究。
目前常用的预测方法主要有趋势分析法、时间序列法、定额法以及回归分析法等[2]。
为了减少不确定性,一些非线性理论,如灰色系统理论、混沌理论、人工神经网络、小波理论等[3]被引入到需水量模拟中。
在众多的水资源系统优化配置方法中,WEAP(Water Evaluation and Planning System)模型兼顾考虑了水质和生态效益等环境热点问题,模型界面友好,计算过程明晰,近年来得以广泛应用[4-6]。
鉴于此,本文以WEAP理论为基础,以新疆塔里木河干流为研究对象,对不同干旱等级下的研究区需水量满足状况进行模拟,以期实现流域水资源的优化调配。
分布式流域水文模型[优质PPT]
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;
基于SWAT的灌区分布式水文模型——Ⅰ模型构建的原理与方法
河灌区内的一个闭合小流域为例。对构建的灌区分布式水文模型进行校正和验证,模拟结果显示,该模型适合于水 稻灌区水分循环的模拟。
关键词:SWAT;分布式水文模型;灌区;稻田;水量平衡
中图分类号:Tvll
文献标识码:A
随着节水灌溉研究的不断深入,节水的尺度效应、节水潜力、节水型生态灌区等问题日益引起人们 的关注。在这些问题的研究中,灌区的水量平衡及其转化的定量描述是关键。由于受人为活动特别是 灌溉的影响较大,灌区水分循环过程十分复杂。田间试验可以准确获取水量平衡关系,然而对于灌区等 大尺度的水分循环,难以通过传统的试验方法进行研究,需要借助于模型化的方法。而目前的灌区水文 模型研究多为集总式的水平衡模型,无法分析灌区内部自然因素的时空分布和水管理措施对灌区水文 过程的影响,水文学研究的分布式水文模型没有充分考虑灌区的水文特点。因此,针对灌区水文特点构 建灌区分布式水文模型显得十分重要。
河流渗漏的计算方式一样,即:
rttlc=chk·t·L·P
(9)
式中:rttlc为主沟道输水损失量,m3;chk为主沟道底部的导水率,mm/h;t为水流时间,h;L为主沟道长
度,km;P为湿周,Ill。
式(9)没有考虑地下水位对沟道渗漏损失的影响。而且原模型假定沟道渗漏损失补给的是深层地
下水(承压水),而不是浅层地下水(潜水)。为了使模型更适合于灌区的特点,本文采用经验法计算排水
型研究了3种不同种植模式下集水区的地下排水过程。Gosain等[41应用SWAT研究了流域内因渠道灌 溉而引起的地下水回归水量。焦锋等b3应用SWAT模型模拟了水田的水分循环。胡远安等№1曾对模型
模拟水田蓄水的情况进行过修改。因此,SWAT模型可以用来进行灌区水分循环的模拟研究。
WEP模型的开发与分布式流域水循环模拟
WEP模型的开发与分布式流域水循环模拟摘要:本文介绍了WEP模型的开发和验证情况,论述了分布式流域水循环模拟的意义和作用。
在分析分布式流域水循环模拟的研究状况及面临问题的基础上,考虑到我国流域尺度大、人类活动影响深、环境复杂多变的实际情况,作者认为,基于物理概念和变时空步长的、模拟对象包括水循环的各要素过程而不仅是产汇流过程的分布式流域水循环模型将是未来的发展方向。
作者主张,应加快开发适应我国自然地理特征与气候特点的各类基于GIS的耦合式应用系统,为流域水资源管理、洪水预报调度、水环境评价、水土流失监督治理及水生态环境分析等提供强力支持关键词:流域水循环水文分布式模型 WEP一、分布式流域水循环模拟的意义与作用地球环境变化和人类活动的影响改变了水的自然循环规律, 加剧了我国水资源的供需矛盾,许多地区出现了水环境与水生态恶化的严重局势。
地表水、地下水及人工侧支循环水等各类水资源转化频繁,狭义的水资源概念与传统的水资源评价方法已显不适。
20世纪80年代中期以来,随着计算机技术、地理信息系统和遥感技术的发展,从水循环过程的物理机制入手并考虑水文变量的空间变异性问题,即分布式流域水文(水循环)模型或称“白箱”模型的研究在国内外受到广泛重视,涌现出许多分布式或半分布式模型,如SHE模型、IHDM模型及TOPMODEL模型等(参见文献1)。
另外,全球大循环(GCM)研究对陆地地表过程模拟提出了越来越高的要求,土壤-植物-大气连续体(SPAC)研究受到重视,出现了各类SVATS(土壤-植物-大气通量交换方案)模型,从另一方面加强了水循环的研究。
本文使用“流域水循环模拟”而不是“流域水文模拟”,意在强调需要将流域水循环系统的所有要素过程起来研究而不仅仅是产汇流模拟。
分布式流域水循环模拟能够回答水在时空间上如何移动和转化、什么样的工程与管理措施才能减少无效耗水以及人与生态如何分水等问题,而且其模型参数具有物理意义、可根据测量和下垫面条件进行推算。
WEPP水蚀预报流域模型
第18卷第5期1998年10月水土保持通报Bullet in of Soil and Water Conser vat ionVol.18No.5Oct.,1998 WEPP水蚀预报流域模型*刘宝元 史培军(北京师范大学资源与环境科学学院・北京・100875)摘 要 WEPP是“新一代水蚀预报技术”开发的计算机土壤侵蚀预报模型,可用于水土保持规划、环境规划及评价。
WEPP是以随机天气生成模型、入渗理论、水文学、土壤物理、作物科学、水力学和侵蚀力学为基础开发的,它在坡面的应用及流域版的基本功能使它比现有侵蚀预报模型有明显优越性,主要包括:(1)估算土壤侵蚀时空分布即全坡面或坡面任一点的净土壤流失量及其随时间的变化。
(2)WEPP模型是过程模型,可应用于更广泛的条件下。
主要介绍了WEPP模型流域版的基本概况和用美国6个不同地方15个小流域实测资料的检验结果。
中图分类号:S157.1关键词: 水蚀预报 WEPP模型 敏感性分析Water Erosion Prodiction Proj ect(WEPP)Model for Water shed ScaleLiu Baoyuan Shi P eij un(Beijing Nor mal Univer sity,Beij ing,100875,P R C)Abstr act T he Water Erosion Prodiction Project(WEPP)watershed scale model was devel-oped by the USDA for soil erosion assessment and conservation planning.Serveral sensitivity analyses and evaluation studies have been conducted for the WEPP hillslope ver sion,but few efforts have been made to evaluate the accuracy of WEPP watershed model predictions by compar ing predicted results to measur ed data.The pur pose of this study was to give a brief introduction of WEPP watershed model and to evaluate the WEPP watershed model applica-bility and prediction accur acy for small watersheds under different climates,topographies, soils,and managements.Data fr om15watersheds of6locations in the U nited States were compar ed to r unoff and sediment yield estimates using WEPP95.T he result shows that the WEPP predicted reasonable average annual and event runoff and sediment yield with default parameter estimation procedures for most of the sites and individual water sheds.Model effi-ciencies for storm by storm runoff and sediment yield wer e quite reasonable for general condi-tions.T he distributions of measured and predicted events were similar.T his study also point-ed out the potential areas for model impr ovement,including better and mor e specific silage routines,in addition of a weed component to the plant gr owth and management model,and better linkage of the sediment from contoured hillslopes to the watershed channel system. Keywords:water er osion pr ediction;WEPP modelling;sensitivity analyses and evaluation土壤侵蚀预报模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源,管理和维持人类长期生存环境的重要技术工具,受到各国的普遍重视。
基于SWAT模型的渭河流域干旱时空分布_赵安周
基于SWAT模型的渭河流域干旱时空分布赵安周1,2,3,刘宪锋1,2,朱秀芳1,2*,潘耀忠1,2,李宜展1,2(1.北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室,北京100875;2.北京师范大学资源学院,北京100875;3.河北工程大学资源学院,河北邯郸056038)摘要:以渭河流域为例,从流域水文循环的角度出发,在SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型和Palmer干旱指数(Palmer Drought Severity Index)原理的基础上提出了干旱分析模型SWAT-PDSI,对渭河流域干旱的时空演变规律和发生频率进行了分析。
研究结果表明:①经率定和验证的SWAT模型能够较好地模拟渭河流域的水文变化过程;②利用SWAT-PDSI对典型干旱事件(1995年干旱)的评估结果显示,该模型能较好地反映渭河流域干旱的时空差异和变化规律;③渭河流域、渭河干流和泾河流域均表现为变干的趋势,而北洛河流域表现为变湿的趋势,但均未通过95%的置信水平检验;④渭河流域多数子流域的SWAT-PDSI多年平均值处于-1~1,说明该流域多数地区处于正常状态;⑤渭河流域北部的北洛河流域和泾河流域的上游地区易发生干旱,发生中等以上、严重以上和极端干旱事件的频率最高。
关键词:SWAT模型;PDSI;干旱评价;渭河流域1引言干旱是一种严重的自然灾害,也是最复杂、对人类危害较大的一种自然灾害,严重阻碍了人类社会经济的可持续发展,分析干旱发生的时空分布规律和发生频率对于流域社会经济的发展具有重要意义(Dai et al,2004;He et al,2011;韩兰英等, 2014)。
然而,干旱的形成是一个缓慢的过程,其影响因素众多,不仅与降水有关,还与地区的温度、土壤类型、作物类型以及水资源开采等众多因素密切相关(Agboma et al,2009;Al-Qinna et al,2011)。
分布式流域水文模型PPT文档22页
分布式流域水文模型
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵, 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法, 总体上 来说, 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日,便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、斯 39、一个判例造出另一个判例,它们 迅速累 聚,进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律,事物有规律,这是不 容忽视 的。— —爱献 生
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事,无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实,会谈使人敏捷,写作使人精确。——培根
基于分布式水文模型SWAT的流域径流模拟
1 流域 概 况及研 究 方法
( 1 ) ( 2 )
P =P— I a
式中
P是 日降雨 量 ,m m;f 。 是径流产生前 植物截
留 、初 渗和填 洼构 成集 水 区的初 损 ,mm。
1 . 1 流 域概 况
实 际人渗 量 为降雨 量减 去初 损和实 际径 流量 ,即 :
地势西 高 东低 ,东 部是平 原 地 区 ,为 太湖流 域 的主体 ,
=
一
( 4 )
收稿 日期 :2 0 1 3—0 2—1 9
作者简介 :吴春玲 ( 1 9 8 4一) ,女 ,硕士 ,助理工程师 ,从事水文学及水资源规划 与管理工作 。
F=P一, 。 一Q 将式( 2 ) 、式 ( 3 ) 代 人式 ( 1 ) 则有 :
P—I a —Q S Q P一, 。
一
太 湖 流 域位 于 ,北 纬 3 O 。 4 5 ~ 3 2 。 O 4 至 东径 l l 9 。
( 3 )
0 9 ~1 2 0 。 1 9 之 间 ,地 处 长 江 三 角 洲 的偏 南 方 向 ,流 域 面积 约 为 3 6 9 0 0 k m 。太 湖 流 域 以平 原 为 图 ,借助 F l o w n e t G e n e r a t o r
模块 ,集 合流 域 的 实 际情 况 ,进 行 流 域河 网 的提 取 和 空 间离散 化 ,根 据 流 域 土地 利 用 图 以及 土壤 类 型 图 , 利用 S WA T模 型 中 自带 的 S C S模 型 对 流域 径 流 进行 预 测 和估算 ,采用 N a s h— S u t t c l i f f e效 率 系数 ( N S ) 对其 结 果 进行适 宜 性 评 价 。再 以模 型 计 算 的结 果 作 为 输 入 , 得 到流域 内径流 的 空 间分 布 ,为流 域 的水 资 源 管理 提
分布式流域水文模型水量过程模拟_以黄河河源区为例
收稿日期:2004-05-28;修订日期:2004-09-11基金项目:国家重点基础发展规划项目[黄河流域水资源演化与可再生性维持机理,编号:G1999043601(973)]资助。
作者简介:李道峰(1975-),男,黑龙江省哈尔滨人,北京师范大学博士后,从事水资源、水环境和遥感GI S 应用研究。
E -mail:lid 2aofeng@mail .bnu .edu .cn分布式流域水文模型水量过程模拟———以黄河河源区为例李道峰1,2,吴悦颖2,刘昌明1,3(1.北京师范大学水科学研究院水沙科学教育部重点实验室,北京100875;2.国家环境保护总局环境规划院,北京100012;3.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)摘要:文章分析了分布式水文模型、遥感和地理信息系统技术在流域径流模拟过程中的结合点,采用数字网格技术,以流域水量变化对地表土地覆被和气候变化响应过程为目的,讨论利用分布式水文模型研究下垫面和气候变化下流域水量响应过程的一般方法,并以黄河河源区为实例进行验证。
关 键 词:地理信息系统;遥感;分布式水文模型;水量过程;黄河河源区中图分类号:P339.9 文献标识码:A 文章编号:1000-0690(2005)03-0299-06 当前水文学研究的热点方向之一是采用分布式流域水文模型模拟水循环要素过程,而流域水量变化又是水文过程中的最敏感因素。
气候变化和地表下垫面变化都影响着流域产水量,二者对于不同时空尺度的不同流域,其影响程度又大不相同。
传统水文学方法在径流变化研究过程中对资料输入处理、物理过程模拟和时空尺度匹配上都存在着局限性。
相反,基于物理过程的分布式水文模型在遥感(Re move Syste m ,RS )和地理信息系统(Geo 2graphic I nfor mati on Syste m ,GI S )技术的支持下,模拟地表覆盖、水土流失变化的径流响应及面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等方面已显现出明显的优势。
WEPP水蚀预报流域模型
学术讨论会上发布了第一个官方正式版本 WE P 5完成 了坡面版和流域版 , P 9. 但没有完成网格 版 。 由于 WE P是过 程 模型 , 以比现 有侵 蚀预 报模 型 有 明显优 越 性 , P 所 主要包 括 :1 ( )估 算 土 壤侵蚀的时空分布即全坡面或坡面任意一点的净土壤流失量及随时间的变化。() 为过程 2作
t h l t g o h a d ma a e n o e , n te n a e o h e i n r m o t u e o t e p a r wt n n g me tm d l a d b t rl k g ft e s d me t f n e i o c o rd n h l l p s t h t r h h n l y t m . i so e o t e wa e s e c a e s s e l d n
9・ 。该版本包括 3 57 个基本部分 : 坡面、 渠道和蓄水池。 渠道部分又可划分为水文和侵蚀两 部分 。渠道水文部分计算人渗、 蒸发蒸散、 渗透、 植被截 留降雨量、 地表蓄水及洪峰流量 渠道 侵蚀 部分计 算 泥沙 量 , 括坡 面上 和渠 道 中的剥离 、 包 搬运 与沉 积 。
i r v me t , cu ig b te n r pcf i g o t e ,n a dt n o e o o e t mp o e n i ldn et ra d mo es eicsl er u n s i d io fawe dc mp n n n i a i i
8年 1 O月
水土保持通报 B l t f ol n a r o srai ul i o iadW t nevt n en S eC o
Vo. 8 NO 5 11 .
基于SWAT模型的渭河流域分区径流模拟研究
基于SWAT模型的渭河流域分区径流模拟研究黎云云;畅建霞;金文婷;郭爱军;王东林【摘要】[Objective] The applicability of SWAT model in hydrological cycle simulation in the Wei River Basin was studied to provide basis for the study of spatial and temporal runoff response.[Method] The Wei River Basin was divided into five subzones based on theLinjiacun,Xianyang,Huaxia,Zhangjiashan,and Zhuangtou stations.The monthly runoffs at these five hydrological stations in corresponding subzones were calibrated and validated by the SWAT model during 1978-1982 and 1983-1986,respectively.The rationalities of the results in each subzone were analyzed as well.[Result] The simulated runoffs agreed well with the observations at the five stations.In calibration period,the correlation coefficients forLinjiacun,Xianyang,Huaxian,Zhangjiashan,Zhuangtou stations were0.73,0.81,0.86,0.79 and 0.79,the Nash efficiency coefficients were0.58,0.75,0.77,0.65 and 0.51,and the relative errors were 10.73,-2.73,-11.20-19.95 and-10.80,respectively.In the validation period,the correlation coefficients for the five stations were 0.87,0.81,0.86,0.75 and 0.79,the Nash efficiency coefficients were 0.80,0.77,0.82,0.68 and 0.69,and the relative errors were 16.81,17.95,19.91,19.72 and 19.87,respectively.The results met the requirements but did not approach the best performance due to the restriction of the land use map in this study and the uncertainties of the model.[Conclusion] The SWAT model could be used in the Wei RiverBasin,which provides model basis for the study of spatiotemporal responses of runoff to climate variation and land use change.%[目的]研究SWAT模型在渭河流域水文循环过程模拟上的适用性,为渭河流域时空径流响应研究奠定基础.[方法]依据林家村、咸阳、华县、张家山和状头5个水文站,将渭河流域划分成5个子区间,基于SWAT分布式水文模型,对各子区间1978-1982年和1983-1986年的月径流过程分别进行校准和验证,并对各分区径流模拟结果的合理性进行分析.[结果]渭河流域各水文站月模拟流量过程与实测流量过程均拟合较好,校准期林家村、咸阳、华县、张家山和状头5个水文站的相关系数分别为0.73,0.81,0.86,0.79,0.79;纳什系数分别为0.58,0.75,0.77,0.65,0.51;相对误差分别为10.73,-2.73,-11.20,-19.95,-10.80.验证期5个水文站的相关系数分别为0.87,0.81,0.86,0.75,0.79;纳什系数分别为0.80,0.77,0.82,0.68,0.69;相对误差分别为16.81,17.95,19.91,19.72,19.87,均满足要求.SWAT模型模拟效果较好,但并未达到最佳,主要是研究区利用数据的限制以及模型自身不确定因素的综合影响所致.[结论]SWAT模型在渭河流域各个分区均有较好的适用性,为研究渭河流域气候和土地利用变化的时空径流响应提供了模型基础.【期刊名称】《西北农林科技大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(045)004【总页数】9页(P204-212)【关键词】SWAT模型;径流分区;水文循环;渭河流域【作者】黎云云;畅建霞;金文婷;郭爱军;王东林【作者单位】西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培训基地,陕西西安710048;西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培训基地,陕西西安710048;西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培训基地,陕西西安710048;西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培训基地,陕西西安710048;重庆市三峡水利电力学校机械与车辆工程系,重庆万州404100【正文语种】中文【中图分类】TV121+.2随着气候剧烈变化以及人口的快速增长,人们对水资源的管理和规划遭遇了前所未有的挑战。
WEP模型的开发与分布式流域水循环模拟
WEP模型的开发与分布式流域水循环模拟摘要:本文介绍了WEP模型的开发和验证情况,论述了分布式流域水循环模拟的意义和作用。
在分析分布式流域水循环模拟的研究状况及面临问题的基础上,考虑到我国流域尺度大、人类活动影响深、环境复杂多变的实际情况,作者认为,基于物理概念和变时空步长的、模拟对象包括水循环的各要素过程而不仅是产汇流过程的分布式流域水循环模型将是未来的发展方向。
作者主张,应加快开发适应我国自然地理特征与气候特点的各类基于GIS的耦合式应用系统,为流域水资源管理、洪水预报调度、水环境评价、水土流失监督治理及水生态环境分析等提供强力支持关键词:流域水循环水文分布式模型 WEP一、分布式流域水循环模拟的意义与作用地球环境变化和人类活动的影响改变了水的自然循环规律, 加剧了我国水资源的供需矛盾,许多地区出现了水环境与水生态恶化的严重局势。
地表水、地下水及人工侧支循环水等各类水资源转化频繁,狭义的水资源概念与传统的水资源评价方法已显不适。
20世纪80年代中期以来,随着计算机技术、地理信息系统和遥感技术的发展,从水循环过程的物理机制入手并考虑水文变量的空间变异性问题,即分布式流域水文(水循环)模型或称“白箱”模型的研究在国内外受到广泛重视,涌现出许多分布式或半分布式模型,如SHE 模型、IHDM模型及TOPMODEL模型等(参见文献1)。
另外,全球大循环(GCM)研究对陆地地表过程模拟提出了越来越高的要求,土壤-植物-大气连续体(SPAC)研究受到重视,出现了各类SVATS(土壤-植物-大气通量交换方案)模型,从另一方面加强了水循环的研究。
本文使用“流域水循环模拟”而不是“流域水文模拟”,意在强调需要将流域水循环系统的所有要素过程联系起来研究而不仅仅是产汇流模拟。
分布式流域水循环模拟能够回答水在时空间上如何移动和转化、什么样的工程与管理措施才能减少无效耗水以及人与生态如何分水等问题,而且其模型参数具有物理意义、可根据测量和下垫面条件进行推算。
基于SWAT模型和SUFI_2算法的渭河流域月径流分布式模拟_左德鹏
表 1 渭河流域土地利用类型原代码 与重分类代码对应关系
原分类 代码 1 1 1 2 2 1 2 2 2 3 3 1 3 2 3 3 4 1 4 2 4 3 4 4 5 1 类型 水田 旱地 有林地 灌木林 疏林地 高覆盖度草地 中覆盖度草地 低覆盖度草地 河渠 湖泊 水库坑塘 永久性冰川雪地 城镇用地 重分类 SWAT 中类别 A r i c u l t u r a l L a n d g A r i c u l t u r a l L a n d g F o r e s t i x e d -M F o r e s t i x e d -M F o r e s t i x e d -M P a s t u r e P a s t u r e P a s t u r e W a t e r W a t e r W a t e r W a t e r R e s i d e n t i a l e d i u m -M 代码 AG R L AG R L F R S T F R S T F R S T P A S T P A S T P A S T WAT R WAT R WAT R WAT R URMD
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WEP模型的开发与分布式流域水循环模拟
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WEP模型的开发与分布式流域水循环模拟摘要:本文介绍了WEP模型的开发和验证情况,论述了分布式流域水循环模拟的意义和作用。
在分析分布式流域水循环模拟的研究状况及面临问题的基础上,考虑到我国流域尺度大、人类活动影响深、环境复杂多变的实际情况,作者认为,基于物理概念和变时空步长的、模拟对象包括水循环的各要素过程而不仅是产汇流过程的分布式流域水循环模型将是未来的发展方向。
作者主张,应加快开发适应我国自然地理特征与气候特点的各类基于GIS的耦合式应用系统,为流域水资源管理、洪水预报调度、水环境评价、水土流失监督治理及水生态环境分析等提供强力支持
关键词:流域水循环水文分布式模型WEP
一、分布式流域水循环模拟的意义与作用
地球环境变化和人类活动的影响改变了水的自然循环规律, 加剧了我国水资源的供需矛盾,许多地区出现了水环境与水生态恶化的严重局势。
地表水、地下水及人工侧支循环水等各类水资源转化频繁,狭义的水资源概念与传统的水资源评价方法已显不适。
20世纪80年代中期以来,随着计算机技术、地理信息系统和遥感技术的发展,从水循环过程的物理机制入手并考虑水文变量的空间变异性问题,即分布式流域水文(水循环)模型或称“白箱”模型的研究在国内外受到广泛重视,涌现出许多分布式或半分布式模型,如SHE模型、IHDM模型及TOPMODEL模型等(参
见文献1)。
另外,全球大循环(GCM)研究对陆地地表过程模拟提出了越来越高的要求,土壤-植物-大气连续体(SPAC)研究受到重视,出现了各类SV ATS(土壤-植物-大气通量交换方案)模型,从另一方面加强了水循环的研究。
本文使用“流域水循环模拟”而不是“流域水文模拟”,意在强调需要将流域水循环系统的所有要素过程联系起来研究而不仅仅是产汇流模拟。
二、WEP模型的开发与验证1.1 WEP模型的开发
为提高计算效率,WEP模型对非饱和土壤水运动的模拟采取了比SHE模型简化的算法,但强化了对植物生态耗水与热输送过程的模拟,对水热输送各过程的描述大都是基于物理概念。
(1)模型结构。
各网格单元的铅直方向结构如图-1(a)所示。
从上到下包括植被或建筑物截留层、地表洼地储留层、土壤表层、过渡带层、浅层地下水层和深层地下水层等。
状态变量包括植被截留量、洼地储留量、土壤含水率、地表温度、过渡带层储水量、地下水位及河道水位等。
主要参数包括植被最大截留深、土壤渗透系数、土壤水分吸力特征曲线参数、地下水透水系数和产水系数、河床的透水系数及坡面和河道的糙率等。
为考虑网格内土地利用的不均匀性,采用了“马赛克”法即把网格内的土地归成数类,分别计算各类土地类型的地表面水热通量,取其面积平均值为网格单元的地表面水热通量。
土地利用首先分为水域、裸地-植被域、不透水域三大类。
裸地-植被域又分为裸地、草地与耕地、树木3类、不透水域分为都市地表面与都市建筑物。
另外,为反映表层土壤的含水率随深度的变化和便于描述土壤蒸发、草或作物根系吸水和树木根系吸水,将裸地-植被域的表层土壤分割成3层。
(a)
(b)
图-1 WEP模型的结构:(a)网格单元内的铅直方向结构,(b)平面结构
WEP模型的平面结构如图-1(b)所示。
首先,为追迹计算坡面径流,根据流域数字高程(DEM)及数字化实际河道等,设定网格单元的汇流方向(落水线)。
然后,将坡面径流沿着落水线用1维运动波法由流域的最上游端追迹计算至最下游端。
关于各支流及干流的河道汇流计算,视有无下游边界条件采用1维运动波法或动力波法由上游端至下游端追迹计算。
地下水流动采用多层模型进行数值解析,并考虑其与地表水、土壤水及河道水的水量交换。
(2) 水循环过程的模拟。
蒸发蒸腾包括植被截留蒸发、土壤蒸发、水面蒸发和植被蒸腾等。
WEP模型按照土壤-植被-大气通量交换方法(SV ATS)、采用Penman-Monteith公式详细计算了蒸发蒸腾。
由于蒸发蒸腾过程和能量交换过程客观上融为一体,地表附近的辐射、潜热、显热、热传导及地表温度的计算不可缺少。
为减轻计算负担,热传导及地表温度的计算采用了强制复原法(FRM)。
GREEN-AMPT入渗模型物理概念明确,所用参数可由土壤物理特性推出,并已得到大量应用验证,因此,WEP模型采用GREEN-AMPT铅直一维入渗模型模拟降雨入渗及超渗坡面径流。
GREEN-AMPT模型仅适用于降雨入渗过程。
而非降雨期的表层土壤(通常是非饱和状态)水分量的再分配将影响到降雨入渗时的初期水分量、土壤和植被的蒸发蒸腾和对浅层地下水的补给等,为减轻计算负担,WEP模型将表层土壤分成数层,按照非饱和状态的达西定律和连续方程进行计算。
在山地丘陵等地形起伏地区,同时考虑坡向壤中径流及土壤渗透系数的各向变异性。
地下水流动采用多层模型进行数值解析。
浅层地下水运动按照
BOUSINESSQ方程进行二维数值计算,源项包括表层土壤的降雨补给、地下水取水、深层渗漏及地下水溢出(或来自河流的补给)等。
在河流下部及周围,河流水和地下水的相互补给量根据其水位差与河床材料的特性等按达西定律计算。
为考虑包气带层过厚可能造成的地下水补给滞后问题,在表层土壤与浅层地下水之间设一过渡层,用储流函数法处理。
另外,WEP还考虑了雨水人工储留渗透设施的模拟、防灾调节池的计算及水田的模型化等。
2.2 WEP模型的验证WEP模型具有较高的计算效率。
以谷田川流域的计算为例,共有16661个计算网格单元,计算时段步长采用1小时,在CPU为1.4GHZ的微机上,一年的计算时间约为3小时。
图-2 WEP模型的流量模拟结果示例(谷田川流域)
图-3 WEP模型的地下水位模拟结果示例(海老川流域)
图-4 WEP模型的土壤水分模拟结果示例(海老川流域)
三、分布式流域水循环模拟面临的难题与对策
分布式流域水循环模拟在我国推广应用所面临的主要难题有:(1)水文变量及参数的空间变异性与尺度问题。
我国流域尺度大、人类活动影响深。
可根据流域不同地区的地形地貌特点,分区选取不同的计算网格步长,然后根据网格内土壤等参数的概率分布规律考虑其空间变异性对产汇流的影响。
(2)水循环的动力学机制的描述和计算量大之间的矛盾。
水循环的许多过程如降雨时的入渗和地表径流过程变化快,描述这些过程常需要日以下的时间步长。
如果所有过程所有
1mM。
3. 按照每20毫克组织加入100-200微升裂解液的比例加入裂解液。
(如果裂解不充分可以适当添加更多的裂解液,如果需要高浓度的蛋白样品,可以适当减少裂解液的用量。
)
4. 用玻璃匀浆器匀浆,直至充分裂解。
5. 充分裂解后,10000-14000g离心3-5分钟,取上清,即可进行后续的PAGE、Western、免疫沉淀和免疫共沉淀等操作。
6. 如果组织样品本身非常细小,可以适当剪切后直接加入裂解液裂解,通过强烈vortex使样品裂解充分。
然后同样离心取上。