常见水文模型参数率定.
水文模型率定研究
水文模型率定研究水文模型是一种数学模型，用于描述水文过程，包括降雨、蒸发、径流等。
水文模型的建立和率定是水文学研究的重要内容之一。
本文将介绍水文模型的基本概念和建立方法，并以一个实例来说明水文模型的率定过程。
一、水文模型的基本概念水文模型是一种描述水文过程的数学模型，它可以用来预测水文变量的变化，如降雨、蒸发、径流等。
水文模型通常包括两个部分：输入和输出。
输入是指模型所需的数据，如降雨量、蒸发量、土地利用类型等；输出是指模型预测的结果，如径流量、地下水位等。
水文模型可以分为两类：分布式模型和集中式模型。
分布式模型是指将流域划分为若干个小区域，每个小区域都有自己的输入和输出。
集中式模型是指将整个流域看作一个整体，只有一个输入和一个输出。
分布式模型通常比集中式模型更准确，但也更复杂。
水文模型的建立需要考虑多种因素，如流域的地形、土地利用类型、降雨量、蒸发量等。
建立水文模型的过程通常包括以下几个步骤：1. 收集数据：收集流域的地形、土地利用类型、降雨量、蒸发量等数据。
2. 建立模型：根据收集到的数据，建立数学模型，描述流域的水文过程。
3. 参数估计：根据实测数据，估计模型中的参数。
4. 模型率定：将模型预测的结果与实测数据进行比较，调整模型参数，使模型预测结果更加准确。
5. 模型验证：使用另外一组数据来验证模型的准确性。
二、水文模型的建立方法水文模型的建立方法有很多种，常用的方法包括统计模型、物理模型和组合模型。
1. 统计模型：统计模型是根据历史数据建立的模型，它通常基于统计学原理，如回归分析、时间序列分析等。
统计模型的优点是简单易用，但缺点是对数据的要求较高，需要有足够的历史数据支持。
2. 物理模型：物理模型是基于物理原理建立的模型，它通常包括流体力学、热力学等方面的知识。
物理模型的优点是准确性高，但缺点是建模过程较为复杂，需要大量的实验数据支持。
3. 组合模型：组合模型是将统计模型和物理模型结合起来建立的模型，它既考虑了历史数据的影响，又考虑了物理原理的影响。
(完整版)SWAT水文模型
SWAT水文模型介绍1概述SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是美国农业部（USDA)农业研究局（ARS）开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。
它主要基于SWRRB模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征.SWAT具有很强的物理基础,能够利用GIS和RS提供的空间数据信息模拟地表水和地下水的水量和水质，用来协助水资源管理，即预测和评估流域内水、泥沙和农业化学品管理所产生的影响。
该模型主要用于长期预测，对单一洪水事件的演算能力不强,模型主要由8个部分组成:水文、气象、泥沙、土壤温度、作物生长、营养物、农业管理和杀虫剂。
SWAT模型拥有参数自动率定模块，其采用的是Q.Y.Duan等在1992年提出的SCE-UA算法。
模型采用模块化编程，由各水文计算模块实现各水文过程模拟功能，其源代码公开,方便用户对模型的改进和维护。
2模型原理SWAT模型在进行模拟时，首先根据DEM把流域划分为一定数目的子流域,子流域划分的大小可以根据定义形成河流所需要的最小集水区面积来调整，还可以通过增减子流域出口数量进行进一步调整。
然后在每一个子流域内再划分为水文响应单元HRU。
HRU是同一个子流域内有着相同土地利用类型和土壤类型的区域。
每一个水文响应单元内的水平衡是基于降水、地表径流、蒸散发、壤中流、渗透、地下水回流和河道运移损失来计算的。
地表径流估算一般采用SCS径流曲线法。
渗透模块采用存储演算方法，并结合裂隙流模型来预测通过每一个土壤层的流量,一旦水渗透到根区底层以下则成为地下水或产生回流。
在土壤剖面中壤中流的计算与渗透同时进行.每一层土壤中的壤中流采用动力蓄水水库来模拟。
河道中流量演算采用变动存储系数法或马斯金根演算法。
模型中提供了三种估算潜在蒸散发量的计算方法—Hargreaves、Priestley-Taylor和Penman-Monteith。
基于HSPF模型水文参数分析
HSPF模型在大数据时代的挑战与机遇
挑战
处理和分析大量数据需要更高效和准确的方法和技术，同时需要解决数据的质量和不确定性问题。
机遇
通过使用大数据技术，可以更全面地了解水文系统的动态变化和影响因素，为水资源管理和决策提供更准确和可 靠的支持。
HSPF模型在物联网中的应用前景
物联网技术可以提供更加实时、精确的水文 数据和监测信息，为HSPF模型的参数分析 和模拟提供更加可靠的输入。
方法
水质指标与模型建立
水质指标
选择关键的水质指标，如温度、pH值、 浊度、总悬浮物等，用于评估水质状况 。
VS
模型建立
根据HSPF模型构建水质预测模型，将水 文参数与水质指标之间建立数学关系。
水质预测模型的应用
数据收集
收集水文和气象数据，如降雨量、径流量、蒸发量等 ，以及水质监测数据。
模型输入
将收集的数据输入到水质预测模型中，为模型的计算 提供基础数据。
02 基于历史水文数据，运用统计分析方法得出的参数，
如均值、标准差等。
过程参数
03
描述水文过程的动力学参数，如汇流时间、延迟时间
等。
水文参数采集技术
遥感技术
利用卫星或无人机搭载的遥感设备，获取大范围 、连续的水文数据。
自动监测站
建立水文自动监测站，实时收集降雨量、水位、 流速等数据。
人工观测
由专业人员使用雨量筒、水位计等设备，定期观 测降雨量、水位等数据。
完整性。
数据清洗
02
对数据进行预处理，如缺失值填充、异常值处理等，提高数据
的质量。
数据转换
03
对数据进行必要的转换，以满足模型输入的要求。
HEC-HMS水文模型参数初损率和波速率定的循环渐近法
HEC-HMS水文模型参数初损率和波速率定的循环渐近法刘传铭;陈兴伟;吴杰峰【摘要】初损率(λ)和波速(V)是HEC-HMS洪水模型的两个关键参数,其率定对于提高水文模型的模拟精度具有重要意义.针对这两个参数的特点,提出对其率定的循环渐近法,以福建晋江西溪流域为例,率定相应参数,构建HEC-HMS洪水模型.结果表明:①循环渐近法可以较好地率定初损率和波速,参数率定结果合理,模型模拟精度整体较高;②起涨流量与初损率密切相关,起涨流量越大,初损率就越小;降雨强度对洪水波波速具有显著影响,降雨强度越大,波速也越大;这两组经验关系的建立有助于拓展模型在洪水预报等工作中的应用.%Initial abstraction ratio and flood wave velocity are two key parameters in HEC-HMS model.Their values determinated reasonably during the calibration are of great significance to improve the simulation accuracy of the model.Approximate circulating method is proposed and Xixi watershed is selected as a study area to set up the HEC-HMS model.Results showed that:(1) Values of initial abstraction ratio and flood wave velocity were properly determinated and the accuracy of the model is high with the application of Approximate Circulating method in the calibration of the model.(2) Regression analysis indicated that the initial abstraction ratio was closely related to the initial discharge and flood wave velocity was depending on rainfall intensity.The establishment of two empirical formulas is helpful for the model's application in flood forecast.【期刊名称】《灾害学》【年(卷),期】2017(032)004【总页数】5页(P219-223)【关键词】参数率定;循环渐近法;洪水;HEC-HMS;西溪流域【作者】刘传铭;陈兴伟;吴杰峰【作者单位】福建师范大学地理科学学院,福建福州350007;福建师范大学地理科学学院,福建福州350007;福建省陆地灾害监测评估工程技术研究中心,福建福州350007;湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地,福建福州350007;福建师范大学地理科学学院,福建福州350007【正文语种】中文【中图分类】X43;TV122洪水是指由于降水或冰雪融化，大量径流汇入河道，导致水量激增，水位快速上涨的现象[1]。
水文模型介绍
则R PE WM W0 WM (1
' 当PE A Wmm时
PE A 1 B ) ' Wmm
则R PE (WM W0 )
新安江模型 三水源新安江模型：
3）水源划分
若R S SM , 则地表径流 RS R S SM 壤中流RI和地下径流RG分别为 RI=KI SM RG=KG SM
2）产流计算：蓄满产流 ：
' Wm B f 1 (1 ' ) F Wmm ' ' Wmm Wmm f ' WM (1 ) dWm 0 F B 1 W0 B1 1 ' A Wmm [1 (1 ) ] WM ' 当PE A Wmm时
模型的输入为PE=P-E ， 参数包括流域蓄水容量 WM 和抛物线指数B ； 输出为流域产流量R 及 流域时段末蓄水量W
当R S SM 时，地表流、壤中流 和地下径流分别为 RS=0 RI=KI(R+S) RG=KG(R+S)
S为自由蓄水量，R为总 径流量，SM为容量深度
新安江模型 三水源新安江模型：
3）水源划分
SMF′为产流面积FR上某一点的自由水容量；SMMF 为产流面积FR上最大一点的自由水蓄水容量；FS 为 自由水蓄水能力≤ SMF′值的流域面积；AU为相应平 均蓄水深的最大蓄水深；EX 为流域自由水蓄水容量 曲线的指数。
水文模型 作用：
通过模拟水文循环的过程，了解流域内水 文因子的改变如何影响水循环的过程，例 如人类活动和气候变化对水循环的影响。
将水文模型用于水文预报和水资源的规划 和管理
汇报提纲
1. 水文模型的基本知识
SWMM参数率定
SWMM模型作为一个城市雨洪管理模型已经被越来越广泛地使用，但是建立一个精度良好的模型并不容易，往往需要花费相当精力来进行参数率定工作。
参数率定或者说调参的前提条件是模型已经基本搭建好，降雨与管网这些基础数据具有一定的精度以及在此基础上的各种概化处理相对合理，否则的话调参就没有多少意义。
SWMM模型的参数很多且又是一个分布式的，所以调参是一件很复杂的事情，需要有一定经验才能完成好，盲目地调整不仅浪费时间，有时还浪费表情，因为不是每次调整都会出现预期的结果。
深入了解SWMM模型各个参数的含义和敏感性对率定工作还是相当有好处的，至少能够明确调整的方向。
一般来讲，对于径流系数或者产流量来讲，不透水率、流域的面积以及特征宽度还有坡度是影响最大的几个参数，其余参数的影响几乎可以忽略不计。
对于洪峰流量，一般来说影响最大的几个参数依次是流域面积，特征宽度，不透水率，透水区洼蓄量，不透水区曼宁系数，坡度。
当然，不同区域不同情形下，这个参数的排序会略有差别，但也不会有较大的出入。
至于每个参数的具体影响，这里就不详述了，如果知道模型计算原理的话是很容易推导出来的。
需要说明的是有人也许会说降雨量是对结果影响最大的一个参数，这话也没有错，但这里没有将降雨当作一个参数来分析。
有时会碰到这样一个问题，当我们把结果调得很接近现实或者说实测数据时，却发现有些参数已经被调得很离谱了，早就不满足其物理意义了或者说离实际差好远了，出现这种情况怎么办？我的观点是如果这样一套参数能把大部分场次暴雨洪水都模拟得很好，那么是可以接受的，毕竟我们关注的主要还是结果，不管白猫黑猫，抓到老鼠的就是好猫。
但是，如果这样一套参数只是能将某一两场洪水模拟好或者说只有一两场实测数据用来调参，然后调整成了这样，那最好还是不要采用了。
当然，这个问题还是要具体情形具体分析了，上述只是我个人的一些看法。
记得几年前，在一个学术会议上，一个外国佬说他们连降雨量都调。
水文预报模型
（1）参数的物理意义
新安江（三水源）模型的参数一般具有明确的物理意义，可以分为如下4类：
1）蒸散发参数： 、 、 、
为蒸散发能力折算系数，是指流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。此参数控制着总水量平衡，因此，对水量计算是重要的。
为上层蓄水容量，它包括植物截留量。在植被与土壤很好的流域，约为20mm；在植被与土壤颇差的流域，约为5～6mm。
图3.1-4流域自由水蓄水容量曲线
产流面积上的平均蓄水容量深（ ）为
（3-12）
在自由水蓄水容量曲线上 相应的纵坐标 为
（3-13）
式中： 为流域自由水蓄水容量曲线上的自由水在产流面积上的平均蓄水深； 为 对应的纵坐标。
显然， 和 都是产流面积 的函数，是无法确定的变量。这里假定 与产流面积 及全流域上最大一点的自由水蓄水容量 的关系仍为抛物线分布
新安江模型主要由四部分组成：（1）蒸散发计算，蒸散发分为上层、下层和深层；（2）产流计算，采用蓄满产流概念；（3）水源划分，采用自由水蓄水库进行水源划分，水源分为地表、壤中、地下三种径流；（4）汇流计算，汇流分为坡面、河网汇流两个阶段。按线性水库原理计算河网总入流；河道汇流采用马斯京根分段连续演算法。
（3-33）
（3-34）
（3-35）
（3-36）
式中： 为单位转换系数， （ 为流域面积； 为时段长）， 为河网总入流（m3/s）。
b.河网汇流
河网汇流：TRS、TRI、TRG分别进入河网，经河网汇流形成单元面积的出口流量。
新安江三水源模型中用无因次单位线模拟水体从进入河槽到单元出口的河网汇流。在本流域或临近流域，找一个有资料的、面积与单元流域大体相近的流域，分析出地面径流单位线，就可作为初值应用。
利用计算机技术解决率定水文预报模型参数所需历史资料问题
利用计算机技术解决率定水文预报模型参数所需历史资料问题利用洪水预报模型进行洪水预报是防洪减灾的有效措施之一，现有的多种模型，如：马斯京根分段连续演算模型、降雨径流相关模型、三水源蓄满产流模型等等，都已经发展得比较成熟，并为各国水文工作者所普遍接受。
但因下垫面条件的不同，所以模型应用的好坏，关键在于能否根据本地的实际情况通过历史资料率定与之相应的模型参数。
而率定这些参数所需要的资料，只能从浩如烟海的大量历史水文资料中获取，以往这项工作多由人工从积累的年鉴资料中查询获得，工作难度大，历时长，而且一旦需要资料发生变化或者人为的疏忽大意，大部分工作将要重做。
鉴于目前全国水文系统已经建成统一的水文数据库，因此可以充分利用计算机这种高科技手段，并结合现有的水文数据库编制应用软件，处理类似的重复性劳动以提高工作效率和质量，解决率定模型参数所需的大量历史水文资料工作难度大的问题。
１．软件的灵活性处理1.1数据库的灵活性处理由于用水文数据库取代了以往的年鉴资料，所以资料处理软件将面对该数据库进行操作，这是最为方便灵活的操作方式。
但考虑到目前网络的发展状况和实际工作情况，使用者不可能随时随地对水文数据库进行操作，因此，需另建一本地数据库。
可以采用微软的Ac(1ESS作为本地数据库，其主要优点是操作简单、易于维护，主要是为单机用户开发的，虽然稳定性和安全性标准低一些，但处理我们的工作完全可以胜任。
我们要求新建的数据库表结构与水文数据库完全一致(可以只建需要的库表，如冰情表暂不需要就可不建)，并导人数据。
这样即使离开办公室，仍可以随时从本地的Ac(：ESS数据库中查询需要的资料，在条件允许时，甚至可以连到外省的数据库，检索需要的资料。
对于用户来讲，只需在配置服务器时输入相应的0DBC名和数据库名，就可以根据用户的权限使用。
1.2数据库表的灵活性处理在历史资料的处理过程中，往往要面对两个或更多的数据库进行操作，这样，对于各数据库中结构功能完全相同的表，其表名却不一定相同(要求表中字段名一定要相同)，为解决这个问题，在该程序的处理中把表名放在一初始化文件Data~[’ran．ini中的[DBTABLE]段说明，格式如下图所示，等号后面分别代表日降水资料、日蒸发资料、日水位资料、日流量资料、降水摘录和洪水摘录资料的库表名称。
水利工程水文分析考试 选择题 50题
1. 水文循环的主要组成部分不包括以下哪一项？A. 蒸发B. 降水C. 径流D. 地震2. 水文统计中，常用的概率分布函数不包括以下哪一种？A. 正态分布B. 泊松分布C. 指数分布D. 对数正态分布3. 在设计洪水计算中，常用的方法不包括以下哪一种？A. 频率分析法B. 瞬时单位线法C. 经验公式法D. 动态规划法4. 水文模型中，常用的概念性模型不包括以下哪一种？A. SWAT模型B. HSPF模型C. MODFLOW模型D. TOPMODEL模型5. 水文数据观测中，常用的流量测定方法不包括以下哪一种？A. 流速面积法B. 浮标法C. 压力法D. 雷达法6. 水文预报中，常用的方法不包括以下哪一种？A. 经验公式法B. 统计模型法C. 物理模型法D. 逻辑模型法7. 水文分析中，常用的径流分割方法不包括以下哪一种？A. 基流分割法B. 瞬时单位线法C. 递归滤波法D. 水文模型法8. 水文计算中，常用的降雨径流关系不包括以下哪一种？A. 降雨-径流曲线B. 降雨-径流模型C. 降雨-径流方程D. 降雨-径流图9. 水文设计中，常用的防洪标准不包括以下哪一种？A. 10年一遇B. 20年一遇C. 50年一遇D. 100年一遇10. 水文分析中，常用的径流系数计算方法不包括以下哪一种？A. 经验公式法B. 统计分析法C. 物理模型法D. 逻辑模型法11. 水文模型中，常用的参数率定方法不包括以下哪一种？A. 手动调整法B. 自动优化法C. 遗传算法D. 逻辑回归法12. 水文数据处理中，常用的数据插补方法不包括以下哪一种？A. 线性插值法B. 多项式插值法C. 样条插值法D. 逻辑插值法13. 水文预报中，常用的预报模型不包括以下哪一种？A. 经验模型B. 统计模型C. 物理模型D. 逻辑模型14. 水文分析中，常用的径流模拟方法不包括以下哪一种？A. 水文模型法B. 经验公式法C. 统计模型法D. 逻辑模型法15. 水文设计中，常用的洪水计算方法不包括以下哪一种？A. 频率分析法B. 瞬时单位线法C. 经验公式法D. 逻辑模型法16. 水文数据分析中，常用的数据质量控制方法不包括以下哪一种？A. 数据审查法B. 数据校验法C. 数据插补法D. 逻辑检验法17. 水文模型中，常用的模型验证方法不包括以下哪一种？A. 交叉验证法B. 独立验证法C. 历史数据验证法D. 逻辑验证法18. 水文分析中，常用的径流预测方法不包括以下哪一种？A. 经验公式法B. 统计模型法C. 物理模型法D. 逻辑模型法19. 水文设计中，常用的防洪措施不包括以下哪一种？A. 堤防加固B. 水库调度C. 河道疏浚D. 逻辑规划20. 水文数据处理中，常用的数据归一化方法不包括以下哪一种？A. 线性归一化B. 对数归一化C. 指数归一化D. 逻辑归一化21. 水文模型中，常用的模型参数优化方法不包括以下哪一种？A. 遗传算法B. 粒子群算法C. 模拟退火算法D. 逻辑算法22. 水文分析中，常用的径流计算方法不包括以下哪一种？A. 经验公式法B. 统计模型法C. 物理模型法D. 逻辑模型法23. 水文设计中，常用的洪水调度方法不包括以下哪一种？A. 经验调度法B. 统计调度法C. 物理调度法D. 逻辑调度法24. 水文数据处理中，常用的数据平滑方法不包括以下哪一种？A. 移动平均法B. 指数平滑法C. 样条平滑法D. 逻辑平滑法25. 水文模型中，常用的模型结构优化方法不包括以下哪一种？A. 模型简化法B. 模型复杂化法C. 模型组合法D. 逻辑优化法26. 水文分析中，常用的径流分析方法不包括以下哪一种？A. 经验分析法B. 统计分析法C. 物理分析法D. 逻辑分析法27. 水文设计中，常用的洪水预测方法不包括以下哪一种？A. 经验预测法B. 统计预测法C. 物理预测法D. 逻辑预测法28. 水文数据处理中，常用的数据滤波方法不包括以下哪一种？A. 低通滤波法B. 高通滤波法C. 带通滤波法D. 逻辑滤波法29. 水文模型中，常用的模型参数估计方法不包括以下哪一种？A. 最小二乘法B. 最大似然法C. 贝叶斯估计法D. 逻辑估计法30. 水文分析中，常用的径流预测模型不包括以下哪一种？A. 经验模型B. 统计模型C. 物理模型D. 逻辑模型31. 水文设计中，常用的洪水控制方法不包括以下哪一种？A. 堤防加固B. 水库调度C. 河道疏浚D. 逻辑控制32. 水文数据处理中，常用的数据标准化方法不包括以下哪一种？A. 线性标准化B. 对数标准化C. 指数标准化D. 逻辑标准化33. 水文模型中，常用的模型参数校正方法不包括以下哪一种？A. 手动校正法B. 自动校正法C. 遗传算法D. 逻辑校正法34. 水文分析中，常用的径流模拟模型不包括以下哪一种？A. 经验模型B. 统计模型C. 物理模型D. 逻辑模型35. 水文设计中，常用的洪水管理方法不包括以下哪一种？A. 经验管理法B. 统计管理法C. 物理管理法D. 逻辑管理法36. 水文数据处理中，常用的数据插值方法不包括以下哪一种？A. 线性插值法B. 多项式插值法C. 样条插值法D. 逻辑插值法37. 水文模型中，常用的模型参数调整方法不包括以下哪一种？A. 手动调整法B. 自动调整法C. 遗传算法D. 逻辑调整法38. 水文分析中，常用的径流预测方法不包括以下哪一种？A. 经验预测法B. 统计预测法C. 物理预测法D. 逻辑预测法39. 水文设计中，常用的洪水防治方法不包括以下哪一种？A. 堤防加固B. 水库调度C. 河道疏浚D. 逻辑防治40. 水文数据处理中，常用的数据平滑方法不包括以下哪一种？A. 移动平均法B. 指数平滑法C. 样条平滑法D. 逻辑平滑法41. 水文模型中，常用的模型参数优化方法不包括以下哪一种？A. 遗传算法B. 粒子群算法C. 模拟退火算法D. 逻辑算法42. 水文分析中，常用的径流计算方法不包括以下哪一种？A. 经验公式法B. 统计模型法C. 物理模型法D. 逻辑模型法43. 水文设计中，常用的洪水调度方法不包括以下哪一种？A. 经验调度法B. 统计调度法C. 物理调度法D. 逻辑调度法44. 水文数据处理中，常用的数据平滑方法不包括以下哪一种？A. 移动平均法B. 指数平滑法C. 样条平滑法D. 逻辑平滑法45. 水文模型中，常用的模型结构优化方法不包括以下哪一种？A. 模型简化法B. 模型复杂化法C. 模型组合法D. 逻辑优化法46. 水文分析中，常用的径流分析方法不包括以下哪一种？A. 经验分析法B. 统计分析法C. 物理分析法D. 逻辑分析法47. 水文设计中，常用的洪水预测方法不包括以下哪一种？A. 经验预测法B. 统计预测法C. 物理预测法D. 逻辑预测法48. 水文数据处理中，常用的数据滤波方法不包括以下哪一种？A. 低通滤波法B. 高通滤波法C. 带通滤波法D. 逻辑滤波法49. 水文模型中，常用的模型参数估计方法不包括以下哪一种？A. 最小二乘法B. 最大似然法C. 贝叶斯估计法D. 逻辑估计法50. 水文分析中，常用的径流预测模型不包括以下哪一种？A. 经验模型B. 统计模型C. 物理模型D. 逻辑模型答案1. D2. B3. D4. C5. D6. D7. B8. D9. D10. D11. D12. D13. D14. D15. D16. D17. D18. D19. D20. D21. D22. D23. D24. D25. D26. D27. D28. D29. D30. D31. D32. D33. D34. D35. D36. D37. D38. D39. D40. D41. D42. D43. D44. D45. D46. D47. D48. D49. D50. D。
常用水文预报模型介绍
参数物理意义及范围
（2）x 在实际工作中，一般使用
W K [ xI (1 x )O ] KQ
在洪水演算中，x主要体现洪水过程的坦化。x值越小表明 河段槽蓄作用越大，演算出的过程线坦化程度越大。例如，对 水库而言，槽蓄作用大，入流量I不起作用，过程线坦化程度
参数物理意义及范围
（2）x 马法在建立槽蓄曲线时，引入x（流量比重系数），而特 征河长法（存在一个河长，使W、Q成单值关系）引入l（特 征河长。 经分析推导，可得：
x分两部分： ①x1 为水面 曲线形状，反映楔蓄大小 （一般天然河道其值为 1/2）；②L/l，为河段L按 l分成的段数 ，反映河段 调蓄能力。
参
数
意
义
（8、9）KG、KI：自由水蓄水库对地下径流和壤中流的出流 系数，是并联的。KG反映基岩和深层土壤的渗透性，KI反映表 层土的渗透性。KG+KI代表自由水出流的快慢，KG/KI代表地下 径流与壤中流之比（RG/RI），对具体流域一般都为固定值。 一般雨止到洪水消退历时为3天，则[1-(KG+KI)]3≈0可得KG +KI=0.7。若KG+KI =0.8，表示历时为2天。当历时超过3天时， 表示深层壤中流在起作用，则不需要调整KG+KI值，而用壤中 流消退系数CI来处理。 上述为日模（24h），若转换为次模（一天分为D个时段） ，则公式为：
Sʹ ：流域各点的自由水蓄水容量值
MS：流域最大的Sʹ Fr ：流域产流面积 Fs ：流域内自由水蓄水容量≤某一 Sʹ 值的面积
水
计算公式：
源
划
分
R + AU >0时才出流 R+ AU ≥ MS
R + AU < MS
单一水位流量关系数学模型精确率定及批处理方法探讨
单一水位流量关系数学模型精确率定及批处理方法探讨1问题的提出江河湖库水位和流量是防汛抗旱、水资源管理最重要的水文要素。
水位通常由人工观测、自记仪器记录和遥测等手段比较容易获得，随着计算机、网络和通讯技术的快速发展，水位要素已经实现了自动采集、存储和处理。
流量要素是按水位级布设流量测次，建立水位流量关系曲线，用水位从曲线上插得。
传统的水位流量关系曲线是根据实测点据采用手工定线的方法来完成的，存在着徒手绘制因人而异所带来的任意性，读数精度不高、易出错、不便二次利用，而且与数据库中数据脱节，不能满足水文水资源信息化、自动化的要求。
Excel软件具有强大的数据分析处理、表格和图形绘制功能。
通过对谷城等若干水文站实测水位流量资料进行了分析拟合、检验、评估，优选配置自定义流量函数模型。
结果说明：选择三参数指数函数线型，用Excel中【规划求解】功能，求解获得的单一水位流量关系具有广泛的适应性，并能满足现行水文资料整编规范要求。
将三参数指数函数模型采用计算机科学里的宏(Macro)处理，可以解决批量单一水位流量关系问题。
将流量模型置入水文水资源管理系统，水位要素实现在线监测，江河实时流量的计算可全部由计算机自动完成。
本文以谷城站2012年实测流量资料为例，介绍天然河道水位流量关系曲线的拟合以及宏命令处理方法。
2流量建模及率定实例研究2.1利用Excel内置图形函数拟合曲线水文资料整编规范规定：单一曲线法推流，应结合测站特性，应用插值法或通过选用适当的数学模型来拟合曲线，用水位推算流量。
首先利用Excel工具编制谷城水文站2012年实测流量成果表，见表1。
表1 谷城水文站2012年实测流量成果通过对图1观察，其函数关系可能符合Excel 内置图形函数有指数、多项式、乘幂线型，于是分别选择Excel 不同内置图形函数对谷城水文站2012年实测水文流量关系进行率定，求出精确数学表达式。
对曲线作符号、适线、偏离数值检验（“三种检验”），并对各方案进行评估，见表2。
(完整word版)三种水文模型比较
三种水文模型的比较新安江模型是一个概念性水文模型，新安江水文模型在我国已经应用多年，且效果显著，随着水文学和信息技术的不断发展，萨克拉门托（SAC）模型、TOPMODEL模型也逐渐在我国得到应用。
本文主要从产流机制、适用范围、参数以及汇流过程对三种水文模型进行了对比和总结。
下面结合表格从几方面来具体说明三个模型的相同点和不同点。
从产汇流原理及计算模式来说，新安江模型在每个子流域先进行蒸散发和产流计算，计算出子流域总产流量后通过自由水蓄水库结构进行三水源划分，对已经划分好的三种水源（地表径流、壤中流、地下水径流）分别按照各自的退水规律进行汇流计算（比如采用线性水库），得到子流域出口流量过程，对子流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算（比如马斯京根法）得到子流域在全流域出口的流量过程，然后将每块单元流域在全流域出口的流量过程同时刻线性叠加，即得到全流域出口总的流量过程，因此综合来看，是一个总—分—总的计算模式。
SAC模型中流域被划分为透水、不透水及变动不透水面积三部分，透水面积为主体；在透水面积上，根据土壤垂向分布不均土层分为上下两层；根据水分受力特征，上下土层蓄水量分为张力水蓄量和自由水蓄量，自由水可以补充张力水，但张力水不能补充自由水，上下土层通过下渗曲线连接，下渗计算是整个模型的核心。
径流来源于永久不透水面积和可变不透水面积上的直接径流，透水面积和可变不透水面积上的地面径流，透水面积上的壤中流、浅层与深层地下水。
汇流计算分为坡面汇流和河网汇流两部分，计算出的直接径流和地面径流直接进入河网，而壤中流、快速地下水和慢速地下水可用线性水库模拟。
各种水源的总和扣除时段内的水面蒸发4E ，即得河网总入流。
河网汇流一般采用无因次单位线。
总的来看是一个分—总的过程。
新安江模型在每个子流域先进行蒸散发和产流计算，计算出子流域总产流量后通过自由水蓄水库结构进行三水源划分，对已经划分好的三种水源（地表径流、壤中流、地下水径流）分别按照各自的退水规律进行汇流计算（比如采用线性水库），得到子流域出口流量过程，对子流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算（比如马斯京根法）得到子流域在全流域出口的流量过程，然后将每块单元流域在全流域出口的流量过程同时刻线性叠加，即得到全流域出口总的流量过程，因此综合来看，是一个总—分—总的计算模式。
基于均匀设计法的VIC模型参数率定
基于均匀设计法的VIC模型参数率定朱悦璐;畅建霞【摘要】[目的]用新方法对大尺度分布式水文模型VIC的参数进行率定,为水文模型参数率定提供新的思路.[方法]采用均匀设计理论对传统的率定区间进行重构,确定最优组合,并对渭河流域的林家村、张家山以及流域出口断面水文站的径流进行模拟调试.[结果]将基准期需要率定的6个参数转化成一个6因素10水平的组合,仅通过10次率定就使各站的Nash系数达到0.85以上,总量精度误差控制在5％以内,能够满足工程精度要求.[结论]与其他参数率定方法相比,均匀设计原理在保证模拟效果的同时可以极大地减少工作量.【期刊名称】《西北农林科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(043)012【总页数】8页(P217-224)【关键词】VIC模型;参数率定;均匀设计;优选方案【作者】朱悦璐;畅建霞【作者单位】西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】P333水文模型参数是水文模型的重要组成部分，参数率定过程是水文模型是否建立成功的关键，参数率定好则模型模拟就准确，反之模拟结果无法应用于工程实际，因此水文模型的参数率定研究是进行后续水文工作的基础，具有十分重要的意义。
参数率定问题，就是找到模拟和实测曲线最优解的问题，很多学者对各种水文模型参数率定进行了大量研究并取得了丰富的成果[1]。
张洪刚等[2]以概念性水文模型为研究对象，综合考虑了水量平衡、确定性系数、洪峰、枯水流量过程等目标函数，提出了多目标函数参数自动优选法。
章四龙等[3]、包为民[4]设计了一种将优选方法与模型参数相耦合的自动率定函数，可以通过计算机运算找到目标函数的耦合图形。
在Duan等[5]的研究基础上，马海波等[6]对半分布式水文模型TOPMODEL在江西修水万家埠流域的模拟采用了SCE-UA算法，对模型的参数进行了优化并取得了较好的成果。
常见水文模型参数率定
该类模型输入为上断面 水位流量系列文件，输 出为下断面水位流量系 列文件。
降雨径流相关图法（P—Pa—R） 流域汇流经验单位线（UH_B）
该类模型输入为 流域径流深系列 文件，输出为出 口断面水位流量 系列文件。
3/8/2011
一、常用洪水模型概述
常用洪水预报模型
三水源蓄满产流模型 三水源滞后演算模型 马斯京根河道分段连 X 续演算模型
1表示模拟状态，0表示预报状态
3/8/2011
三、常用洪水预报模型
神经网络模型（BP模型）
神经网络模型输入输出文件共有3个，即PAR、PA、OUT
（1）参数文件（PAR）文件标准格式如下： !FORECAST_TYPE为预报输出类型，Q表示流量，Z表示水位；INPUT_TYPE为dis文件的类型（流量 或水位）,FORECAST_TYPE为预报文件dio的类型；s1为估计的预测值为当前样本中最大值的倍数， s1≥1；s2估计的预测值为当前样本中最小值的倍数，s2≤1；ITER为模型迭代次数，范围设置为 1000-20000。 &SETUP_TABLE INPUT_TYPE=Q FORECAST_TYPE=Q s1=1.2 s2=1. ITER=1500 KKK1=1 KKK2=4 / （2）等时段面雨量输入文件（PA）为系统标准格式。 （3）等时段水位流量输出文件（OUT）为系统标准格式。
参数 K，WUM，WLM，C WM，B，IM SM，EX，KG，KI CI，CG，CS，LAG
敏感参数 独立性 K
SM，KG KG+KI≈0.7 LAG，CS
每层中待率定优化的参数不宜多于2个，因此要剔除不敏感参数 ，如WUM，WLM，C,EX,CI等 对于物理意义明确的参数，可以直接确定，如WM，B，IM，CG等 对于有约束条件的参数确定一个，另一个即不参与优化，如KI
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。
汉江下游河段水质生态模型及数值模拟
。河流因其ຫໍສະໝຸດ Ξ 收稿日期 :2001 - 10 - 26 ; 修回日期 :2002 - 01 - 07 基金项目 : 湖北省自然科学基金 (2001ABB048) 资助项目 . ) ,女 ,四川省绵阳人 ,讲师 ,博士生 ,主要从事环境生态学 、 作者简介 : 彭 虹 (1966～ 水环境学方面的研究 .
[ 3～6 ] 2
自身特点 ,发生富营养化现象很少见 ,因而研究河流 水质问题时很少考虑生态因素 。 1981 年 Patteron 提 出了适用于动态水体中的藻类生长 、 溶解氧和营养 物质 变 化 的 生 态 模 型 , Riley 和 Stefan ( 1988 ) 及 Hamitton 和 Schladow ( 1997 ) [ 7 ] 对此模型进行了发 展和完善 。Monzur Alam L mteaz 和 Takashi Asae2
Cz Kpz + C4 C8 f ( C4 )
- K12θ 12
T - 20
f ( C6 ) C1 f ( C6 ) C 1
( 8)
( 2) 磷循环 :
S K3 = K83θ 83
T - 20
S K2 = K12θ 12
T - 20
- G Pl C4 ( 1 - PN H4 ) A N C
( 9)
物理意义 水位 断面面积 流量 断面平均水深 糙率 水质成分 边界负荷强度 浮游植物内出生率 浮游动物捕食率 水体中氨氮含量 水体中有机磷含量 BOD 含量 水体中有机氮含量 浮游植物光合作用饱和光强 水体消光系数 温度系数 浮游植物非捕食死亡率 浮游动物捕食率温度系数 内源性氮 有机磷对无机磷转化率系数 个水质成分有效沉降率 植物生长摄取氮米氏常数 复氧系数 复氧系数 磷相对碳的转化率 复氧系数 藻类的氮碳比 硝化反应极限半饱和常数 硝化系数 有机氮的矿化系数 浮游植物呼吸作用的氧碳比 死亡浮游植物转化无机氮的化率
分布式水文模型
分布式水文模型（日志）分布式水文模型是在分析和解决水资源多目标决策和管理中出现的问题的过程中发展起来的，所有的分布式水文模型都有一个共同点：有利于深入探讨自然变化和人类活动影响下的水文循环与水资源演化规律。
一、分布式水文模型- 特点与传统模型相比，基于物理过程的分布式水文模型分布式可以更加准确详细地描述流域内的水文物理过程，获取流域的信息更贴近实际。
二者具体的区别在于处理研究区域内时间、空间异质性的方法不一样：分布式水文模型的参数具有明确的物理意义，它充分考虑了流域内空间的异质性。
采用数学物理偏微分方程较全面地描述水文过程，通过连续方程和动力方程求解，计算得出其水量和能量流动。
二、分布式水文模型- 尺度问题、时空异质性及其整合尺度问题指在进行不同尺度之间信息传递（尺度转换）时所遇到的问题。
水文学研究的尺度包括过程尺度、水文观测尺度、水文模拟尺度。
当三种尺度一致时，水文过程在测量和模型模拟中都可以得到比较理想的反应，但要想三种尺度一致是非常困难的。
尺度转换就是把不同的时空尺度联系起来，实现水文过程在不同尺度上的衔接与综合，以期水文过程和水文参数的耦合。
所谓转换，包括尺度的放大和尺度的缩小两个方面，尺度放大就是在考虑水文参数异质性的前提下，把单位面积上所得的结果应用到更大的尺度范围的模拟上，尺度缩小是把较大尺度的模型的模拟输出结果转化为较小尺度信息。
尺度转换容易导致时空数据信息的丢失，这一问题一直为科学家所重视，却一直未能得到真正解决，这也是当今水文学界研究的热点和难点。
尺度问题源于目前缺乏对高度非线性的水文学系统准确的表达式；于是对于一个高度非线性的、且没有表达式的系统，人们用“分布式”方法来“克服” 它。
然而事实上，无论是“ subwatersheds ”是“ rid Cells ”其内部仍然是非线性的且没有表达式。
但是，人们认为他们是“均一”的，于是就产生了尺度问题。
比如，自然界中水文参数存在很大的时间、空间异质性，野外实验证明，传统上认为在“均一”单元，且属于同一土壤类型的小尺度土地上，其水力传导度的变化范围差异可以达到好几个数量级。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
IM： 如有详细的地图，可以量出IM的值；在天然流域，一般只取值
0.01或0.02；但是，在城镇和水库库区则其值可能较大。
IM的值主要由过程线上非全流域产流的小突起来判断，这些小洪 水过程大多由不透水面积产生导致的直接径流产生，故可由这些小 洪水的拟合好坏来确定与调整IM的值。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源滞后演算模型参数
CG：
此值一般为0.98～0.998，相当于汇流时间为50～500天。它决定 地下水退水的快慢，用枯季资料很容易推求。
一、常用洪水模型概述
三水源蓄满产流模型参数
WM（WUM、WLM、WDM）：流域平均蓄水容量,反映干旱程度的指标。
K：流域蒸散发折算系数，反映流域蒸散发能力。 B：流域蓄水容量曲线的方次，反映流域蓄水条件的不均匀性。 C：深层蒸发折算系数，决定于深根植物的覆盖面积。 IM：不透水面积比例。 SM：流域平均表层土自由水蓄水容量，反映洪峰形状、高低。 EX：自由水蓄水容量曲线的方次，反映自由水分布的不均匀性。 KG和KI：自由水蓄水库对地下水及壤中流的出流系数，反映直接
K的参数率定通常将目标函数固定为多年水量平衡再计算而得。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
B： 它取决于流域地形地貌地质情况的均一程度，一般情况下它与流 域面积有关，对于小流域B值也小，对于几千平方公里的流域，B在 0.4左右。
B的值对径流量在时程上的分配有一定影响。B值大时，参数的性质与约值
三水源滞后演算模型参数
CI： 如无深层壤中流，CI→0；当深层壤中流很丰富时， CI→0.40.8，相当于退水为2天。 CI→0.9，相当于退水为10天。它决定洪 水尾部退水的快慢。但它对整个过程的影响，远不如产流模型中SM
与KG/KI明显。
它的作用是弥补KG+KI ≈ 0.7的不足。
该类模型输入为 流域径流深系列 文件，输出为出 口断面水位流量 系列文件。
该类模型输入为上断面 水位流量系列文件，输 出为下断面水位流量系 列文件。
3/8/2011
一、常用洪水模型概述
常用洪水预报模型
三水源蓄满产流模型
三水源滞后演算模型
X
MP
马斯京根河道分段连 续演算模型
3/8/2011
水利部水文情报预报中心 2012年10月
一、常用洪水模型概述
常用洪水预报模型
流域产流计算： 三水源蓄满产流模型（SMS_3）
该类模型输入为流域 内点雨量或面雨量系 列文件，输出为流域 径流深系列文件。
流域汇流计算： 三水源滞后演算模型（LAG_3）
河道汇流计算： 马斯京根河道分段连续演算模型（MSK） 降雨径流相关图法（P—Pa—R） 流域汇流经验单位线（UH_B）
负值，就要加大WM。
WM的值在半干旱地区170mm>半湿润地区120mm>湿润地区100mm。 WUM的值在植被较好的地区20mm >植被匮乏的地区5mm。 WM的加大主要在于加大WDM。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
K：
蒸发皿实测的蒸发量乘上K就是流域蒸散发能力。 K的取值控制总的水量平衡，是非常重要的参数。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
EX： EX决定了饱和坡面流产流面积的发展过程，一般取值在1-1.5。
该参数的变幅不大，可取定值1.5。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
KG和KI： KI+KG代表自由水出流的快慢。1000平方公里流域，一般为三天 ，KG+KI≈0.7，若为二天，则KG+KI≈0.8。这可以从流量过程线落 水段的转折点，粗估壤中流与地下水的量值，其比值就是KI/KG的 值。有的流域退水历时远大于三天，则应调整参数CI来处理。 SM与KG存在一定的相关性，SM越大，KG也愈大，反映了流域的蓄 水能力等水文特性。
径流的退水历时天数。
3/8/2011
一、常用洪水模型概述
三水源滞后演算模型参数
CI：深层壤中流的消退系数，反映
洪水尾部退水的快慢。 CG：地下径流消退系数，反映地下
水退水的快慢。
CS：河网蓄水消退系数，反映洪水 过程坦化的程度。 LAG：滞后时段数，反映洪水过程 平移的程度。
3/8/2011
一、常用洪水模型概述
马斯京根河道分段连续演算模型参数
X：子河段流量比重因素，反映河槽调蓄能 力的一个指标，即反映洪水过程坦化的程度。 MP：子河段数, 反映洪水过程平移的程度。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
WM（
WUM、WLM、WDM ）：
WM的值要保证在计算过程中土壤含水量W不会出现负值。如W出现
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
SM：
SM是个重要的参数，决定了地表径流的多少，影响洪峰形态，优 选调试时往往以洪峰为主要目标。 由于使用时段递推计算的差分格式，对雨强有均化作用。所以计 算时越短，相应的SM越大。如取时段长度为日， SM在山区10或更 小，南方土深林茂处取50或更大；如时段长为6小时， SM在山区则 加大至20。 SM的值与地质条件有关系，花岗岩37，砂岩16，板、页岩7。
后多，B值小时，反之，但这种影响是有限的。B的取值范围一般在 0.15～0.4，或更大些。 B的值对全流域蓄满的洪水不起作用，但在局部产流的小洪水时 是有作用的。
3/8/2011
二、模型参数的性质与约值
三水源蓄满产流模型参数
C：
C的值对湿润地区影响极小，而对半湿润地区及半干旱地区则影
响较大。 C的值与WLM和WDM的和有关，这个和越大，深层蒸发越难以发生 ，C值就越小，在北方半湿润地区0.08-0.15；反之则大，在南方林 地0.15-0.20。 C的值对久旱以后的洪水的影响较大。因此可用久旱以后的洪水 来调试C值，同时也可对WDM+WLM的值作相应的调整。