水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用

中的应 用。 实例研 究证 明 ． 用 水 文 网络模 型 来表 达 流 域 河 网水 系结 构有 助 于 准确 地 模 拟 流域 上 水 流 的 空间 与 时 间分 布 。 采
关键 词 ： 文 网络 ； 扑 关 系 ； 布 式 水 文模 型 ： 理 信 息 系统 水 拓 分 地
中 图分 类 号 ：３３２ Ｐ３，
生 的 地表 水 流 在 整个 流 域 的空 间分 布状 况 以及 随时 问 的演 变 过
象。 根据 对 各 种 水文 对 象 的 分析 ， Ｉ 文数 据 模 型抽 象 出了各 Ｇ Ｓ水
种 水 文 对 象 的 几个 基 本 空 间 形 状 类 ０ 水 文 结 点 （ ）用 』表 １ ： 点 ， ｖ
ｄｏ ｏｅ 。 文 对 象标 识 符 用整 数 表 示 ， 文代 码 用 字符 串来 表 ｒＣ ｄ ） 水 水 示 ，它 们 的 编码 在 整 个 地 理 信 息 系统 数 据 库 中 都是 唯一 的 ， 完 全 能 够代 表 和 区分 所 有 的 水 文对 象 。每 个 水 文对 象 都 具有 空 间 特 征 、 性 特 征 和 时 间特 征 ， 及 与 其 它对 象之 间 的 拓扑 关 系 。 属 以 必 须 指 出 的是 ， 流 域 水 文 学 而 言 ， 文 对 象 之 间 的 拓 扑 关 系 就 水
（ 武汉大 学 水 资源与水 电工程科 学 国家重 点实验 室， 湖北 武汉 ４０７ ） ３ ０ ２
摘
要 ： 文 网络 模 型 是 地 理信 息 系统 对 流 域 实 际 河 网水 系 的一 种 规 范化 描 述 ， 采 用拓 扑 关 系来 确 定 流域 水 流 的 空 间 水 它
聚合 与 分 散 。准确 地 描 述 水 文 网络 对 成 功模 拟 流域 水 流 的 空 间分 布起 着至 关 重 要 的作 用 。水 文 网络 数 据模 型 的 关键 在 于 如何 表 达 水 文 网络 的 构成 要 素 ， 以及 如何 建 立 要 素 间 的拓 扑 关 系 。本 文 重 点 阐述 了水 文 网络 模 型在 分 布 式 流域 水 文模 拟
Ｇ Ｓ可 以 比较 准 确 地 提取 出流 域 的 水 文 网络 和有 效 地 描 述 其 拓 Ｉ 扑关 系 结构 ［ ｝ 文 网络 模 型 是 Ｇ Ｓ对 流域 实 际 的 河 网水 系 的 ７ 。水 － ９ Ｉ
一
水 文 结 点 通 常 指 的 是 流 域 上 的测 站 、 水 点 、 水 点 、 、 取 进 坝 桥、 建筑 物 、 段 的 端 点 以及 河 流水 系上 重 要 的位 置 等 。水文 边 河 线 主 要 有 自然 河 流 、 工 运 河 、 渠 、 送 地 下 水 的管 道 、 征 人 沟 输 表 湖 泊 及其 它水 体 的人 工 绘 制 的路 线 、海岸 线 、 岛屿 的边 线 、 铁 路 、 路 、 镇 边 界 线 、 域 机 构 管 辖 区 域 的 边 界 线 、 市界 线 公 城 流 城 等 。水 文 区域 对 象 一 般 指 的是 水 库 、 泊 、 湖 岛屿 、 个 控 制 点 对 某
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ０ ０ ５ （ ０ ） — ０ ６ ０ １０ — ８ ２２ ７０ ０ ２ — ４ ０ ２
在 Ｇ Ｓ中 ， 们 把 流 域 中的 这 些 水 文 地 理 特 征 要 素称 为水 文 对 Ｉ 我
１ 前言
分 布式 流 域 水文 模 型 的一 个 主 要任 务 是 模 拟 和预 报 降 雨 产
主要 反 映 的是 由水 流流 向所 确 定 的上 下 游关 系 。
数据 和 时 间序 列 数 据 模 型 ，被 称 为 Ａｃ Ｈ ｄｏ数 据 模 型 ｛１。 ｒ ｙｒ １ １ ０１ － Ａｃ Ｈ ｄｏ 立 在 面 向对 象 技 术 上 。是一 种管 理各 种水 文地 理 ｒ ｙｒ 建 空 间 与时 间 信 息 的规 范格 式 。有 助 于 系统 地 和有 效 地 实 现 复 杂 水 文 系统 的模 拟与 分 析 。 本文 在 Ａｃ Ｈ ｄｏ 据 模 型 的基 础 上 。 ｒ ｙｒ 数 研 究 如何 结 合分 布 式 流域 水 文 模 型来 建 立 水 文 网络 模 型 和 表 达
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种 规 范 化描 述 ，河 网水 系 的 空 间结 构 由水 文 网 络 拓 扑关 系表
应 的 上游 集 水 面积 等 简 单 的具 有 面 积 属性 的对 象 。 在 地 理 信 息 系 统 数 据 库 中 ， 个 水 文 对 象 都 定 义 至 少 这 样 每
了两 个 属 性 【 ｌ 水 文 对 象 标 识 符 （ ｙ ｒｉ 和 水 文 代 码 （ ｖ １ｌ ０】 －： Ｈ ｄｏＤ） Ｈ．
来确 定 。就 水文 学 而 言 ， 文 网络 反 映 了在 流 域 尺 度 上水 流流 水
向的分 布 。对 分 布 式 流域 水 文 模 型 的成 功 与否 起 着 至关 重 要 的 作用。
目前 比 较 成 熟 的 水 文 网络 模 型 是 美 国环 境 系 统 研 究 所 （Ｓ Ｉ Ｅ Ｒ ）开 发 的 一 种 用 于 地 理 信 息 系 统环 境下 的水 文 地 理空 间
示 ； 文 边 线 （ ） 用 三表示 ； 文 区域 （ ） 用 表示 。 水 线 ， 水 面 ，
程 【 。在 实现 这 个 目标 的过 程 中 ， 理信 息 系 统 （ Ｉ ） 为不 可 地 ＧＳ 作
缺 少 的技 术 支 撑 ， 着 非常 重 要 的作 用 ， 起 比如 利 用 ＧＳ来 提取 、 Ｉ 存 储 、 理 、 析 和显 示 与 流域 水 文 循 环 过程 密 切 相 关 的 流域 地 管 分 理空 间信 息【 。特 别值 得 一 提 的是 ， 于数 字 高 程模 型 （ Ｅ ， 基 Ｄ Ｍ）
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第２ 卷 第２ ７ 期
２ ０ 年４ ０７ 月
水
文
Ｖ０ ＿ Ｎｏ２ ｌ７ ２ ．
Ａｐ ． ０ ｒ，２ ０７
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｃ４ ＮＡ ＨＹＤＲＯＬ Ｙ ＩＩ ＯＧ
水文 网络模型在分布式流域水 文模拟 中的应用
熊立 华 ，郭 生练 ， 陈 华 ，林 凯 荣 ，程进 强