计算水文学与水文模拟答案2019

一、阐述水文模拟中蒸散发及实际蒸散发计算的主要方法。

1流域蒸散发：流域上不同蒸发面(水面、裸土、岩石、植被等)的蒸发和散发总称为流域蒸散发。

蒸散量的计算方法：

（1）野外试验方法(水面蒸发观测、蒸渗仪试验、气孔计蒸腾测量以及活枝离体称重法等)（小尺度）

（2）流域水量平衡法。（较大尺度）

（3）热力学和空气动力学原理为基础的质量输送法、空气动力学法、能量平衡法、Penman 综合法、辐射一气温相关法等

2 实际蒸散发的估算：

关于实际蒸散发的估算方法有多种，主要包括：水量平衡法、水热平衡法、互补相关法和遥感法等。

(1)水量平衡法：根据水量平衡原理，对于一个闭合流域，其水量平衡方程

式中：P 、E 、R 、ΔW ——流域降水量、蒸散发量、径流量和蓄水量变化值，mm 。

对于多年平均情况，流域蓄水量变化值趋于0，因此，流域水量平衡方程可简化为：

R P E -=

(2)概念性模型中常用的方法

实际蒸发是潜在蒸发和土壤干燥程度的函数。

基本形式：()SMC SMT f ET AET ∙=

（3）水热平衡法：综合考虑水量和热量的平衡关系计算流域蒸散发的方法，经常使用的几种基于水热平衡的蒸散发计算公式包括：Schreiber 公式、OL ’dekop 公式、Budyko 公式、傅抱璞公式和Zhang L.公式等。

(4)互补相关法：

a. Bouchet 认为，可能蒸散发的大小取决于实际蒸散发，即实际蒸散发是因，可能蒸散发是果。实际蒸散发与可能蒸散发成反比。

b. Morton 用大量的实验数据证明了局地蒸发潜力与实际蒸散发之间的互补相关确实存在，而且两者成负指数关系。

(5)遥感（RS ）法

目前，利用遥感研究蒸散发的方法有很多，可概况为以下三种：

a.统计模型。

b.物理模型。

c.数值模型。

d.全遥感信息模型

二、主要的下渗模型

1、近似理论模型

（1）格林安普特模型

又称活塞模型，模型研究的是初始干燥的土壤在薄层积水时的入渗问题。基本假定：入渗时存在明确的水平湿润锋面，将湿润和未湿润的区域截然分开。

W R E P ∆=--

K 有效水力传导度，F 累积入渗量，Sf 湿润锋面的有效吸力， 土壤孔隙率， 初始含水量，

（2）菲利普公式：建立在包气带中水动力平衡和质量守恒原理的基础上，考虑均质土壤、起始含水量均匀分布及充分供水等条件

f 下渗率，S 吸收率，A 经验参数，在0.33Ks~1Ks 之间，Ks 为土壤饱和水力传导 2经验模型

（1）霍顿公式：结构简单，在充分供水条件下与实际资料配合较好，至今仍被广泛应用。反映了下渗强度随时间递减，并最终趋于稳定下渗。Horton 模型公式只适用于有效降雨强度大于稳定下渗率的情况，其中的三个参数必须根据实测资料来率定。

f p= f 0+( f 0- f c )e -kt

f 0 ——暴雨开始时的最大下渗率；f c ——稳定下渗率；k ——经验参数；t — —时间

（2）霍尔坦公式：认为下渗率是土壤缺水量的函数，应用比较少，认为土壤蓄水量、与地面相通的孔隙以及根茎作用是影响入渗能力的主要因素，并给出修正后的公式(Holtan 和Lopez,1971)

式中：f ——下渗率；f c ——稳定下渗率；GI ——作物生长指数，在生长季节中从0.1

变化到1.0；

A ——下渗能力与有效蓄水量的1.4次方之比值；Sa ——是地表层有效蓄水量。

（3）考斯加柯夫公式：主要用于灌溉情况，它需要一组实测下渗资料以率定参数。在水文模拟中用得比较少，现在农田水文中用到

K ，a 经验参数，取决于土壤和初始条件

3、霍顿产流机制与山坡水文学产流机制的主要特征及相互关系。

① 霍顿产流机制：

（1）发生地点：干旱和半干旱地区，植被稀少，土壤包气带薄，硬质表层荒地和

冻土等地区

（2）降雨径流由地面径流和地下径流两部分组成

（3）降雨强度超过地面下渗能力，超渗形成地面径流。

（4）包气带缺水量得到满足，达到田间持水量，从而稳定下渗，形成地下径流。 ② 山坡水文学产流机制：

（1）发生地点：湿润地区，植被良好，有很厚的腐殖土层，下渗能力很大，很难超渗。

（2）在两种透水性有差别的土层形成的相对不透水界面上，可形成临时饱和带，其侧向流动即成为壤中径流；

（3）如果该界面上土层的透水性远远好于其下面土层的透水性，则随着降雨的继续，这种临时饱和带容易向上发展，直至上层土壤全部达到饱和含水量，这时如仍有降雨补给，则将出现地面径流现象。

（4）在流域面上的分布具有不均匀性

山坡水文学产流理论使得人们对自然界复杂的产流有了更深入的认识，是对霍顿产流理论的重要补充，克服了“超渗”和“蓄满”两种产流机制忽略的地形坡度、土层各向异性、非饱和侧向流对产流的影响之不足。也解决了霍顿产流机制不能很好解释湿润地区径流形成的过程。

4、水文模拟、水文模型分类、建模过程

（1）流域水文模拟是用数学的方法描述和模拟水文循环的过程，即将流域概化成一个系统，根据系统输入条件（一般为降雨、融雪、水质、泥沙过程以及流域的蒸散发能力），对流域内发生的水文过程进行模拟计算，求解输出结果（如流域出口断面的流量过程和流域实际蒸散发等）。

（2）水文模型分类

1）按照水文现象的成因规律分类，可分为确定性水文模型和随机性水文模型

2）按照模型的性质分类，可分为概念性模型和系统模型、

3）按照水流运动的空间变化分类，可分为集总式流域水文模型和分布式流域水文模型

4）按照时空尺度分类，可分为时段水文模型和月、日水文模型

（3）建模过程研制水文模型的基本步骤

1)分析流域径流形成机制，提出模型中应包含的各分量，并研究如何考虑它们的时空分布，从而确定模型的总体结构；

2)建立各分量的数学函数式，并建立各分量间定量关系的数学表达式，由此便可确定模型中应有哪些参数；

3)确定参数的优选方法；

4)绘制计算框图；

5)编制模型运算的计算机程序，

6)用多个流域的实测水文、气象资料对模型进行检验，并对模型的总体结构和各分量微结构进行调整，以便最后制成一个机制上合理、精度高且运算简便的实用模型。

由此可见；建模的过程就是对流域径流形成机制的认识逐步深化的过程，也是对用数学方法模拟径流形成的反复实践的过程。

5、新安江模型

新安江模型是一个分块式的概念性流域降雨径流模数型，可以用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节。

模型的总结构：小流域为集总模型，大面积流域为分块模型。分块模型把流域分成许多块单元流域，对每个单元流域做产汇流计算，可以得到单元流域的出口流量过程。