分布式水文模型

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1、第九章分布式水文模拟技术分布式水文模型的发展基于DEM的流域分布式水文模型几个典型分布式水文模型的介绍9.19.29.3第九章分布式水文模拟技术主要内容9.1分布式水文模型的发展9.1.1分布式水文模型的研究进展9.1.1.1研究进展分布式水文模型的研究可以认为起始于1969年Freeze和Harlan发表的《一个具有物理基础数值模拟的水文响应模型的蓝图》的文章。后期比较具有代表性的水文模型包括SHE模型、IHDM模型、SWAT模型、THALES模型以及DTVGM模型等。进入20世纪90年代以后，随着计算机技术、GIS/RS技术、信息技术和通讯技术的发展与普及

2、，分布式水文模型也因此获得了长足发展。9.1.1.2几点讨论流域分布式水文模型还有待于进一步完善，多数还存在（或很少考虑）以下几个问题。①分布式水文模型的真实性问题。②尺度转换问题（或者模型参数的有效性问题）。③模型的检验问题。④计算时间和数据存储的问题。9.1.2分布式水文模型的发展目前，基于模块的分布式水文模拟系统的研制在国内还较为少见。在国外，USGS（美国地质调查局）在MMS(ModularModelingSystem)的基础上已联合欧洲等国着手开发OMS(ObjectiveModelingSystem)，以JAVA为开发语言，基于Internet实现

3、网络数据共享。此外，USGS与BOR（复垦局）合作开展流域与河流系统管理计划（WARSMP），目标是发展操作性强、以数据库为中心、面向复杂的资源管理问题的决策支持系统。总体上看，集成不同的水循环模型，基于模块化结构，构建面向多目标的水文模拟系统是现代水文模拟技术发展的又一个重要方向。9.2基于DEM的流域分布式水文模型9.2.1流域水文过程及其数学模拟9.2.1.1流域水循环过程流域是陆地系统中最为重要的自然集水区域。流域水循环主要包括降水、冠层截留、径流（坡面流、壤中流和地下径流）、下渗、蒸发（包括土壤蒸发、水面蒸发、植被蒸腾、潜水蒸发）等几个环节。在这几个

4、环节中，伴随着水量的转化和物质及能量的交换，同时还受到气候变化、大气降水动力学过程及流域地形、地貌、人类活动等多种因素的影响。因此，流域水循环是一个十分复杂的过程。流域水循环过程示意图9.2.1.2流域水循环的数学模拟由于流域水循环过程极其复杂，在建立水文模型时通常对复杂水文现象进行抽象和概化。目前，水文模型的种类繁多，按模型的性质和建模技术可分为：实体模型（如比例尺模型）、类比模型（如用电流欧姆定律类比渗流达西定律的模型）和模拟模型。其中，数学模拟模型是人们最常用的一类水文模型。9.2.2基于DEM的流域分布式水文模拟9.2.2.1模型的特点与分类基于DEM

5、的分布式水文模型具有以下特点：①具有物理基础，能够描述水循环的时空变化过程。②由于其分布式特点，能够与GCM（大气环流模式）嵌套，研究自然变化和气候变化对水循环的影响。③同RS和GIS相结合，能够及时地模拟出人类活动或下垫面因素的变化对流域水循环过程的影响。流域分布式水文模型的一般框架目前，基于DEM的分布式水文模型主要有两种建模方式：①应用数值分析来建立相邻网格单元之间的时空关系，如SHE模型等。②在每一个网格单元（或子流域）上应用传统的概念性（或系统理论）模型来推求净雨，再进行汇流演算，最后求得出口断面流量，如SWAT模型等。9.2.2.2模型的结构与参数

6、基于DEM的分布式水文模型在结构上一般分为三部分：①分布式输入模块，用于处理流域空间分布信息，为水文模块提供空间输入数据和确定模型参数的信息。②单元水文模型，是坡面产汇流计算的核心部分。③河网汇流模型。有些基于网格的分布式水文模型忽略了该部分。①在单元上采用传统的概念性模型，不改变原有模型的结构和参数，但每一个单元上水文模型的参数值随空间变化。参数值的大小根据空间信息图进行分类计算。②重新设计单元水文模型的结构与参数。尽量选择或者重新构造那些既反映空间变化，又具有物理意义，且便于计算的指标作为模型的参数。③将原有模型的参数同易于获取的空间指标（主要是通过RS影

7、像或者DEM提取的空间指标）建立起某种对应关系（一般是统计关系），从而得到分布式水文模型的参数计算方法。分布式水文模型的参数是一个反映流域下垫面和气象因素空间变化的数集。它的确定方法包括：9.3几个典型分布式水文模型的介绍9.3.1MIKESHE模型MIKESHE是对SHE模型的发展和完善，它能够模拟水循环陆面过程中主要的水文过程包括水量、水质及沉积物输移。它能用于解决与地表水和地下水相关的资源和环境问题，以及地表水和地下水之间的动态相互作用关系。典型应用包括：流域规划、供水、灌溉和排水、污染物堆放场的污染物、农业耕作的影响（包括农用化学品和化肥的使用）、土壤

8、和水资源管理、土地利用变化的影响、气候