分布式水文模型软件系统研究综述

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1、第33卷第8期地理科学进展Vol.33,No.82014年8月ProgressinGeographyAug.2014分布式水文模型软件系统研究综述1,21,31451,2江净超，朱阿兴，秦承志，刘军志，陈腊娇，吴辉(1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101；2.中国科学院大学，北京100049；3.美国威斯康星大学麦迪逊分校地理系，麦迪逊53706；4.南京师范大学地理科学学院，南京210097；5.中国科学院遥感与数字地球研究所，北京100094)摘要：分布式水文模型软件系统作为分布式水文模型的技术外壳，是模型应用的重要技术保障。当前分布式水文模型应用呈现出多过程综

2、合模拟、用户群范围广和计算量大的特点，对分布式水文模型软件系统的灵活性、易用性和高效性提出了更高的要求。本文首先分析了分布式水文模型应用的主要流程，之后从应用视角对现有分布式水文模型软件系统的特点进行了归纳，主要结论为：①软件系统按照模型结构灵活性的高低分为以下3种类型：不支持子过程选择和算法设置，不支持子过程选择、但支持算法设置，同时支持子过程选择和算法设置；②根据用户操作数据预处理软件方式的不同，参数提取方式分为菜单/命令行式和向导式；③按照模型的程序实现方法分为串行和并行方式，按照模型运行环境分为本地和网络模式。现有软件系统在灵活性、易用性和高效性方面存在如下问题：一是尚未

3、解决模型结构灵活性和对用户知识依赖性之间的矛盾；二是现有菜单/命令行式和向导式的参数提取方式步骤繁琐，难以实现参数的自动提取；三是模型大多为串行方式和本地模式，容易遇到计算瓶颈问题。最后从模块化、智能化、网络化及移动化、并行化和虚拟仿真等方面探讨了分布式水文模型软件系统的发展趋势和研究方向。关键词：分布式水文模型；软件系统；智能建模；并行计算；研究综述doi:10.11820/dlkxjz.2014.08.009中图分类号：P333.9;P343文献标识码：A1引言向单一水文过程的分布式水文模型在流域综合管理应用中具有很大的限制性，需要从流域系统的角分布式水文模型考虑了气候和下垫

4、面因子的度出发综合考虑流域水文、生态、侵蚀、养分等诸多空间异质性，与集总式模型相比能更准确、详细地过程(Lietal,2009;陈腊娇等,2011;朱阿兴等,模拟流域水文过程，从而能更好地分析自然和人为2012)；②分布式水文模型的应用不再局限于水文因素对流域水资源和水环境的影响(Borahetal,专业科研人员，其他领域的科研人员、乃至管理部2004；芮孝芳等,2004)。分布式水文模型已被广泛门决策者对分布式水文模型的需求愈加迫切(Liu用于非点源污染、水资源综合管理、土地利用/覆被etal,2004;Minacapillietal,2008)；③随着GIS和变化的水文响应研

5、究等(王书功等,2004;熊立华RS技术的发展，模型所用的DEM、土壤、土地利用等,2004;徐宗学等,2010)。等空间数据的时空尺度不断精细化，加之模型应用分布式水文模型软件系统作为分布式水文模的空间范围不断扩大，分布式水文模型呈现出计算型的技术外壳，是模型应用的重要技术保障。随着量巨大的特点(Vivonietal,2011;刘军志等,分布式水文模型的发展，分布式水文模型软件系统2013)。上述新特点对分布式水文模型软件系统提也随之不断发展进步。近年来，分布式水文模型应出了更高要求，根据这些应用需求确定分布式水文用领域不断扩大和深入，呈现出以下新特点：①面模型软件系统的发展方

6、向，对分布式水文模型软件收稿日期：2013-11；修订日期：2014-02。基金项目：国家水专项课题(2013ZX07103006-005)；国家科技支撑计划项目(2013BAC08B03-4)；中国科学院地理科学与资源研究所“秉维优秀青年人才计划”项目(2011RC203)。作者简介：江净超(1986-)，男，河北邢台人，博士生，主要研究方向为WebGIS和地学智能建模，E-mail:jiangjc@lreis.ac.cn。通讯作者：朱阿兴(1962-)，男，浙江长兴人，博士，研究员，主要从事GIS和流域系统科学研究，E-mail:axing@lreis.ac.cn。1090-

7、1100页第33卷第8期江净超等：分布式水文模型软件系统研究综述1091系统的发展具有重要意义，但目前还缺乏从这一角(熊立华等,2004)。度对已有研究工作的系统总结和梳理。(2)所需的输入数据。例如，在潜在蒸散发子本文基于应用的视角，即从用户进行模型结构过程模拟的算法中，Hargreaves等(1985)的算法需确定、模型参数提取、模型运行和率定等一系列应要月或日尺度的最高、最低气温数据，Thornthwaite用的流程出发，对现有分布式水文模型软件系统的(1948)的算法需要