分布式水文模型的发展

分布式水文模型的发展、现状及前景

于兴杰1，孙金丹2，张树田1，史福祥1

（1.山西省电力勘测设计院山西太原； 2. 陕西煤炭地质局131大队，陕西韩城

715400）

摘要：分布式水文模型的研究是当前水文建模领域最为活跃的研究方向之一，是解决流域水文、生态和环境问题的有效途径。文中讨论了分布式水文模型的分类、一般结构、下垫面因子、与GIS和遥感技术的关系、参数率定、应用领域等问题，指出分布式水文模型发展面临的问题并展望了未来的发展方向。

关键字：分布式水文模型下垫面因子遥感技术 GIS

中图分类号：P334 文献识别码：C

1 水文模型概况

流域水文模型是水文科学中一个最重要的分支之一，是研究水文自然规律和解决水文实践问题的主要工具。严格说来，水文模型可以分为确定性模型和随机性（统计）模型。确定性模型应用有限的物理学规律描述水文过程，其预测结果不存在不确定性；随机模型应用概率理论和随机性过程描述水文环节，其预测结果多为条件概率的形式。确定性模型根据模型对流域是空间集总式的还是分布式的描述，以及对水文过程是经验性描述、概念性描述还是完全物理描述，可将模型进一步划分为黑箱模型、概念模型和基于物理学的分布式模型。

黑箱模型、概念模型和物理模型分别代表确定性水文模型的不同发展阶段。黑箱模型基于传输函数，几乎没有任何物理意义；概念模型介于完全物理描述和经验式黑箱模型之间；基于物理的水文模型建立在人们对控制流域响应的水文过程的物理认识的基础之上。由于流域的水文异质性，物理模型必须对流域进行离散化，使得模型计算单元内的水文性质满足物理学的均一性要求，因而，物理模型是空间分布式的模型。分布式物理模型能够模拟整个径流过程，可以预测多个水文变量(如径流量、土壤含水量以及蒸散发等)的时空格局。在分布式模型中，物质、能量和动量的传输直接应用控制微分方程描述，如应用St．Venant方程描述坡面漫流、应用Richard方程描述包气带水分运移以及应用Boussinesq方程描述地下水流运动。分布式模型中的偏微分方程多采用数值解，如有限单元法和有限差分法，因此，相对于集总式概念模型，分布式模型需要更多的计算时间和性能更好的计算机。

分布式水文模型是近20年来水文建模领域的热点[11]。之所以能成为近年来具有吸引力的水文学研究热点之一，一是因为地理信息系统(GIS) 技术的不断完善，使得描述下垫面因子复杂的空间分布有了强有力的工具；二是因为计算机技术和数值分析理论的进一步发展，为用数值方法求解描述复杂的流域产汇流过程的偏微分方程组奠定了基础；三是因为雷达测雨技术和卫星云图技术的进步，为提供降雨量实时空间分布

创造了条件，为分布式水文模型的发展铺平了技术道路；流域对自然和人为因素的响应研究以及流域管理决策人员的需求，极大地推动了分布式水文模型的发展。1986年丹麦水力学研究所、英国水文研究所和法国的SOGREAH合作开发的系统水文欧洲SHE是最早为人所知的分布式水文模型，它致力于模拟水文循环的所有重要环节。Famigliettieta1[1]将修改的TOPMODEL[1]和一个表面能量平衡模型耦合在一起，计算整个流域范围内的蒸散发空间变化。Wigmostaeta1[1]建立了一个分布式的水文—植被模型，研究复杂地形条件下的流域水文过程。本文立足于分布式水文模型的研究成果，归纳了分布式水文模型的分布式水文模型的分类、一般结构、下垫面因子、与GIS和遥感技术的关系、参数率定、应用领域等问题，论述了分布式水文模型未来发展方向。

2 分布式水文模型分类

2.1 现有分布式水文模型

20世纪70年代以来，水文学家已经提出了众多的分布式水文模型。建立在概念性水文模型基础上的一类分布式水文模型已为人们所熟知。在其他分布式水文模型中，笔者认为最值得介绍的当推SHE模型和DBSIN模型[1]，这是两个均具有比较明确物理概念的分布式水文模型。SHE模型以水动力学为其基础，模型中涉及到的植物截留、蒸散发、坡面水流、河道水流、土壤水运动、地下水流和融雪径流等的物理过程均由基于物质不灭和能量守恒定律的微分方程来描写。SHE模型的作者们曾对英国威尔士中部面积只有10.55 km2的Wye河流域率定了该模型参数，采用的平面网格的大小为250m×250m，整个土层划分为38个子土层，每个子土层厚仅0.05 m，达到的精度基本上是令人满意的。DBSIN[1]模型以水文学理论为基础，以数字高程模型为平台。模型将流域划分成网格，每个网格作为一个计算单元，其降雨输入由雨量站网或雷达测雨提供。模型由产流模块和汇流模块构成，采用运动型下渗模型计算每个网格的产流量，根据每个网格中水滴流达出口断面的汇流时间进行汇流计算。该模型曾应用于意大利半岛西北部Amo河的支流Sieve河流域，其流域面积为840km2，数字高程模型的高程分辨率为1 m，网格的大小为400m×400m，模型中大多数参数由地形地貌和土壤类型资料确定，只有少数参数通过率定求得，模拟结果有80％是令人满意的。

2.2 模型分类

概括现有分布式水文模型的结构可以看出，若按子流域或子区域所采用的分析降雨径流形成的理论和方法，分布式水文模型可分为概念性和具有物理基础两类。常见的可用于构建概念性分布式水文模型的有：美国的SAC模型、日本的TANK模型、中国的新安江模型等。具有物理基础的分布式水文模型又可分为以水动力学原理为主要基础和以水文学原理为主要基础两种情形，前者的例子可举上述的SHE模型，后者的例子可举上述的DBSIN模型。此外，也有一些模型，如TOPMODEL和TOPKAPI模型。由于既不同于概念性分布式水文模型的结构，又不同于具有物理基础的分布式水文模型的结构，

而是属于具有物理基础的半分布式水文模型。若按各子流域或子区域形成的径流过程转变成全流域径流过程的方法，分布式水文模型可分为松散型和耦合型两类。松散型分布式水文模型的特点是：假设流域中每个子流域或子区域对整个流域的总响应的贡献是相互独立的，而具有物理基础的松散型分布式水文模型的优缺点介乎以上两者之间，因此它是近期发展前景较好的一类分布式水文模型。

3 水文模型的一般结构

分布式水文模型结构可以从两个角度进行分析，首先是功能结构，即按照系统内部功能的聚集程度，把模型划分成功能相对独立的子系统，每一个子系统实现了对水文循环某一环节的数学描述。

分布式水文模型的通用功能模块有：1)一维降水冠层截留模型；2)一维辐射传输模型；3)一维蒸散发模型；4)一维融雪模型；5)一维包气带水分垂向运移模型；6)二维表面漫流模型；7)一维河流（渠道）模型8)二维饱和壤中流（地下水）模型；9)二维灌溉模型。如果模型考虑水质和土壤侵蚀问题，还应包括：1)一维包气带内溶质运移和化学反应过程模型；2)三维饱和带内溶质运移和化学反应过程模型；3)土壤侵蚀和沉积物运移模型。分布式水文模型通过上述子系统描述水文过程的各个重要环节，如融雪过程、冠层截留、蒸散发、地表漫流、渠道汇流、不饱和与饱和土壤水分运动等。分布式水文模型从程序实现的角度，其结构可以分解为计算单元上的一维通量过程和计算单元的能量、物质空间集总过程。一维通量过程包括功能结构划分中的各个一维模型，即在计算单元上，分布式水文模型要实现降水截留计算、蒸散发计算、边界层短波辐射传输以及长波辐射计算、降水下渗计算和产流计算．在计算单元空间集总过程中，要实现功能模块中的二维和三维模型，如表面漫流模拟、饱和带土壤水(地下水)运移模拟，如果模型涉及水质问题，还需要模拟空间上溶质和沉积物的运移。模型单元的计算结果通过空间集总，最终通过一维河流（渠道）模型，给出流域出口断面的流量。分布式水文模型的功能结构通过子程序设计实现，其程序结构通过多重循环实现，模型单元的计算过程位于多重循环的最里层。

4 下垫面因子

水文学家早就认识到下垫面因子空间分布不均匀性对流域降雨径流形成影响的重要性。例如，1960年Linsley和Crawford[3]在研制Stanford模型时就曾使用下渗容量面积分布曲线来考虑下渗容量空间布对降雨径流形成的影响。20世纪70年代，赵人俊等[5]在研制新安江模型时提出了旨在考虑包气带持水能力的空间分布对蓄满产流影响的流域蓄水容量曲线。而这些考虑下垫面因子空间分布不均匀的方法仅是一种统计方法，且由于这种方法不能给出下垫面因子真实的空间分布，故不能同时考虑气候因子空间分布不均对流域降雨径流形成的影响。因此，寻求能够描写下垫面因子真实空间分布的方法，就成为研制分布式水文模型必须解决的关键技术．从数学上说，下垫面因子

的空间分布可用下列函数[3]表达：

k （1）

)

式中：k表示下垫面因子；x，y表示流域上某一点的位置坐标。由于寻求式(1)的解析形式的困难性，使得过去相当长时间内分布式水文模型的发展比较缓慢。虽然直到目前，人们仍无法用一个解析函数来表达式式（1），以便精确地描述下垫面因子在空间上的连续变化，但是空间离散化技术为构建式（1）的离散形式指出了方向。时至今日，水文学家曾使用过的划分子流域或子区域的方法有Thiesse多边形法、等流时线法、自然分水线法、网格法和不规则三角网格法等，其中网格法最具普遍意义和发展前景。显然，这种做法是对式(1)的近似，其精度与子流域或子区域的划分方法和粗细程度有关。地理信息系统技术是快速、自动、合理地划分子流域或子区域的强有力的工具。目前由地理信息系统和遥感技术构建的数字化平台已成为描写水文现象时空分布和探讨降雨径流形成机理的新研究手段。

5 GIS和遥感在分布式水文模型中的角色

GIS(Geographical information system)，地理信息系统是采集、存储、分析和显示空间信息的计算机系统，是处理和分析地理数据的通用技术。GIS提供的空间分析功能，如空间数据的叠加分析、缓冲区分析、表面分析以及数字地形分析等功能，在水文建模中已经得到了广泛应用．分布式水文模型的发展极大地得益于GIS的成熟及其日趋强大的功能．

5.1 GIS在分布式水文模型中的作用

GIS在分布式水文模型中的以下几个方面发挥着重要作用：

1）空间数据管理。GIS能够统一管理与分布式水文模型相关的大量空间数据和属性数据，并提供数据查询、检索、更新以及维护等方面的功能；2）提取水文特征。如利用地形数据计算坡度、坡向、流域划分以及河网提取等；3）模型数据准备。如利用GIS的空间分析和数据转化功能，制备分布式水文模型要求的流域内土壤类型图、土壤深度图、植被分布图以及地下水埋深图等空间分布性数据；4）模型输出结果的可视化与再分析。如上所述，分布式水文模型的输出结果更多的是空间分布型信息，这些结果或者是以模型特定的数据格式，或者是以某些GIS系统的数据格式，如ArcView的ASCII-GRID格式或GRASS[1]的GRID数据格式输出，只有应用GIS，才能对这类结果进行显示、查询和再分析。

5.2 遥感数据在分布式水文模型中的应用

遥感数据(航空照片和卫星影像)能够提供流域空间特征信息，是描述流域水文变异性的最为可行的方法，尤其是在地面观测缺乏地区。在分布式水文建模中，遥感数据的应用可以归纳为：作为模型输入数据和用作模型参数估计，具体有7个方面[8]：1）降水强度观测以及空间格局；2）蒸散发计算和土壤湿度反演；3）雪被覆盖面积；4）

地下水埋深；5）土地覆盖与土地利用分类；6）水体特征；7）植被参数提取。相对GIS ，遥感技术在分布式水文模型中的应用水平比较低，其原因主要由于：1）遥感数据空间分辨率和时间分辨率的矛盾。即空间分辨率较高的数据，其时间分辨率较低，反之亦然，这样限制了遥感数据的应用；2）缺乏普遍可用的从遥感数据中提取水文变量的方法；3）缺乏必要教育与技术培训。

6参数的率定

分布式水文模型包含的参数在空间上一般是呈不均匀分布的，由于不可能在每个子流域或子区域都设站收集水文气象资料，因此，传统上主要依赖于实测水文气象资料来率定模型参数的方法，在此情况下，难以得到全面应用。如果试图根据流域出口断面水文资料来率定为数众多的子流域或子区域的模型参数，那也是难以解得物理意义明确的参数值的。因此，确定分布式水文模型参数的问题，就成为缺乏水文气象资料条件下如何推求模型参数的问题。经过长期努力，水文学家和地貌学家发现，流域降雨径流的形成，除了受控于降雨特性，如降雨量、降雨强度、降雨历时和降雨时空分布等外，与下垫面因子存在明显的因果关系：

（1）“粒子理论”。它是以Rodriguez ．Itube 和Gupta 为代表的学派于20世纪70年代末创立的流域汇流理论。根据“粒子理论”[3]，人们可得出瞬时均匀降落到流域上的雨滴之间呈弱相互作用时，流域瞬时单位线就是雨滴的流域汇流时间的概率密度函数的结论，即

()()t f t u B = （2）

式中：()t u 为流域瞬时单位线；()t f B 为雨滴的流域汇流时间的概率密度函数。

（2）“扩散理论”。它是Rinaldo 于1991年首创的流域汇流理论。根据“扩散理论”[3]，人们可得出流域汇流是地貌扩散和水动力扩散共同作用的结果，且可导出流域瞬时单位线的表达式为

()()()dx Z x N t x g t u 10,-∞

?= （3）式中：()t x g ,反映了水动力扩散作用，实用上由于坡面汇流作用常可忽略不计，故可用河道响应函数来代替它；()x N 为宽度函数，它是用来表示地貌扩散作用的；Z 为宽度函数的总面积。

（3）“水动力学理论”。它是计算河流水力学发展的一个结果。根据“水动力学理论”[4]，人们可以将流域出口断面过程线理解为流域上的净雨过程经由坡面和河网组成的传播场的作用而形成的，这样，流域汇流问题就转化为坡面和河网水动力学计算问题。

这些物理概念清晰的理论途径显然与传统的基于系统分析和综合统计分析的“黑箱子”途径不同，它们不仅是一种通过揭示流域汇流的机理来建立流域汇流计算方法的途径，而且可以看出据此导出的流域瞬时单位线公式均已包含了有关地形地貌因子。

而由“黑箱子”途径给出的流域汇流计算方法充其量是一些以模拟流域汇流的宏观表现为基础的方法。

7 分布式水文模型的应用

基于物理学的分布式水文模型基本上可以应用于绝大部分水文学领域，不过针对大多数并不复杂的水文问题，使用结构简单的经验模型、集总式概念模型或者统计模型更为经济有效。但是，当水文问题变得复杂时，基于物理学原理的分布式水文模型成为解决这类问题的唯一选择，以下是分布式文模型的典型应用领域。

7.1 流域条件变化以及气候变化响应模拟

流域变化包括自然和人为因素，例如森林火灾、森林砍伐及恢复、城市化和农业布局变化导致的流域内部土地利用的变化。气候变化指的是全球气候变暖，温室气体浓度上升。分布式水文模型的参数具有明确的物理解释，这意味着在流域对土地利用变化和气候变化的响应发生之前，分布式水文模型就能够估计出流域体统的未来状态。

7.2 缺乏前期观测的流域模拟

分布式水文模型参数的物理意义使其在模拟缺乏前期观测的流域之前，只需要开展短期高强度的野外观测和试验，就能获得模型标定和运转所需的数据及参数，而不像传统的水文模型，需要有长时间序列的观测资料来标定模型参数。

7.3 空间异质性模拟

流域性质空间异质性普遍存在，相对集总式水文模型，分布式模型更能够反映空间异质性对流域水文过程的影响，并能够给出分布式定量化的结论，而不是集总式模型给出的流域状态平均值。

8 分布式水文模型面临的问题

分布式水文模型发展至今，其面临的问题具有明显的时代技术特征。在20世纪70一80年代分布式水文模型的发展主要受计算机发展水平的制约，进入90年代以后，计算机迅速发展，计算能力已经不是分布式水文模型发展的瓶颈，而对水文系统的深刻认识、复杂系统建模和多学科交叉等问题成为分布式水文建模必须面对的难点。Beven 将分布式水文模型面临的问题归纳为5个方面：非线性问题、尺度问题、唯一性问题、等效性问题和不确定性问题，其中，前两个问题属于水文学机理认识方面，表现最为突出。此外，多学科建模人员的有效组织和交叉是制约分布式水文模型发展的重要因素。非线性问题是分布式水文建模所面临的大部分问题的核心。水文系统是非线性系统，所有分布式水文模型都会涉及到描述非线性水文过程，如描述分布式水文模型计算单元内的产流过程，不管是应用Richard方程还是SCS曲线数方法，都属于非线性方程。分布式水文模型的物理特征之一就是其参数可以通过实地测量获得，然而测量结果仅仅是点尺度上的参数化特征，将这样的实测参数直接应用到模型计算单元(具有一定的形状和面积)必然会产生误差。Reggianieta1[1]曾试图在子流域以及亚网格尺度上

直接应用物质、能量和动量守恒方程描述水文过程以解决这类参数化问题，但是没有成功。非线性问题的另外一个方面是非线性系统对模型的初始条件和边界条件非常敏感，而在分布式水文模型中难于确定这两个条件。分布式水文模型的尺度问题和非线性问题有着紧密的联系。尺度问题主要包括控制方程和参数化的尺度扩展以及分布式水文模型和气象模型，如GCM 和MM5的尺度耦合。针对尺度问题的解决，目前存在这两种不同的观点，Bevenl 认为尺度问题最终将被证明是不可解决的，必需接受分布式水文模型的尺度依赖性；Bloschl 认为尺度问题正在逐步被解决，而且将来必然在水文学理论和实践中取得重要进展。

9 展望

我们主要从分布式水文模型的一般结构、与GIS和RS的关系、应用领域和面临问题等方面论述了分布式水文模型目前的发展水平，可以看出分布式水文模型是流域水文机理研究的必然阶段，作为水文科学研究的新兴领域，它有着广泛的应用前景，但是同时也面临着问题与挑战．美国水文科学委员会1991强调[4]，当今水文科学研究的重点应放在以下几个方面：（1）水文循环的化学和生物分支；（2）不同水文尺度的相互转换；（3）陆地表面与大气之间的相互作用；（4）人类活动的水文效应；（5）水量和能量的全球尺度观测上述这五个方面都与分布式水文模型有关。笔者认为，为了推动我国分布式水文模型的应用和发展，需要以下几个方面着重开展研究：1)加强水文过程的机理研究，通过增大观测密度，改善观测手段，力求从物理学的角度和深度，认识流域水文过程，解决分布式水文模型中的非线性问题和尺度问题。这一点，对于像中国这样水文基础设施相对缺乏，研究水平相对落后的地区尤为重要；2)借鉴国外成熟经验，加强分布式水文模型与地理信息系统的耦合研究，内容包括分布式水文模型数据格式与常用地理信息系统数据格式的兼容和水文模型本身与地理信息系统软件的系统耦合；3)关注遥感技术的发展，提高遥感数据在分布式水文模型的应用水平；4)分布式水文模型的并行计算模型结构研究。尽管目前微型计算机以及工作站的计算能力基本能够满足分布式水文模型的计算需求，但是随着更多的偏微分方程用于描述水文过程，数值方法在模型中的应用，更多的因素考虑，分步式水文模型的计算需求必然急剧增大，因此，在模型结构上有必要考虑并行计算结构；5)目前分布式水文模型尚属于研究型模型，其模拟结果难于直接应用与流域管理，而管理模型或者与管理模型耦合，是分布式水文模型发展的目标。我国发展水文模型，没有必要从基础做起，完全可以在国外相关研究的基础上，组织多学科人员，直接面向流域管理，开发设计分布式水文模型。

参考文献

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[10]芮孝芳．分布式流域水文模型研究中的几个问题[J ].水利水电科学进展，2002（6）：56～57．

作者简介：于兴杰，男，1979年生，2008年毕业于西安理工大学，获硕士学位，助理工程师，从事水文气象研究。

[收稿日期：2009-01-13]

The Development, Situation and Future of Distributed Hydrological Model YU Xing-jie, SUN Jin-dan, SHI Fu-xiang

Abstract: At present the study of distributed hydrological model is one of the most active research directions in hydrological modeling field. It

is an effective way to deal with the issue of watershed hydrology,

ecology and environment. Classification, general architecture,

underlying surface factors, the connection with GIS and RS, parameter

calibration, application fields of distributed hydrological model

are studied in the paper. The problems of its development are

introduced. Lastly, its future is look into.

Keywords: distributed hydrological model; underlying surface factors; RS; GIS

遥感水文模型的研究进展-中国农村水利水电

生态环境 2006, 15(6): 1391-1396 https://www.360docs.net/doc/d417667475.html, Ecology and Environment E-mail: editor@https://www.360docs.net/doc/d417667475.html, 基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（KZCX-SW-446）作者简介：赵少华（1980－），男，博士研究生，主要研究方向为农业生态及遥感水文生态。Tel: +86-311-85814806; E-mail: zshyytt@https://www.360docs.net/doc/d417667475.html, *通讯作者遥感水文耦合模型的研究进展赵少华1, 2，邱国玉1，杨永辉2 *，吴晓1，尹靖1 1. 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室//北京师范大学资源学院，北京 100875； 2. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心//河北省节水农业重点实验室，河北石家庄 050021 摘要：遥感水文的耦合模型在目前生态环境领域，特别是在水资源的应用和管理中其作用日益重要，具有大流域尺度上快速应用、实时动态监测等优点。结合国内外近年来取得的研究成果，文章综述了遥感水文耦合模型的研究进展。首先介绍了遥感技术在水文学中的应用，讨论了它的分类发展概况，接着介绍了几种主要的遥感水文耦合模型及其应用实例，包括SCS （Soil Conservation Services ）模型、SiB2（Simple Biosphere Model version 2）简化生物圈模型、SRM （Snowmelt Runoff Model ）融雪径流模型以及SWAT （Soil and Water Assessment Tool ）模型，最后展望了遥感水文耦合模型未来的发展趋势，指出尺度问题上的时空变异性仍是其发展的关键，与GIS （Geographic information system ）及其他空间技术的相结合是其未来发展的重要方向，从而为水文学、水资源的预测评价等研究提供参考。关键词：遥感；水文；径流；流域中图分类号：P338.9 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）06-1391-06 水文模型是以水文系统为研究对象，根据降雨和径流在自然界的运动规律建立数学模型，通过电子计算机快速分析、数值模拟、图像显示和实时预测各种水体的存在、循环和分布，以及物理和化学特性[1]。通过对各种参数的计算，水文模型可以对河流、流域、径流以及水体等进行监测预报、水资源调度等。然而随着社会的发展和科学技术的不断进步，对水文模型的功能要求也越来越多，也越来越高，从单纯的流域某控制断面的洪水预报到全流域的洪水、水资源调度，导致模型的框架结构越来越复杂。地理信息技术和遥感技术的发展更是大力促进了水文模型的应用和发展。对于遥感在水文模拟中的应用，Schultz [2]举出了利用多光谱Landsat 卫星数据估算模型参数、利用NOAA 红外卫星数据作为模型的输入量来计算历史的月径流量以及应用雷达测雨数据于分布式模型中来实时预报洪水的三个例子。水文模型需要大量的空间数据，通过遥感技术可以为其提供DEM （数字高程模型）、土地覆盖/利用、降雨、地表温度、土壤特性、LAI （叶面积指数）和蒸散发等资料[3-5]。遥感水文的耦合模型是流域水文模型发展的一个重要方向，有广阔的发展前景。简单来说，遥感水文耦合模型就是与遥感信息相结合的水文模型，模型中可以直接或间接地应用遥感资料，通过遥感水文耦合模型可以在更大范围内更准确地估算流域的水文概况、水体变化监测、洪水过程监测预报等。然而目前国内外对遥感水文耦合模型的研究还不多，还没有对该方面的研究做系统深入的报道，本文正是基于此目的，综述了近年来遥感水文耦合的模型在国内外取得的研究成果，分别讨论了它的分类发展概况、几种主要的遥感水文耦合模型及未来的发展趋势，以期为水资源、水文学的预测评价研究等提供参考。 1 遥感技术在水文学中的应用遥感技术在水文学中的应用大致可分为两个方面：一是直接运用：如降雨量变化的估算[6]、水体（湖泊、湿地等）面积变化的推算[7-10]、冰川和积雪的融化状态监测以及洪水过程的动态监测等（其中监测洪水过程的动态最具有代表性）。如Zhang 等[11]在长江的汉口段流域上，提出利用高分辨率的QuickBird 2 卫星影像资料估算河流流量的方法，该法通过与河流宽度－水位及遥测水位－流量关系曲线耦合来测量河流水面宽度变化，从而准确评估其流量。二是间接运用：利用遥感资料推求有关水文过程中的参数和变量。通常是利用一些统计模型和概念性水文模型、经验公式等，结合遥感资料来获取诸如径流、水质（如全氮TN 、全磷TP 、悬浮物SS 、化学需氧量COD 、生物需氧量BOD 等）、土壤水分等水文变量[12] ，如对径流的估算，可通过估算降雨、截流、蒸散发和土壤蓄水量等参数来进行[13]。对于全球或区域尺度上的蒸发估算，遥感技术不仅具有对大面积地面特征信息同时快捷获得

流域水文模型研究现状及发展趋势

流域水文模型研究现状及发展趋势发表时间：2018-09-11T16:04:44.667Z 来源：《基层建设》2018年第24期作者：王慧锋 [导读] 摘要：地球上的水文事件，是一种诸多因素相互作用的结果，在尚未找到复杂水文现象的科学规律之前，通过建立水文模型来仿真有关水文事件是一种合理、可行的途径。安徽国祯环保节能科技股份有限公司安徽省 230088 摘要：地球上的水文事件，是一种诸多因素相互作用的结果，在尚未找到复杂水文现象的科学规律之前，通过建立水文模型来仿真有关水文事件是一种合理、可行的途径。随着计算机技术和一些交叉学科的发展，分布式物理模型被广泛提出，并逐渐成为21世纪水文学研究的热点课题之一。基于此，本文主要对流域水文模型研究现状及发展趋势进行分析探讨。关键词：流域水文模型；研究现状；发展趋势 1、前言流域水文模型是为模拟流域水文过程所建立的数学结构，在进行水循环机理的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用，能有效应用于水文分析、水文预报、水资源开发、利用、保护和管理等方面。目前，国内外开发研制的流域水文模型众多，结构各异，按照不同的分类方法可划分为不同类型的流域水文模型。 2、模型的发展及现状流域水文模型的研究始于20世纪50年代，早期主要依据传统产汇流理论和数理统计方法建立数学模型，应用于水利工程规划设计和洪水预报等领域。其间系统理论模型和概念性水文模型得到了快速充分的发展，国外曾出现了几个著名的概念性水文模型。比如，最简单的包顿模型和最具代表性的第Ⅳ斯坦福模型。包顿模型是澳大利亚的包顿（W.C.Boughton）先生于1966年研制成功的一个以日为计算时段的流域水文模型，在澳大利亚、新西兰等国有着广泛的应用，比较适用于干旱和半干旱地区。由N.H.克劳福特先生和R.K.林斯雷先生研制的第Ⅳ斯坦福模型（SWM-IV）是世界上最早也是最有名的流域水文模型，此模型物理概念明确，结构层次分明，为以后许多模型的建立提供了基础。此后比较有名的还有萨克拉门托模型和水箱模型。水箱模型是对水文现象的一种间接模拟，模型中并无直接的物理量，参数简单，操作简便，在我国湿润地区的水文计算和水文预报中采用较多。水箱模型由菅原正已先生在20世纪50年代提出，对我国流域水文模型的发展影响较大。国内的流域水文模型在20世纪70年代至80年代中期也得到蓬勃的发展，其中典型代表为赵人俊教授等于70年代提出的新安江模型。新安江模型在湿润半湿润地区得到广泛应用，模拟精度也比较高，对我国水文模型的发展起了重要的作用。 1969年，当概念性水文模型的研究开展得如火如荼时，Freeze和Harlan提出了分布式水文物理模型的概念和框架，但当时的相关研究并不多。20世纪80年代以后，流域水文模型开始面临着许多新的挑战，包括水文循环的规律和过程如何随时间和空间尺度变化而变化的问题，水文过程的空间变异性问题，还有水文、地球化学、环境生态、气象和气候之间的耦合问题。以前研制的大部分流域水文模型（系统模型和概念性模型），由于其自身存在着许多不足和局限性，无法适应这些挑战。因此，人们开始关注分布式水文物理模型的研究。在20世纪90年代，计算机技术、GIS、遥感技术和雷达测雨技术等迅速发展，为研制和建立分布式水文物理模型提供了强大和及时的技术支撑，使得分布式水文物理模型成为水文学研究的热点课题之一。第一个具有代表性的分布式水文物理模型由英国、法国和丹麦等国家的科学家联合研制而成，发表于1986年，称之为SHE模型。该模型主要的水文物理过程均用质量、能量和动量守恒的偏微分方程的差分形式来描述，也采用了一些经验关系；模型模拟流域特性、降水和流域响应的空间分布信息在垂直方向用层来表示，水平方向则采用正交的长方形网格来表示，能较好地描述降雨径流形成机理。从SHE模型开始，人们先后研制建立了一些分布式水文模型，例如MIKESHE、SHETRAN等，这些演化模型在许多流域得到检验和应用。我国水文学者在这方面的研究也取得了一些进展：黄平先生[1]等提出了流域三维动态水文数值模型；郭生练先生[2]等提出和建立了一种基于DEM的分布式水文物理模型，模拟整个流域的径流形成过程，分析径流形成机理；夏军先生[3]等开发了分布式时变增益水文模型，该模型既有分布式水文概念性模拟的特征，同时又具有水文系统分析适应能力强的特点，能够在水文资料信息不完全或不确定性的干扰条件下完成分布式水文模拟与分析；研究者提出了一个基于DEM的分布式水文模型，主要用来模拟蓄满产流机制，并通过实例检验模型模拟流量过程以及土壤需水量空间分布的能力；研究者等对分布式水文模型的发展现状进行了详尽概述，并对其发展前景作出展望。 3、模型研究展望在经历了最初的萌芽与蓬勃发展之后，随着先进的计算机技术及地理信息系统、数字化高程模型等在水文学领域的应用，流域水文模型的发展进入了一个新的历史时期，其研究方法必将产生根本性的变化：（1）具有物理基础的分布式水文模型能为真实地描述和科学地揭示现实世界的降雨径流形成机理提供有力工具，是一种发展前景看好的新一代水文模型。另外，分布式水文模型所需资料主要来自空间水文、气象及下垫面等方面的信息，对实测降雨径流资料的依赖较小，这使得其在无资料及资料精度不高的地区有更好的适应性，也较集总式概念性水文模型有更广阔的发展空间。（2）加强分布式水文模型的物理基础研究、更加合理地模拟和描述水文过程，是改善模型结构和明确参数意义的关键。对水文学基本理论的研究，尤其是降雨径流形成机理与地形、地貌、土壤、植被、地质、水文地质、土地利用和气候气象之间定量关系的揭示，将在本质上推动模型的发展，使其物理意义更加明确，对水文规律的模拟更加贴近真实情况。（3）GIS和遥感技术为水文模拟提供了新的研究思路和技术方法。GIS用于水文模拟，可以用来获取、操作及显示与模型有关的空间数据和所得的成果，使模型进一步细化，从而深入认识水文现象的物理本质，为分布式的水文物理模型研制提供了平台。遥感技术可以提供一些确定产汇流特性和模型参数所必需的下垫面信息和降雨信息，是描述流域水文特性的最为可行的方法，尤其是在地面观测手段和资料缺乏的地区。（4）尺度问题是当代水文学理论研究的中心内容。近些年来物理性水文模型的最新进展反映了目前处理尺度问题的几种研究思路，其中在物理性和计算效率之间取得平衡的准物理性水文模型、基于不规则网格的物理性水文模型以及直接在宏观尺度上建立数学物理方程的尺度协调的物理性水文模型都有了明显的突破，在一定程度上代表着物理性流域水文模型的发展方向。 4、结语传统的概念性集总式模型由于忽略了参数和下垫面条件的时空变化，将参数和变量都取流域的平均值，这与流域的实际情况并不相

(完整word版)Arcgis操作第九章水文分析

第九章水文分析水文分析是DEM 数据应用的一个重要方面。利用DEM 生成的集水流域和水流网络，成为大多数地表水文分析模型的主要输入数据。表面水文分析模型研究与地表水流有关的各种自然现象例如洪水水位及泛滥情况，划定受污染源影响的地区，预测当某一地区的地貌改变时对整个地区将造成的影响等。基于DEM 地表水文分析的主要内容是利用水文分析工具提取地表水流径流模型的水流方向、汇流累积量、水流长度、河流网络（包括河流网络的分级等）以及对研究区的流域进行分割等。通过对这些基本水文因子的提取和分析，可再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。本章主要介绍ArcGIS 水文分析模块的应用。ArcGIS 提供的水文分析模块主要用来建立地表水的运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流的流动过程。同时，通过水文分析工具的应用，有助于了解排水系统和地表水流过程的一些基本概念和关键过程。 ArcGIS 将水文分析中的地表水流过程集合到ArcToolbox 里，如图11.1所示。主要包括水流的地表模拟过程中的水流方向确定、洼地填平、水流累计矩阵的生成、沟谷网络的生成以及流域的分割等。本章1至5节主要是依据水文分析中的水文因子的提取过程对ArcGIS 中的水文分析工具逐一介绍。文中所用的DEM 数据在光盘中chp11文件夹下的tutor 文件夹里面，每个计算过程以及每一节所产生的数据存放在tutor 文件夹的result 文件夹里面，文件名与书中所命名相同，读者可以利用该数据进行参照练习。本章最后一节还提供了三个水文分析应用的实例。 9.1 无洼地DEM 生成 DEM 一般被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形（如喀斯特地貌）的存在，使得DEM 表面存在着一些凹陷的区域。这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，使得在进行水流流向计算时在该区域得到不合理的或错误的水流方向。因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM 数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM 。洼地填充的基本过程是先利用水流方向数据计算出DEM 数据中的洼地区域，然后计算出这些的洼地区域的洼地深度，最后以这些洼地深度为参考而设定填充阈值进行洼地填充。 9.1.1 水流方向提取水流方向是指水流离开每一个栅格单元时的指向。在ArcGIS 中通过将中心栅格的8个邻域栅格编码，水流方向便可由其中的某一值来确定，图11.2 水流流向编码图11.1 ArcToolBox 中的水文分析模块

水文学的现状及未来

水文学的现状及未来芮孝芳梁霄 (河海大学水文与水资源学院，江苏南京210098 ) 摘要：水文学已发展成为具有众多分支学科的博大精深的学科体系。分析了水文现象的复杂性及还原论的缺陷，探讨了水文学发展的动力，总结了现行水文学的理论基础及局限性，指出了流域水文模型的发展中可能的误区。最后，对水文学必须从“线性”向“非线性”拓展作了初步讨论。关键词：水文现象；水文学方法；还原论；非线性流域；水文模型 1 水文现象的复杂性与还原论的缺陷水文现象是大气过程与下垫面条件共同作用的产物[1]。相同时空分布的降雨降落在不同下垫面条件的流域，以及不同时空分布的降雨降落在相同下垫面条件的流域，都会形成不同的洪水过程和不同的时间序列。根据现有的认识水平，水文现象的复杂性主要表现为： ·水文现象的时空变化既有确定性表现，又有不确定性表现，而且许多水文现象不确定性方面的表现更为强烈。 ·水文现象的确定性表现既有周期性表现，又有非周期性表现。非周期性表现又有因果性和趋势性之分。 ·水文现象的不确定性表现可能有随机性、灰性、模糊性、突变性、混沌性等不同形式。随机性又有纯随机性、平稳随机性和非平稳随机性之分。 ·水文现象时空跨度很大，时空变异性大多数表现十分强烈。 ·不同尺度的水文现象之间非相似性表现十分强烈。 ·水文现象与天气现象比较，更易受到人类活动的影响。可见水文现象已经够复杂了！但由于受到人类认识自然能力的限制，我认为水文现象的复杂性可能还没有被充分揭示出来。正因为水文现象如此复杂，所以当人们用“还原论”[2]讨论水文的规律时，有时就会碰壁。

还原论认为，通过将事物分解成越来越精细的组成部分就能最终对其做出彻底的理解。将这种“还原论”用于分析河道中洪水波运动可以说相当成功，用于分析降雨径流形成也基本成功，而用于分析水文循环时空变化和径流长期演变就碰壁了。因为水文循环是一个由多路径、多尺度构成的及其复杂的系统，企图用还原论对其做出彻底的理解几乎是不可能的，因此，有必要另辟蹊径来解决此类问题。此时遇到的最大挑战就是，应该用什么样的数学物理工具来恰如其分、完整地描述如此复杂的系统呢？ 2水文学的分支及发展动力地球系统是由四大圈层构成的。研究大气圈的是为大气科学，研究岩石圈的是为地质科学，研究生物圈的是为生物科学，研究水圈的是为由水文学和海洋学组成的水科学。作为一种独立学科，水文学也许是一个后字辈，但在近半个世界里却得到了快速发展，已经与其他学科交叉形成了庞大的学科体系和众多的分支学科[3]。按研究水体分（图1），有流域水文学、河流水文学、湖泊水库水文学、地下水水文学、河口水文学、湿地水文学、冰川水文学和全球水文学等。按服务于经济社会分（图2），有工程水文学、桥涵水文学、城市水文学、农业水文学、森林水文学、水资源水文学、环境水文学等。按交叉学科或研究方法分（图3），有物理水文学、动力水文学、系统水文学、随机水文学、确定性水文学、计算水文学、数字水文学、气象水文学、地理水文学、地貌水文学、生态水文学、水文测量学、水文信息学和同位素水文学等。图1 水文学按照研究水体的分类

斯坦福流域水文模型研究综述

斯坦福流域水文模型SWMM研究综述摘要：自然界的水文现象,是一种多因素相互作用的复杂过程,由于其形成机理还不完全清楚,水文模型成为一种研究复杂水文现象的重要工具。本文在在查阅文献的基础上,从斯坦福流域水文模型，国内外 SWMM 研究进展，斯坦福模型主要组成，其他流域水文模型的研究进展个方面对斯坦福模型的研究现状及进展进行了整理和分析，并在此基础上探讨了流域水文模型研究的发展趋势。关于流域水文模型的研究成果有目共睹，但仍需要深入研究。总之,流域水文模型与GIS、遥感技术的结合越来越多的受到重视,必将成为今后研究中的一个主要方面。关键词：斯坦福流域水文模型；综述；研究进展； 1.斯坦福流域水文模型流域水文模型的起源是从水文预报模型开始的,即降雨-径流模型。1932年Sherman用叠加原理提出了单位线模型，单位线模型统治水文界20多年。随后Nash和Dooge对单位过程线进行了改进,提出了连续变化的暴雨响应模型。第一个真正的流域水文模型就是1959年Linsley&Crawford开发的斯坦福流域水文模型，并经过改进和扩展,于1966年发展了SWM-IV。属于概念性集总式水文模型,将整个流域看作一个整体,不考虑流域内的空间变化,数据输入、流域特征描述(土壤类型、土地利用和坡度)通常采用平均值。这个时期的水文模型应用计算机模拟水循环系统,而不是简单地利用数学公式计算洪峰和降雨-径流关系。模型已可以模拟降雨、截留、入渗、蒸散发、河道流等水文过程,但模型中的参数大都缺乏明确的物理意义,以经验公式为主,不能反映流域水文过程空间上分散性输入和集中性输出的特点,且模型参数对水文实测资料的依赖性很大,无法模拟产汇流的空间分布规律,以及气候变化、土地利用/覆被等因素对水文过程变化的影响;这个时期的模型还主要表现在以模拟水量为主,无法模拟污染物等的迁移。虽然这些模型考虑的因素较粗,模拟精度不足,但在资料不完善地区仍然应用广泛。 HSPF模型是在斯坦福模型(Stanford-IV)的基础上发展萨克模型是集总参数型的连续运算的确定性流域水文模型,是在第IV斯坦福模型基础上改进和发展的。 2.国内外SWMM研究进展 2.1国外SWMM 研究进展 SWMM 是由美国环保局于 1971 年推出的，在世界各地获得了广泛的关注，为降雨径流方面的研究提供了可靠的技术支持，并且应用在面源污染负荷计算、城市防洪、雨洪调蓄、径流计算、雨水利用等方面。1975 年 Marsalek等人对美国3 个流域内的12 场暴雨事件

ArcGIS之水文分析

ArcGIS教程之DEM水文分析详细图文教程，本教程和之前的两个教程有关联的，数据上是使用上一个教程的结果，步骤相互联系！最后会提供给大家数据和教程的链接！水文分析需要： 1.理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。 2.利用ArcGIS的提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。下面开始教程：工具/原料 ?软件准备：ArcGIS Desktop 10.0---ArcMap(spatial Analyst模块) ?数据准备：DEM（使用由本人前面的教程【ArcGIS地形分析--TIN及DEM 的生成，TIN的显示】中使用的原始数据。方法/步骤 1.数据基础：无洼地的DEM 在ArcMap中加载 DEM数据，右击DEM图层，点击缩放至图层，显示全部。 2.在【ArcToolbox】中，（要打开扩展模块）执行命令[SpatialAnalyst工具]——>[水文分析]——> [填洼]，按下图所示指定各参数，其中Z限制——填充阈值，当设置一个值后，在洼地填充过程中，那些洼地深度大于阈值的地方将作为真实地形保留，不予填充；系统默认情况是不设阈值，也就是所有的洼地区域都将被填平。之后点击确定即可。 3.确定后执行结果得到无洼地的DEM数据[Fill_dem1]

4.关键步骤：流向分析在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，执行命令[SpatialAnaly st工具]——>[水文分析]——>[流向]，按下图所示指定各参数： 5.确定后执行完成后得到流向栅格[Flowdir_fill1]，理解代表什么含义！ 6.计算流水累积量在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，执行命令[SpatialAnaly st工具]——>[水文分析]——>[流量]，按下图所示指定各参数： 1.7 确定后执行完成得到流水累积量栅格[flowacc_flow1] 如图： 7.提取河流网络首先，提取河流网络栅格。在上一步的基础上进行，打开【Arctoolbox】，运行工具[Spatial Anal yst 工具]——>[地图代数]——>[栅格计算器]，在[地图代数表达式]中输入公式：Con(Flow Accumulation1>800,1)，（这里的Flow Accumulat ion1要以上一步得到的文件名为准,注意是Con,不是con,大写第一个字母，不然出错）如图： [输出栅格]指定为:StreamNet保存路径和文件名任意）

流域水文概述

近几十年,新安江模型不断改进,已成为有我国特色应用较为广泛的一个流域水文模型。新安江模型是分散型模型,把全流域按泰森多边形法分成若干块,每一块称为单元流域。在每块单元流域内至少有一个雨量站;单元流域大小要适当,使得每块单元流域上的降雨分布相对比较均匀,并尽可能使单元流域与自然流域的地形、地貌和水系相一致,以便于能充分利用小流域的实测水文资料以及对某些问题的分析处理。新安江模型的结构分为蒸散发计算、产流计算、分水源计算和汇流计算4个层次。蒸散发计算采用3层模型;产流计算采用蓄满产流模型;用自由水蓄水库结构将总径流划分为地表径流、壤中流和地下径流3种;流域汇流计算采用线性水库;河道汇流计算采用马斯京根分段连续演算法或滞后演算法。对划分好的每块单元流域分别进行蒸散发计算、产流计算、水源划分计算和汇流计算,得出单元流域的出口流量过程。对单元流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算,得到该单元流域在全流域出口的流量过程。将每块单元流域的出流过程线性叠加,即为全流域出口总的流量过程。新安江模型的结构特点可以简单的归纳为:(1)三分特点,即分单元计算产流、分水源坡面汇流和分阶段流域汇流;(2)模型参数少且大多数具有明确的物理意义,容易确定;(3)模型参数与流域自然条件的关系比较清楚,可以寻找到参数的区域规律;(4)模型中未设超渗产流机制,适用于湿润与半湿润地区。王金忠、胡环[4]利用新安江模型对清河水库产流进行了预报。吉林省水文水资源局[5]利用新安江三水源模型对竞赛流域的洪水进行了预报。李致家[6]等利用改进的新安江模型对高理流域和临沂流域的洪水进行了预报。瞿思敏[7]等利用新安江模型与垂向混合产流模型对青峰岭水库和危水水库流域的洪水进行了预报和比较。这些预报结果都说明了新安江模型在湿润地区和半湿润地区具有较好的适应性,而在干旱半干旱地区的模拟效果则不够理想。此外,新安江模型在大中流域的模拟效果比在小流域的模拟效果要好。ＳＡＣ模型虽然研制完成时间相对较晚,但是其功能较为完善。ＳＡＣ模型在美国的

流域水文模型研究进展

流域水文模型研究进展姓名：杨柳专业班级：水文学及水资源研1017班学号：1008150845 摘要：流域水文模型是水文研究的重要工具之一。本文较全面、较系统地对其概念、分类和国内外研究进展情况进行了综述，并简要介绍了分布式流域水文模型。探讨了未来的发展方向,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。关键词：流域，水文模型，分布式流域水文模型，发展 Abstract:Hydrological model is an important tool for hydrological research. This more comprehensive, more systematic way of its concepts, classifications and research progress at home and abroad were reviewed, and briefly describes the distributed hydrological model. And it explored the future direction of development. I believe that it has important reference value and reference in peer-related work. Keywords:river basin; hydrological model; distributed hydrological model; development 1前言流域水文模型把流域总体看成是一个系统，输入为降雨等，输出为出流流量等。流域内的水文过程则是系统的状态，是根据水文概念推理计算出来的。随着全球性缺水问题日益严重，水污染、水资源分布不均衡等问题的日益突出，就要求人们不断加强水文学的定量化研究，而流域水文模型就是其中发展较为迅速的研究领域。它有助于我们在利用水资源、分配水资源中提供合理的、科学的依据。流域水文模型在进行水文规律的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。因此，掌握常见的流域水文模型是必要的。 20世纪以来流域水资源问题日益突出，为了提高流域整体管理水平和科技水平，“数字流域”的建设正在日益兴起。模型建设尤其是流域水文模型的建设是“数字流域”建设的核心内容和基础工作。数字水文模型就是构建在DTN/DEM基础之上的一种分布式水文模型，先由DEM建立数字高程水系模型，再与数字产流模型和数字汇流模型有机结合形成数字水文模型，其基本框架见图1。数字水文模型是一种有物理基础结构的包含大量信息的现代化模拟技术，流域所有下垫面(诸如流域分水线、子流域集水面积、水系、地形、植被、土壤)都是栅格型数字式的点阵，流域产流单元、汇流路径、水系是根据地形由计算机自动生成[1]。 2流域水文模型的概念及分类水文现象是一种非常复杂的现象，它不仅受降雨特性的影响，还受流域下垫面、人类活动等因素的影响。因此，多年来水文学者一直在不断地探索和研究，以便揭示水文现象及其发展变化规律。但是，至今仍有许多问题尚未解决。在没

基于的和分布式水文模型的应用比较

基金项目作者简介山西运城人教授主要从事水文预报研究基于的和分布式水文模型的应用比较李致家水资源环境学院江苏南京摘要本文采用对建了基于并将个模型应用于黄河支流洛河卢氏以上流域的水文模型的参数率定和模拟比较以探讨个模型都能很好地进行水文过程模拟其中基于更好的效果新安江模型自世纪后半叶许多水文模型被提出并应用于实际利用地理信息和遥感技术考虑流域空间变异性的分布式水赵人俊改进作者曾在产流机制基础上提出了一个基于栅格和地形的分布式物理模型模型本文将最后将模型如图所示将流域划分成栅格图中流域有模型以基础提取水系划分子流域进行单个栅格产流计算再以流向为基础生成河网采用产流计算将单元汇流带内的栅格通过土壤缺水量建立联模型的部分产流理论

单元汇流带示意式中是单元栅格的地形指数关系黏壤式中和指在沙植被及根系截留计算认为同类土地覆盖参数在单元栅格上时段的降水量植物截留蒸散发计算在植被及根系截留层蒸散蒸散发先发生在植被及根系截留层当植被及根系截留层的水分蒸发完毕式中上上时段的植被及根系截是单元栅格上的植被及根系截留层最大截流量式中上上土壤水流计算式中?

图 ? 汇流计算由格演算次序矩阵采用如图栅格水流都流入由得则出流量为之及自身产流量其中基于子流域的模型和基于子流域的新安江模型图? 新安江模型计算流程模型结构将模型和新安江模型与构建了两个分布式水文模型分别采用入流进行河网演算得到流域出口断面的流量图基于子流域的等流时线汇流法基于子的面积或面积设时刻子流域出口断面的流量为时刻子流域的平均产流量为的水流才对出口断面的时刻流量由于至时刻的产流量对出口断面时刻流量从而通过积分可以得到将子流域根据平均水流路径划分成个汇流区第个汇流区累计以上汇流区的面积和占流域总面积百分比为个汇流区距离出口的平均水流路径为个汇流区的平均水流速度为

水文学文献综述

森林对水文的影响唐恩勇 ( 贵州大学林学院水土保持与荒漠化防治091班) 摘要：森林与人类的生活息息相关，他不仅是可供人类开采利用的一种自然资源，更是人类及其他生命赖以生存的环境与物质基础。随着人类的发展进步，无论是生活和生产实践还是科学的研究探索，对于森林的作用都有一个深刻地认识，总的来说，森林的防护效益有这几个方面：森林的水源涵养作用，土壤改良及水土保持作用，气候和环境的改善与维持作用，大气污染、土壤污染、水体污染防治作用，各种生物资源的保护作用，人类健康保健与环境美化作用等等。水不仅是生命存在和延续的先决条件，而且是全球与局部气候状况的重要决定因素，随着人类文明的发展，人们对水的用途的要求越来越高，用量越来越大，然而，随着全球环境的改变，地球上的可以利用的水资源越来越少，征对森林对水资源的作用，森林的存在对于水文效应的影响，无论是从宏观还是微观，无论是从地上还是地下都有着不可替代的作用，研究森林对水文的影响，更有利于合理利用水资源、保护生态环境的对策和措施有效地实施。研究和认识森林对水文影响的规律，对于开发、利用水资源，防治水患，充分发挥森林的生态效益具有重要意义。关键字：森林水文效应生态效益为了认识森林对自然界水分运动的影响及所产生的效应。研究森林对水文的影响，它起源于19世纪中叶。1864年德国的 E.埃贝迈尔在巴伐利亚建立了第一个森林气象站，对林区降水量、土壤蒸发和枯枝落叶层对地面蒸发的影响进行了观察。1900年在瑞士的埃曼托尔山地的两个集水区，对森林和牧地、耕地进行了河流流量的对比观察。之后，日本、美国、苏联等国家相继开展了这方面的研究。20世纪中期以来，研究范围进一步扩大，手段日趋现代化。如在不同自然地域内开展各种林分的水量平衡和水质研究，探索不同林种、不同采伐方式对降水和径流的影响，找出最佳森林水文效益的林种和采伐、更新方式，以及在测试仪器和装置方面采用中子散射、无线电遥控、室内模拟等。中国最早是于1924～1926年在山西、山东等地的寺庙林里进行了径流试验。 1森林的地上部分对降雨的再分配过程大气降水落到森林表面时，首先被森林植物地上部分截留引起降水的第一次分配。然后，当降水量足够大时，一部分降水到达枯枝

国内外遥感驱动的流域水文模拟

国内外遥感驱动的流域水文模拟遥感技术应用中心路京选、宋文龙、曲伟水循环过程及其影响要素的观测和数据获取对流域水文模拟具有重要意义。遥感影像的波谱能量特性，与水文循环和水文过程的能量过程具有相关的物理基础，具有服务于水循环过程关键因素反演与流域水文模拟的巨大应用潜力。尤其是遥感技术以其对地物的高光谱、高时相、高分辨率监测和反演优势，在流域水文模拟中的应用历来受到重视。尽管遥感技术无法直接测量河川径流，但是结合遥感提供的地形、土壤、植被、土地利用、冰雪覆盖、土壤水分和流域水系水体等下垫面状况信息，以及由遥感所反演的降水量和蒸散发等关键水文过程要素，在确定产汇流特性以及水文模型参数时十分有用。通过间接转化还可获得一些传统水文方法观测不到的信息，且遥感具有周期短、同步性好、及时准确、分布式等特点，能较好地满足水文模拟实时、空间分布的需求。与描述时空变异性、多变量或参数化的水文模型进行有效结合，可用于水文过程模拟及水循环规律研究。因此，直接或间接地应用遥感资料，能在多种时空尺度上更准确地服务于流域的水文情势分析、水资源评价、洪水过程监测预报等。针对遥感技术在水利行业特别是流域水文模拟中的应用现状、前景和难点，报告首先对流域水文模拟的科学和管理意义、水文模型发展、遥感在驱动流域水文模拟定量化发展中的重要意义做了概述；其次，综述了遥感在流域水文模拟中的应用现状，包括直接获取相关要素的时空分布信息，为提高遥感信息精度和空间特性而将不同分辨率和精度数据进行的相互融合，以及结合模型算法实现水循环关键环节的空间尺度反演，用于流域水文模拟、参数率定和模拟精度验证等；最后，对近年来遥感在流域水文模拟应用中的发展新动向和关注点做了重点阐述，对推动我院在该领域的研究提出了具体建议。 1 调研背景概述 1.1 流域水文模型是水资源管理的基础水文模型是对复杂水循环过程的近似描述，随着社会需求、技术发展和人对水循环规律认识的加深而不断发展。水文模型的发展可追溯到19世纪50年代，在一百多年的发展历程中，水文模型经历了萌芽、概念性模型和分布式模型三个主要发展阶段。20世纪50年代以前，水文模型大多

流域生态水文研究

流域生态水文模型研究进展摘要：流域生态水文模型是全球变化下流域生态水文响应研究的重要工具，通过定量刻画植被与水文过程的相互作用及全球变化对流域生态水文过程演变的影响机制，为流域水资源管理和生态恢复提供科学支撑，是生态水文研究的前沿和热点。基于植被与水文过程相互作用规律，流域生态水文模型一方面要充分描述植被与水文过程相互作用和互为反馈机制，另一方面要精确刻画流域的空间异质性。本文在分析流域尺度陆地植被与水文过程相互作用特点的基础上，将现有流域生态水文模型进行归纳和分类，剖析不同类型模型的优缺点，并总结现有模型应用的代表性研究成果，最后，对流域生态水文模型存在的关键问题(如植被与水文相互作用机制的描述、模型参数的估计、模拟结果的不确定性分析等)进行讨论。在全球变化加剧水资源危机的背景下，传统的水文学研究难以解决流域出现的新问题，生态水文过程的耦合研究日益引起学者们的关注[1-6]。国际地圈生物圈计划及联合国教科文组织(UNESCO)国际水文计划(IHP)等都将陆地植被生态过程与水文过程的耦合研究作为核心内容 1992年召开的国际水和环境会议首次将生态水文学作为一个独立的学科提出，其核心是在不同的时空尺度上揭示不同环境条件下植物与水的相互作用关系，为解决流域水资源危机和生态环境问题提供理论支持。指出生态水文耦合研究将是21世纪水文学研究最前沿和最激动人心的创新领域。流域生态水文模型是定量评估环境变化流域生态水文响应的重要工具，通过定量刻画植被与水文过程的相互作用及全球变化对流域生态水文过程演变的影响机制，为流域水资源管理和生态恢复提供科学支撑。目前，国内外对流域生态水文模型已开展了一定深度的研

分布式水文模型

题目：分布式水文模型的原理及其应用学院名称水建学院专业名称水文与水资源学生姓名朱良哲学号2009011728 指导老师严宝文

分布式水文模型的原理及其应用摘要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。本文就几种分布式水文模型进行分类总结与比较，探讨其原理与应用。关键字：分布式；水文模型；DEM；MIKE SHE；TOPMODEL；SWAT Distributed hydrological model is analyzed and deal with the water in multi-objective decision-making and management problems in the process of the development of up, all of the distributed hydrological model have one thing in common: to further discussed natural change and human activities under the influence of the hydrologic cycle and water resource evolution rule. This paper distributed hydrological model several classification summary and comparison, this paper discusses the principle and application. Key word: distributed; Hydrological model; DEM; MIKE SHE; TOPMODEL; SWAT 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

ArcGIS之水文分析

2.在【ArcToolbox】中，（要打开扩展模块）执行命令[SpatialAnalyst工具]——>[水文分析]——> [填洼]，按下图所示指定各参数，其中Z限制——填充阈值，当设置一个值后，在洼地填充过程中，那些洼地深度大于阈值的地方将作为真实地形保留，不予填充；系统默认情况是不设阈值，也就是所有的洼地区域都将被填平。之后点击确定即可。 3.确定后执行结果得到无洼地的DEM数据[Fill_dem1]

4.关键步骤：流向分析在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，执行命令[SpatialAnaly st工具]——>[水文分析]——>[流向]，按下图所示指定各参数： 5.确定后执行完成后得到流向栅格[Flowdir_fill1]，理解代表什么含义！

流域水文模型综述

流域水文模型综述摘要：本文分别综述了集总式流域水文模型和分布式水文模型的研究进展，并简单介绍了几种常用的集总式和分布式流域水文模型及特点，最后对流域水文模型的发展进行了展望。关键词：流域，水文模型，集总式流域水文模型，分布式流域水文模型水资源作为人类社会的一大资源，在不断地满足社会经济发展与生态环境需要的同时，水资源短缺与污染的趋势也在不断加剧。为了促进水资源的可持续利用与保护，美国率先提出了流域管理的概念。流域管理一作为水资源利用与保护的主要途径，是目前水资源管理的主要模式，在世界上得到了广泛应用，尤其在美国、欧洲和澳大利亚等国家，整个研究领域己逐步走向成熟。水文学（hydrology）是地球物理学和自然地理学的分支学科。研究存在于大气层中、地球表面和地壳内部各种形态水在水量和水质上的运动、变化、分布，以及与环境及人类活动之间相互的联系和作用。是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律，以及运用这些规律为人类服务的知识体系。水文模型(Hydrologic Model)，是自然系统的抽象，真实世界的概化，是符号的综合体，是自然系统或部分自然系统的符号化，是数学模型用数学语言将自然现象符号化的的水文学应用，是为了模拟水文现象而建立的实体结构和数学结构与逻辑结构。流域水文模型把流域总体看成是一个系统，输入为降雨等，输出为出流流量等。流域内的水文过程则是系统的状态，是根据水文概念推理计算出来的，随着全球性缺水问题日益严重，水污染水资源分布不均衡等问题的日益突出，就要求人们不断加强水文学的定量化研究，而流域水文模型就是其中发展较为迅速的研究领域。它有助于我们在利用水资源分配水资源中提供合理的科学的依据。流域水文模型在进行水文规律的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用，因此，掌握常见的流域水文模型是必要的[1]。

如何使用ArcGIS进行水文分析(完整版)

如何使用ArcGIS 进行水文分析对于做水利的朋友来说有时候需要进行水文的分析，今天给大家分享一下如何通过ArcGIS 进行水文分析，材料可以通过水经注万能地图下载器进行下载。工具/ 原料水经注万能地图下载器ArcGIS 方法/ 步骤 1. 打开水经注万能地图下载器，框选上需要进行水文分析的地方并下载（图1）图1 2.下载完成后会自动导出成tif 格式的高程DEM数据，将其加载到ArcGIS 内（图2）。【说明】：此处下载生成的tif 格式的图片即为大家常说的DEM数据，直接加载到ArcGIS 内即可使用。

图2 3. 点击“自定义”→“扩展模块”（图3），在弹出的对话框中将“空间分析” Spatial Analyst ）工具勾选上（图4）。图3

图4 4. 在ArcToolbox 中点击“ Spatial Analyst 工具”→“水文分析”→“填洼” （图5），在弹出的“填洼”对话框中按图 6 进行设置。其中Z限制——填充阈值，当设置一个值后，在洼地填充过程中，那些洼地深度大于阈值的地方将作为真实地形保留，不予填充；系统默认情况是不设阈值，也就是所有的洼地区域都将被填平。【特别说明】：为了保证最终分析成功，在最终的结果之前，所有输出的数据都默认保存名称和路径，这就需要我们记清楚哪个名称是对应的哪个成果，后面会有用。

图5 图6 5. 填洼完成后得到名称为 “ Fill_tif3 的填洼成果，在ArcToolbox 工具中点击Spatial Analyst 工具”→“水文分析”→“流向”图7 ），在弹出的“流向” 对话框中进行如图8 所示的设置，将上一步得到的 Fill_tif3 ”填洼数据作为