SWAT水文模型
新安江流域水文模型
2新安江流域水文模型 60年代初，河海大学(原华东水利学院)水文系赵人俊等开始研究蓄满产流模型，配合一定的汇流计算，将模型应用于水文预报和水文设计。1973年，他们在对新安江水库做入库流量预报的工作中，把他们的经验归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。模型可用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节径流模拟和计算。 最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下径流。80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱模型中，用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模型，提出了三水源新安江模型，模型可以模拟地面径流、壤中流、地下径流。1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。三水源新安江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流过程精度不够理想。在新安江三模型中增加慢速地下水结构就成为四水源新安江模型。 当流域面积较小时，新安江模型采用集总模型，当面积较大时，采用分块模型。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、汇计算，得到单元流域的出口流量过程。再进行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量过程。把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域出口的总出流过程。 划分单元流域的主要目的是处理降雨分布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨分布比较均匀。并有一定数目的雨量站。其次尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处理问题，并便于利用已有的小流域水文资料。如果流域内有大中型水库，则水库以上的集水面积即应作为一个单元流域。因为各单元流域的产汇、流计算方法基本相同，以下只讨论一个单元流域的情况。 新安江模型包括4个计算环节：蒸散发计算；流域产流计算；径流划分；汇流计算。4个计算环节分别概化了流域降雨径流的主要产、汇流物理过程。 2.1流域蒸散发计算 各种水源的蒸散发计算模型均可采用两层蒸发模型或两层蒸发模型，一般根据实际情况选用。原则是在模拟径流精度相同的情况下，尽量采用参数少的两层蒸散发模型。蒸散发模型不考虑面上分布的不均匀性，但可考虑土湿垂向分布的不均匀性。 两层蒸散发模型将土层分为上、下两层，各层蓄水容量分别为WUM、WLM
SWAT水文模型
SWAT水文模型介绍 1概述 SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是美国农业部（USDA）农业研究局（ARS）开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。它主要基于SWRRB模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征。SWAT 具有很强的物理基础，能够利用GIS和RS提供的空间数据信息模拟地表水和地下水的水量和水质，用来协助水资源管理，即预测和评估流域水、泥沙和农业化学品管理所产生的影响。该模型主要用于长期预测，对单一洪水事件的演算能力不强，模型主要由8个部分组成：水文、气象、泥沙、土壤温度、作物生长、营养物、农业管理和杀虫剂。SWAT模型拥有参数自动率定模块，其采用的是Q.Y.Duan等在1992年提出的SCE-UA算法。模型采用模块化编程，由各水文计算模块实现各水文过程模拟功能，其源代码公开，方便用户对模型的改进和维护。 2模型原理 SWAT模型在进行模拟时，首先根据DEM把流域划分为一定数目的子流域，子流域划分的大小可以根据定义形成河流所需要的最小集水区面积来调整，还可以通过增减子流域出口数量进行进一步调整。然后在每一个子流域再划分为水文响应单元HRU。HRU是同一个子流域有着相同土地利用类型和土壤类型的区域。每一个水文响应单元的水平衡是基于降水、地表径流、蒸散发、壤中流、渗透、地下水回流和河道运移损失来计算的。地表径流估算一般采用SCS径流曲线法。渗透模块采用存储演算方法，并结合裂隙流模型来预测通过每一个土壤层的流量，一旦水渗透到根区底层以下则成为地下水或产生回流。在土壤剖面中壤中流的计算与渗透同时进行。每一层土壤中的壤中流采用动力蓄水水库来模拟。河道中流量演算采用变动存储系数法或马斯金根演算法。模型中提供了三种估算潜在蒸散发量的计算方法—Hargreaves、Priestley-Taylor和Penman-Monteith。每一个子流域侵蚀和泥沙量的估算采用改进的USLE方程，河道泥沙演算采用改进
南方地区海绵城市水文模型构建及应用
南方地区海绵城市水文模型构建及应用 发表时间：2019-01-02T11:05:56.190Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第27期作者：李简朝1 李凌1 林观祥1 卓镇伟2 唐雄飞3 [导读] 随着近些年来我国经济的迅猛发展，国内城市的建设形式越来越多样，海绵城市建设理念应运而生。 1 中铁房地产集团华南有限公司广东广州 510000 2广州市卓骏节能科技有限公司 3科进香港有限公司摘要：海绵城市，作为一种生态建设，是落实生态文明建设的重要举措，是改善城市水环境、提高城市水安全等多重目标的有效手段。水文模型是进行海绵城市设计以及评估的重要手段。为了对水文模型在南方地区海绵城市建设设计评估方法进行探讨，本文以南方地区某市一个学校的LID改造项目为例，分别从海绵城市水文模型构建过程中划分汇水分区、参数输入、制定指标体系、评估分析几个方面， 阐述了海绵城市水文模型构建及应用的方法，望能为海绵城市的水文模型理论应用发展提供价值。关键词：南方地区；海绵城市；水文模型；构建Construction and Application of Urban Hydrographic Model of Sponge in Southern Region Lijianzhao1 Li Ling1 Lin guanxiang1 Zhuo zhenwei2 Tang xiongfei3 （1 China Railway Real Estate Group South China Co.，Ltd..Guangdong Guangzhou 510，000）Abstract：sponge city，as an ecological construction，is an important measure to implement the construction of ecological civilization，and is an effective means to improve the urban water environment and improve the urban water security.Hydrographic model is an important technical guarantee for the construction of sponge city.In order to improve the pertinence of the construction of sponge city in different regions，this paper takes the LID renovation project of a school in a city in the South as an example，from the aspects of dividing catchment area，parameter input，establishing index system and evaluation and analysis，to expounds the construction and application of sponge city hydrological model，and provides help for the healthy development of the city. Key words：Southern region；Sponge City；Hydrographic models；build 前言 随着近些年来我国经济的迅猛发展，国内城市的建设形式越来越多样，海绵城市建设理念应运而生。目前应用较广泛的雨洪模型可分为水文模型与水力模型两大类。水文模型采用系统分析的方法，将汇水区域中复杂的水文变化概化为“黑箱”或者“灰箱”系统；水力模型以水力学为理论基础，通过联立连续性方程与动量方程模拟水体自身以及水体与河床、管道、污染物等其它介质之间的相互关系。当前国外主流的模型城市雨洪模型的类别繁多，应用较广泛的雨洪模型可分为水文模型与水力模型两大类。现行的雨洪模型多将水文模型与水力模型进行耦合，可用于城市排洪防涝规划，城市市政雨水管网设计以及非点源污染控制等。国外对于相关理论的研究始于 20 世纪 30 年代。进入 20 世纪 60 年代后，计算机技术的蓬勃发展为城市雨洪模型提供了良好的技术保障。据统计，与城市雨洪模拟相关的有40 余种。目前应用较广泛的模型包括 SWMM、HSPF、Inforworks CS、DHI-MIKE、MOUSE。各模型之间各有优势与弊端，SWMM 模型凭借自身操作简单易掌握、运用范围广、包含 LID 模块、模拟误差相对较小、模型源代码均开源等优点在国内外得到广泛应用，国内利用SWMM 模型对雨水花园、过滤带等低影响开发设施的模拟，对学校、住宅小区的水质水量模拟，甚至运用到城市排水管网规划、城市的防洪计算中。据统计，国内与 SWMM 相关的文献达千余篇，研究相对成熟，结合研究区域的实际特情况，因此本文选择 SWMM 作为LID模拟模型。 1建模过程 以水文模型为工具对径流总量控制为目标的项目方案进行评估，其方法及原理主要为按照设计方案构建模型，选用合理的参数、降雨输入模型，进行模拟，统计分析降雨量和径流量，计算得出项目年径流总量控制率。本研究以广西某市的一个学校的LID改造项目为例，进行SWMM模型的构建，具体建模过程如下：（1）划分研究区域的汇水分区、汇水通道、管网系统等；（2）确定LID设计控制目标（例如年降雨总量控制率70%）；（3）设定SWMM模型输入，包括地形、土壤、土地利用、不透水率、坡度等；（4）初步设定不同LID设施可能告知指标及组合并进行模拟，分析是否满足设计目标；（5）调整控制指标，直至满足设计目标，设定过程及末端控制的BMP措施，进行水文模拟；确定最优的LID+BMP组合措施，制定指标体系。 （6）评估LID设施在径流总量和污染物削减方面的功效；（7）评估LID设施在径流峰值方面的削峰作用。 2 设计暴雨 在我国的市政雨水管渠设计中，通常利用暴雨公式选择降雨强度最大的雨作为设计标准。这种降雨的特点是降雨强度大，降雨历时短，降雨面积小。然而，该方法设计简单，但不能综合反映区域的典型降雨特征。该项目组已收集广西某市1957年至2015年的逐日降雨量数据，共59年，先以年最大值法整理历年日降雨数据，再进行重现期暴雨分析。各年最大逐日降雨量如下表1所示。表1：广西某市各年最大单日降雨量列表
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
ArcGIS课程设计-SWAT模型
《地理信息系统ArcGIS》 课程设计 专业：水文与水资源工程专业 姓名： 学号： 指导教师： 日期：2019年6月
目录 第一部分模型介绍 (1) 一、ArcGIS模型介绍 (1) 二、ArcSWAT模型介绍 (1) 第二部分ArcSWAT流域模拟 (1) 一、建立SWAT模型 (1) 二、流域划分 (2) 三、HRU分析 (7) 四、Write input tables (13) 五、SWAT 模型仿真 (17) 六、SWAT文件输出 (18) 七、查看文件 (19) 第三部分心得体会 (19)
第一部分模型介绍 一、ArcGIS模型介绍 地理信息系统（Geographical Information System简称GIS）是在计算机软硬件的支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。ArcGIS是一个全面的、可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案。 二、ArcSWAT模型介绍 SWAT（Soil and Water Assessment Tool）是由美国农业部（USDA）的农业研究中心（ARS，Agricultural Research Service）Jeff Amonld博士1994年开发的。模型开发的最初目的是为了预测在大流域复杂多变的土壤类型、土地利用方式和管理措施条件下，土地管理对水分、泥沙和化学物质的长期影响。它是一种基于GIS基础之上的分布式流域水文模型，近年来得到了快速的发展和应用，主要是利用遥感和地理信息系统提供的空间信息模拟多种不同的水文物理化学过程，如水量、水质以及杀虫剂的输移与转化过程。ArcSW AT扩展模块是SW AT 模型在ArcSGIS平台上的图形用户界面。SW A T是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型。 第二部分ArcSWAT流域模拟 一、建立SWAT模型 在ArcGIS界面，打开ArcSWA T工具栏如下图： 点击SWAT Project Setup—New SW AT Project，建立一个新的SWAT项目 在弹出的ArcSW A T对话框中选择否
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
SWAT模型 水资源 数学建模
ＳＷＡＴ模型：让水资源评估“技高一筹” 来源：发布时间：2009年12月01日 当我们盘点当今世界热点名词时，“气候变化”无疑 会榜上有名。的确，气候变化正在并已经对人类的社会经济 发展、生态系统、极端天气气候事件产生极其重要的影响。 而水资源作为生态系统的重要组成部分，不可避免地受到气 候变化的“关照”——气候变化将导致水资源时空分布格局 改变、极端水资源事件频率增加等。近年来，特别是进入21 世纪后，水资源问题越来越困扰全球的经济社会发展，中国 亦不例外。因此，探讨研究气候变化和人类活动影响下的水 资源问题，也就显得更为至关重要。 在此背景下，气象部门相关专家学者经过长期努力， 在水资源问题研究上取得显著成绩。SWAT（Soil and Water Assessment Tool)模型作为开展水资源评估影响的有效工 具，已初显成效。该模型正日益被采纳应用，并推而广之。 缘起：水文模型必不可少 第十一届全国人大财经委员会副主任、原水利部部长 汪恕诚曾说：“人多水少，水资源时空分布不均，水土资源 与经济社会发展布局不相匹配，是我国的基本水情。”此言 道出了我国水资源的总体特征。
我国水资源总量为2.8万亿立方米，居世界第六位，但人均占有量只有2200立方米，仅为世界平均水平的30%左右。目前，全国年缺水总量约达300亿立方米至400亿立方米，近三分之二的城市存在不同程度的缺水。此外，我国水资源分布呈南多北少、东多西少态势：长江及其以南水系流域面积占全国国土总面积的36.5%，其水资源量却占全国的81%；淮河及其以北面积占63.5%，水资源量仅占19%。西北内陆河地区面积占35.3%，水资源量仅占4.6%。 同时，受季风气候影响，我国的降水量年内分配极不均匀，大部分地区汛期4个月的降水量占全年总量的70%左右。此外，水资源中大约三分之二是洪水径流量，且降水量年际变化也很大。特别是在全球气候变化和大规模经济开发双重因素交织作用下，我国水资源情势更加堪忧。 如何对水资源系统进行深入研究，掌握其规律特性，趋利避害、造福人民呢？水文模型的应用提上日程。 国家气候中心专家许红梅博士介绍说，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。水文模型可以帮助人们理解复杂的水循环系统，通过对观测资料的分析，使看不见、摸不着的水资源系统量化、直观化、连续化，从而为决策者提供科技支撑，为水资
流域水文模型
课程：流域水文模型姓名：xxx 专业：水利工程 学号：xxxxxxxxxxxx
流域水文模型研究的若干进展 摘要: 计算机技术和一些交叉学科的发展, 给水文模拟的研究方法带来了根本性的变化。文章阐述了分布式物理水文模型、地理信息系统( GI S) 和遥感( RS) 技术在流域模拟中的应用等方面的进展。指出分布式模型具有良好的发展前景,应用GI S的水文模型尽管有诸多优点, 但并不能代表模型本身的高质量, 遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中, 给直接应用带来较大的困难。提出立足于产汇流机理研究, 建立基于RS和GI S的耦 合水文模型是研究的趋势, 尺度问题仍然是关注的焦点。 1引言 用数学的方法去描述和模拟水文循环的过程,产生了水文模型的概念[1],水文模型的产生是对水文循环规律研究的必然结果。水文模型在水资源开发利用、防洪减灾、水库、道路、城市规划、面源污染评价、人类活动的流域响应等诸多方面得到了广泛的应用,当今的一些研究热点,如生态环境需水、水资源可再生性等均需要水文模型的支持。流域水文模型是在计算机技术和系统理论的发展中产生的,20世纪60、70年代是蓬勃发展的时期, 涌现出了大量的流域水文模型,Stanford流域模型(SWM)、Sacramento模型、Tank模型、Boughton模型、前期降水指标(API)模型、新安江模型等是这一时期的典型代表[2]。其后一段时期,相对处于缓慢的发展阶段。随着计算机技术和一些交叉学科的发展,流域水文模拟的研究方法也开始产生了根本性的变化。流域水文模型研究的突出趋势主要反映在计算机技术、空间技术、遥感技术等的应用方面,分布式物理模型被广泛提出,遥感(RS)、地理信息系统(GIS)在水文模拟中的应用给传统的研究方法带来了创新。但由于受到技术等原因的制约,分布式模型目前的应用还较困难,应用GIS的水文模型尽管有诸多优点,但并不能代表模型本身的高质量,遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中。 2 分布式水文模型 流域水文模型根据不同的标准有多种分类[3],根据模型结构和参数的物理完善性,目前常用的可分为概念性模型和分布式物理模型。概念性模型用概化的方法表达流域的水文过程,具有一定的物理基础,也具有相当的经验性,模型结构简单,实用性强。分布式物理模型的优点是模型的参数具有明确的物理意义,可以通过连续方程和动力方程求解,可以更准确的描述水文过程,具有很强的适应性。与概念性模型相比,分布式水文模型用严格的数学物理方程表述水文循环的各子过程,参数和变量中充分考虑空间的变异性,并着重考虑不同单元间的水平联系,对水量和能量过程均采用偏微分方程模拟。因此,在模拟土地利用、土地覆盖、水土流失变化的水文响应及面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等方面应用显出优势。参数一般不需要通过实测水文资料来率定,解决了参数间的不独立性和不确定性问题,便于在无实测水文资料的地区推广应用。自1969年Freeze和Harlan[4]第一次提出了关于分布式物理模型的概念,分布式模型开始得到快速发展。三个欧洲机构提出的SHE模型[5]是最早的分布式水文模型的代表。SHE模型考虑了截留、下渗、土壤蓄水量、蒸散发、地表径流、壤中流、地下径流、融雪径流等水文过程。流域参数、降雨及水文响应的空间分布垂直方向用层表示,水平方向用方形网格表示。该模型的主要水文过程可由质量、动量和能量守恒偏微分方程的有限差分表示,也可由经验方程表示。模型有18个参数,部分具有物理意义,可由流域特征确定。它的物理基础和计算的灵活性使它适用于多种资料条件,在欧洲和其它地区得到了应用和验证[6]。这期间还有一些考虑流域空间特性、输入、输出空间变化的分布式物理模型,如, CEQUEAU模型[7],将流域分为方形网格,输入所有网格的地形、地貌、雨量等特征,对每一个网格进行计算,在水质模拟、防洪、水库设计等诸多方面有适用性;Susa流域模型[8]
现代水文模型重点.
现代水文模型复习 1_绪论-1 ◆流域水文模型的定义 以一个数学模型来模拟流域降雨—径流形成过程或融雪—径流形成过程，即定量分析从降水、蒸发、融雪、截留、下渗、填洼、径流成分划分、坡地汇流和河槽汇流到形成流域出口断面的径流过程线的全过程。 ◆分类方法 按模型构建基础分类； 按对水文过程描述离散程度分类； 其它分类（数学分类、模型结构、模型参数）； 按时间尺度分类…… 2_绪论-2 ◆降水成因 降水：水分以各种形式从大气到达地面统称降水。包括雨、雪、露、霜、冰雹等。 ◆土壤水分类和水分常数 土壤水:存于包气带中的水称为土壤水，指吸附于土壤颗粒和存在于土壤孔隙中的水。 土壤水分常数：最大吸湿量、最大分子持水量、凋萎含水量、毛管断裂含水量、田间持水量、饱和含水量。 最大吸湿量：在饱和空气中，土壤能够吸附的最大水汽量称为最大吸湿量。 最大分子持水量：由土粒分子力所结合的水分的最大量称为最大分子持水量。 凋萎含水量：植物根系无法从土壤中吸收水分，开始凋萎，开始枯死时的土壤含水量称为凋萎含水量。 毛管断裂含水量：毛管悬着水的连续状态开始断裂时的含水量。 田间持水量(field capacity)：土壤中所能保持的最大毛管悬着水量。 饱和含水量(soil moisture content saturation)：土壤中所有孔隙被水充满时的土壤含水
量。 ◆控制蒸发的条件 ①供水条件: 蒸发面存储的水分多少 ②能量条件: 蒸发面上水分子获得能量的多少 ③动力条件: 水汽输送条件 ◆下渗的三个阶段 渗润阶段：分子力 渗漏阶段：毛管力 渗透阶段：重力 ◆四种产流机制发生的物理条件 ①超渗地面径流（Rs）的产流机制 (1)要有界面，即地面(下渗能力fp)； (2)要有供水，即降雨(雨强i)； (3)要供水大于下渗，即i >fp，rs= i–fp。 ②地下水径流（Rg）的产流机制 整个包气带土壤含水量达到田间持水量。 ③壤中水径流（Rint）的产流机制 (1)包气带中必须存在相对不透水层，且上层土壤质地比下层粗； (2)至少要上层的土壤含水量达到田间持水量。 ④饱和地面径流（Rsat）的产流机制 (1)存在相对不透水层，且上层土壤的透水性远强于下层土壤的透水性； (2)上层土壤含水量达到饱和含水量。 共同的基本物理条件： (1)在两种不透水性物质的界面上产生的； (2)上层介质的透水性必须好于下层介质的透水性。 ◆可能的径流成分组合
水文模型的分类
一、 试题 简述流域水文模型的类型及其应用问题 水文模型的基本类型有哪些？各有哪些作用？ 论述流域水文模型的类型及其特征？ 水文模型的分类 水文模型分为物理模型和数学模型两类。 物理模型是一种比尺或比拟模型模拟，前者将研究对象的原型按一定的比例在实验室内建成物理模型，先对模型进行观测分析，然后根据相似律再对原型的物理过程进行定性或定量分析，后者是以一些物理量来比拟水的某些特性的模型。 数学模型则首先针对人们已掌握的流域径流形成的物理机制，应用物理定律建立其数学描述方程式，然后用数学方法时行求解，从而获得各种情况下流域降雨与径流之间的定量关系。 数学模型又可分为确定性模型和随机模型两类。确定性模型是描述水文现象必然规律的数学结构；随机模型描述水文现象随机性规律的数学结构。确定性模型可分为集总式和分散式模型两种，前者忽略水文现象的空间分布差异。 ???? ????????????????随机模型分散式模型集总式模型确定性模型数学模型比拟模拟比尺模拟物理模型水文模型 数学模型相对于物理模型的优点： 1、数学模型的所有条件都可以由原型所观测的数据直接给出，不受比尺的限制，即数学模型无相似律问题。 2、数学模型的边界及其它条件既可严格控制，也可随时按实际需要改变。 3、数学模型的通用性强，只要研制出一种适合的软件就可用于解决不同的实际问题。 4、数学模型具有理想的抗干扰能力，只要条件不变，重复模拟可得到完全相同的结果，不会因人、因地而异。 5、数学模型的研制费用相对便宜，运行处理费用更加便宜。 流域水文模型的分类 流域水文模型以流域为研究对象，对流域内发生降雨径流这一特定的水文过程进行数学模拟，即把流域上的降雨过程，模拟计算出流域出口断面的流量过程。从流域水文模型的发展和应用来看，流域水文模型属于数学模型，可分为确定性模型和随机模型，我们通常所说的是指确定性模型。
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用 为了促进我国的流域水资源管理综合效益的提升，需要根据分布式流域水文模拟模型展开分析，以实现对其内部模式总体结构的深入应用，促进其特点的深入了解，保证流域水资源管理综合效益的提升。为了实现对流域水文模拟模型的有效应用，需要流域水资源的相关管理人员做好相关的分析工作。 标签：水文模拟；管理应用；研究深化；探究 1 关于分布式降雨径流模拟模型及其TOPMODEL模型的分析 1.1 国外的分布水文模式的发展历史比较长的，其经历了一个比较长的历史发展阶段，逐渐实现了该模型分析理论系统的健全。该模型的研究理论起源于一篇关于物理基础数值模拟理论的文章。随着时代经济的不断发展，美国的关于SWAT模型的理论体系不断得到健全，出现了THALES模型模式，该模式是一种分布式的参数模型，其具备一定的矢量高程数据。随着经济模式的不断深化，国际科学经济技术的不断发展，其分布式水文模式诞生，该模式实现了对各个环节的综合比如空间参数校准、河流演算环节等。无论是PRM模型还是SLURP 模型其都属于分布式水文模型。比较典型的地表分布式水文模拟模型包括SWAT 模型及其TopModel模型。 TopModel模型的发展是符合时代的发展潮流的，该模式是以变源产流是基础条件的。通过对地形空间变化的深入了解，来实现其结构模式的优化，促进其DEM推求地形指数的有效应用。在地形指数应用过程中，可以通过对相关数据信息的应用，来剖析流域水文的循环现象，实现其水流趋势的深入分析，该模式可以实现对相关环节的水源面积变动情况的模拟。TOPMODEL模型结构和概念比简单，优选参数少，充分利用了容易获取的地形资料，而且与观测的物理水文过程有密切联系。模型已被应用到各个研究方面，并不断发展、改进，反映了降雨径流模拟的最新思想。但TopModel并未考虑降水、蒸发等因素的空间分布对流域产汇流的影响。 1.2 SWAT模式是一种应用范围比较广泛的流域水文模型，该模式具备比较常的物理机制性，在某些发达国家中实现了广泛的普及，比如加拿大及其相关北美洲地区。该模式通过对相关空间数据信息的应用，促进其各个流域各个水文运作过程的模拟，比如化学物质的变化情况等。通过对模式的应用，促进其流域离散化环节的优化，实现其蒸发环节、降水环节等的优化，从而深入剖析人类行为和流域水文循环之间的关系。通过对该SWA T运作模式的研究，实现对流域情况的有效模拟，以满足日常工作的需要。SWA T模拟的流域水文过程被分为两大部分：陆面部分，它控制着每个流域内主河道的水、沙、营养物质和化学物质等的输入量；水循环的水面部分。它决定水、沙等物质从河网向流域出口的输移运动。SWAT 采用现代Windows 界面，是一个模型和GIS 的综合型系统，它模拟了水和化学物质从地表到地下含水层再到河网的运动过程，可以用于几千平方英里的流域盆地的水质水量模拟。它适用于具有不同的土壤类型、不同的土地利用
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
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
4.ARCGIS——建立水文模型
水文分析（均值变点的分析） 实验步骤： 第一步：填充（fill）打卡原dem图层在input surface raster里添加dem图层再点击OK运行即得到填充后的图层。填充的含义是是图层成为一个平面，制图是在平面图层里提取需要的数据。 第二步：水流方向的提取（flow direction）双击该工具，在input surface raster里添加填充后的图层也就是fill名称的图层，点击OK运行得到水流方向的图层direction。 第三步：汇流累积量的计算（flow accumulation）双击该工具，在input flow direction raster里添加名称为direction的图层，点击OK运行得到汇流累积量的图层flowacc。 第四步：重分类（reclassify）在任务栏加载spatial analyst工具，点击其下拉菜单→→raster calculator 计算河流的累积量。双击flowacc取一个阈值。例如[flowacc]>=1000点击evaluate 得到汇流累积量的初等分类结果(用Con命令实现，eg：C on(“flowacc”>=1000,1))。再进行重分类：在图层窗口选中calculation图层，再点击spatial analyst下拉菜单点击reclassify工具，将0改为nodata ,1改为1。选在存储路径把结果可以命名为reclassify点击OK运行即得到重分类的结果。 第五步：汇流节点的计算（stream link）还是在水文分析工具箱里，打开stream link在input stream raster里添加reclassify图层，在input flow direction raster里添加direction图层，点击OK得到汇流节点数据streaml_recl1的图层。 第六步：集水区分析（watershed）在水文分析工具箱里打开watershed工具，在input flow direction raster里输入direction图层，在input raster or feature pour point data里输入 streaml_recl1图层，点击OK得到集水区数据watersh_flow1图层。 第七步：栅格图层的矢量化打开index输入raster to polygon在input raster里添加watersh_flow1图层，点击OK运行得到矢量化图层rasterT_watersh1。 栅格图层的矢量化（stream to feature）：这个在水文分析工具箱里完成。在input stream raster 里输入reclassify图层，在在input flow direction raster里添加名称为direction的图层，点击OK运行得到矢量化的河流分级图层streamT_streamO1。 第八步：河网的提取（stream to feature）在水文分析工具箱里打开stream to feature工具在input stream raster里添加重分类后的数据reclassify图层，在input flow direction raster里添加流向数据direction图层。点击OK得到阈值为1000米的河网数据streamT_reclass1。打开属性表可以增加一个len字段设置为长整型long integer。点击计算工具calculate geometry得到河流的长度数据再导出为.bdf格式文件（options→→export→→存储路径是自己易找到的文件夹里）。再通过Excel打开表，求长度总和。在矢量化后的集水区图层属性表增加area字段求面积总和。和网密度=河流长度/河流面积。 第九步：流域的裁剪在index里搜索（extract by mask）并双击打开，在input raster里输入原始的dem图层，在input raster or feature mask data里输入集水区分析所得结果的图层即名称为：watersh_flow1。点击OK即得到所需要流域的dem图层，再和整个研究区的分析方法一样进行水文分析，即可得到所需流域的数据。 水文分析模型（均值变点） 实验步骤：在空间分析模型工具箱里打开水文分析工具hydrology。 第一步：对dem图层进行填充fill。 第二步：提取河流方向flow direction。 第三步：汇流累积量的计算flow accumulation。