基于分布式水文模型的水土保持水文水资源效应研究
《2024年分布式水文模型的现状与未来》范文
《分布式水文模型的现状与未来》篇一一、引言随着全球气候变化和人类活动的加剧，水文问题日益突出，对水文模型的研究和开发变得尤为重要。
分布式水文模型作为当前水文研究的热点，其能够更精细地描述流域内水文过程的时空变化，为水资源管理、洪水预报、生态环境保护等提供科学依据。
本文将重点探讨分布式水文模型的现状与未来发展趋势。
二、分布式水文模型的现状1. 模型发展历程分布式水文模型起源于20世纪后期，经历了从集中式模型到分布式模型的转变。
早期集中式模型将整个流域视为一个整体，难以反映流域内不同地区的异质性。
随着计算机技术和地理信息系统的快速发展，分布式水文模型得以快速发展，该模型考虑了流域内地理、气候、土壤等多方面的因素，具有更高的模拟精度。
2. 模型应用领域分布式水文模型广泛应用于水资源管理、洪水预报、生态环境保护等领域。
在水资源管理方面，通过模拟流域内水文的时空变化，为水资源分配和调度提供科学依据。
在洪水预报方面，分布式水文模型能够提供更精确的预报结果，为防洪减灾提供支持。
在生态环境保护方面，分布式水文模型有助于评估人类活动对流域生态环境的影响。
3. 模型技术特点分布式水文模型具有以下技术特点：一是空间分布性，模型将流域划分为多个子流域或栅格，考虑了流域内地理、气候等因素的异质性；二是物理机制明确，模型基于水流运动的物理规律，能够更准确地描述水文过程；三是可扩展性强，模型可以方便地与其他模型进行耦合，提高模拟精度。
三、分布式水文模型的未来1. 模型精细化发展未来，分布式水文模型将进一步向精细化方向发展。
一方面，模型将更加关注流域内不同地区的异质性，提高模拟的时空精度；另一方面，模型将考虑更多的物理过程和影响因素，如地下水流动、植被蒸腾等，以提高模拟的准确性。
2. 模型智能化发展随着人工智能和大数据技术的发展，分布式水文模型将向智能化方向发展。
通过集成机器学习、深度学习等技术，实现模型的自动校准和优化，提高模型的预测能力。
基于分布式水文模型的水资源评价新方法_王忠静
2008 年 12 月 文章编号 : 0559 - 9350( 2008) 12 - 1279 - 07
利
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学
XUEBAO
报
第 39 卷 第 12 期
基于分布式水文模型的水资源评价新方法
王忠静
1, 2
,杨
芬
1, 2
, 赵建世
1, 2
,何
杉
3
( 1 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室 , 北京 100084; 2 清华大学 水利水电工程系 , 北京 100084; 3 水利部 海河水利委员会 , 天津 300170)
该区地处干旱该模型基于分布一28一ademc1990年土地利用e雨量站thiessen多边形b土壤类型d2000年土地利用图2永定河山区流域基础资料f蒸发站thiessen多边形表1不同土地利用类型的参数一1282一黜黼蹦黼岛口口口口黝黼群黼嬲图3水文测站分布一致不宜用取短时段的纳什nash系数评价模型模拟效果故提出拟合度年或更长时段模拟值与真实值的比值作为模型评价标准
摘要 : 为解决变化环境条件下水资源评价中的 还原 失真 和 还原失 效 问题 , 本文提 出基于 物理参 数的分 布式水 文模型用于变化环境下水资源评价方法的 原理和假定 , 以及基于此原理利用上游测 站流量进行 模型参数 率定和中 游测站进行验证 ( 简称 UCMV, Up -reach for Calibration and Mid -reach for Validation) 的 水资源评 价新方法。以永 定河山 区流域为实例 , 进行了不同时期下垫面的水资源评价。结果表明 , 流域 1990 年和 2000 年下垫面 条件下多 年平均地 表水资源量分别为 10 799 和 9 892 亿 m 3 , 后者相对于前者产流能力降低了 8 0% , 清楚地表现出下垫面变化对流域 产流能力的影响 , 也进一步证实了 还原失效 现象的存在以及基于物理分布式水文 模型进行变 化环境下 的水资源 评价的有效性。 关键词 : 分布式水文模型 ; 水资源评价 ; UCMV; 下垫面变化 ; 永定河山区 流域 中图分类号 : TV211 文献标识码 : A
分布式水文模型word
第六章分布式水文循环模型近年来，水文模型研究的重点已从集总式流域水文统计模型转向分布式水文模型的研究，分布式水文机理过程模型的开发成为人们关注的焦点。
分布式水文模型的研制首先需要获得大量的流域空间分布数据，目前的水文模拟技术则趋向于将水文模型与地理信息系统（GIS）的集成，以便充分利用GIS在数据管理、空间分析及可视性方面的功能。
而数字高程模型（DEM）是构成GIS的基础数据，利用DEM可以提取流域的许多重要水文特征参数，如坡度、坡向、水沙运移方向、汇流网络、流域界线等。
因此，基于DEM 的流域分布式水文模型是水文模拟技术发展的必然趋势，也是本文水资源量可再生性的理论与评价研究的重要基础。
6.1 流域数字高程模型DEM及在水文中的应用数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)是由美国麻省理工学院Chaires ler教授于1956年提出来的，其目的是用摄影测量或其他技术手段获得地形数据，在满足一定精度的条件下，用离散数字的形式在计算机中进行表示，并用数字计算的方式进行各种分析。
DEM作为地理信息系统的基础数据，已在测绘、地质、土木工程、水利、建筑等许多领域得到广泛应用。
本节将介绍DEM的基本知识及其在水文中的应用。
6.1.1 DEM的基本知识(1) 地形的数字描述20世纪中叶，随着计算机科学、现代数学和计算机图形学等的发展，各种数字的地形表达方式得到迅猛的发展。
1958年Miller和Laflamme提出了数字地形模型DTM(Digital Terrain Mold)的概念，并给出了以下的定义：数字地形模型是利用一个任意坐标场中大量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示。
实际上，数字地形模型DTM是通过地表点集的空间直角坐标(x,y,z)并视需要进一步伴随若干专题特征数据来表示地形表面的。
它的更通用的定义是描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列，从数学的角度，可以用以下二维函数系列来概括地表示数字地形模型的丰富内容和多样形式：()),,3,2,1;,,3,2,1( ,n p m k v u f K p p k p === （6.1.1）式中：K p ——第p 号地面点（可以是单一的点，但一般是某点及其微小邻域所划定的一个地表面元）上的第人类地面特性信息的取值；u p ,v p ——第p 号地面点的二维坐标，可以是采用任一地图投影的平面坐标，或者是经纬度和矩阵的行列号等；m ——地面特性信息类型的数目（m ≥1）；n ——地面点的个数。
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用
1分布式地下水模拟模型模的种类及特点常用的地下水文模拟模型包括解析模型、数值模型、水均衡模型及物理模型等。
目前国际上较为流行的地下水数值模拟模型主要包括ModFlow和FeFlow，下面对其分别进行介绍和比较。
1.1ModFlow模型是一套专门用于孔隙介质中三维地下水流数值模拟的模型。
自ModFlow问世以来,它已经在全美甚至在全世界范围内,在科研、生产、环境保护、城乡发展规划、水资源利用等许多行业和部门得到了广泛的应用,成为最为普及的地下水运动数值模拟的计算软件. ModFlow主要采用三维有限差分方法进行模拟。
其基本原理是：在不考虑水的密度变化的条件下，孔隙介质中地下水在三维空间的流动可以用下面的偏微分方程来表示. 1.2Feflow模型它采用有限元法进行复杂二维和三维稳定/非稳定水流和污染物运移模拟。
Feflow的有限元方法允许用户快速构建模型来精确地进行复杂三维地质体的地下水流及运移分析，在这方面其功能要强于ModFlow。
2流域生态水文过程与分布式水文模型有限的淡水资源已经成为社会经济可持续发展和生态系统健康的重要限制因子，现有的水利工程技术难以有效解决这一矛盾，需要探索新的方法和机制以解决水资源短缺、水质恶化和生物多样性减少等环境问题，生态水文学（Ecohydrology）正是在这种背景下发展成为水文学研究的一个重要分支。
3建模的关键技术 3.1遥感与GIS技术遥感作为信息采集的重要手段，已经为水文建模提供了丰富的空间属性数据资料，并且为模型验证提供了新的方法，而GIS技术为水文模型的数据管理和模型应用带来了较大的便利，遥感数据和GIS技术成为水文建模研究的重要方向由于流域下垫面高度的空间异质性，大多数遥感数据获取的水文属性参数与物理观测值之间并没有很好的相关关系，给模型的验证带来很大的难度，遥感数据参数化和特征值提取还有很多问题亟待进一步研究。
3.2流域水循环综合模拟模型随着计算机技术、系统科学和大量水文模型方法研究的进展，使得进行整个流域整体水循环模拟成为可能。
分布式水文模型研究与应用进展
收稿日期：2010-02-19基金项目：国家自然科学基金项目（50979005）；国家重点基础研究发展计划（“973”）项目（2010CB428402）；北京师范大学“京师学者”特聘教授启动经费作者简介：徐宗学（1962-），男，山东淄博人，教授，主要从事水文水资源研究。
E-mail ：zxxu@分布式水文模型研究与应用进展徐宗学，程磊（北京师范大学水科学研究院，水沙科学教育部重点实验室，北京100875）摘要：分布式水文模型是探索和认识复杂水文循环过程和机理的有效手段，也是解决许多水文实际问题的有效工具。
本文从当前水文水资源科学研究的热点问题出发，系统总结了分布式水文模型在解决水文学面临的重要问题中研究与应用的现状、进展与不足，讨论了建模中存在的难点问题和关键技术，并探讨了分布式水文模型的发展趋势。
关键词：水循环；水资源；分布式水文模型；进展中图分类号：P332文献标识码：A水利学报SHUILI XUEBAO 2010年9月第41卷第9期文章编号：0559-9350（2010）09-1009-091研究背景水文学的发展历史表明，社会需求是水文学发展的根本动力，并决定了其发展方向和进程［1-2］。
近二、三十年来，在人口膨胀、水资源短缺、环境污染和气候变化等研究需求的推动下，水文研究领域不断拓展并趋于综合，全球水文学、生态水文学和环境水文学等研究领域的兴起和不断深入给分布式水文模型研究、开发和应用带来了巨大的机遇和挑战［1，3］。
水文模型种类繁多，通常所说的水文模型和分布式水文模型分别指的是水文数学模型和分布式流域水文模型［4-7］，分布式流域水文模型最显著的特点是与DEM 结合，以偏微分方程控制基于物理过程的水文循环时空变化，分布式的过程描述和结果输出［4］。
分布式水文模型能够考虑水文参数和过程的空间异质性，将流域离散成很多较小单元，水分在离散单元之间运动和交换，这种假设与自然界中下垫面的复杂性和降水时空分布不均匀性导致的流域产汇流高度非线性的特征是相符的，因而所揭示的水文循环物理过程更接近客观世界，更能真实地模拟水文循环过程，是水文模型发展的必然趋势［1，3，5-6］。
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用
科 技 创 新
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用
郭 舸
（ 南阳水文
摘 要： 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 。 关 键词 ： 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 Ｔ Ｏ Ｐ ＭＯ Ｄ Ｅ Ｌ模型 的分 较 广 泛 的 ， 这 与其 自身 的 优 势是 分 不 开 的 ， 其顺 应 了低 地 下 水 流 数 值模型的发展局势 ， 具备 比较强大的实用性。 其包含了以下的内容 ， 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 比如 离散 方法 的应 用 、 程 序设 计 结 构 的模 块化 应 用 等 。通 过对 矩 形 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 。 网格的应用 ， 来保证 Ｍ ｏ ｄ Ｆ ｌ ｏ ｗ工作模式的稳定发展 ， 促进工作环节 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 。 的优化。 因而对于处理复杂地质体 中的地下水三维渗流场模拟方面 随着 时代 经 济 的不 断发 展 ， 美 国 的关于 Ｓ ＷＡ Ｔ 模 型的 理论 体 系 不 断 存 在 着不 足 ， 没有 有 限元 三 角剖 分灵 活 多变 。Ｆ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ是 由德 国 Ｗａ ｓ ｙ 得 到健 全 ， 出现 了 Ｔ Ｈ Ａ Ｌ Ｅ Ｓ模 型模 式 ， 该 模 式 是 一 种 分 布 式 的参 数 水 资 源规 划 系统 研究 所研 制 开 发 的地下 水模 型 软件 包 。 它 采 用有 限 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 元 法 进 行 复 杂 二 维 和 三 维 稳 定 ／ 非稳定水 流和污染 物运移模 拟 。 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 Ｆ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ 的有 限 元 方 法允 许 用 户 快 速 构 建 模 型 来精 确 地 进 行 复 杂 三 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 维 地质体 的地下水流及 运移分析 ，在这方 面其功能要强 于 Ｍ ｏ ｄ — ｏ ｗ。 Ｐ Ｒ Ｍ 模 型还 是 Ｓ Ｌ Ｕ Ｒ Ｐ模 型其 都属 于分 布 式水 文 模 型 。 比较 典 型 的 Ｆｌ 地 表分 布式 水 文模 拟模 型 包括 Ｓ ＷＡ Ｔ模 型 及其 Ｔ ｏ ｐ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ 模 型。 ３关 于 流域 水循 环 综合 模 拟模 型 的分 析 Ｔ ｏ ｐ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ 模 型 的发 展 是符 合 时代 的 发展 潮 流 的 ， 该 模式 是 以变 ３ ． １随着 知识 经 济时 代 的不 断发 展 ， 各种 计算 机 应用 技术 、 科 学 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 理论 体 系 不 断 发展 ， 其促 进 了水 文模 式 研 究 方法 的进 步 ， 从 而促 进 结 构模 式 的优 化 ， 促进 其 Ｄ Ｅ Ｍ 推 求地 形 指数 的 有效 应用 。 在 地形 指 相关 流 域整 体水 循 环模 拟 系统 的健全 ， 满足 了现实 工 作 的需 要 。其 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 流 域 内水 循 环 系统 具 备 一 定 的规 律 性 ， 比如 其 大气 降水 运 动 、 地 层 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 水运 动 、 地下 渗 流运 动 等 。 通 过对 其 地下 水运 作环 节 的模 拟 ， 来促 进 环 节 的水 源 面 积变 动 情 况 的模 拟 。Ｔ Ｏ Ｐ ＭＯ Ｄ Ｅ Ｌ模 型 结 构 和概 念 比 流域整体水循环模拟环节的优化 。只有保持其处理方案的健全 ， 才 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 能实现其处理方式 的优化 ， 保证水循环模型 的精度 的提升。下面以 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 欧洲的 Ｓ Ｈ Ｅ模型为例介绍整体水循环模拟模型在流域水资源管理 发展 、 改进 ， 反 映 了降 雨径 流 模 拟 的最 新 思想 。但 Ｔ ｏ ｐ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ 并 未 考 中的应 用 。 Ｓ Ｈ Ｅ模 型是 一个 典 型 的整 体分 布式 水循 环 模拟 模 型 。在 虑 降水 、 蒸 发 等 因素 的空 间分 布 对 流域 产汇 流 的影 响 。 Ｓ Ｈ Ｅ模 型 中 ， 流域 在 平 面 上被 划 分 成 许 多矩 形 网格 ， 这 样便 于处 理 １ ． ２ Ｓ ＷＡ Ｔ模 式是 一 种 应 用 范 围 比较 广 泛 的流 域 水 文模 型 ， 该 模 型参 数 、 降雨 输 入 以及水 文 响应 的空 间分 布 性 ； 在 垂直 面 上 ， 则划 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 分 成几 个水 平 层 ， 以便 处理 不 同层 次 的 土壤 水 运 动 问题 。Ｓ Ｈ Ｅ模 型 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 为 研究 人 类活 动对 于 流域 的 产流 、 产 沙 及水 质 等影 响 问题 提 供 了 理 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 想 化 的工 具 。 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 为 了促 进 河道 流 模 式 的有 效 应 用 ，需 要 掌 握 其 必 要 的 运 作 资 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 料 ， 实现其流域整体水循环模式环节的稳定发展 ， 如果不具备合理 和流 域水 文循 环 之 间 的关 系 。通过 对该 Ｓ ＷＡ Ｔ运 作模 式 的研 究 ， 实 的资 料 运作 基 础 ，是很 难 促 进 其 整体 水 循 环模 拟 体 系 的 稳 定 发 展 现 对 流 域情 况 的有 效 模 拟 ， 以满 足 日常工 作 的需 要 。Ｓ ＷＡ Ｔ模 拟 的 的 。 这需 要 实现 其 Ｍ ＭＳ 模 式 的有 效应 用 。 从 根 本上 而 言 ， ＭＭＳ 是 一 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 套 相互 匹配 的子 程序 ， 它 们 可 以被一 起 编 译 ， 以表 征 一个 特 定 流域 。 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 这些子程序被称为模块 ， 分别描述降雨 、 蒸腾 、 地表漫流 、 地下水 、 日 分。 它 决定 水 、 沙等 物 质从 河 网 向流 域 出 口的输 移运 动 。 Ｓ ＷＡ Ｔ 采 用 射 、 蒸发 、 融雪 、 河 川径 流 和森 林 生长 。 现代 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ界 面 ， 是 一 个模 型和 Ｇ Ｉ Ｓ 的综 合 型 系 统 ， 它模 拟 了水 ３ ． ２通 过对 这些 模 型 的应 用 ， 来 满 足 日常 工作 的需 要 ， 许 多 的水 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 文 模 型都 具备 一 系列 的 工作 侧 重点 。在模 型 应用 过 程 中 ， 要要 以实 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 现 决 策 要 求 为 目的 ， 促 进 其 各 个模 型 的 有 效应 用 ， 促 进 其 各 个 适 用 类型 、 不 同 的土 地利 用 方式 和管 理 条件 下 的 复杂 大流 域 。 范 围的优 化 。实 现对 相关 模 型 结构 特 点 的深 入 了解 ， 保 证 其适 应 性 ２关 于 分布 式 地下 水模 拟 模 型 的分析 的提 升 。 要 针对 模 型 的相关 运 作条 件 ， 保证 其 良好 状 态 的保持 ， 促 进 地 下 水文 模 拟 模 型 的范 围是 比较 广 泛 的 ，比较 常 见 的物 理 模 其 现 实工 程 的开 展 。满 足实 际 场景 对 于模 型 的数 据 信 息 的需 要 ， 实 型、 数值 模 型等 。 通 过对 数值 模 拟模 型 的应 用 ， 实行 对 地下 水文 物 理 现其 相关 信 息采 集 方案 的优 化 ，促 进 流 域水 文模 式 的稳 定应 用 ， 保 过程 的 有效 模 拟 ， 其具 备相 当高 的精 度 型 ， 具 备很 好 的 应用 效 果 ， 它 障流 域水 文 模 型 的有效 开发 。模 型对 不 同数 据 源获 取 信 息 的能 力 。 是 目前 地下 水 文模 拟 系统 的 重要 一个 组 成部 分 。 数 值 模拟 模式 分 为 大 多数 流域 水 文模 型软 件具 有 数据 输 入 能力 ， 以尽 量 减少 数 据输 入 两种 模 式分 别 是有 限单 元 法及 其 有 限差 分法 。 这 两种 模式 具 备各 自 的工 作 量 。 模 型对 用 户 的要 求 。用户 必须 有什 么 样 的专 业知 识 和技 的 应用 特 跌 ， 目前 来 说 ， 在 国际 上 �
分布式水文模型理论与方法研究
（2）基于随机模拟的方法：该方法主要通过随机抽样对数据进行模拟，并 对模拟结果进行统计分析，以得到模型的输出结果。常用的随机模拟方法包括蒙 特卡罗方法、马尔可夫链蒙特卡罗方法等。
分布式水文模型理论
1、模型建立原理
分布式水文模型的建立需要基于水文学、地理信息系统、计算机科学等多学 科知识。首先，通过数据采集和预处理，获取研究区域内的地形、气候、土壤等 水文相关数据，并对其进行空间分析和数据清洗；其次，根据水文学原理和实际 需求，确定模型的结构和参数，并采用数值计算方法对模型进行求解；最后，通 过模型验证和结果分析，评估模型的精度和稳定性。
（3）基于粒子滤波的方法：该方法主要是通过跟踪一组随机粒子的运动轨 迹，得到模型的输出结果。常用的粒子滤波方法包括卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤 波等。
3、方法实验验证
为了评估分布式水文模型的精度和稳定性，需要进行实验验证。实验验证包 括实验设置、数据预处理、精度评估等步骤。实验设置包括确定研究区域、收集 相关数据、选择适当的模型和方法等；数据预处理包括数据清洗、数据转换、数 据归一化等；精度评估则可以采用均方误差、相对误差、绝对误差等指标进行评 估。
分布式水文模型理论与方法研 究
目录
01 引言
03 分布式水文模型方法
02 分布式水文模型理论 04 结论
引言
水文模型是模拟和预测水文循环过程的重要工具，对于水资源管理、水灾害 防控、生态保护等方面具有重要意义。随着科技的发展和研究的深入，分布式水 文模型逐渐成为水文科学研究的前沿领域之一。分布式水文模型能够综合考虑地 形、气候、土壤等因素对水文循环的影响，提高模型精度和预测能力，为水资源 管理和生态保护提供更为科学可靠的决策支持。本次演示将围绕分布式水文模型 的理论与方法展开探讨。
基于分布式水文模型的水资源评价新方法
基于分布式水文模型的水资源评价新方法王忠静;杨芬;赵建世;何杉【期刊名称】《水利学报》【年(卷),期】2008(039)012【摘要】为解决变化环境条件下水资源评价中的"还原失真"和"还原失效"问题,本文提出基于物理参数的分布式水文模型用于变化环境下水资源评价方法的原理和假定,以及基于此原理利用上游测站流量进行模型参数率定和中游测站进行验证(简称UCMV,Up-reach for Calibration and Mid.reach for Validation)的水资源评价新方法.以永定河山区流域为实例,进行了不同时期下垫面的水资源评价.结果表明,流域1990年和2000年下垫面条件下多年平均地表水资源量分别为10.799和9.892亿m3,后者相对于前者产流能力降低了8.0%,清楚地表现出下垫面变化对流域产流能力的影响,也进一步证实了"还原失效"现象的存在以及基于物理分布式水文模型进行变化环境下的水资源评价的有效性.【总页数】7页(P1279-1285)【作者】王忠静;杨芬;赵建世;何杉【作者单位】清华大学,水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京,100084;清华大学,水利水电工程系,北京,100084;清华大学,水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京,100084;清华大学,水利水电工程系,北京,100084;清华大学,水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京,100084;清华大学,水利水电工程系,北京,100084;水利部海河水利委员会,天津,300170【正文语种】中文【中图分类】TV211【相关文献】1.基于分布式水文模型水文还原的地表水资源评价 [J], 魏怀斌;王明娜;周祖昊;桑学峰2.基于分布式水文模型SWAT的缺资料地区水资源评价方法 [J], 梁犁丽;龚家国;冶运涛;徐海卿3.脏盆理论——一种基于河湖水质影响的地表水资源评价新方法 [J], 黄本胜;李深林;邱静;胡培;刘达4.基于ArcGIS的水资源评价系统的开发与应用——以迁安市水资源评价为例 [J], 周娟;李志萍;徐贵新5.“洪水预报和水资源评价新方法”国际研讨会召开 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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基于分布式水文模型的水土保持水文水资源效应研究
作者：李志义
来源：《硅谷》2014年第03期
摘要传统的水土保持水文水资源常用的研究方法有两种，一种是水文法，另一种是水保法。
由于这两种研究方法还存在一些不合理之处，无法系统全面的分析出水土保持对水循环影响的作用关系，水资源评价口径只能通过水资源资料来进行了解，其分析结果对水土保持水文水资源效应研究没有多大的意义。
文章首先对分布式水文模型、WEP-L模型进行了分析，结合黄河治理区实例，探讨水土保持下的水文水资源效应，具有一定的借鉴作用。
关键词分布式水文模型；水土保持；水文水资源效应
中图分类号：S157 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0046-01
1 分布式水文模型的研究
由于水体存在流动性、空间变异性的特点，现阶段水文模型有两种，分别是集总式水文模型、分布式水文模型，这两种水文模型最大的不同是其水体的水利学特征分布是否均匀，根据水利学分布特征的不同，两种水文模型在概念上有着很大的差别。
分布式水文模型是通过水流的偏微分物理方程来展示水体在流域时间、流域空间上的变化规律，考虑到周边环境、初始条件等数据，采用一种离散化的计算方式，对其进行分析求解。
影响水循环的因素有很多，模型参数主要依靠其水体移动介质的物理特性来测量、推算，分布式水文模型可广泛应用于对流域下垫面的研究。
1969年首次由国外学者研究出分布式水文模型，随着时代和科技的发展，分布式水文模型也越来越受到人们的关注，通过与计算机技术、地理信息系统技术、遥感技术等相关技术的运用，提出了分布式水文模型更多的功能与效用。
2 WEP-L模型基本原理及水资源评价口径
2.1 WEP-L模型基本原理
WEP-L模型是一种具有物理机制的分布式水文模型，通过参考WEP-L模型就能了解到自然界中水循环的各个要素模拟情况，WEP-L模型的模拟对象包括天然与人工这两种，其中天然的对象是坡面-河道的主循环过程，人工的对象则是供-用-耗-排的侧支循环过程，这两种模拟对象的耦合关系需要水量平衡、各项循环要素间的水力联系得以实现。
WEP-L模型可由平面、垂直这两种结构形成，其平面结构由坡面汇流计算出各项高带高程、坡度、Manning糙率系数等，通过一维运动坡法计算流体的坡面径流，从其流域最上游开始计算，直到追算至最下游，凡是河道内存在下游条件汇流就可使用一维运动坡法。
WEP-L模型垂直结构是按照从上
到下的方式，其研究对象包括融雪与冰川层、植被与建筑物截留层、土壤表层、过渡带层以及深、浅层地下水层等，由于不均匀的土地利用，通过使用马赛克法计算出每种土地类型平均面积值的地表面水热通量，可反映出表层土壤含水率、土壤蒸发以及草、作物、树木根系吸水等情况，为对生态需水中土壤水作用的研究打下了基础。
土壤、水面、植被蒸腾等各项蒸发量在水循环系统各要素模拟中，可参考土壤-植被-大气通量交换方法进行计算，根据地表径流的产流模式可分为超渗、蓄满，其计算方式也要有所区别，例如超渗可采用Green-Ampt模型，蓄满可采用Richards方程计算。
山坡斜面土壤层计算方法可采用壤中流法来计算，浅层地下水运动主要的计算方法是二维数值法计算，浅层地下水运动与非饱和土壤水、河水呈动态藕合关系，融化积雪的算法主要依靠温度指数法，为进一步计算出蒸腾蒸发量，可通过WEP-L模型模拟地表面-大气间能量循环过程，就能得出具体、精确的蒸腾蒸发量。
2.2 水资源评价口径
水资源有三种评价准则，基于水资源准则的有效性、可控性、可再生性又可分为三种评价口径，分别代表了狭义、广义水资源量、国民经济可利用量。
本文从狭义、广义水资源口径对水土保持水文水资源效应做出评价。
不重复的有效蒸散发量加上狭义水资源总量就可以得出广义水资源总量，狭义水资源其中包括地表水资源量、不重复的地下水资源量，符合现阶段水资源概念。
3 分布式水文模型应用实例研究
3.1 研究实例概况
本文以黄河重点水土流失治理区为例，主要对基于分布式水文模型的水土保持水文水资源效应进行研究，本次研究区位于黄河中游的河龙区间，其中含有三个水资源三级区，分别为河龙区间左岸、吴堡以上右岸、吴堡以下右岸。
河龙区黄河干流全长约为725千米，面积约达11万平方千米，两岸有众多细小分支流汇人，黄土极厚，地形龟裂，集中降雨强度大，植被稀疏，严重的水土流失地带，生态环境极其脆弱，其也是黄河一带重要的产沙区。
3.2 分析方法
通过WEP-L模型模拟河龙区四十五年的水循环过程，并将其下垫面条件与无水土保持措施条件的水循环模拟过程进行对比，可直接反映出水土保持水文水资源效应。
具体分析方法如下，首先制定出划分子流域与基本计算单元，将河龙区分为多个流域、高带等，每个高带则看作是一个计算单元。
为保证WEP-L模型计算的精确性、有效性，可通过饱和导水系数、Manning糙率、地下水含水层的传导系数与给水度等进行校正。
两种对比的模拟过程在保证各项参数相等时，Manning糙率会随着土地利用率而发生变化。
3.3 结果与探讨
在河龙区采用有效的水土保持措施，可使植被条件、土壤条件、局部地形与地貌等条件发生改变，这些变化反映出水循环的垂向过程、水平过程、流域水循环各项要素过程，其过程的变化就出现了各种不同的水资源量评价口径，随之形成多种水资源量评价口径。
有效的水土保持措施使河龙区增多了局部蒸发量、减少了无效蒸发量、广义水资源量明显上升。
河龙区采用水土保持措施，有效增加了水资源效应与土地利用率，对保护生态环境起到了积极作用。
4 结束语
综上所述，水土保持水文水资源效应就是水土保持对水体、流域、水沙等变化产生作用的结果。
传统研究水土保持水文水资源效应的方法有水文法、水保法，但这两种方法都无法反映出广义水资源效应，分布式水文模型则可为研究水土保持水文水资源效应提供有力的依据。
现阶段还没有找出分布式水文模型计算减沙效应的方法，但值得一提的是，分布式水文模型会是今后水土保持水文水资源效应研究中的重要工具。
参考文献
[1]史晓亮.基于SWAT模型的滦河流域分布式水文模拟与干旱评价方法研究[D].中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所），2013.
[2]刘佳嘉.变化环境下渭河流域水循环分布式模拟与演变规律研究[D].中国水利水电科学研究院，2013.
[3]董雯.人类活动和气候变化对水文水资源的影响研究[D].新疆大学，2010.
作者简介
李志义（1968-），男，吉林白山人，工程师，2004年毕业于中央广播电视大学水利水电工程专业。