流域生态水文过程观测与模拟
湖北省洪湖流域非点源污染模拟评价
水文站水质监测站气象站河网湖泊人类活动造成湖泊流域水质下降，影响了区域社会经济发展和用水安全［1］。
针对SWAT 模型的水文物理过程时空变化描述和运算效率高的特性［2］，本研究重点还原湖北省洪湖流域历史污染过程，以期为湖泊流域治理提供决策支持及科学依据，实现流域水质变化及运移的科学监测及分析。
1研究方法与数据1.1研究区概况洪湖流域位于湖北省南部，纵越荆门、潜江和荆州三市，坐落于长江与东荆河之间。
流域海拔落差大，上游海拔在100~209m ，中下游流域海拔仅30m 左右［3］。
流域水系自北向南，下游即为面积达348.2km 2的洪湖湖泊［4］（图1），为湖北省大型淡水湖，是国家级自然保护区、国际重要湿地，其生态环境在长江中下游大型浅水湖泊中具有代表意义［5］。
1.2研究方法主要利用SWAT 模型方法［6-9］对洪湖流域水质扩散过程进行模拟，并与统计分析等数学方法相结合，探索洪湖流域水质情况及其变化归因。
1.3研究数据研究中需要使用基础地理信息数据、气象驱动数据等来建立并驱动SWAT 模型，并利用水文、水质的实测数据对模型模拟结果进行模拟质量评估，研究所采用的各数据来源如下。
1.3.1基础地理信息数据流域基础地理信息数据主要包含DEM （Digital Elevation Model ）数据、土地覆盖类型及土壤类型。
DEM 来源于美国国家航空航天局发布的数字高程模型（https ：///#/），其空间分辨率为12.5m 。
土地覆盖类型数据来源于武汉大学发布的中国土地覆盖数据（CLCD ，China Land Cover Dataset ）（https ：///10.5281/zenodo.5210928）（图2a ）。
为适应SWAT 模型非点源模拟的需要，根据土地覆盖类型空间分布，基于当地的具体情况，依据权重比将土地覆盖类型再划分为6类。
其中，耕地面积收稿日期：2023-02-13基金项目：湖北省气象局科技发展基金重点项目（2021Z04）作者简介：仲宇（1994-），男，江苏海安人，助理工程师，主要从事生态气象与遥感应用研究工作，（电话）158****0136（电子信箱）*****************；通信作者，张丽文（1985-），女，高级工程师，主要从事生态气象与遥感技术应用研究工作，（电子信箱）********************。
流域水文模型
产流量计算
应用蓄满产流模型，但增加了不透水面积IMP， 即流域上不透水面积占流域面积之比。有了这 个参数，则： Wm＝Wm’(1-IMP)/(1+b) Wm＝Wm’/(1+b) Rg＝Fc[R-IMP×(P-E)]/(P-E) Rg＝Fc[R/(P-E)] Rs＝R-Rg 蒸散发计算采用三层模型，产流及蒸散发计算 框图见下图。
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流域单元面积及河段数
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（ 三 ） 新 安 江 模 型 流 程
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（四）模型的改进
将地下水单一水源改为三种水源，引进 地下水分水源模型。加上直接径流，在 透水面积上共划分为四种水源。 引进FC为变量的模型. 对壤中流丰富的地区，将原来的两水源， 改为地面、壤中、地下三种水源
3
(二)模型的分类
1.实体模型：将自然界发生的真实水文过 程按一定比尺缩小到实验室或试验场进 行模型试验，模型和原型的区别在于比 尺不同，两者的物理过程本质是相同的。 因此，实体模型是保持同一物理本质的。
2.数学模型：对水文现象进行模拟而建立 的数学结构称作为数学模型。
4
数学模型的分类：
（1）随机性模型（非确 定性模型）
一、水文模型的定义和分类
水文模型是模拟水文现象而建立的实体 结构和数据结构。是对实际水文现象过 程的概化。 被模拟的水文现象称为原型，模型是对 原型的概化。 仿造原型制作模型的工作就称之为模拟。 对水文学来说，模型是描述一种现象转 换为另一种现象的工具。
1
水文模型涉及内容和研究尺度
水文模型涉及的内容可以是水量、水质 或某一个水文过程等。 研究问题的尺度，可以大到全球水文循 环系统，也可以小到一棵树的蒸散发过 程。 所有的水文模型必须能反映被模拟的水 文现象的基本特征。
流域水文模型
(1)物理模型
• 其特点是： 对水文现象的描述机制清楚，具有物理严密性， 通用性好，预测和外延能力强； 但由于模型的结构复杂， 边界值和参数值的困难。 受人们对水文现象认识水平、水文现象及其边界条件的复杂 性和原始资料的局限性与可靠性等因素的限制，现阶段完全
• 3水源新安江模型的流程图。模型设计将全流域 划分为若干个自然条件相似的小流域，然后分 别对每个单元从降水开始包括产流、汇流等径 流形成的全过程进行分析计算，模型以包气带 为转换装置，将实测降雨量P、实测水面蒸发量 EM输入；输出为出口流量Q、流域蒸散发E。模 ②产流量计算；③分水源计算；④汇流计算。
应用上不可避免地要遇到求解非线性数学难题和估计初始值、
物理化的物理模型应用于流域水文模拟还存在很大的难度。
(2)概念性模型
以物理成因机制作为基础，对水文现象提出假设、概 化和数学模拟的模型称为概念性模型。 其特点是：模型结构较物理模型简单，具有一定的物 理成因机制，易于推广应用，当假设条件与实际情况相近， 概化合理时，预测效果好，但通用性较物理模型差。 随着人们对水文现象认识水平的不断提高，物理成因 机制的逐步物理化，概念性模型可以发展为物理模型。概 念性模型既可以描述自然界中水循环的全过程，称为全程 模型；也可以描述水循环的子过程，称为分量(或分层)模 型，如蒸散发模型、产流模型、水源划分模型、汇流模型 等。
型结构及计算方法分为4大部分：①蒸散发计算；
总式模型，而物理模型是分布式模型。
流域水质模型与模拟课件
K1L0 K1 K2
(e 1x
e2x )
2
u 2E
1
1
4EK2 u2
（2）忽略河流的弥散作用，则为
解析解
u
dL dx
K1 L
u
dC dx
K1L
K2
Cs
C
L
K1 x
L0e u
L0 e K1t
C
Cs
Cs C0
ek2t k1L0 k1 k2
e e k1t
k2t
氧垂曲线
溶解氧沿程变化曲线被称为氧垂曲线
案例分析——S-P模型
向一条河流稳定排放污水，污水排放量 Qp = 0.2 m3/s， BOD5 浓度为 30 mg/L，河流流量 Qh = 5.8 m3/s，河水平均 流速 v = 0.3 m/s，BOD5 本底浓度为 0.5 mg/L，BOD5降解 的速率常数 k1 = 0.2 d-1，纵向弥散系数 D = 10 m2/s，假定 下游无支流汇入，也无其他排污口，试求排放点下游5 km 处的 BOD5 浓度。
定义 把一个连续的一维空间划分成若干个子空间，每一个 子空间都作为一个完整混合反应器，将上一个反应器 的输出视为下一个反应器的输入
设 C1，C2，…，Ci 为相应河段的污染物浓度，每一个河 段的浓度表达式
C1
C10 1 KdV1
Q1
C2
C20 1 KdV2
Q2
Ci
Ci 0 1 KdVi
河流水质变化过程
河流水质变化过程
河流水质模型分类（按维数） 零维 一维 二维 三维
第三章 河流水质模型
零维水质模型
定义 污染物进入河流水体后，在污染物完全均匀混合断面 上，污染物的指标无论是溶解态的、颗粒态的还是总 浓度，其值均可按节点平衡原理来推求。对河流，零 维模型常见的表现形式为河流稀释模型。
现代水文模拟与预报技术 pdf
现代水文模拟与预报技术现代水文模拟与预报技术在水资源管理和防洪减灾等领域起着重要作用。
它利用数学模型和计算机技术，对水文过程进行建模和模拟，以预测未来的水文变化并提供决策支持。
以下是关于现代水文模拟与预报技术的详细介绍。
一、水文模拟与预报技术的概念：水文模拟与预报技术是指利用数学模型和计算机技术，对水文过程进行建模和模拟，以预测未来的水文变化和提供相应的预报信息。
这些技术可以帮助我们更好地了解水文系统的运行规律，预测洪水、干旱等极端事件，并为水资源管理、水利工程设计和防洪减灾等提供科学依据。
二、水文模拟与预报技术的方法与步骤：1.数据采集：收集与水文过程相关的各种数据，包括气象数据、水文观测数据、地形数据等。
这些数据是建立水文模型的基础。
2.水文模型建立：选择合适的数学模型和方法，根据实际情况构建水文模型。
常用的水文模型包括降水-径流模型、水库调度模型、地下水模型等。
3.参数估计与校准：对水文模型中的参数进行估计和校准，以使模型能够更准确地反映实际情况。
参数估计可以通过历史观测数据和试算来进行。
4.模型验证与评估：利用独立观测数据对建立的水文模型进行验证和评估，检验模型的准确性和可靠性。
5.预报模拟与结果分析：利用建立的水文模型进行未来的水文预报模拟，得到相应的预报结果。
对预报结果进行分析和解读，提取有价值的信息。
6.预报发布与应用：将预报结果按照一定的形式发布给相关部门和用户，以支持决策制定和行动指导。
这些预报结果可以用于洪水预警、水资源管理、水利工程设计等方面。
三、现代水文模拟与预报技术的应用领域：1.洪水预报与防洪减灾：利用水文模拟与预报技术，可以对洪水过程进行建模和模拟，提前预警并采取相应的防洪措施，减轻洪灾的影响。
2.干旱监测与水资源管理：通过水文模拟与预报技术，可以对干旱过程进行监测和预测，及时调整水资源分配和利用，保障水资源的合理利用。
3.水库调度与水电能源规划：利用水文模拟与预报技术，可以对水库的蓄水和放水过程进行优化调度，以实现最大效益的水电能源开发和利用。
流域生态水文过程与生态修复机理
2024年咨询工程师流域生态水文过程与生态修复机理111分一、判断题（每题3 分，共16 题，总分48 分）1、水文模型分析法，通过不定模型的下垫面条件，改变气候输入，或者固定模型的气候条件，改变下垫面输入和相关参数。
A、正确B、错误答案B2、分析渠道中植物对种子的运移和拦截情况，结合含植被水流水动力特性，令种子一定能够运移到目标位置，达到植被修复的要求，进一步促进河湖生态修复。
A、正确B、错误答案A3、对鱼类图像进行抓取，利用YOLOV5算法对鱼类试验视频进行训练，模型的训练过程主要包括了四个步骤：数据集的采集和整理、数据的预处理、数据的筛选和数据集的标注。
A、正确B、错误答案A4、通过时间序列建立鱼类洄游轨迹预测模型，掌握鱼类游经路线和群集产卵、索饵、越冬的地点，推定鱼类资源栖息地，划定与管理保护区。
A、正确B、错误5、获取对鱼类洄游准确位置的最佳估计，对过鱼设施入口的修建提供建设性意见，以提高鱼类洄游成功率，实现鱼类资源保护。
A、确B、错误答案A6、目前灌区量水的主要方法可分为量水设施和量水仪器两大类。
现如今，如电磁流量计等非接触量水仪器成为研究主流。
A、正确B、错误答案B7、植被对流域的水文过程起到关键作用，植被变化通过影响根系吸水、冠层蒸腾、降雨截留和重分配、土壤水下渗等过程，同时改变伴随水分过程的能量分配过程，来影响流域的水文循环。
A、正确B、错误答案A8、气候为水文循环提供水分和能量条件，是水文循环的根本驱动力，其变化对水文循环和水资源有着至关重要的作用。
A、正确B、错误答案A9、气候变化也通过对植被生长的影响，间接改变着流域水文过程。
实际水文序列的变化通常包含了气候和下垫面变化两方面的影响。
B、错误答案A10、在分析气候变化的水文响应时，一般需要定量区分气候变化和下垫面变化对流域水文过程的影响，其中经典的研究方法包括弹性系数法和水文模型分析法。
A、正确B、错误答案A11、基于Pyqt5构建了YOLOv5的流速识别目标检测GUI系统，界面由权重文件选择、模型初始化、图像功能检测构成，可以适用于图像、视频、摄像头实时调用进行目标检测。
黄土高原流域生态水文模拟和植被生态用水计算
参考内容
一、引言
黄土高原是中国乃至全球最具有代表性的半干旱地区之一，其复杂的地形和 脆弱的生态环境使其成为研究生态水文问题的热点区域。泾河流域作为黄土高原 的主要河流之一，其流域内的生态水文效应对整个区域的生态环境有着重要的影 响。因此，对泾河流域的生态水文效应进行评价，并优化调控流域内的植被分布， 对于改善区域生态环境，提高生态服务功能具有重要意义。
黄土高原流域生态水文模拟和植被 生态用水计算
01 引言
03 参考内容
目录
02 生态水文模拟
黄土高原流域生态水文模拟与植 被生态用水计算
引言
黄土高原位于中国北部，是一个具有独特自然环境的区域。该地区的土壤侵 蚀和水土保持问题备受。为了更好地保护黄土高原的生态环境，开展生态水文模 拟和植被生态用水计算的研究显得尤为重要。本次演示将介绍这两种方法的原理、 方法和结果，为黄土高原流域的生态保护提供理论支持。
3、气候调节：泾河流域的植被通过蒸腾作用调节气候。蒸腾作用可以降低 温度，增加大气湿度，对当地的气候具有重要影响。
三、植被适水格局优化调控研究
为了应对泾河流域面临的问题，我们提出了优化调控植被分布的策略。首先， 需要了解不同植被类型的需水规律。在此基础上，结合泾河的水资源情况，制定 出不同的植被适水格局方案。最后，通过模拟实验和对比分析，选出最优的方案。
结论
本次演示对黄土高原流域生态水文模拟和植被生态用水计算进行了详细阐述。 通过了解该地区自然环境和水文特点，我们能够更好地理解和保护当地的生态环 境。植被生态用水计算在维持植被正常生长、防止土壤侵蚀等方面具有重要作用。
然而，仍需进一步优化和完善现有的计算方法和模型参数，以更好地应用于 实际环境。总的来说，本次演示的研究成果为黄土高原流域的生态保护提供了有 益的参考，并为未来的研究方向和前景提供了重要思路。
流域水文模型综述
咱2暂周文娟.医院内部控制存在的问题和改进途径探讨[J].金融经济月刊,2011
4 展望
4.1 模型尺度 不管是时间尺度还是空间尺度对于模型研究者来说都是难以把
握的问题遥 因为在不同时间尺度或是空间尺度的组合上水文情势如何 发生变化是水文工作者无法预知的遥 另外时间尺度与空间尺度如何耦 合也是一个棘手的问题遥 4.2 与其他学科的融合
水资源是地球上最庞大的自然资源之一袁 水文情势也与大气尧土 壤尧植被等有着密切的联系遥 因此水文学与其他学科的交叉研究就显 得至关重要遥
咱责任编辑院邓丽丽暂
渊上接第 249 页冤艺质量亮点袁同时要看到其在技术及经济效益方面的 不足遥 整体来说袁配电房铝模板的应用具有很大的优势袁随着相关质量 控制标准的提高及普及应用带来相关费用的降低袁相信在将来电力建 设中会成为一种趋势遥
揖参考文献铱
咱员暂张桂芹.工程建设质量控制[M].北京:水利电力出版社,1993. 咱圆暂杨瑾峰.工程建设标准化管理和体系[J].工程标准建设,2007,4. 咱猿暂丁瑞明.关于电力建设工程项目质量管理标准化的研究[D].北京:华北电力大 学,2008,12.
2.3 河槽汇流模型 河槽汇流主要有两种方法院一个是水文学方法袁一个是水力学方
法遥 水文学方法主要运用水量平衡方程和槽蓄方程袁另以圣维南方程 组的简化形式为辅而得出结果袁 该方法的特点是物理概念性较强袁常 用的方法有马斯京根法和特征河长法遥 而水力学方法主要是以圣维南 方程组为基础的一系列河道演算方法袁该方法的特点是中间断面的每 一个过程都比较清晰袁但是方程只能用数值解表示遥 水文学方法不适 用于流域下游受回水顶托的地方以及河网地区袁但是水力学方法的圣 维南方程组却可以在河网地区适用遥 圣维南方程组是偏微分方程组袁 所以要引入差分格式来进行数值解代替解析解的计算遥 常见的差分格 式有蛙跳格式袁中心差分格式等袁其中普利斯曼隐式格式由于其差分 的传播误差很小而广泛应用于水力学方法的计算中遥