流域水文模型

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流域水文模型

流域水文模型
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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
44
( 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

流域水文模型
若—个模型的每一个关系式均是严 格的以物理定律为基础,则该模型 是物理模型; 若一个模型的结构、参数具有物理意 义,但其结构不是严格的以物理定律 为基础,则该模型是概念性模型 。 若一个模型的关系式无任何物理意义, 则该模型是黑箱子模型。
(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。

新安江流域水文模型课件

新安江流域水文模型课件

地表径流
地下水
雨水或雪水在地表形成的流动,包括河流 流动和地下水流动。
地下水是存储在地下土壤空隙和岩石裂缝 中的水,它可以通过地下水位变化和泉水 等形式补给地表水。
能量平衡与水量平衡
能量平衡
地球上水的循环过程与能量平衡密切相关。太阳能是推动水 循环的主要能源,它加热地表和大气中的水,形成蒸发和降 水。
当前的研究重点主要是建立能够准确模拟新安江流域水文循环过程的数学模型 ,提高模型的可靠性和精度,同时加强模型参数的率定和验证,提高模型的适 用性和泛化能力。
模型的构建方法
数据采集
通过实地调查和遥感等技术手段,获取新安江流域的水文 、气象、地形、土壤、植被等数据信息。
模型参数率定
通过实测数据对模型参数进行率定,确保模型的准确性和 泛化能力。
模型的参数优化
基于观测数据的参数优化
新安江流域水文模型可以通过比较观测数据和模拟数据进行参数优化。例如,通 过调整蒸发、降雨等参数,使模拟的降雨径流过程更接近实际观测数据。
基于灵敏度分析的参数优化
新安江流域水文模型可以通过灵敏度分析来确定哪些参数对模型结果影响较大, 然后对这些参数进行优化。例如,通过改变土壤湿度、植被覆盖度等参数,观察 模型结果的变化,以确定这些参数对模型结果的影响。
气水文学。
水资源的概念
水资源是指地球上可供人类利用的 水,包括地表水、地下水、土壤水 和大气水。
水循环的意义
水循环是地球上水从海洋到陆地再 回到海洋的循环过程,它对地球气 候、生态系统和人类生活都有重要 影响。
水循环过程
蒸发
降水
海洋和陆地上的水通过太阳辐射能加热后 蒸发到大气中,形成云和降水。
当水蒸气在大气中冷凝后形成云,云中的 水分子聚集在一起形成水滴或冰晶,最终 以雨、雪、雾或冰雹等形式降落到地表。

流域水文模型研究进展综述

流域水文模型研究进展综述

流域水文模型研究进展综述摘要:介绍了流域水文模型的发展,总结了常用的流域水文模型及特点,最后对流域水文模型的发展进行展望。

关键词:水文模型;分布式水文模型;概念模型;GIS;展望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流域水文模型的发展特点随着计算机技术的诞生,流域水文模型应运而生。

20世纪50年代后期,系统理论应用迅速发展,水文学提出了流域水文模型的概念。

随后的二、三十年是流域水文模型的蓬勃发展时期。

当前流域水文模型在洪水预报、流域规划等领域起着越来越重要的作用。

其模型的发展主要呈现以下几个特点:1.1时间上呈阶段性随着电子计算机技术的迅速发展,流域水文模型的发展较快,按照发展的时间大约划分为原始、近代、现代三个阶段。

其原始阶段,即水文模型起步阶段,发展时间大约在20世纪50年代后期至70年代初期。

近代发展阶段大约为随后的80年代。

从20世纪90年代至今是模型发展的现代阶段,也是水文模型突破性发展阶段。

该阶段由于地理信息系统和卫星遥感技术的广泛应用,分布式水文模型成为世界各国水文科学家研究的主流,该模型基于数字高程模型,以流域面上分散的水文参数和变量来描述流域水文时空变化的特性。

1.2模型研究的区域不均衡美国和欧洲等发达国家在流域模型研究方面占有重要的地位,而发展中国家在该方面的研究相对落后,具有一定影响力的模型很少。

在我国,除了新安江模型的发展影响较大外,还没有其它影响较为深远的模型。

四种水文模型的比较

四种水文模型的比较

四种水文模型的比较摘要:水文模型是用数学的语言对现实水文过程进行模拟和预报,在进行水文规律的探讨和解决水文及生产实际问题中起着重要作用。

本文分别介绍了新安江模型、萨克拉门托(SAC)模型、SWAT模型以及TOPMODEL模型,并对这四种水文模型的蒸发计算、产流机制、汇流计算、适用流域、参数以及模型特点等不同方面进行了比较分析。

并结合对着4种模型之间的比较,作出了总结分析和展望。

关键词:新安江模型;SAC模型;SWA T模型;TOPMODEL模型;模型比较引言流域水文模型在进行水文规律研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。

新安江模型是一个概念性水文模型,1973年由赵人俊教授领导的研究组在编制新安江预报方案时,汇集了当时在产汇流理论方面的成果,并结合大流域洪水预报的特点,设计出的我国第一个完整的流域水文模型,至今仍在我国湿润和半湿润地区的洪水预报中得到广泛应用;萨克拉门托水文模型,简称SAC模型,是R.C.伯纳什(Burnash)和R.L.费雷尔(Ferral)以及R.A.麦圭儿(Mcguire)于20世纪60年代末至70年代初研制的,是一个连续模拟模型,模型研制完成时间相对较晚,其功能较为完善,兼有蓄满产流和超渗产流,广泛应用于美国水文预报中;SWAT模型是美国农业部农业研究中心研制开发的用于模拟预测土地利用及土地管理方式对流域水量、水质过程影响的分布式流域水文模型;TOPMODEL为基于地形的半分布式流域水文模型,于1979年由Beven和Kirkby提出,其主要特征是将数字高程模型(DEM)的广泛适用性与水文模型及地理信息系统(GIS)相结合,基于DEM数据推求地形指数,并以此来反映下垫面的空间变化对流域水文循环过程的影响,描述水流趋势。

本文对这四中水文模型从蒸发计算、产汇流计算、适用流域以及参数等方面进行分析比较,并得出结论。

1模型简介1.1新安江模型新安江模型是赵人俊等在对新安江水库做入库流量预报工作中,归纳成的一个完整的降雨径流模型。

浅析流域常用水文模型

浅析流域常用水文模型
系数 的影 响 ,且适 用流 域在 干旱半干旱 区域 ,地 形方面水流
Байду номын сангаас
受陡坡影 响,所以该模 型的采用时间大概需 2 — 5 mi n 。该模 型参数 的取 用 ,仅通过 实验 并不是最好 的手 段 ,在实测 的同 时根据经验值进行 调试 优化 ,确定其最优值 ,表 2为 陕北模 型 1 1 个主要参数 的参照值 。
算径流 ; 在我国南方 , 该模型的使用有显著的程序 , 但在北方 , 却相 当于南方应 用的较少 , 仅作为预报洪水模拟使用 。
1 . 模 型 的概 述
『 2 1包 为 民 . 水文预报 『 M1 . 北 京 : 水利 电 力 出版 社 ,2 0 0 6 .
参考 文献
『 1 1赵 人 俊 . 流域 水 文模 拟 一 新 安 江模 型 与 陕 北 模 型 【 M】 . 北 京 :水 利 电 力 出版 社 , 1 9 8 4 .
水箱模型是 由日本的营原正 巳博士首度提出 ,并在 7 0年 代初广泛应用于 世界各地 ; 它是通过模拟 降雨 的径 流过程来计
表 2 陕北模型 1 1 个 主要参 数的参照值
序号 符号 符号 含义 建 议取 用值 取 用说 明
水箱 模型 的参数有边 孔的出流系数 a 、下渗 孔的出流系 数 b和边 孔高度 x 。 根据试算法算得 。 下表为模 型的初始值 , 并参 照实测 ,获取 最优值 。
表 4 模 型 的初 始 值
减去 蒸散发后所得数据 ;径流蒸发 的数据 由不透水面积 上扣 去降雨 的时候 得到 。 该模型适 用的流域为半干旱或干旱地 区。
图 2所示 的模 型结构即为陕北模型结构 。
』 . 。
≥ 一

流域水文模型综述

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

分布式流域水文模型原理与实践

分布式流域水文模型原理与实践

分布式流域水文模型原理与实践一、引言随着水资源管理的重要性日益凸显,流域水文模型成为了研究流域水循环和水资源管理的重要工具。

传统的流域水文模型通常基于集中式的计算框架,但随着计算能力的提升和云计算等技术的广泛应用,分布式流域水文模型逐渐成为研究的热点。

本文将介绍分布式流域水文模型的原理与实践。

二、分布式流域水文模型原理分布式流域水文模型是一种将流域划分为多个子流域,并在每个子流域内进行水文过程模拟的方法。

其原理是通过将流域划分为多个小区域,每个小区域内考虑地形、土壤、植被等因素的空间变异性,以及降雨、蒸发等水文过程的时间变异性,从而更准确地模拟流域水循环的各个环节。

分布式流域水文模型通常基于物理过程描述和统计学方法,通过建立水文模型方程组来模拟流域内的水文过程。

三、分布式流域水文模型实践1. 数据准备:分布式流域水文模型需要大量的输入数据,包括降雨数据、地形数据、土壤参数、植被参数等。

这些数据可以通过观测站点、遥感技术等手段获取,并进行预处理和插值处理,以满足模型的要求。

2. 子流域划分:将流域划分为多个子流域是分布式流域水文模型的核心步骤之一。

常用的方法包括根据地形的坡度、地貌的特征、土地利用类型等进行划分。

划分后的子流域应具有相对独立的水文特征,以便进行独立的水文模拟。

3. 模型参数估计:分布式流域水文模型需要估计一系列的模型参数,包括土壤水分保持能力、蒸发抑制因子、径流产生系数等。

这些参数可以通过实地观测、实验室试验等手段获得,并结合模型的优化算法进行估计。

4. 模型求解:在得到模型输入数据和参数后,可以使用数值方法求解分布式流域水文模型方程组。

常用的求解方法包括有限元法、有限差分法、蒙特卡洛方法等。

通过迭代计算,可以得到各个子流域的水文过程模拟结果。

5. 模型评估与应用:对分布式流域水文模型进行评估是验证模型可靠性的重要步骤。

常用的评估指标包括径流系数、水平分布误差、峰值流量误差等。

在模型得到验证后,可以应用模型进行流域水资源管理、洪水预报、干旱监测等工作。

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• A、概率模型 • B、随机模型
(2)确定性模型
• “黑箱”模型 • 概念性模型 • 整体模型 • 过程模拟模型 • 集中模型 • 分散(块)模型
把全流域作为一 个整体研究,忽略输 入变量与参数的时空 分布的差异。
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数学模型的分类:
(1)随机性模型(非确 定性模型)
• A、概率模型 • B、随机模型
流域水文模型
第一节 概述
• 一、水文模型的定义和分类 • 二、建立水文模型的的步骤 • 三、水文模型的特点及作用
第二节 几种常用的流域水文模型
• 一、新安江流域模型 • 二、萨克拉门托(Sacramento)模型 • 三、水箱(Tank)模型
1
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。
把水文事件当成与 时间无关的随机变量 ,常见的概率模型有 对数正态模型等。
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数学模型的分类:
(1)随机性模型(非确 定性模型)
• A、概率模型 • B、随机模型
(2)确定性模型
• “黑箱”模型 • 概念性模型 • 整体模型 • 过程模拟模型 • 集中模型 • 分散(块)模型
把水文事件当成 与时间有关的随机过 程。
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。
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数学模型的分类:
(1)随机性模型(非确 定性模型)
• A、概率模型 • B、随机模型
(2)确定性模型
• “黑箱”模型 • 概念性模型 • 整体模型 • 过程模拟模型 • 集中模型 • 分散(块)模型
描述水文现象随 机性规律的数学结构。
一个流域数学模 型对相同的模型输入, 由于模型本身的特征, 而不能产生相同的模 型输出,或者说产生 随机性的模型输出。
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数学模型的分类:
(1)随机性模型(非确 定性模型)
• A、概率模型 • B、随机模型
(2)确定性模型
• “黑箱”模型 • 概念性模型 • 整体模型 • 过程模拟模型 • 集中模型 • 分散(块)模型
复杂的水文循环系统和降雨径流形成过程,是 由若干子系统和子过程组成的,所以一个完整 的流域水文模型是由几个子模型组成,模型中 常含大量的参数,所以用这种方法来研究水文 现象的,又称为“参数水文学”或称参数数学 模型。
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(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。
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数学模型的分类:
(1)随机性模型(非确 定性模型)
• A、概率模型 • B、随机模型
(2)确定性模型
• “黑箱”模型 • 概念性模型 • 整体模型 • 过程模拟模型 • 集中模型 • 分散(块)模型
○一个流域的数学模型 对相同的模型输入, 总是产生相同的模型 输出。
○描述水文现象的必然 性规律的数学结构称 为确定性模型。
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模型参数
●区别于不同流域水文特征的一类待定参 数。 模型结构确定后,以降雨、蒸发资料作为 输入,以流域出口断面的流量资料作为输 出,则模型参数常常可以用系统分析来率 定。流域上各水文要素模拟量如植物截留、 下渗、流域蓄量、坡面流、表层流、地下 径流等则是系统的状态变量。
的输入和输出资料。
仅输入为已知的,其
他均为未知——“黑
箱”,该模型又称为
非参数模型。
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数学模型的分类:
(1)随机性模型(非确 定性模型)
• A、概率模型 • B、随机模型
(2)确定性模型
• “黑箱”模型 • 概念性模型 • 整体模型 • 过程模拟模型 • 集中模型 • 分散(块)模型
在一定程度上考 虑径流形成过程的物 理过程,在该模型中 常用一些物理和经验 参数来概括径流形成 的物理现象,又称为 参数模型。
(2)确定性模型
• “黑箱”模型 • 概念性模型 • 整体模型 • 过程模拟模型 • 集中模型 • 分散(块)模型
先把全流域按径 流形成的要求,划分 成几个单元流域(或 单元面积),分别对 每一个单元流域的径 流形成过程进行数学 模拟,然后综合,它 考虑了输入变量及参 数在时间空间上的分 布的差异。
• A、概率模型 • B、随机模型
(2)确定性模型
• “黑箱”模型 • 概念性模型 • 整体模型 • 过程模拟模型 • 集中模型 • 分散(块)模型
先对径流形成过 程中每个子过程进行 数学模拟,然后按照 各子过程在径流形成 过程中内在的联系组 合成一个数学模型。
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数学模型的分类:
(1)随机性模型(非确 定性模型)
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数学模型的分类:
(1)随机性模型(非确 定性模型)
• A、概率模型 • B、随机模型
(2)确定性模型
• “黑箱”模型 • 概念性模型 • 整体模型 • 过程模拟模型 • 集中模型 • 分散(块)模型
指在建立模型时
,基本上不考虑径流
形成的物理过程,而
仅作一些必要的假设
,至于假设是否合理
几乎全部依赖于实测
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数学模型的分类:
(1)随机性模型(非确 定性模型)
• A、概率模型 • B、随机模型
(2)确定性模型
• “黑箱”模型 • 概念性模型 • 整体模型 • 过程模拟模型 • 集中模型 • 分散(块)模型
将径流形成过程作 为一个整体来模拟( 不分产流、汇流)。
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数学模型的分类:
(1)随机性模型(非确 定性模型)
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流域水文模型分类图
流域水文数学模型
随机性模型
确定性模型
概率模型 随机模型
概念性模型
黑箱模型
整体模型 过程模型
集中模型 分散模型
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二、建立水文模型的的步骤
模型结构 降雨径流的流域水文模型的模型结构为 降雨径流过程中的产流汇流的各主要阶 段,对水文物理现象规律进行数学模拟 时的推演关系和概化特点。它是由一系 列数学函数和逻辑判断所组成。
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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。
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(一)流域水文模型的定义
流域水文模型(流域模型)是以一个数学模型 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、 截流、下渗、填洼、径流分划分、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。
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