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

进行研究，结果表明 SWMM 模型、TRRL模型和 UCURM 模型在典型小流域模拟中的结果与实测径流较为接近。2001 年 ZaghloulN A 等人运用人工神经网络 ANN 对 SWMM 模型的参数敏感性进行模拟分析研究。同年 Steven JBurian 等运用 SWMM 模型对西班牙桑坦德市降雨径流水质进行预测研究。2002 年 Patrick L Bre-zonik 等人对美国明尼苏达州双城大都会区域的暴雨径流量、污染负荷量和污染物浓度进行分析。同年 Sands等人对 1999 年 8 月26 日曾发生的洪水淹没纽约事件运用 SWMM 模型进行了相关模拟分析。

2.2.国内SWMM 研究进展

国内对于 SWMM 模型的研究虽然相对比较晚，但是发展迅速。2001 年刘俊和徐向阳等人引进了美国 SWMM 模型，并且以天津市区某二级河道为研究对象进行了排涝模拟的实验，计算出了市区内相关的控制断面出流的过程。2006 年任伯帜等人采用了 SWMM 模型对长沙市霞凝港区的 3 场降雨径流过程进行了模拟分析。同年丛翔宇等人以 SWMM 模型为基础，选取了北京市的典型小区，研究在不同的暴雨条件下，小区的排水情况，积水的问题以及形成道路坡面流等情况。2008 年黄卡等人，运用 SWMM 模型，结合广州新白云机场的实际资料，率定各相关的参数。同年董欣等人以城市不透水的地区为研究对象，运用 SWMM模型进行地表径流模拟实验，并对参数进行识别与验证。赵冬泉等人基于地理信息系统利用SWMM 模型对城市排水管网进行构建，并在澳门进行应用与案例分析。2009 年陈鑫等人运用SWMM 模型对郑州市区某区域进行了模拟研究。2010 年黄卡应用 SWMM 模型在南宁心圩江模拟设计洪水。2012 年马晓宇等人以城市住宅区产生的非点源污染负荷为研究对象利用 SWMM 模型进行了模拟计算。

3.斯坦福模型主要组成

3.1 SWM-IV模型简介：

第IV号斯坦福流域水文模型(SWMIV)，是世界上最早最著名的流域水文模型，是一种确定性模型，是用数学方法模拟水文物理现象的模型。

斯坦福模型的研制，从1959开始，到1966年完成第IV号模型，一共用了8年时间。主要研制人是N.H.克劳福持和R.K.林斯雷。物理概念明确，模型结构环环相扣，层次鲜明。小流域采用集总模型方式，大流域采用分块模型方式。斯坦福模型的建立以水量平衡为基础: 4个蓄水层：上土壤层蓄积、下土壤层蓄积、地下水（浅层）蓄积和深层地下水蓄积。壤中流滞蓄和坡面滞蓄只是临时性蓄积。

模型中河川径流来源：不透水面积上的直接径流；坡面漫流；壤中流；浅层地下水。蒸散发来源：融雪蓄积；截留蓄积；上土壤层蓄积；下土壤层蓄积；地下水蓄积；河湖表面。模型是逐时段连续演算的模型。演算时段不能太长，否则，时段内的各项物理过程变化太大。SWMIV采用15min或1h作演算时段。

3.2斯坦福流域水文模型的组成

(1)流域（或每一分块）平均降雨量用流域代表性测站雨量乘上一个常数，此常数等于多年

平均的流域平均年雨量与该测站多年平均年雨量之比。这对模拟年、月径流量是合适的，对于雨洪的模拟，国内多采用泰森多边形法。

等雨量法

(2)不透水面积

流域不透水面积，主要指河槽（包括直接连通的湖泊）及与河槽毗连的不透水面积。这部分面积上的降雨没有损失，直接注入河槽。水流畅通的河、湖表面面积上的降雨也直接注入河槽，但有蒸发损失。共同特点：没有下渗损失，一般面积较小，大多数乡村流域不

超过1%-2%，城市可以大于20%。

不透水面积这一参数用A表示，指不透水面积与流域总面积之比。可分为有效不透水面积无效不透水面积：降雨不能直接形成径流的，如路面、屋顶、池塘、不汇入河槽的湖泊，不算入模型的不透水面积。在雨小时，因无截留损失，不透水面积上的降雨是径流的唯一来源。

（3）植物截留

在透水面积上发生，形成截留蓄积，最终消失于蒸发。截留蓄积：植物枝叶表面可以截住一部分雨水，被截住的这部分雨水停于枝叶表面上，称为截留蓄积。截留容量（EPXM）：截留蓄积的极限值。一般为0～5mm。假定降雨满足截流蓄积后才产生落地雨，流域平均的时段落地雨量用 X表示

（4）落地雨

i）计算中要求获得的数据：时段截留蒸发量EPX，时段截留蒸发后剩余的蒸散发能力E0（临时变量），时段末截留蓄积量EPXX2，落地雨X

ii）计算中所用其它符号

P 时段降雨量

E 时段蒸散发能力

EPXM 截留容量

EPXX1 时段初的截留蓄积

EPXX0 初算的时段末截留蓄积

iii）分三种情况计算

① EPXX1+P

EPX=EPXX1+P

EO=E-(EPXX1+P)

EPXX2=0

落地雨=0

② EPXX1+P=E 时：

EPX=E; EO=0; EPXX2=0;落地雨=0

③ EPXX1+P>E 时：

EPX=E; EO=0;EPXXO=EPXX1+P-E,又可分为：

EPXXO

EPXXO=EPXM：则EPXX2=EPXM,落地雨=0

EPXXO>EPXM：则EPXX2=EPXM,落地雨=EPXXO-EPXM

由此可见，只有最后一种情况才会产生落地雨。

（5）直接下渗

模型中对下渗模拟，分直接下渗和滞后下渗两部分。我们讨论的是直接下渗，落地雨去路：

i）形成地表滞蓄增量可能产流

ii）形成壤中流滞蓄增量可能产流

iii）直接下渗IND可能产流

模型假定任何时间的下渗容量在整个流域上是不相同的，并假定是按直线变化

斯坦福模型中所采用的下渗函数和壤中流函数

（6）蒸散发

蒸散发以蒸散发能力所具有的强度从截留蓄积和上土壤层蓄积中产生。蒸散发能力：蒸发能力等于河湖表面蒸发能量或其他的水体蒸发量，当只有蒸发皿时，可以乘以一个系数。蒸发皿只有日数据，需转为时段的：Moore & Claborn用偏态正弦曲线（日出30min至日落1小时之间）

1、截留蓄积的蒸发量E截按蒸散发能力进行。较少时有多少蒸发多少。

2、上土壤层蓄积的蒸散发量E上截留蒸发不能满足蒸散发能力时，由上土壤层蒸散发来继续满足。

3、下土壤层蓄积的蒸散发量E下，上土壤层仍不能满足时，由下土壤层蒸散发来继续满足。

4.其他流域水文模型的研究进展

流域水文模型的研究始于20世纪50年代,在这之前,水文模拟及水文分析计算多是针对某一水文环节进行、随着计算机技术的发展,人们开始把水文循环作为一个整体,在大的空间尺度卜进行系统的研究,井在50年代后期提出了流域水文模型的概念。在70年代到80年代中期,由丁国际水文十年和国际水文计划的相继实施,流域水文模型的研究取得了重人突破,一些比较著名的模型,如美国的斯坦福(Sanford)流域水文模型和萨克拉门托(Sacramento)

模型,日本的水箱(Tank)模型,SHE模型以及我国的新安江模型等都形成丁这一时期。80年代后期至今,全世界范围内流域水文模型的研究进展缓慢,主要是利用伴随先进的计算机技术出现的地理信息系统、数字化高程模型等对原有流域水文模型作一些修改和完善,如MIKESHE模型等,但理论卜并无大的突破。

流域水文模型出现的必然性众所周知,探索流域径流形成规律的基本途径除对原型进行观测研究外,还有物理模拟和数学模拟两类。物理模拟是一种比例尺模拟,即将研究对象的原型按一定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。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,然后用数学方法进行求解,从而获得各种情况下流域降雨与径流之间的定量关系。

与物理模型相比,数学模型的优点是:(1)数学模型的所有条件都可以由原型所观测到的数据直接给出,不受比尺的限制,即数学模型无相似律问题。(2)数学模型的边界条件及其它条件既可严格控制,也可随时按实际需要改变。象是随机过程,研究方法是概率论与微分方程论的结合,给出的解是随机过程或其某些统计特征值。随机微分方程统一处理了包括在一种物理过程内的确定规律部分和随机性规律部分,能够将流域水文模型的计算结果和模型的随机误差统一在一起考虑,这种新的建模手段是值得深入探讨的。

4.1流域水文模型分类

从流域水文模型的发展和应用来看,流域水文模型可分为确定性模型和统计(随机)模型,我们通常所说的是指确定性模型例。从反映水文要素的科学性和复杂性而言,流域水文模型通常可以分为三大类:系统理论模型、概念性模型和物理模型。

系统理论模型又称系统响应模型,这种模型将研究对象视为一种动力系统,一般采用回归分析方法,利用已有降雨径流资料建立某种数学关系,然后由此用新的输人推求输出。系统理论模型只关心模拟结果的精度,而不考虑输人一输出之间的物理因果关系,因此又被称为黑箱子模型。其中有代表性的是总径流线性响应模型(TLR)、线性扰动模型(LPM)、以及神经网络(ANN)模型等。

概念性模型(Conceptual model)是以水文现象的物理概念和一些经验公式为基础构造的,它把流域的物理基础(如下垫面等)进行概化(如线性水库、土层划分、需水容量曲线等),再结合水文经验公式(如下渗曲线、汇流单位线、蒸散发公式等)来近似地模拟流域水流过程。按对模拟流域的处理方法,概念性水文模型又可分为集总式模型和分布式模型。显而易见,集总式概念性模型把全流域当作一个整体来建立模型,即对流域参数(变量)进行均化处理。与此相对,分布式概念性模型则按流域下垫面不同特征和降水的不均匀性把流域分为若干个单元,对每一单元采用不同特征参数进行模拟计算,然后依据各单元的水力联系和水量平衡原理通过汇流演算得到全流域的输出结果。

物理模型一般都是分布式模型,因此又称分布式水文物理模型。物理模型一般认为流域面上各点的水力学特征式非均匀分布的,从而依据物理学质量、动量与能量守恒定律以及流域产汇流特性,构造水动力学方程组,来模拟降雨径流在时空上的变化。与概念性模型中把基本单元简化为一个垂直圆柱体而只考虑水力的垂直向运动不同的是,物理水文模型提出既要考虑单元内部垂直方向水量交换,又要考虑水平方向的水量交换。其中有代表性的有SHE[习模型和DBSIN6[]模型等。

不同的模型使用不同的数据集,不同的数据集在时间上的详细程度和空间分辨率各不相同。非空间模型可在任意大小和形状的面状单元上运行,并可自由地由科学家所选择。而空间模型的应用范围较窄,动态模型则需要将模拟计算区离散成更多的面状单元,然后进行建

模。随着地理信息系统与遥感技术的发展,空间信息的获取与处理取得了极大的进展,水文模型也慢慢从概念性水文模型向分布式水文模型发展。

4.2流域水文模型研究概述

水文模型将流域概化成一个系统,该系统根据输入条件求解输出结果,其实质是对流域上发生的水文过程进行模拟计算。降雨到达地面之前,部分被树冠截流;在降落到地面的雨水中,一部分由于蒸发而损失,一部分下渗到地下,以串流和基流的形式汇集到河道中,剩下的部分在满足地面填洼后,以坡面流的形式汇聚到河道中,进入河网汇流过程。水文模型为模拟该过程的数学物理模型。在水文模型中,系统输入一般为降雨、融雪、水质、泥沙过程以及流域的蒸散发能力。系统的输出是流域出口断面的流量过程和流域实际蒸散发。在水文过程模拟中,对流域内的产流,坡面汇流以及河道汇流过程的模拟是很重要的。坡面产汇流模型模拟从降水到流域产流和流域坡面汇流的水文子过程;河道演进模型模拟河网汇流水文子过程。

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,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。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。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发挥着重要作用。随着以计算机和通信为核心的高新技术在水文水资源学科领域的广泛应用，使流域水文模型的研究得以迅速发展并广泛应用于水文基本规律研究、洪旱灾害防治、水资源评价与开发利用、水环境和生态系统保护、气候变化及人类活动对水资源和水环境影响等领域。

目前，国内外开发研制的流域水文模型众多，结构各异，与上面介绍类似，大致可以归纳为：物理模型、概念性模型和黑箱子模型三类。

由于概念性模型一般都不能反映流域特征空间变异性；有的模型虽然设计了考虑下垫面条件空间分布不均匀性对降雨径流形成过程的影响的结构，但一般采用的是概率统计分布曲线，因而难于同时考虑降水空间分布的影响。因此，概念性模型的结构对降雨径流形成过程的描述是近似和概化的，模型参数多且大多数参数的物理意义不是很明确。

20 世纪 70 年代以来，国内外水文学家们提出了众多的分布式流域水文模型，最具有代表性的是1980年由英国、丹麦和法国共同研制的 SHE模型。随着现代科假设和概化；建立尽可能符合水文实际，结构和参数均具有明确物理意的流域水文模型。概念性流域水文模型的核心是模型的结构和参数。

近年来,随着数据获取和数据库管理能力的提高,流域水文模型愈来愈综合化,一个模型开发出来,往往兼具上述各模型类别的某些特点。如TOPMODEL日和TOPKAPI8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,被称

为具有物理基础的半分布式水文模型。

分布式或半分布式流域水文模型是目前国际上水文研究的热点(Wood, 1988)。在分布式水文模型中,考虑了降雨的空间变化,计算区域的空间分异,如土壤与地形的空间分布。这与以前的概念模型有了很大的差别。在分布式水文模型中仍有一些假定:降雨空间分布不平衡,但不考虑其时间变化。在暴雨期间,土壤含水量的再分配不考虑,土壤与降雨的空间相关关系被忽略。从技术上讲,要构建分布式水文模型的框架并不难,关键问题为水文单元划分、空间参数确定、产汇流机制确定和模型算法实现等,地理信息系统技术与遥感技术有助于这些问题的解决。

4.3 GIS在水文模型中的应用

GIS中用于空间数据及非空间属性数据的获取、存储、分析和显示的功能已非常成熟,可为水文模型提供非常详尽的背景环境描述(如DEM,土地利用类型等)。

由于GIS在水文中的应用,基于过程的分布式水文模型得到了一定的注意与发展,这是由于其应用连续的空间单位(格网单元)用于数据存储和处理,使数据易于进行叠加分析,并且可从DEM中提取水文网络以用于建立水文模型。影响河道变化的复杂因素对数据获取提出了很高的要求,而这是常规方法所不能满足的。GIS可提供精确而有效的数据支持,提取和处理功能,对以上讨论的这些困难提供最实际可行的方法。

GIS有能力处理不同源的数据:地图、航空照片,卫星影像和研究区的监测与实测数据资料。其在水文模型中以下几方面能发挥重要作用: (1)管理空间数据;(2)由基础数据层生成新数据层; (3)为模型参数的自动获取提供可能; (4)为水文建模提供方便;(5)GIS有利于分析计算的过程及结果可视化表达。

5.结语

综上所述,流域水文模型的出现是水文科学的进步,但现行流域水文模型存在一定的局限性,用于水文预报也有一些问题需要解决,为推进流域水文模型的研究,提出下列建议:(1)加强对流域径流形成物理机制的研究。对流域水文模型的研究应当突破传统的概念性模拟和“黑箱子”模拟的研究思路,不仅要尽可能吸取当代产汇流理论研究所取得的研究成果,而且要应用近代高科技手段不断进行新的流域水文实验,揭示新的水文规律,以便不断改进现有流域水文模型的结构和研制新的流域水文模型。这方面的事例是屡见不鲜的。例如新安江模型, 70年代使用的产流结构基于霍顿(Horton)产流理论,是二水源模型,使用上有一定局限性。80年代及时吸取了“山坡水文学”产流理论,研制成功了三水源模型,扩大了模型的使用范围,提高了模型的使用效果。(2)加强对流域径流形成要素空间分布描述方法的研究。这里所指的流域径流形成要素主要是降雨、蒸散发、土壤含水量、地形、地貌等。雷达和遥感信息的最大优点是以面信息代替传统的点信息,近10多年来,许多研究者致力于雷达测雨及控制降雨空间分布的研究基于遥感技术探讨降雨、土壤含水量、地形、地貌及洪水淹没范围等空间分布的研究也有新的进展。今后在继续加强这方面研究的同时,要大力开展地理信息系统(GIS)的研究。GIS是一种应用计算机软件工程来综合分析和处理各种数据空间分布的技术。应用GIS可以建立径流形成要素与地理坐标之间的数值关系及图形显示,因此, GIS 与流域水文模型相结合,有着良好的发展前景。(3)探索用随机微分方程建立流域水文模型的新途径。

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生态环境 2006, 15(6): 1391-1396 https://www.360docs.net/doc/5011783883.html, Ecology and Environment E-mail: editor@https://www.360docs.net/doc/5011783883.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/5011783883.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

工作流系统需求分析

工作流系统需求分析业务过程描述：工作流是一种反映业务流程的计算机化的、实现经营过程集成与经营过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务模型。工作流起源于生产组织和办公自动化领域，其目的是将现有工作分解，按照一定的规则和过程来执行并监控，提高效率，降低成本。下图是用户使用工作流系统的业务过程：

业务模型描述：

系统组成：工作流管理系统由客户端、流程定制工具、流程监控与管理和工作流运行服务四个部分组成，下图是系统构件图：系统功能划分：工作流管理系统是指运行在一个或多个工作流引擎的软件上用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件，从用户建模的过程来看在建立阶段功能主要是工作流过程和相关活动的定义和建模，在运行阶段包括运行流程的监控、管理以及执行过程中的人机交互等。工作流管理系统由流程定制工具、流程监控与管理、工作流运行服务和客户端交互四个部分组成，整个系统的使用者可以分为四种：系统管理员、流程设计人员、流程管理人员、普通用户。下图是整个工作流管理系统的顶层用例：

第一部分流程定制工具本部分主要完成企业信息流中业务过程的图形化建模，定制工具提供丰富的图形化元素、简单易懂的建模方法以及完善的模型管理方式。流程定制用例图：

打开流程模型参与者：流程设计者。前置条件：流程定制工具已经打开。后置条件：被选择的流程模型中的内容被展开。步骤序列： 1．打开流程模型列表或新建流程模型文件。 2．选择流程模型文件名称。 3．展开流程模型中的设计内容。保存流程模型参与者：流程设计者。前置条件：某个流程模型已经被打开，并且被修改。后置条件：修改过的流程模型存到了物理文件中。步骤序列： 1．保存流程模型到物理文件中。删除流程模型参与者：流程设计者。前置条件：拥有可被删除的流程模型。后置条件：选中的流程模型被删除。步骤序列： 1．用户打开流程模型列表。 2．用户选择想要删除的流程模型。 3．系统删除选中的流程模型。导入导出流程模型参与者：流程设计者。前置条件：拥有可被导入的文件或导出的流程模型。后置条件：流程模型被导出成文件或模型文件被导入到设计系统成为流程模型。步骤序列： 1．用户打开可被导入文件列表或设计工具中的流程模型列表。 2．用户选择将被导入的流程文件或选择将被导出的流程模型。 3．系统把导入文件生成流程模型或把导出流程模型生成流程文件。流程发布参与者：流程设计者。前置条件：拥有设计完成并可供发布的流程模型。后置条件：流程模型被发布并可通过客户工具执行。步骤序列： 1．用户打开流程模型列表。 2．用户选择发布的包或流程。 3．用户选择发布的运行服务器。 4．用户形成发布版本。

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

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

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

工作流分析及设计

工作流系统需求分析及设计业务过程描述：工作流是一种反映业务流程的计算机化的、实现经营过程集成与经营过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务模型。工作流起源于生产组织和办公自动化领域，其目的是将现有工作分解，按照一定的规则和过程来执行并监控，提高效率，降低成本。下图是用户使用工作流系统的业务过程：

业务模型描述：

微观车辆跟驰模型对比研究

微观车辆跟驰模型对比研究摘要：车辆跟驰模型是微观交通流模型研究的基础。本文对GM模型、线性模型、安全距离模型、AP模型、模糊推理模型和神经网络的车辆跟驰模型进行了详细的评述，从传统模型入手,分析其存在的优缺点,基于此又阐述了在传统模型基础上改进的模型或者是利用新的方法建立的模型,提出了目前还存在的没有解决的问题,并且对每个模型作了中肯的评价。为今后研究微观交通流模型提供一个比较全面的认识。关键词：交通流;微观交通流;车辆跟驰模型;对比研究 1跟驰模型跟驰理论是运用动力学方法,研究在无法超车的单一车道上车辆列队行驶时,后车跟随前车的行驶状态,并且用数学模型来表达并加以分析阐明的一种理论。跟驰理论只研究非自由行驶状态下车队的特性。非自由行驶状态的车队有以下三个特性:制约性、延迟性和传递性。自20世纪50年代以来,国外的学者对车辆跟驰模型进行了大量、系统的研究,发表了众多的研究成果,主要可以分为以下几类:刺激—反应模型、安全距离模型、生理—心理模型，模糊推理模型，神经网络的车辆跟驰模型。 2.1刺激—反应模型及评价刺激—反应模型重在描述驾驶环境中各种刺激对驶员行为的影响,包括GM 模型和线性模型。 (1)GM（General Motor）模型 GM模型是从20世纪50年代后期逐渐发展起来的车辆跟驰模型。其一般表达式为: (1) 式中: ——t + T 时刻第n+1辆车的加速度; ——t时刻第n辆车与第n+1辆车之间的速度差; ——t时刻第n辆车与第n+1辆车之间的距离; c，m, l——常数。 GM模型形式简单,物理意义明确,许多后期的车辆跟驰模型研究都源于刺激—反应基本方程。但是GM模型通用性较差,这是因为在确定m和l的过程中存在大量的矛盾之处。另外,当前后车速相同时允许两车的车头间距无限减少直至为零,这显然是不合理的。 (2)线性模型 Helly提出的线性模型考虑了前面第一辆车是否制动减速对后车加速度的影响项,有以下关系: (2) (3) ——期望跟驶距离; ,,α,β,γ——参数。 Helly认为应当与车头间距变量及反应时间T有关,这样就产生了m=0,l=1

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

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

基于时序逻辑的工作流建模与分析方

基于时序逻辑的工作流建模与分析方法1 王远，范玉顺 (清华大学自动化系,北京 100084) 摘要提出了一种基于活动时序逻辑(TLA)的工作流建模与模型分析的形式化方法。该方法将模型及模型的性质都表示为一个TLA公式，对工作流模型性质的分析可以等价为对TLA中两个公式之间是否存在蕴涵关系的检验，从而建立了一个工作流模型各层次分析统一框架。一个工作流建模和分析的实例验证了所提出方法的有效性，该方法在建模、模型分析以及指导模型设计等方面都有较好的应用前景。关键词工作流，活动时序逻辑，工作流模型分析 1基金项目：国家自然科学基金项目（60274046） 0 引言工作流管理是实现企业过程集成和提高企业运行效率、柔性的一种全面的支撑技术。该技术在办公自动化(OA)、计算机支持的协同工作(CSCW)、经营过程重组(BPR)等几个领域中的应用证明,工作流模型的合理性验证与分析是成功实施工作流管理的关键[1]。工作流模型分析可以分为逻辑、时间和性能三个层次。逻辑层次关心的是工作流模型中事件点与事件点之间的关系,时间层次的分析是在逻辑层次的基础上研究模型中时间段与时间段之间的关系,而性能层次分析一般是指(考虑资源信息) 通过仿真或严格的理论分析,获得与系统性能相关的量化指标,来评估建立的工作模型是否满足目标需求。工作流模型的验证与分析的方法与建模方法密切相关。工作流建模方法可以分为非形式化方法与形式化方法[2]。非形式化方法主要包括活动网络图法、ECA(Event-Condition-Action)规则方法、面向系统交互的工作流建模语言等，这些非形式化的建模方法普遍缺乏对模型验证与分析的支持。工作流建模的形式化方法以基于Petri网的建模方法为主，并在此基础上形成了一些工作流模型验证与分析的方法，然而这些基于Petri网的方法存在两个问题：一是没有统一的方法框架，无法满足工作流模型多种性质的验证需要，而是针对一种性质，提出一种特殊的高级Petri网建模方法，找到该性质在Petri网中的表达方式，并针对这种表达方式提出一种验证算法，比如，用户需要验证模型中两个活动之间的时间距离约束，现有的方法无法验证，就只能依靠研究人员的创造力，提出一种特殊的Petri网，并发展一种专门的验证方法；二是在指导工作流模型的设计和工作流模型的综合方面无法满足需要，比如要设计一个满足给定性质的工作流模型，现有的模型验证方法就无法提供有力的支持。针对上述工作流模型分析验证中存在的问题，本文用时序逻辑作为理论基础，提出了一种基于时序逻辑的工作流建模与分析方法，为工作流模型各个层次的验证与分析提供了一种新思路。 1 TLA基本概念时序逻辑作为一种表示各种动态系统行为和性质的逻辑语言，近年来在反应系统、实时系统的表示与验证、网络协议的分析、多媒体通信同步以及自然语言理解、专家系统、人工智能等方面得到了广泛的应用[3-5]。在本文提出的基于时序逻辑的工作流建模分析方法中，一个工作流过程模型被描述为一个时序逻辑系统中的公式，同时该模型需要被验证的和分析的性质也表示为一个时序逻辑公式，该方法对所验证的性质并没有特殊的限定。要分析工作流模型是否满足该性质，只需在相应的逻辑系统中利用逻辑推理和模型检查等技术检验这两个公式之间是否存在蕴涵关系。这就使得对工作流模型各层次的验证可以统一到一个方法框架中来。同时，由于在时序逻辑中并不区分公式表示的是模型还是模型的性质，这使得本文提出的方法在指导工作流模型的设计和工作流模型的综合方面有较好的应用前景。本文使用的时序逻辑系统是活动时序逻辑

(工作分析)基于P网工作流模型的分析

西北大学学报(自然科学网络版) 2004年5月，第2卷，第5期 Science Journal of Northwest University Online May 2004，V ol.2，No. 5 （工作分析）基于P网工作流模型的分析 ________________________ 收稿日期：2004-02-03 审稿人：葛玮，男，西北大学计算机科学系副教授

基于Petri网工作流模型的分析晋蓓，冯卫兵（1.西北大学计算机科学系，陕西西安710069；2.西安科技大学基础部，陕西西安710054）摘要：通过模型分析发现所描述的过程定义中的设计错误，以便对业务过程重构提供正确的指导和科学的依据。首先将信牌驱动模型转化为Petri网，接着将Petri网进行必要化简，最后对化简后的Petri网进行死锁等分析。关键词：工作流模型；Petri网；死锁中图分类号：TP911.7文献标识码：A文章编号：1000-274X(2004)0068-07工作流模型的分析是指采用各种方法（包括理论模型、模拟、测量方法），对工作流模型的内部行为进行分析计算，使得工作流模型于理论上是正确和有效的。虽然当下绝大部分的工作流产品均提供模型性能分析的仿真功能，但由于复杂性等原因，很难找到壹种有效的算法对模型进行分析和验证。本文于总结模型分析研究成果现状的基础上，针对目前模型验证方法存于的不足，总结了Petri网模型分析中的壹些图形化简规则，针对企业运营过程模型的特点且利用文中提出的模型正确性标准，提出了壹种具有完备性和高效率的工作流模型的模型验证方法分析。 1关联概念定义1信牌驱动模型的静态结构:多元式称为信牌驱动模型的静态结构（以下简称信牌驱动模型），其中： 1)表示扩展的信牌驱动模型所涉及的所有数据，其值域用表示； 2)表示活动集合，和分别称为功能函数和后继函数。被定义为根据出函数定义，参见下边的定义； 3）表示信牌箱集合； 4），称为的流关系，其中和分别称为入关系和出关系。对出关系定义壹个出函数：表示和关联的出函数，被称为的后继函数。 5）是惟壹的活动，称为开始活动，； 6）是壹个活动的集合，称为结束活动，； 7）称为转移的权重； 8）是（注意：中不包含）的壹种划分即是的另壹种划分，即规定。若，则；若，则；如果，则被称为简单元素。壹个信牌驱动的工作流模型，开始活动只能是壹个，可是结束活动能够是多个。为了描述问题方便，有时我们也将信牌驱动的模型简写成。定义2真假信牌，设。 1）上的壹个多重集是壹个映射(自然数集合)，令表示上所有多重集的集合； 2）表示多重集且表示多重集且表示多重集且。定义3活动的SPLIT，设为信牌驱动模型，令，称集合为出弧的集合。表示出弧的个数。和所联系的信牌箱称为的后信牌箱。或者或者和称为的SPLIT类型，记为。定义4活动的JOIN：设为信牌驱动模型，令，称集合为入弧的集合。表示入弧的个数。和联系的信牌箱称为的前信牌箱。或者或者或者或者，和称为的类型，记为。

早期车辆跟驰模型研究综述

车辆跟驰模型研究综述学号：14S032034 姓名：孟柳 1、早期车辆跟驰模型 1.1 Pipes与Forbes的跟驰模型 Pipes的车辆跟驰模型源于加利福尼亚机动车法规中对驾驶员跟驰行驶的建议：在跟随行驶过程中，安全距离至少为一个车身长度，并随速度每增加16km/h，就增加一个车长。 Pipes与Forbes的跟驰模型是早期的研究成果，其工作具有开创的意义，虽然随着对这一领域的深入研究，其模型精度已不能令人满意。但其形式简单，物理意义明确，在实际当中仍然得到了广泛应用。 1.2 刺激--反应模型刺激--反应模型重在描述驾驶环境中各种刺激对驾驶员行为的影响，包括GM模型和线性跟车模型。GM模型最早是1958年由美国通用汽车研究小组的Chandler，Herman和Montroll提出的，它是由驾驶动力学模型（Driving Dynamic Model）推导而来，并引入如下理念： Response=f(sensitivit，stimuli) 式中，Response为后车在时刻t+T的加速度或减速度；sensitivity为后车对刺激的敏感度；stimuli为在时刻t后车与前车的相对速度；T是后车驾驶员的反应时间。这个模型的基本假设为：驾驶员的加速度与两车之间的速度差成正比；与两车的车头间距成反比；同时与自身的速度也存在直接的关系。GM模型清楚地反映出车辆跟驰行驶的制约性、延迟性及传递性。 GM跟驰模型的优缺点： GM跟驰模型形式简单，物理意义明确。作为早期的研究成果，具有开创意义，许多后期的跟驰模型研究都是以其建立的刺激--反应的方程为基础，在前车紧急刹车时，后车维持不致发生尾撞的最小安全距离为前提推导而得。但是，GM模型的通用性较差，现在较少使用GM模型，这是因为在

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]。