集总式水文模型与分布式水文模型的区别
集总式水文模型与分布式水文模型的区别
集总式水文模型与分布式水文模型的区别集总式水文模型(Lumped Hydrologic Model),不考虑水文现象或要素空间分布,将整个流域做为一个整体进行研究的水文模型.集总式水文模型中的变量和参数通常采用平均值,使整个流域简化为一个对象来处理.主要用于降水-径流(Rainfall-runoff)模拟.由于参数合变量都取流域平均值,所以不能对某单个位置进行水文过程计算.通常模型参数不能实际测量到,必须通过校准才能获得.分布式水文模型是通过水循环的动力学机制来描述和模拟流域水文过程的数学模型，模型根据水介质移动的物理性质来确定模型参数，利于分析流域下垫面变化后的产汇流变化规律，与概念性模型相比，分布式水文模型以其具有明确物理意义的参数结构和对空间分异性的全面反映，可以更加准确详尽的描述和反映流域内真实的水文过程。
全面考虑降雨和下垫面空间不均匀性的模型, 能够充分反映流域内降雨和下垫面要素空间变化对洪水形成的影响。
模型能全面地利用降雨的空间分布信息；模型参数的空间分布能够反映下垫面自然条件的空间变化；模型的输出具有空间不均匀性, 如蒸散发、土壤水分、径流深等[1]。
分布式流域水文模型的主要思路是：将流域划分成若干网格,对每个网格分别输入不同的降雨,根据各网格内植被、土壤和高程等情势, 对每个网格采用不同的产流计算参数分别计算产流量；通过比较相邻网格的高程确定各网格的流向, 根据各网格的坡度、糙率和土壤等情况确定参数, 将其径流演算到流域出口断面得到流域出口断面的径流过程。
模型的参数由地形、地貌数据结合实测历史洪水资料率定得到。
分布式流域水文模型的研究和应用, 需要雷达测雨、遥感、地理信息系统、数值计算和计算机等技术的支撑: 雷达测雨技术能观测到流域内各网格的降雨量；遥感技术是获得地形、地貌等数据的有效途径之一；有效地使用和管理地形、地貌数据, 并根据空间与数据属性生成更多的有用信息离不开地理信息系统；对流域产汇流计算的偏微分方程求解需要数值计算法,同时实现这些计算离不开高性能的计算机。
水资源管理中的水文模拟研究
水资源管理中的水文模拟研究水是我们生活中必不可少的重要资源，其管理与利用一直是国内外政府和学者的关注焦点。
近年来，随着社会经济的快速发展和人口的不断增加，水资源供给总量有限、分布不均的问题越来越突出。
为了更加高效地管理和利用水资源，水文模拟研究成为了一种重要的手段。
一、水文模拟的意义1.了解水资源的利用水文模拟是通过对水循环过程中各流域内有关土地、植被、降水、蒸发、日射、空气温度和湿度等因素的较为准确的描述，计算出不同地点、时间和流域内的水文要素（包括降水、径流、蒸发、蓄水量等）的方法。
通过水文模拟，可以更加准确地了解某一地区对水资源的利用程度，判断当前是否有过度使用或浪费水资源的情况。
2.供需状况预测水文模拟可以通过各项因素的计算，预测未来一定时间内的水资源供给状况，以此来为相关方面的调度和预测提供可靠数据。
这对于提前防范水资源供求矛盾、预先安排调度措施非常重要。
3.制定决策依据水文模拟可以作为政府和企业在制定涉及水资源的关键决策时的重要依据，如制定水资源的开发和管理计划、排放规划等，以达到水资源的高效管理和利用。
二、水文模型的种类水文模型是水文模拟的核心手段，主要分为分布式和集中式两大类。
1.分布式模型分布式模型是以分布式集水区为基本研究对象，建立地表水和地下水水文学模型，用于解决流域水文响应和水文分析问题。
该模型以数字高程模型（DEM）为传统研究对象，在精度上升、数据存储容量增大的情况下，地形发展成为分布式水文模型发展的主要瓶颈。
当前常见的分布式水文模型包括：TOPMODEL模型、VIC模型、PRMS模型和SWAT模型等。
2.集中式模型集中式模型是用于集水区内部的河川和小流域水文学预测和模拟的模型。
该模型通常以流域河流汇流为基本单位，以观察值所代表的水文过程为基本数据来源。
目前，该模型在中国地区较为成熟的有：水文自同化模型、甘肃根据ASTI建立的中国流域水文模型、中计公司的WHOST模型等。
水文模型率定研究
水文模型率定研究水文模型是一种数学模型，用于描述水文过程，包括降雨、蒸发、径流等。
水文模型的建立和率定是水文学研究的重要内容之一。
本文将介绍水文模型的基本概念和建立方法，并以一个实例来说明水文模型的率定过程。
一、水文模型的基本概念水文模型是一种描述水文过程的数学模型，它可以用来预测水文变量的变化，如降雨、蒸发、径流等。
水文模型通常包括两个部分：输入和输出。
输入是指模型所需的数据，如降雨量、蒸发量、土地利用类型等；输出是指模型预测的结果，如径流量、地下水位等。
水文模型可以分为两类：分布式模型和集中式模型。
分布式模型是指将流域划分为若干个小区域，每个小区域都有自己的输入和输出。
集中式模型是指将整个流域看作一个整体，只有一个输入和一个输出。
分布式模型通常比集中式模型更准确，但也更复杂。
水文模型的建立需要考虑多种因素，如流域的地形、土地利用类型、降雨量、蒸发量等。
建立水文模型的过程通常包括以下几个步骤：1. 收集数据：收集流域的地形、土地利用类型、降雨量、蒸发量等数据。
2. 建立模型：根据收集到的数据，建立数学模型，描述流域的水文过程。
3. 参数估计：根据实测数据，估计模型中的参数。
4. 模型率定：将模型预测的结果与实测数据进行比较，调整模型参数，使模型预测结果更加准确。
5. 模型验证：使用另外一组数据来验证模型的准确性。
二、水文模型的建立方法水文模型的建立方法有很多种，常用的方法包括统计模型、物理模型和组合模型。
1. 统计模型：统计模型是根据历史数据建立的模型，它通常基于统计学原理，如回归分析、时间序列分析等。
统计模型的优点是简单易用，但缺点是对数据的要求较高，需要有足够的历史数据支持。
2. 物理模型：物理模型是基于物理原理建立的模型，它通常包括流体力学、热力学等方面的知识。
物理模型的优点是准确性高，但缺点是建模过程较为复杂，需要大量的实验数据支持。
3. 组合模型：组合模型是将统计模型和物理模型结合起来建立的模型，它既考虑了历史数据的影响，又考虑了物理原理的影响。
水文预报1
集总式模型与分布式水文模型的比较（姓名）（长江工程职业技术学院水文0901班武汉430212）摘要：流域水文模型是把流域或河流类比为一个定性转换系统，遵循水量平衡，时段递推，物理概化和逻辑原则构成一个有机联系的推理计算体系。
本文将从集总式流域水文模型和分布式流域水文模型两方面对流域水文两方面对流域水文模型进行阐述，简要的对两种水文模型作了对比分析。
引言：流域水文模型；集总式；分布式；分类；对比分析；预测。
1.1 流域水文模型概论随着现代科学技术的飞速发展以及人们对水文现象及其各要素间因果关系认识水平的逐步提高和研究的不断深入，人们将复杂水文现象加以概化，即忽略次要的与随机的因素，保留主要因素和具有基本规律的部分，据此建立的具有一定物理意义的数学物理模型，并在计算机上实现，这种仿水文现象称为“水文模拟”，被模拟的水文现象称为原型，模拟则是对原模型的种种数学物理和逻辑的概化。
因此，流域水文模型是模拟流域水文过程所建立的数学结构，水文模拟首先就是要开发研制一个水文模型。
1.2 流域水文模型从离散程度上的分类从流域水文过程描述离散程度分类，流域水文模型可分为集总式模型、分布式模型、和半分布式模型三类，一般情况下，概念性模型和黑箱子模型是集总式模型，而物理模型则是分布式模型；从模型构建的基础上分类，流域水文模型分为物理模型，概念性模型和黑箱子模型三类。
若一个模型的每一个关系均是严格的物理定律为基础，则该模型是物理模型若一个模型的参数和结构具有物理意义。
但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；其他的分类，按数学处理方法分类，流域水文模型可分为确定性模型；按模型结构分类，流域水文模型可分为线性模型和非线性模型；按模型参数分类，流域水文模型可分为时不变模型和时变模型。
上面，我们对水文模型进行了一个总的轮廓型的分类，对水文模型的分类有了一个出不的，潜意识的了解。
分布式水文模型
分布式水文模型水文模型始终是水文科学研究的重要手段与方法之一。
21世纪以来水资源危机日益突出，为了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，基于DEM的分布式水文模型成为当今水文界研究的热点。
回顾水文模型的发展历史，不难发现分布式水文模型并不是一个新的概念。
早在20世纪70年代，国外就开始了分布式水文数学模型的研究，1969年Freeze和Harlan发表了《一个具有物理基础数值模拟的水文响应模型的蓝图》的文章。
目前代表性的模型有： SHE模型、IHDM模型、SWAT模型等。
我国在分布式水文模型的研制方面则起步较晚，目前还没有比较成熟或者得到国际上普遍认可的分布式水文模型。
同时国外的模型也不太适用于中国的国情，许多模型在具体引用时还存在很多的问题。
因此，我们急需在借鉴国外先进模型的基础上，利用现代科学技术（尤其是计算机和"3S"技术），研制适合我们国情的分布式水文模型。
"3S"技术的引进，为水文科学注入了新的血液。
目前水文模拟技术趋向于将水文模型与地理信息系统（GIS）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的分布式水文模型是现代水文模拟技术发展的必然趋势。
基于DEM的分布式水文模型，通过DEM可提取大量的陆地表面形态信息，这些信息包含流域网格单元的坡度、坡向以及单元之间的关系等。
同时根据一定的算法可以确定出地表水流路径、河流网络和流域的边界。
在DEM所划分的流域单元上建立水文模型，模拟流域单元内土壤～植被～大气（SVAT）系统中水的运动，并考虑单元之间水平方向的联系，进行地表水和地下水的演算。
概括起来，由于建立在DEM基础之上，分布式水文模型具有以下特色：①具有物理基础，描述水文循环的时空变化过程。
分布式水文模型及3S技术简介
模型考虑了蒸散发、植物截留、坡面和河网汇流、土壤非饱和流和饱和流、融雪径流、地表和地下水交换等水文过程。 模型的参数从观测资料中分析得到。 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，水平方向采用正交的长方形网格来表示。
至今，国内外的水文学家们相继提出了一系列的分布式水文模型，SHE模型就有不同的版本，如MIKESHE、SHETRAN等，较为常见的还有TOPKAPI、DHSVM。
（2）获得大范围空间信息和资料的方法—卫星遥感；
（3）计算机与计算技术；
分布式水文模型的技术支撑
（1）地理信息系统（GIS)技术 GIS 是一种融合现代计算机图形学和数据库管理技术为一体，对现实世界各类空间数据及描述这些空间数据的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 基本的信息源——
分布式模型的技术支撑
目前人们把数字高程模型资料，作为地理信息系统数据库的基本信息来源。常用的ARC/Iofo GRID可提供基本的地形分析算法，另外还可生成一些反映流域水文特性的地貌参数。 遥感观测资料：同步卫星、轨道卫星、MODIS等。
（1）建立分布式水文模型的平台——地理信息系统；
3 分布式水文模型
不同的集总式流域水文模型虽然各自具有不同的结构和参数，但最基本的特征是将流域作为一个单元体模拟，在产汇流等环节上采用概念性模拟或经验函数关系的描述，对模型输入的空间分散性和不均匀性没有充分考虑。
分布式水文模型
分布式水文模型(日志)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。
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下，把单位面积上所得的结果应用到更大的尺度范围的模拟上，尺度缩小是把较大尺度的模型的模拟输出结果转化为较小尺度信息。
尺度转换容易导致时空数据信息的丢失，这一问题一直为科学家所重视，却一直未能得到真正解决，这也是当今水文学界研究的热点和难点。
尺度问题源于目前缺乏对高度非线性的水文学系统准确的表达式；于是对于一个高度非线性的、且没有表达式的系统，人们用“分布式”方法来“克服”它。
然而事实上，无论是“subwatersheds”是“rid Cells”其内部仍然是非线性的且没有表达式。
但是，人们认为他们是“均一”的，于是就产生了尺度问题。
比如，自然界中水文参数存在很大的时间、空间异质性，野外实验证明，传统上认为在“均一”单元，且属于同一土壤类型的小尺度土地上，其水力传导度的变化范围差异可以达到好几个数量级。
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]。
1.流域水文模型研究进展流域水文模型的研究大约始于21世纪50年代后期[2]，随即有SSARR模型和Stanford模型等模型出现，这些模型从定量上分析了流域出口端面流量过程线形成的全部过程，包括降水、蒸发、截留、下渗、地表径流、壤中流、地下径流等产流环节，也包括了坡面调蓄和河网调蓄等汇流环节[3]。
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集总式水文模型与分布式水文模型的区别
集总式水文模型(Lumped Hydrologic Model),不考虑水文现象或要素空间分布,将整个流域
做为一个整体进行研究的水文模型.集总式水文模型中的变量和参数通常采用平均值,使整
个流域简化为一个对象来处理.主要用于降水-径流(Rainfall-runoff)模拟.
由于参数合变量都取流域平均值,所以不能对某单个位置进行水文过程计算.通常模型参数
不能实际测量到,必须通过校准才能获得.
分布式水文模型是通过水循环的动力学机制来描述和模拟流域水文过程的数学模型，模型根据水介质移动的物理性质来确定模型参数，利于分析流域下垫面变化后的产汇流变化规律，与概念性模型相比，分布式水文模型以其具有明确物理意义的参数结构和对空间分异性的全面反映，可以更加准确详尽的描述和反映流域内真实的水文过程。
全面考虑降雨和下垫面空间不均匀性的模型, 能够充分反映流域内降雨和下垫面要素空间变化对洪水形成的影响。
模型能全面地利用降雨的空间分布信息；模型参数的空间分布能够反映下垫面自然条件的空间变化；模型的输出具有空间不均匀性, 如蒸散发、土壤水分、径流深等[1]。
分布式流域水文模型的主要思路是：将流域划分成若干网格,对每个网格分别输入不同的降雨,根据各网格内植被、土壤和高程等情势, 对每个网格采用不同的产流计算参数分别计算产流量；通过比较相邻网格的高程确定各网格的流向, 根据各网格的坡度、糙率和土壤等情况确定参数, 将其径流演算到流域出口断面得到流域出口断面的径流过程。
模型的参数由地形、地貌数据结合实测历史洪水资料率定得到。
分布式流域水文模型的研究和应用, 需要雷达测雨、遥感、地理信息系统、数值计算和计算机等技术的支撑: 雷达测雨技术能观测到流域内各网格的降雨量；遥感技术是获得地形、地貌等数据的有效途径之一；有效地使用和管理地形、地貌数据, 并根据空间与数据属性生成更多的有用信息离不开地理信息系统；对流域产汇流计算的偏微分方程求解需要数值计算法,同时实现这些计算离不开高性能的计算机。
分布式流域水文模型的发展趋势
（1）中尺度分布式流域水文模型是研究当前水文水资源管理中热点和难点问题的有效工具。
（2）流域尺度生态水文过程模拟是分布式水文模型亟待加强的环节。
植被在土壤水分的时空变化中扮演着重要角色，它既是土壤水分动态变化的原因之一，也受土壤水分动态变化的影响。
（3）提高对遥感数据的利用能力及与GIS功能耦合程度是发展的必然趋势。
基于物理机制的分布式水文模型和大尺度水文模型等都需要大量时空分布数据的支持，而人工观测费时费力，使得遥感观__测的数据逐渐成为分布式水文模型中必不可少的数据之一。