分布式降雨径流物理模型的建立和应用第一期
分布式水文模型结合气象预报方法初步探讨——以三峡区间实时洪水预报为例
分布式水文模型结合气象预报方法初步探讨——以三峡区间实时洪水预报为例庞树森;许继军【摘要】为了尽量消除因流域空间非均一性引起的水文模拟不确定性,采用基于GBHM分布式水文模型以及具有明确物理意义的模型参数,利用三峡区间2011年5～6月期间的气象预报信息,探讨该区域实时洪水预报方法,以及不同预见期的洪水预报精度.结果表明,分布式水文模型与气象预报数据结合,能够较好地模拟该区间的洪水过程.该方法在一定预见期内能够对实时洪水过程进行预报,预报精度很大程度上取决于降水预报的准确性.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2012(043)003【总页数】5页(P55-58,79)【关键词】分布式水文模型;实时洪水预报;降水预报;三峡区间【作者】庞树森;许继军【作者单位】长江科学院水资源所,湖北武汉430010;长江科学院水资源所,湖北武汉430010【正文语种】中文【中图分类】P334.921 研究背景对于三峡水库而言，除了水库上游寸滩站和乌江武隆站的入库洪水以外，来自三峡区间支流的入库洪水所占比例较大，大洪水年份最高能占到整个入库洪水的1/3，而这部分洪水是直接汇入库区水域的，对水库的防洪安全调度影响较大。
目前三峡区间支流上为数不多的水位流量站，能监测的这部分入库洪水信息的时效性较短，且不全面(三峡区间约70%的面积未被水文站控制)，只能采用降雨径流模型，以三峡区间布设的雨量站观测值为输入条件，来进行区间入库洪水预报。
通过改进降雨径流模型或增设更多的雨量站，或利用雷达测雨［1］，来捕获更为全面的降雨信息，只能提高洪水预报精度。
而要想提高洪水预报的时效性，则需要依靠降水预报有效预见期的提前。
因此，本文采用具有物理机制的基于地貌单元的GBHM分布式水文模型［2］，模拟三峡区间复杂地形和水系条件下的降雨径流过程，同时尝试利用气象上不同预见期的降水预报信息，作为模型输入条件［3］。
2 分布式水文模型的建立2.1 GBHM 模型利用流域数字高程模型(DEM)和基础地理信息数据，依据流域的地形地貌特征，建立基于山坡水文过程的分布式水文模型GBHM模型。
分布式洪水预报模型系统及应用_IT168文库
参数优化
地下水参数
目标函数：洪峰误差、洪量误差、 峰现时间误差、Nash系数等
汇 流 参 数
序号 1 2 3 4
意义 子流域主河道坡度修正系数 子流域主河道长度修正系数 子流域主河道曼宁糙率系数修正系数 子流域主河道河床底板导水系数修正系数
下限 0.1 0.5 0.1 0.1
上限 10 20 500 10
P12 2
1
EasyDHM模型应用案例
• 水文模拟
研究流域、区域 1 2 3 4 5 6 7 8 长江上游流域 汉江流域 中线受水区（海河、淮河、黄河下游） 渭河流域 第二松花江流域 珠江流域（西江、北江） 三峡库区 密云水库上游流域 支撑课题 十一五科技支撑计划“三峡” 十一五科技支撑计划“中线” 十一五科技支撑计划“中线” 十一五科技支撑计划“黄河” 水利部公益项目“二松” 水专项“珠江” 水专项“三峡” 863“自来水”
土壤数据 处理模块
水库编 辑模块
土地利用 数据处理 模块
P17
数据库版本的开发
随着水利信息化事业的推进，各单位逐步开始使用数据库管理水文相关数 据，因此为配合用户的使用需求和习惯，课题组对原有模型进行了改造，开发 了数据库版本的模拟预报系统。
输入
二元水循环模拟
模拟用户界面
输出
EasyDHM 水文模 拟模块
实际蒸发 湿度、风速 温度、辐射
产流
冠层截留 植被冠层过程模拟
降雨
冠层截留 地表调蓄 河 网 调 蓄
潜在蒸发计算 积雪/融雪过程模拟
净雨 地表填洼 地表过程模拟 入渗量
地表径流
下渗 壤中流
坡面流
土壤水
分层土壤含水量
径流
土壤水过程模拟 壤中流 土壤温度计算
第一节 流域水循环与分布式水文模型
分布式水文模拟模型的应用
Mike SHE模型
Mike SHE模型（System Hydrologic European） 是一个典型的整体分布式水循环模拟模型。 在SHE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，则划分成几个水平层，以便处理不 同层次的土壤水运动问题。
模型可采用多种方法将流域离散化（一般 基于栅格DEM），能够响应降水、蒸发等 气候因素和下垫面因素的空间变化以及人 类活动对流域水文循环的影响。
分布式水文模拟模型的应用
SWAT模型
子流域有三种划分的方法：自然子流域 （Subbasin）、山坡（Hillslop）和网格 （Grid） 。 每个子流域的输入信息归为5类：气候、水 包括子流域内具有相同植被覆盖、土壤类 文响应单元HRU、池塘（或湿地）、地下 型和管理条件的陆面面积的集总。 水和主河道（或河段） 。 在结构上，每个子流域至少包括：1个水文 响应单元HRU、1个支流河道（用于计算子 流域汇流时间）、1个主河道（或河段）。 而池塘（或湿地）为可选项。
陆面部分（即产流和坡面汇流部分）：它 控制着每个流域内主河道的水、沙、营养 物质和化学物质等的输入量 。
水循环的水面部分（即河道汇流部分）-： 它决定水、沙等物质从河网向流域出口的 输移运动。
分布式水文模拟模型的应用
分布式地下水模拟模型
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。数 值模拟模型以其精度高、物理意义明确， 而逐渐成为地下水文模拟的重要发展趋势。 而数值模拟方法又分为有限差分法和有限 单元法，其各有优缺点。 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。
基于DEM的分布式流域水文物理模型
其中 :
EOT = 0 . 258cosΓ - 7 . 416sinΓ -
3 . 648cos ( 2Γ) - 9 . 228sin ( 2Γ)
Γ=
360 ( D - 1) 365 . 242
以上当地标准时间从半夜开始 , Ls 为地理标 准纬度 , Le 为当地纬度 . 在有云的情况下 , 到达地 面的太阳辐射明显减少 ,辐射通量每时每刻都在不 规则地变化 . 植被覆盖的地表反射也将削弱净太阳 辐射 . 这种反射能力也叫 ( 地表 ) 反射率 . 考虑到云 量和地表反射率对辐射的影响 ,晴天的太阳净辐射 可表示为 :
I dn = A ・ exp ( - B / cosθ z) I dn = 0
VCF ( t ) ] ・
若 cosθ z > 0 ( 5) 若 cosθ z < 0
式中 : ET 为实际的蒸散发率 ,m/ s ; k1 为植被的蒸散 发校正系数 ; k2 为裸土蒸发校正系数 ;θ为土壤含水 量 ;ξ为土壤的孔隙率 ;ρ为水的密度 ,ρ = 1 000 kg/ m3 ; λ为水汽化潜热 ,kJ / kg ,是温度的函数 : λ = 2501 - 2 . 3601 ・T
决定植被覆盖流域地表蒸散发 ET 的因素很 多 ,主要有太阳辐射 , 日云量 , 反射率 , 植物叶面指 数 ,可供土壤水 ,大气温度 . 本模型采用下列公式来 估算晴天地表水平获得的太阳能量[5 ] : θ R so = R so (d) + R so (s) = cos z I dn + C ・I dn ( 4)
实际蒸散发 ET 首先从植物截留雨量 IA 开始 , 若
ET > IA , 则剩余量 ET - IA 将从地面径流和土壤
SWAT分布式流域水文物理模型的改进及应用研究
SWAT分布式流域水文物理模型的改进及应用研究SWAT分布式流域水文物理模型的改进及应用研究摘要：随着水资源管理需求的提高，分布式流域水文物理模型在水资源管理中发挥着重要的作用。
本文以SWAT分布式流域水文物理模型为研究对象，对其进行改进，并探讨了其在水资源管理中的应用。
1.引言流域水文物理模型是表征流域水循环过程和水资源利用的重要工具。
SWAT（Soil and Water Assessment Tool）是一种常用的分布式流域水文物理模型。
通过模拟和预测流域内不同土地利用类型对水文过程的影响，可以为流域的水资源管理和决策提供重要的参考。
2.SWAT模型的结构和原理SWAT模型是基于物理学原理的模型，它将流域划分为许多亚流域，并通过描述亚流域内水文过程的参数来模拟和预测流域水文循环。
模型的输入包括降雨、温度、蒸散发等气象数据，以及土地利用、土壤信息等地理环境数据。
模型通过计算水文过程，如降雨入渗、地表径流、蒸散发等，来模拟流域的水文过程。
3.SWAT模型的改进为了提高SWAT模型的准确性和适用性，研究者们对其进行了一系列的改进。
首先，针对降雨入渗和土壤蒸发等关键过程，改进了模型的计算方法和参数。
其次，引入了水库组分，增加了水库调节对流域水文过程的影响。
此外，考虑到人类活动对流域水文过程的影响，模型还加入了人类活动组分，如灌溉、排污等，以更准确地模拟实际情况。
4.SWAT模型在水资源管理中的应用4.1.水资源管理决策支持SWAT模型结合现代计算机技术，可以实时模拟和预测流域内的水文过程，为水资源管理决策提供科学依据。
通过模拟不同管理方案对流域水资源的影响，可以评估其潜在的效益和不利影响，为决策者提供参考。
4.2.流域水资源规划与分配SWAT模型可以模拟流域内水资源的时空分布，为流域水资源规划和分配提供科学依据。
通过模拟不同规划方案对流域水资源的需求和供应进行评估，可以帮助决策者制定合理的水资源分配方案。
分布式水文模型在森林暴雨模拟中的应用PPT课件
2、HIMS模型主结构示意图
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二、模型介绍
2、HIMS
HIMS平台可用于场次暴雨模拟的计算方法主要 有：
基于LAI（叶面指数）和NDVI的截留模型的冠 层截留模型；
采用Horton、Philip、Kostiakow、 GreenAmpt等下渗模型（小时）来计算单元产
流量； 通过“Muskingum”、运动波、等流时线、
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二、模型介绍
1、HEC-HMS
HEC-HMS模型在洪水模拟的过程中主要的计算方 法有：
初始损失和均匀损失法、指数损失率、SCS曲线数 发、土壤蓄水容量法（SMA）等；
直接径流计算方法有Clark单位线法、Snyder单位 线法、SCS单位线法、Modclark法、运动波法、自
定义累计曲线法等； 对于汇流过程HEC-HMS模型提供了运动波、滞时-
(4)从实际应用的角度来看，产流量计算：HEC-HMS和 PRMS模型主要采用单位线法计算，HIMS模型主要采用基 于下渗理论的模型计算。三种模型在应用区的汇流计算方式 基本相同，主要采用“Muskingum”法和运动波方法。
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存在的不足
对文中叙述的模型不足，主要涉及模型的内在机 制和结构，对水文过程的物理意义理解不足； 缺乏各类模型在国外的研究应用文献； 模拟结果评价中，选取模型的种类和研究区域均 不同，使得文中第四部分的内容不具备很好的可比 性。
降雨-径流模拟,参数计 下渗、地表径流、地下径 雪、截留渗、地表径流、
算,GIS连接
流，SuperMap连接
地下水温度分布
时间尺度 单次暴雨和连续模拟
产/汇流 单位线法计算径流,有限 计算方法 差分近似方程,运动波
模型特点 主要用于树状流域,充分 考虑了流域下垫面和气 候因素的时空变异
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。
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用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。
标签：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TOPMODEL模型的分析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。
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。
随着时代经济的不断发展，美国的关于SWAT模型的理论体系不断得到健全，出现了THALES模型模式，该模式是一种分布式的参数模型，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PRM模型还是SLURP 模型其都属于分布式水文模型。
比较典型的地表分布式水文模拟模型包括SWAT 模型及其TopModel模型。
TopModel模型的发展是符合时代的发展潮流的，该模式是以变源产流是基础条件的。
通过对地形空间变化的深入了解，来实现其结构模式的优化，促进其DEM推求地形指数的有效应用。
在地形指数应用过程中，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环节的水源面积变动情况的模拟。
TOPMODEL模型结构和概念比简单，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，并不断发展、改进，反映了降雨径流模拟的最新思想。
但TopModel并未考虑降水、蒸发等因素的空间分布对流域产汇流的影响。
1.2 SWAT模式是一种应用范围比较广泛的流域水文模型，该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及，比如加拿大及其相关北美洲地区。