流域水文模型综述
1 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]。 2 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]。流域水文模型按不同的分类依据就可将其归类，这种分类方法是很多的例如按模型的基本性质和建模技术可分为实体模型、类比模型、模拟模型，其中实体模型又可分为比例尺模型和单项因素试验模型；模拟模型包括确定性模型和统计模型等。流域水文模型的种类有很多，但是目前在水文学科领域影响最大发展较快的主要还是集总式流域水文模型和分布式流域水文模型两大类[4]。
1.1 集总式流域水文模型研究进展
集总式流域水文模型是以一个流域作为完整的研究单元，以流域平均降雨量和蒸发量作为输入,以流域出口端面的径流过程作为输出的模型。对于一个较大的流域，可将其划分为若干子流域，分别模拟各子流域的出流，再通过河系流量演算进一步求出全流域的径流过程，由此建立的水文模型通常被称为分块式流域水文模型，分块式流域水文模型习惯上被归入到集总式流域水文模型的范畴。
20世纪50年代中期，人们开始了对集总式流域水文模型的研究[5]，60-80年代，随着科学技术的进步，进入了其重要发展时期。这一时期涌现了许多知名的流域水文模型，代表性的模型有美国的Stanford IV和HEC-1模型，日本的水箱模型（Tank model），我国的新安江蓄满产流模型和陕北的超渗产流模型。
集总式流域水文模型通常采用均一性假设，不考虑流域水文过程的空间变化特性、模型的输入输出以及模型的边界控制条件等，对流域表面上任何一点的水文过程用简单的基于水文规律的方程加以描述，而其它的一些过程则用一些经验公式描述。集总式流域水文模型隐含着下列缺陷[6]：
①构成模型的概念性元素一般只能模拟水文现象的宏观表现，而不能涉及水文现象的本质或物理机制。因此，现有概念性集总式流域水文模型的结构对径流形成过程的描述是近似的，甚至是粗略的，所包含的参数大多数缺乏明确的物理 3 意义。
②将事实上呈空间分布状态的降雨输人当成模型的集总输人，这显然与流域径流形成是分散输人、集总输出的实际情况不符。
③有些模型虽然设法考虑下垫面条件空间分布不均对径流形成过程的影响，但由于采用的是统计分布曲线，因而无法同时考虑降雨空间分布的影响。
④模型包含的参数中一般都有多于2个，甚至多达10 多个要通过率定方法确定，即由实测水文气象资料反求。这种称为“反问题”的数学问题，在理论上完全依赖于目标函数、约束条件的拟定和实测水文气象资料条件，会出现“异参同效”现象，因此很难保证解的唯一性和合理性。
1.2 分布式流域水文模型研究进展
自1969年Freeze和Harlan第一次提出了关于分布式物理模型的概念，分布式模型开始得到快速发展[7][8]。分布式水文模型是以分布式流域下垫面、分布式输入量作为标志，并在GIS技术支持下发展起来的新一代流域水文模型。其技术核心是在数学高程模型基础上，构造基于网络单元的流域产、汇流模型。自1969年之后，许多水文学家开展了这方面的研究工作，并相继开发了各种不同结构的分布式流域水文模型。1975年，Hewlett和Troenale提出了森林流域的变源面积模拟模型（VSVS），在该模型中，对地下径流进行分层模拟，而坡面上的地表径流则分块模拟。1979年，Freeze和Harlan提出了以变源产流为基础的TOPMODEL，该模型基于DEM推求地理指数，利用地形指数来反映下垫面的空间变化影响，模型参数具有一定的物理意义，能用于无资料地区的产汇流计算[9]。1980年，英国的Morrio开发了IHDM模型。1985年，美国农业部农业研究中心的Alons 和 Coursey 考虑到土地利用与管理将会影响到一个小流域的水文循环与化学循环，于是设计了SWAT模型。
相对于集总式模型而言，分布式水文模型一个最突出的特点是考虑了流域特征以及下垫面要素在时间、空间尺度上的变化。也就是说，分布式水文模拟就是根据某一流域信息的时空变化特征，将整个流域划分成自然或非自然的子流域，并且以子单元为基本单元进行子流域水文模拟，然后再根据子流域间的拓扑关系
进行全流域的水文模拟演算[10]。 4 分布式模型和集总式模型有着明显不同的结构。在集总式模型中，单元区域内的物理过程一般由几层垂直方向的蓄水体结构，水平方向则采用简单或概化后
的流域模型。分布式模型着重考虑不同单元之间和子流域之间的水平联系，这种
联系起因于径流流向的随机性和河网的连通性，而且这种联系直接决定着分布式
模型的结构和复杂性，分布式模型可分为如下两种不同结构：
1)紧密藕合型：这类模型的主要特点是应用连续方程和运动方程来建立相邻网格单元或子流域之间的时间和空间关系，采用数值方法进行求解。这类模型包括SHE模型和它的变形模型，这类模型正是人们所指的分布式水文物理模型。
2)松散藕合型：这类模型的主要特点是在每个单元网格或子流域上应用现有概念性集总式模型来推求净雨，再进行汇流演算，推求出口断面流量。这类模型正是人们所指的分布式水文概念模型，比如基于新安江模型的分布式流域水文模型[11]。
2.代表性集总式流域水文模型
2.1 水箱模型
水箱模型，是由日本菅原正在20世纪60年代初提出，水箱模型又叫TANK模型，在后来的不断发展中成为世界各国广泛采用的流域水文模型。水箱模型是一种概念性径流模型，把流域当作数个组合的蓄水容器，容器中的蓄水量看做流域蓄水量，并以容器中的蓄水深度为参数来计算流域的降雨-径流关系及其汇流过程。在模型的应用中，它将复杂的降雨转化为径流的过程，简单归纳为流域的蓄水与出流的关系进行模拟，因此，该模型具有一定的灵活性，适应性强，在各种大小流域以及各种气候、地形都可以应用，只要多设置水箱就可以。 水箱模型以水箱作为蓄水容器，将 5 降雨径流过程模拟为若干个水箱的调蓄作用，如图1所示。图1为一个串联的3层水箱结构，每一层水箱旁侧设有出流孔，底部设有下渗孔，最下层水箱只有出流孔而无下渗孔。上层水箱的下渗即为下层水箱的入流，根据该层水箱的蓄量与出流孔的高度，判断其是否出流，依次类推， 直至最后一层水箱。各层水箱的蓄量与出流的关系假定为线性的，与下渗的关系也假定为线性的。也就是所有的蓄泄关系都是用线性水库来模拟。上层水箱设有一个以上的出流孔，相当于有几个不同库容的线性水库，其和是非线性关系，用以模拟地面径流的非线性蓄泄关系[12]。水箱模型具有以下特点：
模型弹性大，可根据流域的特点，选择不同类型的水箱，分层水箱可多可少，侧孔也可多可少，水箱既可作洪水预报，又可作枯水或融雪预报。
模型采用非线性结构，并考虑分层汇流计算，出流系数从下层到上层一次增大，将于越大，最上层水箱的水深越大，出流也加速变大。这种非线性汇流特性可以提高计算精度。
模型结构简单，计算方便。
2.2 新安江模型
新安江模型，是在20世纪60年代初，由河海大学赵人俊等在配合一定的汇
流计算的情况下研究蓄满产流模型，其成果可以用于水文预报和水文设计。1973
年，他们在对以往工作经验归纳总结下，提出一个完整的降雨径流流域模型-新安江模型，最初该模型为2水源-地表径流和地下径流，在20世纪80年代中期，借鉴山坡水文学的概念和国内外产汇流理论的研究成果，提出了三水源新安江模型。它的特点是认为湿润地区主要产流方式为蓄满产流，所提出的流域蓄水容量曲线是模型的核心。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。新安江模型在国内湿润和半湿润地区得到广泛的应用[13]。
李致家[15]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[16]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。吉林省水文水资源局[14]利用新安江三水源模型对竞赛流域的洪水进行了预报。这些预报结果都说明了新安江模型在湿润地区和 6 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。
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。
2.3 萨克拉门托模型
萨克拉门托模型，简称SAC模型，SAC模型类似于斯坦福模型，它是一个连续模拟模型，该模型始用于美国大利福尼亚州萨克拉门托河而得名。它是在第Ⅳ号斯坦福流域水文模型基础上改进和发展的。
SAC模型是集总参数型的连续运算的确定性流域水文模型。模型以土壤水分的贮存、渗透、运移和蒸散发特性为基础，用一系列具有一定物理概念的数学表达式来描述径流形成的各个过程；模型中的每一个变量代表水文循环中一个相对独立的层次和特性；模型参数则是根据流域特性、降雨量和流量资料推求。
《HEC-HMS模型在小流域的洪水预报研究与应用》范文
《HEC-HMS模型在小流域的洪水预报研究与应用》篇一
一、引言
随着全球气候变化的影响，洪水灾害频发，准确及时的洪水预报成为了防洪减灾工作的重要环节。HEC-HMS（Hydrologic
Engineering Centers - Hydrologic Modeling System）模型作为一种先进的洪水预报模型，因其强大的水文模拟能力和广泛的适用性，被广泛应用于小流域的洪水预报工作中。本文将探讨HEC-HMS模型在小流域的洪水预报研究与应用。
二、HEC-HMS模型概述
HEC-HMS模型是由美国水文工程中心（HEC）开发的一种分布式水文模型，它集成了水文、气象、地貌等多方面的信息，通过建立水文响应单元（HRU）来模拟流域的水文过程。该模型具有结构简单、操作方便、物理意义明确等优点，被广泛应用于各种尺度的洪水预报工作。
三、HEC-HMS模型在小流域的洪水预报应用
在小流域的洪水预报中，HEC-HMS模型的应用主要体现在以下几个方面：
1. 数据收集与处理：HEC-HMS模型需要收集流域的气象、地形、土壤、植被等数据。通过对这些数据进行处理和分析，可以建立合适的水文响应单元，为模型的运行提供基础数据支持。 2. 模型参数率定与验证：根据流域的水文特性，对HEC-HMS模型的参数进行率定和验证。通过对比模型的输出结果与实际观测数据，不断调整模型参数，使模型能够更好地反映流域的水文过程。
3. 洪水预报：在获得可靠的模型参数后，可以利用HEC-HMS模型进行洪水预报。通过输入气象预报数据和流域的实际观测数据，模型可以输出未来一段时间内的径流、洪峰流量等关键指标，为防洪减灾工作提供决策支持。
四、案例分析
以某小流域为例，应用HEC-HMS模型进行洪水预报。首先，收集该流域的气象、地形、土壤、植被等数据，建立合适的水文响应单元。然后，对模型的参数进行率定和验证，使模型能够较好地反映该流域的水文过程。最后，利用模型进行洪水预报，并与实际观测数据进行对比分析。结果表明，HEC-HMS模型在该小流域的洪水预报中具有较高的准确性和可靠性。
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。组合模型的优点是综合了两种模型的优点，但缺点是建模过程较为复杂。
水文模型
模型发展过程
CREAMS模型：是20世纪70年代美国农业部农业研究服务中心研发的基于过程的非点源模拟模型，该模型是基于田间尺度的模型，主要用于模拟土地管理对水、沙和营养盐的影响。
SWAT模型：是一个日尺度的连续模型，可以将流域划分为成百上千个子流域和栅格单元，该模型解决了SWRRB模型和ROTO模型组合过程中输入文件繁多、占用大量计算空间，并且SWRRB模型模拟过程需独立运行，然后将其结果输入到ROTO模型才能完成汇流运算的问题。
MATSALU模型是由爱沙尼亚研发的，该模型主要是针对当地海湾农业流域和海湾生态系统，评估不同管理情景对海湾富营养化产生的影响。该模型的空间划分主要是基于基于基础流域图、土地利用图、和土壤图三个图层的叠加，以此获得基本的污染区域。其缺点是只针对特定的区域流域设计，模型可移植性较差。
SWIM模型：融合了SWAT和MATSALU模型，保留了原来模型的优点，其模型代码主要基于SWAT，先将MATSALU模型空间三层划分方案引入到SWAT中，之后调整模型，并删除SWAT中重复参数化的一些模块功能。
模型结构
SWIM模型综合了流域尺度的水文、侵蚀、植被以及氮/磷的动态变化等过程，并以气候数据农业管理资料作为模型的外部驱动因子。其中，水文模块以水量平衡方程为基础，考虑了降水、蒸散发、渗透、地表径流和各层土壤的土壤中流等因素。
SWIM模型中土壤的水文过程流程图
水文模拟系统由四个层组成；土壤表层，根系层，浅水层以及深水层。
模型的空间划分：
基本思路是：先将中尺度的流域划分为适当的子流域（该过程可以通过一些GIS软件实现），之后基于土地利用情况和土壤类型在每个子流域上做进行水文相应单元的划分，这些单元是一些互不连接的单元，内部具有相同的土地利用方式和土壤类型， 并具有统一的水文响应特征。
结语：
SWIM模型的开发首先是为了在德
新安江水文模型简介
《流域水文模拟》
结课报告
新安江模型的原理、结构及应用、发展历程
The principle, structure, application and development
process of Xin anjiang Model
作 者 姓 名： 孔 旭
学科、 专业： 水文学及水资源
学 号： 21506149
指 导 教 师： 王国利
完 成 日 期： 2016年8月30日
大连理工大学
Dalian University of Technology
流域水文模拟结课报告
- I - 摘 要
新安江模型是河海大学提出的一个概念性降雨径流模型，具有原创性，是我国为数不多的被国际上广泛认可的水文模型。新安江水文模型在我国湿润与半湿润地区广为应用，取得了良好的效果。
经过近50年的发展，新安江模型已经从最初的专门从事水库入库洪水预报的单一功能模型发展为适合用于水文预报、水资源管理、水土资源评价、面源污染预测、气候变化和人类活动影响研究的多功能的水文模型；其部分参数已从靠经验率定发展为可以进行物理推求。总之，新安江模型是一个不断发展的模型体系。
本文主要由三部分构成。第一部分为新安江模型简介，回顾了新安江模型产生的历史背景和发展历程，介绍了新安江模型的基本原理和结构体系；第二部分讲述了新安江模型参数的物理意义及其率定；第三部分为新安江水文模型在英那河流域防洪规划编制当中的应用。
关键词：水文模型；新安江模型；洪水预报 流域水文模拟结课报告
- II - The principle, structure, application and development process of Xin
anjiang Model
Abstract
Xin anjiang Model originally proposed by Hehai University is a conceptual rainfall runoff
基于物理的分布式水文模型
基于物理的分布式水文模型
引言
水文模型是研究水文过程的数学模型，可以帮助我们理解和预测水文系统的行为。基于物理的分布式水文模型是一种较为复杂的水文模型，它基于物理原理，并将流域分为多个单元进行建模，以更精确地模拟水文过程。本文将介绍基于物理的分布式水文模型的原理和应用。
一、基本原理
基于物理的分布式水文模型主要基于质量守恒和能量守恒原理，通过描述水在流域内的运动和转化过程来模拟水文过程。它将流域划分为多个水文单元，每个单元代表一个小区域，包括土壤、植被、河流等要素，并考虑地形、气象条件、土壤性质等因素。
1.1 水量平衡
基于物理的分布式水文模型通过质量守恒原理来描述水在流域内的运动。它考虑了降水、蒸发、入渗、径流等过程，并利用水流连续方程建立水量平衡方程。通过求解水量平衡方程，可以得到流域内各个水文单元的水量变化。
1.2 能量平衡
基于物理的分布式水文模型还考虑了能量守恒原理，通过能量平衡方程描述水在流域内的能量转化过程。它考虑了辐射、蒸发、传导等能量交换过程，并通过求解能量平衡方程，得到流域内各个水文单元的能量变化。
二、模型构建
基于物理的分布式水文模型的构建主要包括以下几个步骤：
2.1 流域划分
流域划分是将整个流域划分为多个水文单元的过程。划分的精细程度取决于研究的需要和数据的可用性。一般来说，流域划分越精细，模型的精度就越高。
2.2 参数设定
每个水文单元都有一组参数，包括土壤类型、植被类型、蓄水容量等。这些参数可以通过实地观测、实验室测试或者遥感数据获取。
2.3 模型求解
基于物理的分布式水文模型通过数值方法求解水量平衡和能量平衡方程，得到各个水文单元的水量和能量变化。常用的求解方法包括有限元法、有限差分法等。
2.4 模型验证
模型验证是检验模型的准确性和可靠性的过程。可以与实测数据进行比较，评估模型的预测能力。如果模型的预测结果与实测数据相吻合，则说明模型具有较好的预测能力。
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；SWAT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。20世纪70年代初提出了新安江二水源模型，80年代提出了新安江三水源模型。新安江模型可用于流域的降雨-径流的洪水模拟和预报以及水资源模拟，主要适用于我国湿润和半湿润地区。
水文模型的分类
。
。 1 一、 试题
简述流域水文模型的类型及其应用问题
水文模型的基本类型有哪些？各有哪些作用？
论述流域水文模型的类型及其特征？
水文模型的分类
水文模型分为物理模型和数学模型两类。
物理模型是一种比尺或比拟模型模拟，前者将研究对象的原型按一定的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，后者是以一些物理量来比拟水的某些特性的模型。
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，然后用数学方法时行求解，从而获得各种情况下流域降雨与径流之间的定量关系。
数学模型又可分为确定性模型和随机模型两类。确定性模型是描述水文现象必然规律的数学结构；随机模型描述水文现象随机性规律的数学结构。确定性模型可分为集总式和分散式模型两种，前者忽略水文现象的空间分布差异。随机模型分散式模型集总式模型确定性模型数学模型比拟模拟比尺模拟物理模型水文模型
数学模型相对于物理模型的优点：
1、数学模型的所有条件都可以由原型所观测的数据直接给出，不受比尺的限制，即数学模型无相似律问题。
2、数学模型的边界及其它条件既可严格控制，也可随时按实际需要改变。
3、数学模型的通用性强，只要研制出一种适合的软件就可用于解决不同的实际问题。
4、数学模型具有理想的抗干扰能力，只要条件不变，重复模拟可得到完全相同的结果，不会因人、因地而异。
5、数学模型的研制费用相对便宜，运行处理费用更加便宜。
流域水文模型的分类
流域水文模型以流域为研究对象，对流域内发生降雨径流这一特定的水文过程进行数学模拟，即把流域上的降雨过程，模拟计算出流域出口断面的流量过程。从流域水文模型的发展和应用来看，流域水文模型属于数学模型，可分为确定性模型和随机模型，我们通常所说的是指确定性模型。 。
。 2
从反映水文运动物理规律的科学性和复杂性程度而言，流域水文模型通常被分为三大类：系统模型（即黑箱模型，back-box model）、概念性模型（conceptual model）、物理模型（physically-based model）。
流域水文模型研究进展综述
２０１１年第２期
流域水文模型研究进展综述
吴贤忠
（甘肃民族师范学院，甘肃甘南７４７０００） 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５Ｏ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，
hspf模型
WORD格式
专业资料整理
HSPF模型综述
1. 模型概述
1.1模型介绍
HSPF，全称水文模拟模型，是由美国国家环境保护局于 1981
年开发完成的．1998年，美国环保署又开发完成了一套基于
GIS技术 的整合式平台系统 BASINS．该系统把HSPF模型集
成在具有强大空间数据存储和处理能力的 Arcview上，为
HSPF自动提取模拟区域的地形地貌、土地利用、土壤植被、
河流等数据，以及非点源污染负荷的长时间连续模拟提供了
方便．发展至今， HSPF模型又集成了 HSP、ARM、NPS等模
块．它将常见的污染物和毒性有机物模拟纳入到模型中，能
够实现多种污染物地表、壤中流过程及蓄积、迁移、转化的
综合模拟．HSPF模型是半分布式综合性流域模型的优秀代
表．在国外已经被广泛应用于水、颗粒沉积物、营养盐、化
学污染物、有机物质和微生物等的模拟研究，在我国，由于
缺乏大量基础数据，对 HSPF模型的研究还处于起步阶段．
HSPF模型将模拟地段分为透水地面、不透水地面、河流
或完全混合型湖泊水库三部分，其主模块包括透水地段水文
水质模拟模块（ PERLND）、不透水地段水文水质模拟模块
（ IMPLND）以及地表水体模拟模块（RCHRES）．三大模块下按照功能又分为水文模块、侵蚀模块和污染迁移转化模块等
1 WORD格式
专业资料整理
子模块，可以实现对径流、颗粒沉积物、营养盐、化学污染
物、有机物质和微生物等的连续模拟（见图 1）．
图1 HSPF模型结构与功能
1.2模型基础数据库
模型需要的输入数据主要有：(1)流域的数字高程模型(DEM)．用来划分子流域和确定出流路径；(2)土地利用数据．主要用来计算植被生长、耗水和地表产汇流；(3)土壤数据．用来计算壤中流和浅层地下水量；(4)气象数据，包括日降雨资料、日最高最低气温、风速、日辐射量、相对湿度、气温站位置高程、雨量站位置高程等，用来计算流量和蒸散发量n1；(5)农业管理措施和水库和湖泊位置、出流点等；
生态水文过程模拟研究综述
第４期 ２０１０年ｌ２月 山西水土保持科技 Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｓｈａｎｘｉ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２０ｌ０
口综合论述
生态水文过程模拟研究综述
韩育宁
（山西省水土保持监测中心）
摘要：生态水文过程模拟要求建立相应的模型，但我国生态水文研究尚处于初步阶段，多借鉴于其他
学科的模型。目前，流域水文模型普遍被分为集总式模型（Ｌｕｍｐｅｄ ｍｏｄｅ１）和分布式模型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｍｏｄｅ１） 两种类型。集总式参数模型没有考虑流域内部各地理因素的空间变化，一般采用优势、均值等方法来处理非
线性自然过程，具有明显的缺陷。分布式参数模型考虑了自然过程及其影响因素的分布性，将区域或流域分
成一些有一定的拓扑关系研究单元，假设这些单元内部是均一的，采用有限差、有限元等数值方法求解，具有
较强的物理基础，是生态水文过程模拟模型的发展方向。而Ｒｓ与ＧＩＳ在模型中的广泛应用，则被认为是流
域模型从集总式到分布式转化的桥梁。
关键词：生态水文模型 集总式模型 分布式模型 ＧＩＳ＆ＲＳ 中图分类号：Ｐ３３４ ．９２文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０１２０（２０１０）０４－０００７－０３
生态水文过程模拟必然要求建立相应的模型，
但生态水文学是个年轻的学科，生态水文研究也处
于初步阶段，因此，目前生态水文研究多借鉴生态
学、水文学以及其他学科的模型。生态水文模型的
建立是实现生态水文学纵深发展的关键所在，从广
义上讲，所有涉及生态水文过程的模型都可称为生
态水文模型，包括当前所有的生态学和水文学模型
以及它们的综合；从狭义上说，揭示生态水文过程的
模型才是生态水文模型。
ｌ 流域生态水文模型
生态学、水文学等相关研究的深入和计算机技
术的发展，推动了模型的开发和应用。从生态水文
过程耦合发生的角度，构建生态水文模拟模型来仿