現(xiàn)代水文預(yù)報(bào)結(jié)課論文

1、現(xiàn)代水文預(yù)報(bào)結(jié)課論文基于不同水文模型對(duì)流域徑流模擬和土壤含水量模擬應(yīng)用研究摘要：為研究分布式水文模型在不同氣候條件下的適應(yīng)性，本文選擇黑河 上游山區(qū)流域（寒冷、干早）和漢江褒河流域（濕潤(rùn)、多雨）兩個(gè)不同氣候 類(lèi)型的河流流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，基于空間分辨率為90m的dem數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù) 字流域，采用新安江模型、topmodel模型及改進(jìn)型topmodel模型三種 水文模型對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行徑流過(guò)程模擬和土壤含水量模擬，以期尋找出對(duì) 研究區(qū)適應(yīng)性較好的模型，從而提高模擬效果和預(yù)報(bào)精度，擴(kuò)大水文模型 的應(yīng)用范圍，為流域水資源評(píng)價(jià)及管理提供一定的參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：分布式水文模型；徑流模擬；土壤含水量模擬中圖分類(lèi)號(hào)：

2、文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：1引言水文預(yù)報(bào)是水文科學(xué)的重要組成部分。水文預(yù)報(bào)就是根據(jù)己知的信息（測(cè)驗(yàn)或分析的信息）對(duì)未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)水文要素的狀態(tài)做出定量或定性的預(yù)測(cè)。在實(shí)際工作中， 特別是防洪減災(zāi)中，洪水預(yù)報(bào)是調(diào)度決策的重要依據(jù)，關(guān)系人民生命財(cái)產(chǎn) 的安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展，而發(fā)布的洪水預(yù)報(bào)將在很短的時(shí)間內(nèi)得到 檢驗(yàn)和驗(yàn)證。因此，水文預(yù)報(bào)是一項(xiàng)理論性強(qiáng)、應(yīng)用要求高的工作lo 水文預(yù)報(bào)是對(duì)水文現(xiàn)象的未來(lái)狀態(tài)作出事先的估計(jì)水文預(yù)報(bào)從經(jīng)驗(yàn)公式、 集總模型走到分布式模型，已取得豐碩成果準(zhǔn)確及時(shí)的水文預(yù)報(bào)在防洪搶 險(xiǎn)、保證工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)，充分利用水資源以及發(fā)揮水利措施的作用力而都有很大的作用因此，開(kāi)展這力而的研究具有重

3、要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義王文等3將現(xiàn)有水文預(yù)報(bào)方法分為過(guò)程驅(qū)動(dòng)模型方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模 型方法兩大類(lèi)，過(guò)程驅(qū)動(dòng)模型指以水文學(xué)概念為基礎(chǔ)，對(duì)徑流的產(chǎn)流過(guò)程與河道演進(jìn)過(guò)程進(jìn)行模擬， 從而進(jìn)行流量過(guò)程預(yù)報(bào)的模型。過(guò)程驅(qū)動(dòng)模型近年在中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)方面的發(fā) 展主要表現(xiàn)在對(duì)概念性流域降雨徑流模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)較人時(shí) 間尺度預(yù)報(bào)的需要數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型則是基本不考慮水文過(guò)程的物理機(jī)制，而 以建立輸入輸出數(shù)據(jù)之間的最優(yōu)數(shù)學(xué)關(guān)系為目標(biāo)的黑箱子方法數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) 模型以回歸模型最為常用，近年來(lái)由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、非線(xiàn)性時(shí)間序列分 析模型、模糊數(shù)學(xué)方法和灰色系統(tǒng)模型等的引進(jìn)，以及水文數(shù)據(jù)獲取能力 和計(jì)算能力的發(fā)展，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型在水

4、文預(yù)報(bào)中受到了廣泛的關(guān)注。一個(gè)區(qū)域的水循環(huán)過(guò)程是一個(gè)自然過(guò)程，它受氣候系統(tǒng)和地表系統(tǒng)的 控制，其中氣候系統(tǒng)控制降水的水分分布、范i韋i、總量等，地表系統(tǒng)控制水的循環(huán)方式、貯存環(huán)境、 地表徑流量、地下徑流量、河道匯流等水系特征。但是，由于氣候系統(tǒng)和 地表系統(tǒng)的不均勻性，導(dǎo)致水循環(huán)的時(shí)空分布的不均勻性和周期性的變化, 使得在一定的條件下給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)的缺水、洪水、污水等一系列的社會(huì) 問(wèn)題。水循環(huán)系統(tǒng)縱貫水旱災(zāi)害的預(yù)報(bào)與防治、水資源評(píng)價(jià)及管理、人類(lèi) 活動(dòng)的水循環(huán)響應(yīng)等領(lǐng)域，所以水循環(huán)過(guò)程和機(jī)理的研究己經(jīng)成為水科學(xué) 基礎(chǔ)研究的首要問(wèn)題，涵養(yǎng)水源、削減洪峰等問(wèn)題日益也成為可持續(xù)發(fā)展基本問(wèn)題。我國(guó)的人口眾

5、多，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水循環(huán)系統(tǒng)的干擾大，所以 在我國(guó)一些流域進(jìn)行水循環(huán)過(guò)程研究也已成為迫在眉睫的任務(wù)。國(guó)內(nèi)外研究表明，分布式水文模型是模擬水循環(huán)、獲取流域徑流和流 域水儲(chǔ)量變化的有力工具。計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理信息及遙感技術(shù)的飛速發(fā)展 及水文建模理論的深入推動(dòng)分布式水文模型成為冃前水文模擬的主流，它 能夠充分考慮氣候和下墊面因子空間分布不均勻的事實(shí)，真實(shí)的模擬現(xiàn)實(shí) 世界流域降雨徑流形成的影響，客觀的反映氣候和下墊面因子的空間分布 對(duì)流域徑流和水儲(chǔ)量變化的影響。在水資源fi益重要的形式下，用分布式 水文模型模擬流域內(nèi)水儲(chǔ)量的變化，可以為解決區(qū)域森林水文生態(tài)效益評(píng) 價(jià)、區(qū)域生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、流域管理和科學(xué)分配水資

6、源提供重耍依據(jù)，對(duì)于 流域水資源評(píng)價(jià)及管理，有著重要的應(yīng)用價(jià)值。本文選擇了黑河上游山區(qū)流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，利用新安江模型和 topmodel模型兩種水文模型，進(jìn)行流域水文過(guò)程模擬，以期尋找出對(duì)研 究區(qū)適應(yīng)性較好的模型，從而提高模擬效果和預(yù)報(bào)精度，擴(kuò)大水文模型的 應(yīng)用范i韋i，為流域水資源評(píng)價(jià)及管理提供一定的參考依據(jù)。2概述與方法2.1研究區(qū)概況水黑河流域是我國(guó)西北半干旱地區(qū)第二大內(nèi)陸河流域，位于甘肅省西 北部，流域面積約12.87萬(wàn)km2,是河西走廊三大內(nèi)陸河之一。按自然地 理特點(diǎn)，可分為三個(gè)區(qū)：祁連山東區(qū)與祁連山前山區(qū)、河西走廊區(qū)及阿拉 善高平原區(qū)。其地表水資源主要源于其干流鶯落峽以上的祁連山山

7、區(qū)流域, 鶯落峽水文站為出山徑流觀測(cè)站。黑河上游山區(qū)流域鶯面積10009 km2, 域海拔范圍1674-5120m,平均海拔為3737rm黑河鶯落峽以上流域的冰 川覆蓋度為0.59%,年徑流量16.05x108m3時(shí)，冰川面積59 km2,冰川 融水補(bǔ)給率為3.4%o黑河流域山區(qū)年降水量為400mm左右，年蒸發(fā)量為 1600mm左右。流域內(nèi)土壤以棕鈣土、灰漠土、棕漠土、亞高山草甸土和 亞高山草原土為主。區(qū)內(nèi)植被帶主耍由草甸、灌叢和森林等組成，垂直帶 譜極其分明。森林主要分布于中山地帶，灌木和草甸分布在流域各處，流 域以海拔3600m為高山冰雪凍土帶和山區(qū)植被帶的分界線(xiàn)。2.2模型構(gòu)建及相關(guān)模型

8、原理2.2.1新安江模型新安江模型是我國(guó)第一個(gè)流域水文模型，由河海大學(xué)水文系水文預(yù)報(bào) 教研室在趙人俊教授等在1973年對(duì)新安江水庫(kù)做入流流量預(yù)報(bào)時(shí)提出并 逐步完善起來(lái)的一個(gè)降雨徑流流域模型。通過(guò)近幾十年來(lái)的應(yīng)用結(jié)果表明: 此模型可用于中國(guó)濕潤(rùn)地區(qū)與半濕潤(rùn)地區(qū)的水文預(yù)報(bào)工作。（1）模型結(jié)構(gòu)。該模型是一個(gè)分散參數(shù)的概念性模型。根據(jù)流域下墊面的水文、地理 情況將其流域分為若干個(gè)單元面積，將每個(gè)單元面積預(yù)報(bào)的流量過(guò)程演算 到流域出口然后疊加起來(lái)即為整個(gè)流域的預(yù)報(bào)流量過(guò)程。單元面積水文模擬采用：產(chǎn)流采用蓄滿(mǎn)產(chǎn)流概念；蒸散發(fā)分為三層： 上、下層和深層；水源分為地表、壤中和地下徑流三種水源；匯流分為坡 地、

9、河網(wǎng)匯流兩個(gè)階段。（2）蒸散發(fā)計(jì)算。新安江模型采用三層蒸發(fā)計(jì)算模式，三層蒸發(fā)模式按照先上層后下層 的次序，分如下四種情況計(jì)算： 當(dāng)wu+p2ep時(shí)”eu二ep, el9ed二0；%1 當(dāng) wu+pverw2c -wlm 時(shí),eu=wu+p, el=( ep-eu)wl/wlm, ed=0；%1 當(dāng) wu+pvep, c(epeu)wwlvc wlm 時(shí)，eu二wu+p, el=c(ep-eu), ed=0；%1 當(dāng) wu+pverwlv c (ep-eu)時(shí)，eu=wu+p, el=wl,ed= c (ep-eu) -el；式中wu：上土層含水量，mm； wl：下土層含水量，mm； wlm：

10、下土層蓄水容量，mm； p：降雨量，mm； ep：蒸散發(fā)能力，mm； c：深 層蒸散發(fā)系數(shù)，mm； eu, el, ed：上、下、深層流域蒸散發(fā)量，mm。(3) 產(chǎn)流計(jì)算。新安江模型采用蓄滿(mǎn)產(chǎn)流機(jī)制計(jì)算產(chǎn)流量。所謂蓄滿(mǎn)，是指包氣帶的 含水量達(dá)到田間持水量。在土壤濕度未達(dá)到田間持水量時(shí)不產(chǎn)流，所有降 雨都被土壤吸收，成為張力水；當(dāng)土壤濕度達(dá)到田間持水量后，所有降雨 (減去同期蒸發(fā))全部產(chǎn)流。前期氣候、下墊面等的不均勻性，導(dǎo)致流域 土壤缺水量空間分布不均勻，在全流域蓄滿(mǎn)前，存在部分地區(qū)蓄滿(mǎn)而產(chǎn)流。 一般由流域蓄水容量曲線(xiàn)表征土壤缺水量空間分布不均勻性。(4) 劃分水源。如圖1,水庫(kù)有兩個(gè)出口，一個(gè)

11、底孔形成地下徑流rg, 個(gè)邊孔形成 壤中流。其出流規(guī)律均按線(xiàn)性水庫(kù)出流。由于新安江模型考慮了產(chǎn)流面積 (fr)問(wèn)題，所以這個(gè)自由水蓄水庫(kù)只發(fā)生在產(chǎn)流面積上，其底寬fr是 變化的，產(chǎn)流量r進(jìn)入水廂即在產(chǎn)流面積上產(chǎn)牛pe的產(chǎn)流深，也就是自 由水蓄水庫(kù)所增加的蓄水深。新安江模型引入三個(gè)參數(shù):地下水出流系數(shù)kg,壤中流出流系數(shù)kss,自由水庫(kù)蓄水容量sm (mm),用作劃分水源的計(jì)算，其公式如下：地下徑流量：rg=kg s-fr壤中流徑流量：rss=kss s fr地表徑流量：當(dāng)s+pewsm, rs=o當(dāng) s+pe>smz, rs=(s+pe-sm) fr圖1自由水蓄水庫(kù)結(jié)構(gòu)圖地下水庫(kù)水量rg

12、經(jīng)過(guò)地下水庫(kù)消退成為地下水對(duì)河網(wǎng)的總?cè)肓飨聄go rss是壤中流對(duì)河網(wǎng)的總?cè)肓鱰rs。地下水的河網(wǎng)匯流階段可以忽略不計(jì)， 可認(rèn)為地下水總?cè)肓髋c地下水出流量相同。產(chǎn)流面積fr上自由水的蓄水能力不是均勻分布的，要考慮sm的面積 分布。用自由水蓄水能力曲線(xiàn)來(lái)表示。計(jì)算過(guò)程與蓄滿(mǎn)產(chǎn)流模型相似，不 同之處是地血徑流只產(chǎn)生在產(chǎn)流血積上。在對(duì)自由水蓄水庫(kù)作水量平衡計(jì)算中，冇一個(gè)差分計(jì)算的誤差問(wèn)題， 常用的計(jì)算程序，把產(chǎn)流量放在時(shí)段初進(jìn)入水庫(kù)，而實(shí)際上它是在時(shí)段內(nèi) 均勻進(jìn)入的，這就造成了向前差分誤差。這種誤差有時(shí)很大，要設(shè)法消去。 處理的方法是:每時(shí)段的入流，按5mm為一段分成g段，并取整數(shù)，各時(shí) 段的g值都

13、可不同，也就是把計(jì)算時(shí)段也分成g段，及以為時(shí) 段長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。新安江模型中的出流系數(shù)、消退系數(shù)等參數(shù)都是以24h為 時(shí)段長(zhǎng)的，當(dāng)時(shí)段長(zhǎng)改變后，出流系數(shù)ki, kg及消退系數(shù)cg, ci耍按照 線(xiàn)性水庫(kù)的退水規(guī)律作相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。(5) 匯流計(jì)算。流域匯流計(jì)算包括子流域匯流計(jì)算和子流域出口斷面到流域出口斷 面的河道匯流演算。子流域匯流計(jì)算包括坡地和河網(wǎng)兩個(gè)匯流階段。坡地匯流計(jì)算。新安江模型中把經(jīng)過(guò)水源劃分得到的地面徑流直接進(jìn) 入河網(wǎng)，成為地面徑流對(duì)河網(wǎng)的總?cè)肓?trs),壤中流(ri)流入壤中流 水庫(kù)，經(jīng)過(guò)壤屮流蓄水庫(kù)的消退(壤中流水庫(kù)的消退系數(shù)為ci),成為壤 中流對(duì)河網(wǎng)總?cè)肓?tri)o地下徑流

14、(rg)進(jìn)入地下蓄水庫(kù)，經(jīng)過(guò)地下 水蓄水庫(kù)的消退(地下水蓄水庫(kù)的消退系數(shù)為cg),成為地下水對(duì)河網(wǎng)的 總?cè)肓?trs)o河網(wǎng)匯流計(jì)算。新安江模型屮用無(wú)因次單位線(xiàn)模擬水體從進(jìn)入河槽到單元出口的河 網(wǎng)匯流。子單元出口斷面到流域出口斷面河道匯流演算采用馬斯京根線(xiàn)性 解。圣維南方程組描述的一維非恒定流模型叫做動(dòng)力波。圣維南方程中如 果忽略慣性項(xiàng)，動(dòng)力波就成為擴(kuò)散波，相應(yīng)的圣維南方程就簡(jiǎn)化為擴(kuò)散波 方程。2.2.2 topmodel 模型topmodel 是 topgraphy based hydrological model 的簡(jiǎn)稱(chēng)，該模型是 beven等1979年提出的一個(gè)以地形為基礎(chǔ)的半分布式流域

15、水文模型。模 型以地形空間變化為主要結(jié)構(gòu)，用dem數(shù)據(jù)計(jì)算地形指數(shù)in (a /tan b ), 用地形信息的形式來(lái)描述產(chǎn)流區(qū)域的水流趨勢(shì)，反映出地形對(duì)產(chǎn)流區(qū)域形 成和變化的影響。%1 基本假設(shè)。topmodel模型中通過(guò)土壤含水量來(lái)確定源面積的大小和位置。定義 土壤缺水量d為飽和含水量與土壤含水量之間的差值。在這些面積上將產(chǎn) 生飽和地表徑流。缺水量計(jì)算方程的推導(dǎo)主耍是應(yīng)用了連續(xù)方程和達(dá)西定 律。%1 產(chǎn)流計(jì)算。重力排水。通常都假定不飽和層屮水的流動(dòng)是完全垂向的，即只考慮 重力排水補(bǔ)給淺層地下水的那一部分水分運(yùn)動(dòng)。而且采用不飽和層排水通 量，的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)來(lái)描述這種流動(dòng)。水分蒸發(fā)。不飽和層中的蒸發(fā)

16、遵循普遍被采用的形式：用一個(gè)含有潛在蒸發(fā)和根帶蓄水的函數(shù)來(lái)計(jì)算實(shí)際的蒸發(fā)，不飽和層和飽和地表面上水 分以完全蒸發(fā)能力蒸發(fā)。當(dāng)重力排水層枯竭時(shí)，根帶蓄水層中的水分依然 以的速率蒸發(fā)。%1 匯流計(jì)算。topmodel模型在匯流時(shí)將坡血流與壤中流合在一起進(jìn)行計(jì)算，假定 徑流在空間上相等，通過(guò)等流吋線(xiàn)法進(jìn)行匯流演算，求出單元流域出口處 的流量過(guò)程。然后通過(guò)河道匯流演算，得到流域總出口處的流量過(guò)程，河 道演算采用馬斯京根線(xiàn)性解演算方法。3模擬過(guò)程和結(jié)果3.1徑流模擬黑河鶯落峽流域內(nèi)有七個(gè)氣象站：札馬什克、瓦房城、肅南水流沙、 雙樹(shù)寺、祁連、高崖、鶯落峽，一個(gè)流量站:鶯落峽。本文采用該流域氣象 站1990

17、-2000年的實(shí)測(cè)降水、蒸發(fā)量資料，氣象數(shù)據(jù)時(shí)間步長(zhǎng)為24h。徑 流量數(shù)據(jù)由流域的斷面流量控制站點(diǎn)鶯落峽站提供，時(shí)間序列為 1990-2000年，時(shí)間步長(zhǎng)為24h。而對(duì)于流域的逐日降水量和蒸發(fā)量數(shù)據(jù)， 本文采用較常用的泰森多邊形法進(jìn)行計(jì)算處理。本文采用nash模型效率系數(shù)對(duì)（確定性系數(shù)，單位為）來(lái)評(píng)價(jià)以 模型的模型效率，其定義表達(dá)式為?= 1"?二? am?'2? x100%? 2?式中：?, ?分別為實(shí)測(cè)徑流流量和模擬徑流流量；？?？'是率 定階段平均實(shí)測(cè)徑流流量。模型參數(shù)率定優(yōu)化方法。率定參數(shù)首先選擇目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)不同需要可以選取不同的目標(biāo)函數(shù)。 常用的目標(biāo)函數(shù)有

18、：反映模擬流量過(guò)程與實(shí)測(cè)流量過(guò)程水量誤差的目標(biāo)函 數(shù)；反映流量過(guò)程線(xiàn)擬合程度的目標(biāo)函數(shù)；反映洪峰過(guò)程模擬好壞程度的 目標(biāo)函數(shù)以及反映低水過(guò)程模擬好壞程度的目標(biāo)函數(shù)。目前，最簡(jiǎn)單、最直接的參數(shù)率定方法就是人工試錯(cuò)法，即根據(jù)模型 使用者的經(jīng)驗(yàn)，人為確定初始參數(shù)，然后根據(jù)模擬結(jié)果的好壞嘗試改變參 數(shù)，直到得到滿(mǎn)意的結(jié)果。其基本原則是設(shè)定一組參數(shù)，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)算， 比較模擬值與實(shí)測(cè)值，分析對(duì)比或計(jì)算其目標(biāo)函數(shù)，再循環(huán)調(diào)整參數(shù)，重 復(fù)計(jì)算，直至達(dá)到最優(yōu)，參數(shù)即為所求。人工試錯(cuò)法最大的優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單、 直接，但是很難得到最優(yōu)值，而且還受制于模型使用者的經(jīng)驗(yàn)。為了克服人工試錯(cuò)法的缺點(diǎn)，需要用到模型參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化

19、算法。模型參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化的方法，就是根據(jù)數(shù)學(xué)優(yōu)化法則，通過(guò)自動(dòng)尋優(yōu)計(jì)算，確定 參數(shù)的最優(yōu)值。這一類(lèi)方法只要事先給出優(yōu)化準(zhǔn)則和參數(shù)初始值，整個(gè)尋 優(yōu)過(guò)程口動(dòng)完成，因此具有尋優(yōu)速度快、尋優(yōu)結(jié)果客觀等優(yōu)點(diǎn)。而對(duì)于流 域水文模型參數(shù)的優(yōu)化需要選擇優(yōu)化過(guò)程中僅要求目標(biāo)函數(shù)值而不需目 標(biāo)函數(shù)導(dǎo)數(shù)等量值的多參數(shù)優(yōu)化方法。本文采用人工試錯(cuò)法和模型參數(shù)自 動(dòng)優(yōu)化法相結(jié)合的方法進(jìn)行模型參數(shù)率定。3.1.1新安江模型的應(yīng)用。建模過(guò)程與參數(shù)。模型輸入數(shù)據(jù)是：氣象站站點(diǎn)實(shí)測(cè)日降雨和日蒸發(fā) 數(shù)據(jù)文件、流域出口斷曲fi流量數(shù)據(jù)文件。模型輸出數(shù)據(jù)是：流域出口斷 面逐日模擬流量文件。全流域模擬參數(shù)率定。本文采用控制報(bào)個(gè)黑河上游山

20、區(qū)流域的鶯落峽 水文站1990年j993年的實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)與新安江模型模擬流量數(shù)據(jù)進(jìn)行比 較，作為模型參數(shù)的率定期，并用nash模型系數(shù)r2 （確定性系數(shù)）來(lái)評(píng) 價(jià)模型模擬精度。在模型率定期，r2值為55.43%,模擬流量和實(shí)測(cè)的流量過(guò)程擬合一 般，模型基本能夠適應(yīng)研究區(qū)實(shí)際情況。模型驗(yàn)證。在保持率定期模型參數(shù)設(shè)置不變的情況下，本文以1994 年2000年為驗(yàn)證期，進(jìn)行新安江模型驗(yàn)證。將1994年2000年的氣象水 文數(shù)據(jù)輸入模型。在驗(yàn)證期，模型的效率為53.54,模擬流量和實(shí)測(cè)的流 量過(guò)程擬合一般，模型基本能夠適應(yīng)研究區(qū)實(shí)際情況。3.1.2 topmodel模型的應(yīng)用。建模過(guò)程與參數(shù)。模型的主

21、要輸入數(shù)據(jù)包括：流域dem文件、氣象站站點(diǎn)實(shí)測(cè)日降雨 和日蒸發(fā)數(shù)據(jù)文件、流域出口斷面日流量數(shù)據(jù)文件。模型的主要輸出數(shù)據(jù) 包括：地形指數(shù)文件、流域出口斷面逐曰模擬流量文件。地形指數(shù)計(jì)算。地形指數(shù)是tomodel的核心，地形指數(shù)的數(shù)值分布對(duì)dem圖的分辨 率很敏感。一般來(lái)講，分辨率越大，地形指數(shù)的均值也越高。不同分辨率 的dem圖由于對(duì)水流路徑的定義不同，造成毎點(diǎn)的匯流面積計(jì)算結(jié)果的不同，從而影響到對(duì)降雨徑流模擬結(jié)果的好壞。模 型計(jì)算地形指數(shù)大的地方優(yōu)先達(dá)到飽和，成為源曲積。指數(shù)的空間分布實(shí) 際上反映了源面積的空間分布。理想的水文響應(yīng)單元一般取在50m以?xún)?nèi)。 黑河上游山區(qū)流域地形指數(shù)計(jì)算所用的de

22、m分辨率為90mo生成的地形 指數(shù)最小值為1.3,最大值為23.4,平均值為6.8。全流域模擬參數(shù)率定。本文采用控制整個(gè)黑河上游山區(qū)流域的鶯落峽水文站1990年j993年 的實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)與topmodel模擬流量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，作為模型參數(shù)的率 定期，并用nash模型系數(shù)r2 （確定性系數(shù)）來(lái)評(píng)價(jià)模型模擬精度。在模型率定期，r2值為46. 16%,模擬流量和實(shí)測(cè)的流量過(guò)程擬合一 般，模型基本能夠適應(yīng)研究區(qū)實(shí)際情況。模型驗(yàn)證。在保持率定期模型參數(shù)設(shè)置不變的情況下，本文以1994 年2000年為驗(yàn)證期，進(jìn)行topmodel驗(yàn)證。將1994年2000年的氣象水 文數(shù)據(jù)輸入模型。在驗(yàn)證期，模型的效率為4

23、0.18,模擬流量和實(shí)測(cè)的流 量過(guò)程擬合一般，模型基本能夠適應(yīng)研究區(qū)實(shí)際情況。3.2 土壤含水量模擬（一）模型驗(yàn)降水、蒸發(fā)、流量資料處理與插值計(jì)算。黑河鶯落峽流域內(nèi)有七個(gè)氣象站:札馬什克、瓦房城、肅南水流沙、雙 樹(shù)寺、祁連、高崖、鶯落峽。本文采用該流域氣象站1990-2000年的實(shí)測(cè) 降水、蒸發(fā)量資料，氣象數(shù)據(jù)時(shí)間步長(zhǎng)為24h。對(duì)于流域的逐日降水量和蒸發(fā)量數(shù)據(jù)，本文采用較常用的泰森多邊形 法進(jìn)行計(jì)算處理。（二）建模過(guò)程與參數(shù)本文采用新安江模型、topmodel模型、改進(jìn)型topmodel模型分別 對(duì)黑河鶯落峽流域1990-2000年的土壤日平均含水量進(jìn)行模擬。其建模過(guò) 程和參數(shù)與流域徑流模擬建

24、模過(guò)程與參數(shù)一致。（三）模擬結(jié)果通過(guò)1990年2000年逐日土壤含水量模擬。分析此圖表明，新安江模 型模擬的土壤含水量最小值為2mm,最大值為14mmo topmodel模型模 擬的土壤含水量最小值為-1mm,最大值為5mmo改進(jìn)型topmodel模型 模擬的土壤含水量最小值為11 mm,最大值為26mm。同時(shí)，三種模型模擬的土壤含水量均冬季較小，而夏季較大，其年際 變化與流域降水量的年際變化基木一致。4總結(jié)本文主要采用新安江模型和topmodel模型二種模型模擬了黑河上游 山區(qū)流域的日徑流過(guò)程和流域平均土壤含水量，同時(shí)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析比較。本文主要結(jié)論歸納如下:（1）本文將新安江模型、to

25、pmodel模型二種模型應(yīng)用于黑河上游山 區(qū)流域的徑流量模擬。在黑河上游山區(qū)流域，模型以鶯落峽水文站為流域 出口徑流觀測(cè)站，選取1990-1993年作為模型的率定期，1994-2000年作 為模型的驗(yàn)證期進(jìn)行徑流模擬；采用nash模型效率系數(shù)r2來(lái)評(píng)價(jià)模型效 率。（2）總的說(shuō)來(lái)，新安江模型和topmodel模型都較好地模擬了黑河 上游山區(qū)流域。其中，topmodel模型的適應(yīng)性最好，新安江模型次之。（3）dem是水文模型的基本數(shù)據(jù)來(lái)源，dem的空間分辨率對(duì)流域數(shù) 字地形信息的提取以及模型的最終模擬結(jié)果有重要影響，特別對(duì)以地形為 基礎(chǔ)的topmodel影響非常大，今后應(yīng)該對(duì)這方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究，提 高dem精度。（4）由于土壤分布具有高度的非均勻性，且目前缺乏對(duì)研究區(qū)域內(nèi) 土壤含水量的真實(shí)而獨(dú)立的觀測(cè)，因此，證實(shí)和進(jìn)一步解釋模型模擬得到 的土壤含水量變化仍是冇待進(jìn)一步研究解決的問(wèn)題。參考文獻(xiàn) 張建 云.中國(guó)水文預(yù)報(bào)技術(shù)發(fā)展的回顧與思考j 水科學(xué)進(jìn)展,2010,212 毛慧慧，延耀興.水文預(yù)報(bào)方法研究現(xiàn)狀與展望j科技情報(bào)開(kāi)發(fā) 與經(jīng)濟(jì),2005,15（19）3 王文，馬俊.若干水文預(yù)報(bào)方法綜述j 水利水電科技進(jìn)展,2005 , 25（1）4 彭偉基于三種水文模型的流域徑流模擬和土壤含水量模擬應(yīng)用研 究d.雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2009: 11-50.application an