分布式流域水文模型

分布式流域水文模型專業(yè)：橋梁與隧道工程姓名：喻江2021/5/91認(rèn)識介紹前景展望2021/5/921.認(rèn)識2021/5/93▼定義:

其英文名HydrologicModel，是自然系統(tǒng)的抽象,真實世界的概化,是符號的綜合體,是自然系統(tǒng)或部分自然系統(tǒng)的符號化,是數(shù)學(xué)模型用數(shù)學(xué)語言將自然現(xiàn)象符號化的的水文學(xué)應(yīng)用，是為了模擬水文現(xiàn)象而建立的實體結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)。水文模型2021/5/94模型分類建模手段物理模型電子模型數(shù)學(xué)模型集總式水文模型分布式水文模型建模角度2021/5/95流域水文模型▼定義:

其英文名HydrologicModelofBasin，以流域為研究對象,對流域內(nèi)發(fā)生的降雨徑流這一特定的水文過程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬計算所建成的數(shù)學(xué)模型。

水文模型有確定性與不確定性之分，前者的解是確定量，后者是隨機(jī)量。確定性模型中又分“黑箱子模型”與概念性模型，前者無物理概念，后者有。在不特別說明時，流域水文模型指概念性模型。2021/5/962.介紹2021/5/97分布式流域

水文模型什么是分布式水文模型?要回答這個問題,首先要弄清楚下面3個概念分散性流域水文模型:考慮了流域內(nèi)降雨的空間分布,但是沒有或很少考慮下墊面不均勻性的模型。這種模型只是進(jìn)行了分散(分單元)計算，沒有考慮各單元模型參數(shù)隨其下墊面條件的不同而變異。半分布式流域水文模型:考慮下墊面的空間不均勻性,但是沒有考慮降雨的空間分布,其模型輸入仍為面平均雨量;或考慮降雨的空間分布,沒有全面考慮下墊面的空間不均勻性的模型。分布式流域水文模型:全面考慮降雨和下墊面空間不均勻性的模型,能夠充分反映流域內(nèi)降雨和下墊面要素空間變化對洪水形成的影響。模型能全面地利用降雨的空間分布信息;模型參數(shù)的空間分布能夠反映下墊面自然條件的空間變化;模型的輸出具有空間不均勻性。2021/5/98技術(shù)支撐分布式流域水文模型之所以能成為近來具有吸引力的水文學(xué)研究熱點(diǎn)之一，其原因有以下幾個方面：1.地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的不斷完善，使得描述下墊面

因子復(fù)雜的空間分布有了強(qiáng)有力的工具;2.計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析理論的進(jìn)一步發(fā)展，為用數(shù)值方法

求解描述復(fù)雜的流域產(chǎn)匯流過程的偏微分方程奠定了基礎(chǔ);3.雷達(dá)測雨技術(shù)和衛(wèi)星云圖技術(shù)的進(jìn)步，為提供降雨量實

時空間分布創(chuàng)造了條件。2021/5/99水文模型建模思路流域劃分網(wǎng)格每個網(wǎng)格分別輸入不同的降雨對每個網(wǎng)格采用不同的產(chǎn)流計算參數(shù)分別計算產(chǎn)流量通過比較相鄰網(wǎng)格的高程確定各網(wǎng)格的流向根據(jù)各網(wǎng)格的坡度、糙率和土壤等情況確定參數(shù)將其徑流演算到流域出口斷面得到流域出口斷面的徑流2021/5/910框架產(chǎn)匯流理論計算方案分布式流域水文模型雷達(dá)測雨地理信息統(tǒng)計計算機(jī)系統(tǒng)分布式流域水文模型的系統(tǒng)框架圖2021/5/911分類緊密耦合型分布式流域水文模型

緊密耦合型分布式流域水文模型,又稱分布式數(shù)學(xué)物理流域水文模型.此種模型主要的水文物理過程均采用質(zhì)量、能量和動量守恒的偏微分方程描述(如坡面洪水波、不飽和、飽和滲流等方程).相鄰網(wǎng)格單元之間的時、空間關(guān)系用水動力學(xué)的連續(xù)方程來建立，采用有限差分方法對方程求解；同時模型也采用了一些通過實驗得到的經(jīng)驗關(guān)系。松散耦合型分布式流域水文模型這類模型在每個單元網(wǎng)格上應(yīng)用現(xiàn)有的集總式概念性流域模型推求凈雨，并進(jìn)行匯流演算,推求出口斷面的流量過程。匯流演算一般采用水文學(xué)或水力學(xué)方法。模型參數(shù)主要根據(jù)歷史洪水資料分析率定,并結(jié)合地形和地貌數(shù)據(jù)量測和分析得到。2021/5/912優(yōu)缺點(diǎn)緊密耦合型優(yōu)點(diǎn)1.能涉及水文現(xiàn)象的本質(zhì)或物理機(jī)制;2.模型參數(shù)的確定對洪水歷史資料依賴不大.1.目前對下墊面水分運(yùn)動的規(guī)律研究的還不夠深入;2.模型參數(shù)與地形和地貌數(shù)據(jù)的關(guān)系還需進(jìn)一步研究;3.地形和地貌數(shù)據(jù)可通過遙感技術(shù)得到但對一些徑流形成至

關(guān)重要的地質(zhì)數(shù)據(jù)卻難以獲得;缺點(diǎn)4.方程的數(shù)值求解困難.松散耦合型1.應(yīng)用效果好，且對水文過程的模擬具有明確的宏觀物理概念;2.計算相對簡單。1.構(gòu)成模型的概念性元素一般只能模擬宏觀的水文現(xiàn)象,

而不能涉及水文現(xiàn)象的本質(zhì)或物理機(jī)制;2.模型參數(shù)的推求對歷史洪水資料依賴較多．推求

過程中完全依賴于目標(biāo)函數(shù),很難保證解的唯一性

和合理性。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)2021/5/9133.前景2021/5/914應(yīng)用前景目前,我國已在重點(diǎn)防汛地區(qū)布設(shè)了80多部氣象雷達(dá),為分布式流域水文模型在實時洪水預(yù)報中的應(yīng)用提供了條件。

研究分布式流域水文模型在實時洪水預(yù)報中的應(yīng)用,目的是通過利用具有詳細(xì)空間分布信息的雷達(dá)測雨數(shù)據(jù),配合分布式流域水文模型,解決降雨空問分布不均對流域產(chǎn)匯流影響這一洪水預(yù)報中的老問題。如:對于流域的特大洪水,暴雨中心緊隨河流中的洪峰向下游移動,采用傳統(tǒng)的水文模型很難做到對洪水的準(zhǔn)確預(yù)報;又如:對于流域的暴雨空間分布,雖有多套模型參數(shù)供預(yù)報人員選擇使用,但增加了預(yù)報人員準(zhǔn)確判斷預(yù)報洪水的難度。2021/5/915特征采用什么樣的分布式流域水文模型?我們認(rèn)為目前在實時洪水預(yù)報中宜采用分布式概念性流域水文模型.1.分布式概念性流域水文模型是在集總式概念性流域水文模型的基礎(chǔ)

之上發(fā)展而來的，目前比較成熟，且基本達(dá)到實用的階段；2.分布式數(shù)學(xué)物理流域水文模型是水文預(yù)報技術(shù)未來的發(fā)展方向，但是目

前此類模型的理論上還不夠成熟，國內(nèi)外的生產(chǎn)單位對此研究的不太多；3.我國主要洪水預(yù)報地區(qū)已經(jīng)積累了幾十年的實測水文資料，為分布式概

念性流域水文模型的應(yīng)用提供了條件；4.與分布式數(shù)學(xué)物理流域水文模型相比，分布式概念性流域水文模

型的計算相對簡單；5.我國的水文情報預(yù)報人員積累了豐富的洪水預(yù)報經(jīng)驗。概念性流域水文模型特征2021/5/9164.展望2021/5/917結(jié)論

分布式水文模型是水文研究的一個巨大進(jìn)步，是水文水資源研究的需求和科技發(fā)展的結(jié)果。它可以反映水文要素在空間上的變化，能夠進(jìn)行下墊面變化條件下的計算，便于預(yù)測未來下墊面條件下的水資源狀況。另外，它能夠耦合其它模型，可以簡單的將水文水資源模擬與水環(huán)境等生態(tài)問題相聯(lián)系，與其相比，傳統(tǒng)的集總式模型很難做到這一點(diǎn)。2021/5/918前景自新中國成立以來，我國的水文工作者在多年的洪水預(yù)報理論研究和生產(chǎn)實踐中，不但積累了豐富的成果和經(jīng)驗，而且在洪水預(yù)報理論水平和洪水預(yù)報精度等方面也名列世界前茅。

分布式流域水文模型在發(fā)達(dá)國家不過是剛剛開始，并