分布式水文模型

分布式水文模型1第一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日個(gè)人簡(jiǎn)歷專(zhuān)業(yè):

水文水資源學(xué)習(xí)經(jīng)歷:

1981-1988,BD,MD,清華大學(xué)水利工程系

瀾滄江水電站梯級(jí)最優(yōu)開(kāi)發(fā)次序;廣東省水電站水庫(kù)群的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度1994-1997,PhD,東京大學(xué)河川與流域環(huán)境

分布式水文模型的開(kāi)發(fā)及其在東京都圈的應(yīng)用

工作經(jīng)歷:

1989-1994,水利部農(nóng)水司、辦公廳 全國(guó)大型灌區(qū)的管理,亞行項(xiàng)目,洞庭湖治理規(guī)劃等 1997-1998,日本INA株式會(huì)社信息系統(tǒng)部 洪水泛濫解析及河川GIS的開(kāi)發(fā)應(yīng)用 1999-2002,日本科學(xué)技術(shù)特別研究員、日本土木研究所專(zhuān)門(mén)研究員

流域水循環(huán)和物質(zhì)循環(huán)的監(jiān)測(cè)與解析模型的開(kāi)發(fā) 2002-現(xiàn)在,中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水資源研究所

“十五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目“黑河流域水資源調(diào)配管理信息系統(tǒng)建設(shè)”研究，黃河973項(xiàng)目“黃河水資源演變規(guī)律與二元演化模型”研究，水利部科技創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目“干旱半干旱地區(qū)流域產(chǎn)匯流變化規(guī)律研究”等2第二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日分布式水文模型發(fā)展現(xiàn)狀WEP模型開(kāi)發(fā)及應(yīng)用 1)基本原理與模型系統(tǒng) 2)在國(guó)外應(yīng)用情況3)在國(guó)內(nèi)流域（黃河與黑河）規(guī)劃與管理中的應(yīng)用3.SWAT模型簡(jiǎn)介4.分布式水文模型的資料問(wèn)題5.遙感技術(shù)應(yīng)用（與ET的關(guān)系）報(bào)告內(nèi)容3第三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.分布式水文模型發(fā)展現(xiàn)狀4第四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日地球水循環(huán)系統(tǒng)(Source:AppliedHydrology,VenTeChowetal.,1988)5第五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日概念及理論的確立流域水文模型的開(kāi)發(fā)1960s～80s～1960s水文素過(guò)程的模型化分布式水文模型的開(kāi)發(fā)1980s～01耦合式應(yīng)用模型的開(kāi)發(fā)2002～Darcy,Richards,ManningPenman(1948),Green-Ampt(1911),Philip,Horton(1933),Dunne,Jacob(1943),Sherman(1932),Nash(1957),SCS-curve(1956)Stanfordmodel(1966),HEC-1(1968),TANK(1967),XinAnJiangSHE,IHDM,SWAT,TOPMODEL,SWMM,PRMS,HSPF,WEP,……USGMS-MMS水文模型的發(fā)展階段6第六頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日水文模型的分類(lèi)7第七頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日分布式水文模型開(kāi)發(fā)的必要性水資源可持續(xù)性開(kāi)發(fā)與利用?有效的防洪對(duì)策?水環(huán)境的保護(hù)和恢復(fù)水資源評(píng)價(jià)、規(guī)劃和管理的需要幫助定量化物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)在氣象研究中的應(yīng)用時(shí)空變動(dòng)的流域水循環(huán)系統(tǒng)的高精度定量化方法流域開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響預(yù)測(cè)地球規(guī)模環(huán)境變化的影響預(yù)測(cè)流域環(huán)境變化的影響預(yù)測(cè)在觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)不足流域(PUB)的應(yīng)用水循環(huán)系統(tǒng)的恢復(fù)對(duì)策制定8第八頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日分布式水文模型應(yīng)用的可行性森林活性度?緑被率透水能?保水能土地利用水循環(huán)?水環(huán)境指標(biāo)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展觀(guān)測(cè)技術(shù)（RS、GPS、Radar）的進(jìn)步GIS技術(shù)的普及電子化數(shù)據(jù)的整備研究經(jīng)驗(yàn)的積累9第九頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日中科院劉昌明院士指出：分布式水文模型之所以成為當(dāng)前水文水資源研究的熱點(diǎn)之一，在于它能夠反映水文水資源要素在空間上的變化，能夠進(jìn)行下墊面變化條件下的計(jì)算，特別是它具有更多的模擬功能，即能夠把單一水量變化的模擬擴(kuò)大到廣泛的水文水資源與生態(tài)環(huán)境問(wèn)題模擬，而這些是基于經(jīng)驗(yàn)與黑箱方法的集總式水文模型所難以實(shí)現(xiàn)的。分布式水文模型的模擬領(lǐng)域涵蓋了地表水與地下水計(jì)算、水資源數(shù)量與質(zhì)量的聯(lián)合評(píng)價(jià)、非點(diǎn)源污染、土壤侵蝕與水土流失、洪水預(yù)報(bào)、土地覆蓋與土地利用變化對(duì)水文過(guò)程的影響、生態(tài)需水、水生物與生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、農(nóng)田灌溉與農(nóng)業(yè)節(jié)水、城市水文水環(huán)境的模擬計(jì)算，并且可通過(guò)尺度轉(zhuǎn)換與大氣環(huán)流模式耦合來(lái)預(yù)測(cè)全球變化對(duì)水文水資源的影響，從而納入全球變化水文研究的前沿。由此可見(jiàn)分布式水文模型同時(shí)具有理論上的前沿性和應(yīng)用上的廣泛性。然而，分布式水文模型不僅需要的資料與數(shù)據(jù)眾多，而且要求分辨率很高的空間信息，這是當(dāng)前限制分布式水文模型廣泛應(yīng)用的主要問(wèn)題。但應(yīng)用遙感等空間信息和GIS技術(shù)，能促進(jìn)水文水資源分布式模擬的發(fā)展。10第十頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日模型舉例-MIKESHE11第十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日模型舉例–IHDM代表坡面12第十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日模型舉例–SWATSWAT中所考慮的水文過(guò)程示意圖

13第十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日模型舉例–WEP模型WEP模型的垂向結(jié)構(gòu)14第十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.WEP模型開(kāi)發(fā)及應(yīng)用15第十五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.SWAT模型簡(jiǎn)介16第十六頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.分布式水文模型的資料問(wèn)題由于分布式流域水文模擬需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不足問(wèn)題尤其顯得突出除加強(qiáng)地面觀(guān)測(cè)工作及數(shù)據(jù)管理外，今后將更多地依賴(lài)遙感與雷達(dá)等遙測(cè)技術(shù)解決數(shù)據(jù)不足問(wèn)題數(shù)據(jù)資料公開(kāi)與共享問(wèn)題17第十七頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.遙感技術(shù)應(yīng)用（與ET的關(guān)系）18第十八頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日典型地物（植被、土壤、水體）的光譜反射曲線(xiàn)從圖上可以看出，植物的光譜反射曲線(xiàn)具有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：（1）作物在可見(jiàn)光波段具有一個(gè)反射峰。因?yàn)閷?duì)綠色植物而言，在可見(jiàn)光的藍(lán)色（中心波長(zhǎng)0.45um）和紅色區(qū)域（中心波長(zhǎng)0.65um），反射率都非常低，這是因?yàn)樵谶@兩個(gè)光譜帶，葉子中的葉綠素能吸收大部分的入射能量。在上述兩個(gè)吸收帶之間的綠色區(qū)域（中心波長(zhǎng)0.54um），葉子的吸收作用較小，因此形成一個(gè)反射峰（圖6-2）。這正是植物葉子在我們?nèi)庋劭磥?lái)是綠色的原因。（2）更為顯著的是，在可見(jiàn)光與近紅外區(qū)域（0.7-0.9um）之間，約0.7um的地方,作物的反射率陡然增強(qiáng)，光譜反射曲線(xiàn)躍升的幅度十分明顯（圖6-2）。遙感信息上表現(xiàn)為可見(jiàn)光與近紅外兩波段光譜值的強(qiáng)烈反差。

水體在近紅外和中紅外波段，幾乎吸收全部的入射能量，因此水體在反射紅外波段時(shí)相對(duì)于作物和土壤具有突出的低反射特征，在黑白紅外衛(wèi)星照片或多波段掃描影像上，水體的色調(diào)很黑，與其它地物反差很大，易于識(shí)別。土壤的反射特征受土壤的質(zhì)地、含水量、表面粗糙度、有機(jī)質(zhì)含量等因素的影響，但總的來(lái)說(shuō)，其光譜反射曲線(xiàn)在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域是緩慢上升的，兩波段的差值明顯小于農(nóng)作物。因此，可用可見(jiàn)光和近紅外兩波段的差值大小來(lái)區(qū)分植被和土壤。19第十九頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日常用遙感數(shù)據(jù)源20第二十頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日遙感技術(shù)在流域水循環(huán)模擬中的應(yīng)用概況降水的遙感反演土壤水分、表面溫度的遙感反演蒸散（ET）的遙感反演植被參數(shù)的遙感反演21第二十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日蒸散（ET）的遙感反演：1）數(shù)據(jù)源（1）氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)本系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)源是日本的靜止氣象衛(wèi)星GMS-5和中國(guó)新發(fā)射的靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云二號(hào)（兩種衛(wèi)星數(shù)據(jù)任選一種）。本系統(tǒng)實(shí)時(shí)接受該衛(wèi)星多通道掃描輻射計(jì)VISSR的信號(hào)，可以獲取白天可見(jiàn)光、晝夜紅外資料：（1）可見(jiàn)光波段VIS：空間分辨率1.25km，時(shí)間分辨率1小時(shí)，波譜范圍0.55-1.05μm；（2）熱紅外波段TIR：空間分辨率5km，時(shí)間分辨率1小時(shí),波譜范圍10.5-12.5μm；（3）水汽波段WV：空間分辨率5km，時(shí)間分辨率1小時(shí),波譜范圍6.2-7.6μm。

可見(jiàn)光波段、熱紅外波段用于后面的參數(shù)反演，水汽波段用于校正處理。各波段數(shù)據(jù)在接收以后，都進(jìn)行了大氣校正、輻射校正和幾何校正，去除大氣對(duì)輻射傳輸?shù)?，并使所有衛(wèi)星影像具有統(tǒng)一的地理坐標(biāo)。（2）地面觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)

地面觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)用于遙感反演模型的構(gòu)建以及模型輸出結(jié)果的校驗(yàn)，主要有以下數(shù)據(jù)：1）站點(diǎn)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)：研究區(qū)的降雨量數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣象局氣象觀(guān)測(cè)站，蒸散數(shù)據(jù)來(lái)源于荷蘭Wageningen大學(xué)研制的大孔徑閃爍儀（LargeApertureScintillometry－LAS）的地面觀(guān)測(cè)；2）

區(qū)域統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：黃河流域8個(gè)二級(jí)流域的降雨量、蒸散數(shù)據(jù)，其中降雨量數(shù)據(jù)來(lái)源于黃河水利委員會(huì)的《黃河水資源公報(bào)》；區(qū)域蒸散數(shù)據(jù)以流域水量平衡為原理，根據(jù)流域降水、徑流、地表地下水蓄變量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匡算得到。

22第二十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日蒸散（ET）的遙感反演：2）計(jì)算方法能量平衡方程:

其中，In：地表凈輻射通量，W/m2；H：地表至大氣的顯熱通量，W/m2；LE：地表至大氣的潛熱通量，即以能量為單位的實(shí)際蒸散，W/m2；G：由地表進(jìn)入土壤層的熱通量，W/m2。從氣象衛(wèi)星風(fēng)云2號(hào)數(shù)據(jù)或GMS數(shù)據(jù)獲取實(shí)際蒸散量，主要有以下幾個(gè)步驟：計(jì)算凈輻射、計(jì)算熱通量、推算實(shí)際蒸散量。23第二十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日蒸散（ET）的遙感反演：3）反演結(jié)果24第二十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日蒸散（ET）的遙感反演：4）校驗(yàn)2000年鄭州LAS站實(shí)測(cè)蒸散與遙感反演蒸