分布式水文模型

分布式水文模型1第1頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月個(gè)人簡(jiǎn)歷專業(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、日本土木研究所專門研究員

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2頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分布式水文模型發(fā)展現(xiàn)狀WEP模型開發(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題5.遙感技術(shù)應(yīng)用（與ET的關(guān)系）報(bào)告內(nèi)容3第3頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.分布式水文模型發(fā)展現(xiàn)狀4第4頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地球水循環(huán)系統(tǒng)(Source:AppliedHydrology,VenTeChowetal.,1988)5第5頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月概念及理論的確立流域水文模型的開發(fā)1960s～80s～1960s水文素過程的模型化分布式水文模型的開發(fā)1980s～01耦合式應(yīng)用模型的開發(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6頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水文模型的分類7第7頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分布式水文模型開發(fā)的必要性水資源可持續(xù)性開發(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8頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分布式水文模型應(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9頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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，并且可通過尺度轉(zhuǎn)換與大氣環(huán)流模式耦合來預(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10頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月模型舉例-MIKESHE11第11頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月模型舉例–IHDM代表坡面12第12頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月模型舉例–SWATSWAT中所考慮的水文過程示意圖

13第13頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月模型舉例–WEP模型WEP模型的垂向結(jié)構(gòu)14第14頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.WEP模型開發(fā)及應(yīng)用15第15頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.SWAT模型簡(jiǎn)介16第16頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.分布式水文模型的資料問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)不足問題尤其顯得突出除加強(qiáng)地面觀測(cè)工作及數(shù)據(jù)管理外，今后將更多地依賴遙感與雷達(dá)等遙測(cè)技術(shù)解決數(shù)據(jù)不足問題數(shù)據(jù)資料公開與共享問題17第17頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.遙感技術(shù)應(yīng)用（與ET的關(guān)系）18第18頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月典型地物（植被、土壤、水體）的光譜反射曲線從圖上可以看出，植物的光譜反射曲線具有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：（1）作物在可見光波段具有一個(gè)反射峰。因?yàn)閷?duì)綠色植物而言，在可見光的藍(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)庋劭磥硎蔷G色的原因。（2）更為顯著的是，在可見光與近紅外區(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)，光譜反射曲線躍升的幅度十分明顯（圖6-2）。遙感信息上表現(xiàn)為可見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，但總的來說，其光譜反射曲線在可見光和近紅外區(qū)域是緩慢上升的，兩波段的差值明顯小于農(nóng)作物。因此，可用可見光和近紅外兩波段的差值大小來區(qū)分植被和土壤。19第19頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常用遙感數(shù)據(jù)源20第20頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月遙感技術(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21頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蒸散（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)，可以獲取白天可見光、晝夜紅外資料：（1）可見光波段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）地面觀測(cè)數(shù)據(jù)

地面觀測(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)觀測(cè)數(shù)據(jù)：研究區(qū)的降雨量數(shù)據(jù)來源于國(guó)家氣象局氣象觀測(cè)站，蒸散數(shù)據(jù)來源于荷蘭Wageningen大學(xué)研制的大孔徑閃爍儀（LargeApertureScintillometry－LAS）的地面觀測(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22頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蒸散（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23頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蒸散（ET）的遙感反演：3）反演結(jié)果24第24頁(yè)，課件共26頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蒸散（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