(完整版)分布式流域水文模型

分布式流域水文模型學(xué)院：土木與交通學(xué)院專業(yè)：橋梁與隧道工程姓名：喻江認(rèn)識(shí)介紹前景展望2023年9月14日分布式流域水文模型2023年9月14日分布式流域水文模型1.認(rèn)識(shí)▼定義:

其英文名HydrologicModel，是自然系統(tǒng)的抽象,真實(shí)世界的概化,是符號(hào)的綜合體,是自然系統(tǒng)或部分自然系統(tǒng)的符號(hào)化,是數(shù)學(xué)模型用數(shù)學(xué)語(yǔ)言將自然現(xiàn)象符號(hào)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(shí)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2023年9月14日分布式流域水文模型模型分類2023年9月14日分布式流域水文模型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流域水文模型2023年9月14日分布式流域水文模型▼定義:

其英文名HydrologicModelofBasin，以流域?yàn)檠芯繉?duì)象,對(duì)流域內(nèi)發(fā)生的降雨徑流這一特定的水文過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬計(jì)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(wú)物理概念，后者有。在不特別說(shuō)明時(shí)，流域水文模型指概念性模型。2.介紹2023年9月14日分布式流域水文模型分布式流域

水文模型2023年9月14日分布式流域水文模型什么是分布式水文模型?要回答這個(gè)問(wèn)題,首先要弄清楚下面3個(gè)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(méi)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(jì)算，沒(méi)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(méi)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(méi)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(duì)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。2023年9月14日分布式流域水文模型技術(shù)支撐分布式流域水文模型之所以能成為近來(lái)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(gè)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(jì)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(guò)程的偏微分方程奠定了基礎(chǔ);3.雷達(dá)測(cè)雨技術(shù)和衛(wèi)星云圖技術(shù)的進(jìn)步，為提供降雨量實(shí)

時(shí)空間分布創(chuàng)造了條件。水文模型建模思路流域劃分網(wǎng)格每個(gè)網(wǎng)格分別輸入不同的降雨對(duì)每個(gè)網(wǎng)格采用不同的產(chǎn)流計(jì)算參數(shù)分別計(jì)算產(chǎn)流量通過(guò)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2023年9月14日分布式流域水文模型框架產(chǎn)匯流理論計(jì)算方案分布式流域水文模型雷達(dá)測(cè)雨地理信息統(tǒng)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分布式流域水文模型的系統(tǒng)框架圖2023年9月14日分布式流域水文模型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(guò)程均采用質(zhì)量、能量和動(dòng)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(shí)、空間關(guān)系用水動(dòng)力學(xué)的連續(xù)方程來(lái)建立，采用有限差分方法對(duì)方程求解；同時(shí)模型也采用了一些通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。松散耦合型分布式流域水文模型這類模型在每個(gè)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(guò)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(cè)和分析得到。2023年9月14日分布式流域水文模型優(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(duì)洪水歷史資料依賴不大.1.目前對(duì)下墊面水分運(yùn)動(dòng)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(guò)遙感技術(shù)得到但對(duì)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(duì)水文過(guò)程的模擬具有明確的宏觀物理概念;2.計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)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(duì)歷史洪水資料依賴較多．推求

過(guò)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)2023年9月14日分布式流域水文模型2023年9月14日分布式流域水文模型3.前景應(yīng)用前景2023年9月14日分布式流域水文模型目前,我國(guó)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(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用提供了條件。

研究分布式流域水文模型在實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用,目的是通過(guò)利用具有詳細(xì)空間分布信息的雷達(dá)測(cè)雨數(shù)據(jù),配合分布式流域水文模型,解決降雨空問(wèn)分布不均對(duì)流域產(chǎn)匯流影響這一洪水預(yù)報(bào)中的老問(wèn)題。如:對(duì)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(dòng),采用傳統(tǒng)的水文模型很難做到對(duì)洪水的準(zhǔn)確預(yù)報(bào);又如:對(duì)于流域的暴雨空間分布,雖有多套模型參數(shù)供預(yù)報(bào)人員選擇使用,但增加了預(yù)報(bào)人員準(zhǔn)確判斷預(yù)報(bào)洪水的難度。特征2023年9月14日分布式流域水文模型采用什么樣的分布式流域水文模型?我們認(rèn)為目前在實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)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(lái)的，目前比較成熟，且基本達(dá)到實(shí)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(bào)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向，但是目

前此類模型的理論上還不夠成熟，國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)單位對(duì)此研究的不太多；3.我國(guó)主要洪水預(yù)報(bào)地區(qū)已經(jīng)積累了幾十年的實(shí)測(cè)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(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單；5.我國(guó)的水文情報(bào)預(yù)報(bào)人員積累了豐富的洪水預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)。概念性流域水文模型特征4.展望2023年9月14日分布式流域水文模型結(jié)論2023年9月14日分布式流域水文模型

分布式水文模型是水文研究的一個(gè)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(jì)算，便于預(yù)測(cè)未來(lái)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(jiǎn)單的將水文水資源模擬與水環(huán)境等生態(tài)問(wèn)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)。前景2023年9月14日分布式流域水文模型自新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)的水文工作