分布式水文模型ppt課件

第九章分布式水文模擬技術 第九章 分布式水文模擬技術 9.1 分布式水文模型的發展 9.1.1 分布式水文模型的研究進展 9.1.1.2 幾點討論 9.1.2 分布式水文模型的發展 9.2 基于DEM的流域分布式水文模型 9.2.1 流域水文過程及其數學模擬 流域水循環過程示意圖 9.2.1.2 流域水循環的數學模擬 9.2.2 基于DEM的流域分布式水文模擬 流域分布式水文模型的一般框架 目前，基于DEM的分布式水文模型主要有兩種建模方式： 9.2.2.2 模型的結構與參數 9.3 幾個典型分布式水文模型的介紹 MIKE SHE的水循環及模擬示意圖 MIKE SHE WM模塊的結構圖 9.3.2 TOPMODEL TOPMODEL通過土壤含水量(或土壤飽和缺水量)來確定流域產流面積的大小和位置，而土壤飽和缺水量由地形指數計算得到。對于一個單元流域TOPMODEL的計算流程為：①基于DEM計算地形指數，并求出每類地形指數的面積分布；②根據地形指數逐類進行產流計算，得到單元流域的產流量；③進行單元流域的匯流計算。 TOPMODEL模型具有參數較少，模擬精度高的特點。TOPMODEL利用地形指數計算飽和缺水量，將產流計算與易于獲得的地形信息建立聯系，這一點對于構建基于DEM的分布式水文模型具有很好的啟迪作用。但同大多數模型類似，TOPMODEL模型并不適合所有的流域。這是因為模型的蓄滿產流機制和飽和地下水穩定流的假設在一些流域并不成立。 9.3.3 SWAT模型 SWAT模型結構示意圖 SWAT采用類似于HYMO(Hydrologic Modeling)模型(Williams and Hann,1973)的命令結構來控制徑流和化學物質的演算。通過子流域命令，進行分布式產流計算；通過匯流演算命令，模擬河網與水庫的匯流過程；通過疊加命令，把實測的數據和點源數據輸入到模型中同模擬值進行比較；通過輸入命令，接受其他模型的輸出值；通過轉移命令，把某河段(或水庫)的水轉移到其他的河段(或水庫)中，或直接用作農業灌溉。SWAT模型的命令代碼能夠根據需要進行擴展。 SWAT模型在產流計算上可以采用經驗方法SCS模型或者Green - Ampt下滲概念模型。流域離散可以采用多種方法，如，子流域、山坡或網格。SWAT模型的參數大多具有物理概念，但由于參數繁多，在實際應用時仍然面臨很多的問題。SWAT模型作為第二類分布式水文模型的典型代表，其模型結構和運行控制方式為構造流域分布式水文模型(特別是日過程模型)提供了很好的借鑒。 ZHENGZHOU UNIVERSITY Zuo Qiting Zuo Qiting 分布式水文模型的發展 基于DEM的流域分布式水文模型 幾個典型分布式水文模型的介紹 9.1 9.2 9.3 主要內容 9.1.1.1 研究進展 分布式水文模型的研究可以認為起始于1969年Freeze和Harlan發表的《一個具有物理基礎數值模擬的水文響應模型的藍圖》的文章。 后期比較具有代表性的水文模型包括SHE模型、IHDM模型、SWAT模型、THALES模型以及DTVGM模型等。 進入20世紀90年代以后，隨著計算機技術、GIS/RS技術、信息技術和通訊技術的發展與普及，分布式水文模型也因此獲得了長足發展。 流域分布式水文模型還有待于進一步完善，多數還存在(或很少考慮)以下幾個問題。 ①分布式水文模型的真實性問題。 ②尺度轉換問題(或者模型參數的有效性問題)。 ③模型的檢驗問題。 ④計算時間和數據存儲的問題。 目前，基于模塊的分布式水文模擬系統的研制在國內還較為少見。在國外，USGS (美國地質調查局)在MMS (Modular Modeling System)的基礎上已聯合歐洲等國著手開發OMS (Objective Modeling System)，以JAVA為開發語言，基于Internet實現網絡數據共享。此外，USGS與BOR(復墾局)合作開展流域與河流系統管理計劃(WARSMP)，目標是發展操作性強、以數據庫為中心、面向復雜的資源管理問題的決策支持系統。 總體上看，集成不同的水循環模型，基于模塊化結構，構建面向多目標的水文模擬系統是現代水文模擬技術發展的又一個重要方向。 9.2.1.1 流域水循環過程 流域是陸地系統中最為重要的自然集水區域。流域水循環主要包括降水、冠層截留、徑流(坡面流、壤中流和地下徑流)、下滲、蒸發(包括土壤蒸發、水面蒸發、植被蒸騰、潛水蒸發)等幾個環節。在這幾個環節中，伴隨著水量的轉化和物質及能量的交換，同時還受到氣候變化、大氣降水動力學過程及流域地形、地貌、