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1、水文模型介绍第1页，本讲稿共24页水文模型水文模型定义：据据 Di ski n Di ski n和和 Clarke Clarke对模型所下的定义对模型所下的定义:模型是一个复模型是一个复杂系统的简化体现杂系统的简化体现,那么水文模型就是对复杂水文系统的那么水文模型就是对复杂水文系统的一种简化体现一种简化体现 。具体地说具体地说,水文模型就是用一种特定的表达方式来概水文模型就是用一种特定的表达方式来概化一定的水文系统化一定的水文系统,使它能够代表实际的水文系统使它能够代表实际的水文系统,并并在一定的目标下代替实际的水文系统在一定的目标下代替实际的水文系统 。通俗地说通俗地说,水文模型就是用数学语
2、言或物理模型对现实水文模型就是用数学语言或物理模型对现实水文系统进行刻划或比拟水文系统进行刻划或比拟,并在一定的条件下对水文变并在一定的条件下对水文变量的变化进行模拟和预报量的变化进行模拟和预报 。第2页，本讲稿共24页水文模型水文模型第3页，本讲稿共24页水文模型水文模型第4页，本讲稿共24页水文模型水文模型分类：第5页，本讲稿共24页水文模型水文模型分类：按水体对象分按水体对象分 河流水文模型河流水文模型;湖泊水文模型湖泊水文模型;沼泽水文模型沼泽水文模型;冰川水文模型冰川水文模型;水文气象模型水文气象模型;地下水文模型地下水文模型;海洋海洋水文模型水文模型;冻土水文模型冻土水文模型;生态
3、水文模型生态水文模型;土壤水文土壤水文模型等模型等 。按研究手段分按研究手段分 随机水文模型随机水文模型;模糊水文模型模糊水文模型;系统水文模型系统水文模型;遥感水文模型遥感水文模型;同位素水文模型等同位素水文模型等 。按研究区域划分按研究区域划分流域水文模型流域水文模型;河口水文模型河口水文模型;山地水文模型山地水文模型;坡地水文模型坡地水文模型;平原水文模型平原水文模型;干旱地区水文模型干旱地区水文模型;岩溶水文模型岩溶水文模型;寒区水文模型等寒区水文模型等 第6页，本讲稿共24页水文模型水文模型分类：按照应用学科划分按照应用学科划分 工程水文模型工程水文模型;农业水文模型农业水文模型;土
4、壤水文模型土壤水文模型;森林水文模型森林水文模型;都市水文模型等都市水文模型等 。依照研究对象分类依照研究对象分类 降水模型降水模型;气温模型气温模型;蒸散发模型蒸散发模型;土壤土壤水模型水模型;地下水模型地下水模型;地表径流模型地表径流模型;水资水资源模型源模型;水质模型等水质模型等 。按照研究对象的目标分按照研究对象的目标分 水量模型水量模型;水质模型水质模型;管理模型等管理模型等 。第7页，本讲稿共24页水文模型水文模型涉及过程：降水过程模拟降水过程模拟 地表节流和入渗过程模拟地表节流和入渗过程模拟 蒸散发过程模拟蒸散发过程模拟 地下水过程模拟地下水过程模拟 产汇流过程模拟产汇流过程模拟
5、第8页，本讲稿共24页水文模型水文模型应用步骤：1)1)分析问题分析问题,确立目标确立目标;2)2)搜集资料搜集资料;3)3)确定计算设备及其计算能力确定计算设备及其计算能力;4)4)分析其他经济和社会约束条件分析其他经济和社会约束条件;5)5)从一类可能需要的模型中选择一种最恰当的模型；从一类可能需要的模型中选择一种最恰当的模型；6)6)率定模型率定模型,优选参数优选参数;7)7)检验模型并予以评估检验模型并予以评估;8)8)模型应用模型应用.第9页，本讲稿共24页作用：作用：通过模拟水文循环的过程，了解流域内水文因通过模拟水文循环的过程，了解流域内水文因子的改变如何影响水循环的过程，例如人
6、类活子的改变如何影响水循环的过程，例如人类活动和气候变化对水循环的影响。动和气候变化对水循环的影响。将水文模型用于水文预报和水资源的规划和管将水文模型用于水文预报和水资源的规划和管理理水文模型水文模型第10页，本讲稿共24页汇报提纲1.水文模型的基本知识2.常用的水文模型第11页，本讲稿共24页概念性水文模型概念性水文模型新安江模型：19731973年赵人俊教授在对新安江水库做入流流量预报时提年赵人俊教授在对新安江水库做入流流量预报时提出了新安江模型，该模型是一个松散性模型，水文模拟过出了新安江模型，该模型是一个松散性模型，水文模拟过程中，把一个流域分成若干单元流域分别进行汇流计算和程中，把一
7、个流域分成若干单元流域分别进行汇流计算和河道演算，再进行流量叠加。河道演算，再进行流量叠加。最初的新安江模型为两水源即只分地表径流和地下径最初的新安江模型为两水源即只分地表径流和地下径流；流；2020世纪世纪8080年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱模型中的用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模型，模型中的用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模型，提出了三水源新安江模型提出了三水源新安江模型第12页，本讲稿共24页新安江模型新安江模型二水源新安江模型：水源分为直接径流和地下径流水源分为直接径流和地下径流 产流计算方法用蓄满产流产流计算方法用
8、蓄满产流 流域蒸发采用二层或者三层蒸发流域蒸发采用二层或者三层蒸发 水源划分用的稳定下渗法水源划分用的稳定下渗法 直接径流坡面汇流用的是单位线法直接径流坡面汇流用的是单位线法 地下径流坡面汇流用线性水库法地下径流坡面汇流用线性水库法 河道汇流采用河道汇流采用Muskingum method问题：降雨空间分布不均匀降雨空间分布不均匀 稳定下渗率参数随洪水变化而变化稳定下渗率参数随洪水变化而变化三水源划分法以雨量站划分产流计算单元三水源新安江模型第13页，本讲稿共24页新安江模型新安江模型三水源新安江模型：1)1)蒸发计算蒸发计算2)2)产流计算产流计算3)3)水源划分水源划分 4)4)汇流计算汇
9、流计算第14页，本讲稿共24页新安江模型新安江模型三水源新安江模型：1)1)蒸发计算蒸发计算 计算中假定土壤的吸湿及蒸发都遵循以下规律:降雨补充土壤蓄水(土壤蒸发)时，先补充(蒸发)上层，上层蓄满(蒸发殆尽)，再补充(蒸发)下层。同理，再由下层转至深层。各层蒸散发的计算原则是，上层按蒸散发能力蒸发，上层含水量蒸发量不够蒸发时，剩余蒸散发能力从下层蒸发，下层蒸发与蒸散发能力及下层蓄水量成正比，并要求计算的下层蒸发量与剩余蒸散发能力之比不小于深层蒸散发系数 C。否则，不足部分由下层蓄水量补给，当下层蓄水量不够补给时，用深层蓄水量补给。第15页，本讲稿共24页新安江模型新安江模型模型的输入为PE=P
10、-E，参数包括流域蓄水容量WM 和抛物线指数B；输出为流域产流量R 及流域时段末蓄水量W 2 2）产流计算：蓄满产流：）产流计算：蓄满产流：第16页，本讲稿共24页新安江模型新安江模型三水源新安江模型：3 3）水源划分）水源划分 S为自由蓄水量，R为总径流量，SM为容量深度第17页，本讲稿共24页新安江模型新安江模型三水源新安江模型：3 3）水源划分）水源划分 SMF为产流面积FR上某一点的自由水容量；SMMF 为产流面积FR上最大一点的自由水蓄水容量；FS 为自由水蓄水能力 SMF值的流域面积；AU为相应平均蓄水深的最大蓄水深；EX 为流域自由水蓄水容量曲线的指数。第18页，本讲稿共24页新
11、安江模型新安江模型三水源新安江模型：4 4）汇流计算）汇流计算 新安江模型将流域汇流划分为两个阶段进行新安江模型将流域汇流划分为两个阶段进行:河网汇流阶段，河网汇流阶段，河道汇流阶段。河道汇流阶段。河网汇流阶段采用一个时变线性系统按地面、壤中和地下河网汇流阶段采用一个时变线性系统按地面、壤中和地下径流分别进行汇流计算，然后将经过流域调蓄的各径流成分累径流分别进行汇流计算，然后将经过流域调蓄的各径流成分累积，并将总的径流积，并将总的径流 Q Q 演算到单元流域的出口。演算到单元流域的出口。河道汇流采用马斯京根分段演算法。河道汇流采用马斯京根分段演算法。第19页，本讲稿共24页新安江模型新安江模型三水源新安江模型：4 4）汇流计算）汇流计算Muskingum method 第20页，本讲稿共24页新安江模型新安江模型三水源新安江模型：第21页，本讲稿共24页新安江模型新安江模型三水源新安江模型：第22页，本讲稿共24页新安江模型新安江模型三水源新安江模型：第23页，本讲稿共24页谢谢！24第24页，本讲稿共24页