雅砻江流域生态水文过程模拟及调水影响研究
湿地恢复的具体流程
湿地恢复的具体流程 摘自：原创作者：黑山绕阳河保护区 当前绝大多数湿地都面临着水资源缺乏，生态系统脆弱，亟待立项开发，而一个成功的湿地恢复项目，关键在于根据湿地恢复的流程，制定可行、合理的湿地恢复方案。 1 对湿地退化状况的调查与评价 对湿地的退化状况进行调查和评价，以明确造成该湿地退化的原因、恢复潜力等。 2 确定湿地恢复区域 要选择恢复区域，首先要确定该恢复区属于地方、省级还是国家级优先恢复区域。要在一系列的恢复地点中选择最佳的恢复区域，同时还需要考虑一下四个方面的因素：水文条件、地理地貌条件、土壤条件和生物因素。 3 湿地恢复区域的本底调查 在设计一个恢复项目之前，应该对恢复区域进行本底调查和评估，以便了解该区域过去和现在的状况，恢复区域在过去是否属于湿地范畴，如果属于湿地，确定是哪些因素导致了湿地的退化或者丧失，特别是恢复区域过去的水文要素、植被的分布格局、地形地貌、物种对栖息地的需求等？恢复区域现在的状况如何？ 4 确定湿地恢复的目标 就是对湿地恢复项目预期的结果进行陈述，它反映了开展湿地恢复项目的动机。根据不同的地域条件，不同的社会、经济、文化背景要求，湿地恢复的目标也会不同。有的目标是恢复到原来湿地的状态，有的目标是重新获得一个既包括原有特性，又包括对人类有益的新特性，还有的目标就是完全改变湿地状态。 5 使用参照点 即在该区域中能代表恢复湿地类型的受干扰最小的湿地，以此来代替恢复区域退化之前的湿地状态。
6 选择恢复方法 湿地恢复的最佳方法就是在尽可能的情况下选用最简单的恢复方法，因为越复杂的恢复方法，越容易在某个环节上出现偏差。采用破坏性最小、最为生态的方法最容易实现恢复目标。在实施更多的人为干预之前应考虑采用自然恢复方法。如果一些自然过程不能采用自然恢复方法，应更多的考虑采用生物工程，而不是传统的工程措施。 7 实施湿地恢复工作 按照生态系统的恢复与重建原则，对湿地生态系统的功能设计、风险评价及恢复与重建指标体系等对策与方法进行全面的规划与研究。在湿地恢复方案实施过程中，要利用和发展新技术，把湿地的恢复范围从局部扩大到整个流域，最终实现景观水平上的恢复。 8 湿地恢复的监测 在湿地保护和管理的各种方法策略中，特别在评价管理行为的成功行方面，监测都起着重要的作用。在湿地恢复规划制定之后，恢复的监测方案便应同时完成，包括监测方法，监测指标，实施路线，采用频率和强度等。通常情况下，湿地恢复前和监测后的监测都是必要的。 9 湿地恢复的长期管理 湿地生态系统是一个不断与周边环境发生响应，并随时发生演变和变化的生态系统。湿地恢复措施完成后，仅仅是一个成功的湿地恢复项目的开始，还需要对恢复湿地进行长期管理，以便使其发挥预期的生态功能，并使人为影响达到最小化。长期管理通常需要维护现有的各种设施和设备，如水利设施、监测设施等，对生物群落和植被类型的长期管理，解决入侵物种或沉积物过量的问题，解决一些非预期的事件。 10 湿地恢复的综合评价 湿地恢复不但包括生态要素的恢复，也包括生态系统的恢复。生态要素包括土壤、水体、动物、植物和微生物，生态系统则包括不同层次、不同尺度规模、不同类型的生态系统。因此，需要对湿地恢复进行综合性评价，以确定其是否达到了预期目标，被损害的湿地是否恢复到或接近于它退化前的自然状态。
新安江流域水文模型
2新安江流域水文模型 60年代初，河海大学(原华东水利学院)水文系赵人俊等开始研究蓄满产流模型，配合一定的汇流计算，将模型应用于水文预报和水文设计。1973年，他们在对新安江水库做入库流量预报的工作中，把他们的经验归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。模型可用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节径流模拟和计算。 最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下径流。80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱模型中，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，模型可以模拟地面径流、壤中流、地下径流。1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。三水源新安江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流过程精度不够理想。在新安江三模型中增加慢速地下水结构就成为四水源新安江模型。 当流域面积较小时，新安江模型采用集总模型，当面积较大时，采用分块模型。分块模型把流域分成许多块单元流域，对每个单元流域做产、汇计算，得到单元流域的出口流量过程。再进行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量过程。把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域出口的总出流过程。 划分单元流域的主要目的是处理降雨分布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨分布比较均匀。并有一定数目的雨量站。其次尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处理问题，并便于利用已有的小流域水文资料。如果流域内有大中型水库，则水库以上的集水面积即应作为一个单元流域。因为各单元流域的产汇、流计算方法基本相同，以下只讨论一个单元流域的情况。 新安江模型包括4个计算环节：蒸散发计算；流域产流计算；径流划分；汇流计算。4个计算环节分别概化了流域降雨径流的主要产、汇流物理过程。 2.1流域蒸散发计算 各种水源的蒸散发计算模型均可采用两层蒸发模型或两层蒸发模型，一般根据实际情况选用。原则是在模拟径流精度相同的情况下，尽量采用参数少的两层蒸散发模型。蒸散发模型不考虑面上分布的不均匀性，但可考虑土湿垂向分布的不均匀性。 两层蒸散发模型将土层分为上、下两层，各层蓄水容量分别为WUM、WLM
生态水文理念下流域水资源评价分析
生态水文理念下流域水资源评价分析 发表时间：2019-08-29T16:53:03.500Z 来源：《防护工程》2019年11期作者：张保刚张宽宽苏军歌 [导读] 更能加大保护力度，更好地了解人类活动对水资源造成的影响程度，更有利于实现人与自然的和谐发展。 黄河水利委员会郑州水文水资源勘测局夹河滩水文站河南郑州 450044 摘要：基于生态水文理念，水资源评价对象产生了极大变化，从传统径流水水资源逐渐转变为以降水为整体的水资源方向。為客观、合理地评价水资源，本文以某流域水资源为研究对象，运用生态水文理念，对生态水文学理念进行了深入分析，以此实现区域水资源优化配置，且以水资源评价现存问题为出发点，阐述了水资源评价法，以期全面了解我国水资源情况，缓解水资源压力，实现我国水资源持续、健康发展。 关键词：生态水文理念;流域水资源;评价方法 引言 作为一个多功能生态系统因子，水是生态、环境与社会的重要构成部分。我国拥有960万平方公里，地域辽阔，然而却面临着水资源严重短缺的局面，水资源不足将对人们的生产、生活用水带来极大的影响，甚至危害国民经济的健康发展，促使生态环境日益恶化。随着社会的不断进步，人们已经充分意识到水资源的重要性，提出了可持续发展观，强调人与自然和谐相处、共同发展。在水资源短缺的背景下，如何实现水资源持续、健康发展，如何充分发挥水资源的应用价值，成为了人们关注的焦点。为实现人与自然的和谐发展，展开水资源调查、评价极为重要，不仅能够充分掌握水资源的现状，也是开展各项水资源工程项目的基础条件，是保障区域经济发展的重要依据。基于生态水文学理论，人们提出了新的理念对水资源进行客观、全面地评价。 1 生态水文学理念分析 在波兰2017年举办的国际生态水文学大会中，强调旨在探索融合循环经济理念和基于自然生态系统的解决方案，推进全球气候变化下的国际生态水文学研究与实践。随着社会经济的迅速发展，经济在发展，环境在恶化，水资源作为生态环境的重要一员，也受到了极大的影响。截止2018年底，我国大坝水库数量超过10万座，超过92%的河流不同程度地受到了人类活动的影响。于社会经济而言，开发河流、利用河流，为其提供了能源、水源，但与此同时，也给河流生态环境带来了极大的负面影响。建成水库大坝之后，在自然状态下，将会改变河流的流量、水质等，甚至会出现地区生态退化现象。为此，在河流开发前期，必须具备充分的生态水文论证，避免影响流域生态环境，为此，河流开发统筹规划必须立足于生态水文学。 作为一门水文学和生态学交叉的新兴发展学科，生态水文学是UNESCO国家水文计划当前与今后20年的重要学科发展方向。其研究方向为地球上水与生态系统间的相互作用。在两者相互作用的整个环节，不可避免地会发生诸多改变，主要发生于河流、草地等水体或陆地生态系统内。基于生态水文学理念进行流域水资源评价、研究更具科学性、合理性。 2 目前水资源评价中存在的主要问题 2.1 一元静态认知模式 人类活动必将引发环境变化，若仍选择还原法，则逐步增大还原比例，使得在河流流域径流量内还原量占据主导地位，这种情况下，将与还原的初衷相背离，同时，还原比例的增高，必然会对还原精度造成一定影响，为此，这种条件下，还原方法根本不能将人类活动对水资源的影响真实反映出来。 2.2 集总式评价 分区集总式评价是现行水资源评价的主要方法，这种评价法存有一定缺陷，如分区内水文参数、自然地理条件的空间差异性等考虑不到位。这种评价法下得到的计算值根本无法真实反映分区内水资源的形成过程与空间分异特征，仅能表示一个分区平均的概念。 2.3 时间尺度局限 水文要素变化与时间尺度密切相连，时间段不同，则表现出现的水文要素也存在极大差异性。目前，常通过年系列、多年平均值等进行水资源评价，从而了解水资源量的变化趋势，但这种评价方式，时间较长，未涉及以月、日为变化的数据，于水资源合理规划影响较大。 3 河流流域概况 某河流流域地处中国北部，拥有丰富的水资源，流域面积可达21.9k㎡，径流量年均16.2亿m3，是我国极为重要的水源地。随着经济发展速度的不断加快，此流域也得到了极大开发，与此同时，还严重损害了当地的生态环境，主要问题如表1所示。为解决生态环境问题，缓解水资源使用压力，基于生态水文理念，相关部门针对当前水资源评价问题，提出了河流流域评价的新思路、新方法，以期合理配置流域内的水资源，推进流域水资源持续、健康发展。 4 基于生态水文理念的流域水资源评价分析 现行水资源评价中，自然环境下的生态过程变化和生态格局分布均可通过生态水文理论进行分析与研究。为合理配置流域内的水资源，笔者从生态水文学角度出发，旨在将生态环境充分纳入到水资源评价过程，实现科学利用水资源，以此建立良好的生态环境圈，多生物多样性实施最佳保护，在寻求经济效益的过程中，还能保护生态环境。。 5 基于生态水文理念的流域水资源评价优化策略 （1）更新传统水资源评价模型，统筹地下水与地表径流间的关系。当前，地下水、地表径流分离问题突出，笔者认为，可通过下述方法进行解决。第一，对两者间的关系进行充分思考，构建二元评价模型，合理梳理两者关系，保证评价的科学性;第二，根据双向评定方法，了解各种类型水资源间的关联性，全面统筹两者间的影响作用，掌握水资源变化趋势。 （2）以全面、详实的基础数据为前提，建立完整的水资源时间评价系统。水资源评价涉及内容较多，关乎多个行业、多个领域发展，为此，必须保证水资源评价系统完整、可行，这种情况下，必须以全面、详实的水资源评价数据為依托，通过整理、汇总大量基础数据，做好水资源配置规划工作。根据具体时间尺度，绘制水资源规律图，掌握水资源变化规律。同时，根据差积曲线，对年均降雨量等因素进
工程水文及水利计算模拟试题三套模拟题 含参考答案
工程水文及水利计算（A ）本科 含答案 一、名词解释 1. 流域 ：某一封闭的地形单元，该单元内有溪流或河川排泄某一断面以上全部面积的径流。 2. 下渗能力：是指水分从土壤表面向土壤内部渗入的过程。 3. 经验频率曲线：是指由实测样本资料绘制的频率曲线 二、问答题 1. 水库调洪计算的基本原理及方法分别是什么？ 答：1）基本原理：以水库的水量平衡方程代替连续方程，以水库蓄泄关系代替运动方程 2）方法：列表试算法和图解法。 2. 设计洪水资料的审查包含哪些内容？ 答：1）资料的可靠性、一致性、代表性、独立性审查 3. 水库死水位选择需要考虑的因素有哪些？ 答：1）泥沙淤积的需要2）自流灌溉引水高程的需要3）水力发电的需要3）其他用水部门的需要 4. 简述由设计暴雨推求设计洪水的方法和步骤。 答：1）由设计暴雨推求设计净雨：拟定产流方案，确定设计暴雨的前期流域需水量2）由设计净雨推求设计洪水：拟定地面汇流计算方法，计算地面径流和地下径流过程 三、计算题 1. 某闭合流域面积F=1000km 2 ，流域多年平均降水量为1400mm ，多年平均流量为20m 3 /s ， 今后拟在本流域修建水库，由此增加的水面面积为100 km 2 ，按当地蒸发皿实测多年平均蒸发值为2000mm ，蒸发皿折算系数为，该流域原来的水面面积极小，可忽略。若修建水库后流域的气候条件保持不变，试问建库后多年平均流量为多少？ 解：1）计算多年平均陆面蒸发量：建库前，流域水面面积甚微，流域蒸发基本等于陆面蒸发，故mm F T Q P E 3.76910001000100086400 3652014002 =????-=?- =陆 2）计算建库后多年平均蒸发量：建库后流域水面蒸发不能忽略，因此 mm E Fk E F F F E 4.852]2000*8.0*1003.769100-1000[10001)[(1 =+?=?+?-= ）（器陆 3）计算建库后流域多年平均径流深 mm E P R 6.5474.8521400=-=-= 4）计算建库后多年平均流量 s m T R F Q /7.171000 864003656 .5471000100032' =????=?= 2. 某水库坝址处有1954-1984年实测最大洪峰流量资料，其中最大的四年洪峰流量依次为： 15080m 3/s ，9670m 3/s,8320m 3/s,7780m 3 /s ，此外调查到1924年发生过一次洪峰流量为16500的大洪水，是1883年以来的最大一次洪水，且1883-1953年间其余洪水的洪峰流量均在 10000m 3 /s 以下，试考虑特大洪水处理，用独立样本法和统一样本法推求上述五项洪峰流量的经验频率。
SWAT水文模型
SWAT水文模型介绍 1概述 SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是美国农业部（USDA）农业研究局（ARS）开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。它主要基于SWRRB模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征。SWAT 具有很强的物理基础，能够利用GIS和RS提供的空间数据信息模拟地表水和地下水的水量和水质，用来协助水资源管理，即预测和评估流域水、泥沙和农业化学品管理所产生的影响。该模型主要用于长期预测，对单一洪水事件的演算能力不强，模型主要由8个部分组成：水文、气象、泥沙、土壤温度、作物生长、营养物、农业管理和杀虫剂。SWAT模型拥有参数自动率定模块，其采用的是Q.Y.Duan等在1992年提出的SCE-UA算法。模型采用模块化编程，由各水文计算模块实现各水文过程模拟功能，其源代码公开，方便用户对模型的改进和维护。 2模型原理 SWAT模型在进行模拟时，首先根据DEM把流域划分为一定数目的子流域，子流域划分的大小可以根据定义形成河流所需要的最小集水区面积来调整，还可以通过增减子流域出口数量进行进一步调整。然后在每一个子流域再划分为水文响应单元HRU。HRU是同一个子流域有着相同土地利用类型和土壤类型的区域。每一个水文响应单元的水平衡是基于降水、地表径流、蒸散发、壤中流、渗透、地下水回流和河道运移损失来计算的。地表径流估算一般采用SCS径流曲线法。渗透模块采用存储演算方法，并结合裂隙流模型来预测通过每一个土壤层的流量，一旦水渗透到根区底层以下则成为地下水或产生回流。在土壤剖面中壤中流的计算与渗透同时进行。每一层土壤中的壤中流采用动力蓄水水库来模拟。河道中流量演算采用变动存储系数法或马斯金根演算法。模型中提供了三种估算潜在蒸散发量的计算方法—Hargreaves、Priestley-Taylor和Penman-Monteith。每一个子流域侵蚀和泥沙量的估算采用改进的USLE方程，河道泥沙演算采用改进
分布式水文模型MIKE SHE模拟杨树(P.×euramericanacv.)人工林生态系统水文过程
分布式水文模型MIKE SHE模拟杨树(P.×euramericanacv.)人工林生态系统水文过程1 刘晨峰1，张志强1，孙阁2，朱金兆1，查同刚1，申李华1，方显瑞1 1. 北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京（100083） 2. Southern Global Change Program，USDA FS, 920 Main campus，Raleigh，NC 27606，U.S.A E-mail：zhqzhang@https://www.wendangku.net/doc/2f12912747.html, 摘要：本文采用基于物理过程分布式水文模型MIKESHE模型对北京市大兴区永定河沿河杨树（P.×euramericanacv.）人工林生态系统蒸发散、土壤水分含量以及地下水位等水文要素过程进行了模拟。分别采用2005年和2006年采用涡度相关法测定的生态系统日蒸散值以及烘干法测定的不同深度土壤含水量进行模型参数校正与模拟效果验证。采用验证过的模型对该地区地下水位进行模拟，并与2006年实测地下水位值进行比较，以揭示该区水分平衡的的观测值。研究结果表明，经对模型主要参数土壤不同剖面层的划分以及各层水分物理属性的反复修正，将土壤剖面自地面起至饱和水位线分为三层且各层的饱和导水率Ks分别设定为5e-006、0.0002m/s和2e-006m/s；模型验证精度较高，对日蒸散量的模拟结果中相关系数R由模型校正过程中的0.69上升为模型验证结果中的0.86；对土壤含水量的模拟验证结果中确定性系数E分别为0.78和0.56，比模型校正中所得的0.27有较大提高，模拟值与实测值有了较为一致的变化趋势，提示模型参数设置基本合理，模拟结果可以相信；在模型的应用过程中，用地下水位的实测值与模拟值进行比较，两者差异较大，相关系数为0.55，从模拟结果可分析出降雨对当地地下水位并没有明显的补给作用，而实测值的显著变化同时提示出当地地下水位的持续下降可能是由于对林区及其周边农田旱季抽水灌溉造成的，或者由于该研究中水分交换界面的划定对于研究区地下水位变化而言研究尺度太小，对地下水位持续下降的原因分析还需扩大时间和空间尺度来研究。 关键词：MIKE SHE；土壤水分；蒸散；地下水位；杨树(P.×euramericanacv.)人工林生态系统 1 引言 由于自然生态系统的复杂性和传统试验方法长期运作的困难使得模型应用成为水文学研究当中的重要手段，模型将实际生态系统过程简化为一系列的具有实际物理意义的数学模式，不但简化了研究对象，同时还可以针对模型应用者的特定研究要求提供某些具体的水文过程。模型建立起来后就可以模拟各种不同研究目的所需要了解的水文过程，并根据模拟结果对水资源管理措施和自然干扰对水文过程所造成的影响进行评价，另外模型的一个重要作用在于能根据当前生态系统水分过程和规律对未来水文过程和趋势进行预测。如此以来，模型作为一种研究手段既能对数据进行分析合成，也能对水文过程模拟细节给出解释，也可对目前研究当中的薄弱知识环节提供更多信息[1-4]。 水文模型已经是生态系统水资源管理的重要工具，模型可以帮助人们理解生态系统内物理的、化学的和生物学过程以及它们之间的交互作用，模型的成功应用能帮助管理和保护区域水资源和水环境，水资源的快速消耗对理解和描述潜在水文过程的能力提出了挑战。目前全球对于气候变化的迫切关注也促进了大气和陆地间水分循环过程更加深入的研究[5]。水 1本课题得到高等学校博士专项科研基金“人工林生态系统碳水通量动态变化及其环境影响机理”资助（No.20040022013）；教育部重点项目“人工林生态系统碳水通量耦合动态变化研究”（No.105027）；国家十五科技攻关课题“森林生态结构与功能”;中美碳联盟USCCC国际合作项目的资助。
中科院内陆河流域生态水文重点实验室简介
中科院内陆河流域生态水文重点实验室简介中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室（以下简称内陆河流域生态水文实验室）定位于国家内陆河流域水-生态-经济系统管理中亟待解决的基础及应用基础科学问题研究。主要研究方向流域水文与水资源、流域生态水文过程、生态恢复和流域管理研究。近年来，在内陆河流域水文过程、内陆河流域水资源调控、内陆河流域生态恢复、生态系统恢复技术集成及应用等方面取得了重大进展。 内陆河流域生态水文实验室源于1950年代原冰川冻土研究所水文研究室和沙漠所水土资源研究室的基础。1999年冰川、沙漠、高原大气三所整合后，于2003年成立寒旱所“内陆河流域水文与应用生态重点实验室”试运行，2006年成为所级重点实验室。2008年评估通过进入中国科学院重点实验室行列。三所整合以来，实验室结合国家内陆河水与生态方面的需求新建和完善了流域野外观测试验站网，加强了室内分析测试能力建设，注重了新学科增长点的培育，立足流域生态水文科学前沿，寻求国家西部水-生态问题解决方案。在国内率先开展了生态水文学、生态经济学和流域科学研究。
1 总体定位 实验室围绕内陆河流域水-生态-经济系统管理中亟待解决的基础及应用基础的科学问题，以水为主线，通过长期野外定位观测，建立流域大尺度、多维度的监测网络系统和实验室分析为一体化的研究平台；在内陆河流域水文与水资源、流域水文-生态系统的互作机制、生态恢复和流域管理等领域取得标志性创新成果，为内陆河流域可持续发展提供科技支撑，取得不可替代地位；凝聚内陆河流域科学研究的杰出人才和创新研究团队，发挥引领作用，成为具有国际影响力的流域科学研究中心。 2 主要研究方向 内陆河流域生态水文学研究急需建立水循环的基础理论，需要在方法和技术上创新，逐渐形成以生态水文研究为主线的流
水生态系统过程.
《水生态修复技术》教案内容生态过程对其稳定性的影响 教学重点物理化学过程、生物过程 教学难点水生态系统过程的分析水生态系统过程的分析 参考 资料 水生态保护与修复关键技术与应用中国水利水电出版社 一、水生态系统的过程 水生态系统过程包括：水文过程、地貌过程、物理化学过程和生物过程。 1）水文过程： 水生态系统的完整性依赖于自然水文条件的动态性。自然水文过程在维持生物多样性和生态系统的完整性方面发挥了至关重要的作用。很多物种的生活史过程需要自然水文过程在不用季节提供多种类型的栖息地。然而，由于受人类活动、气候变化等人或自然因素的影响，自然水文过程遭到不同程度的改变，导致对水生态系统造成了一系列负面影响。因此，水文过程调查分析的目的在于：评估当前水文过程偏离自然水文过程的程度，识别改变程度较大的水文指标，基于这些水文指标与水生态影响之间的相关关系预测可能产生的生态效应，指导水生态保护与修复。 2）地貌过程 地貌过程是指地表物质在力的作用下被侵蚀、转移和堆积的过程。决定这一过程的实质是地表作用和抵抗力的对比关系。侵蚀地貌过程是在溯源侵蚀、下蚀和侧蚀共同作用形成的；转移地貌过程是泥沙在水体中的转移过程；堆积地貌过程则是泥沙在水体搬运能力减弱的情况下发生淤积的过程。地貌过程是形成水系形态的主要因素。 为水生态系统的各种生态过程提供了物理基础，通过多种类型的塑造作用，形成了不同的生物栖息地特点。 3）物理化学过程 水质物理量测参数包括流量、温度、电导率、悬移质、浊度、色度。水质化学量测参数有pH值、碱度、硬度、盐度、生化需氧量、溶解氧、有机碳等。其他水化学主要控制的指标包括阳离子、阴离子、营养物质（磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、硅）如果水体的化学和物理性质不适宜，就无法确保健康的生态系统。应横向和纵向地审视水体的物理和化学过程。横向角度指流域对水质的影响，特别要注意沿岸地区对水质的影响；纵向角度则考虑水体水动力学特征变化对水质的影响。 4）生物过程 生活在水域及周边的生物群落，既包括淡水水生生物，也包括滨水带及周围的陆生生物，其生命现象和生物学过程与栖息地特征密切相关。生物过程主要指生物群落对于栖息地众多因子变化的响应，生命系统与非生命系统之间的交互作用。
流域水文模型研究现状及发展趋势
流域水文模型研究现状及发展趋势 发表时间：2018-09-11T16:04:44.667Z 来源：《基层建设》2018年第24期作者：王慧锋 [导读] 摘要：地球上的水文事件，是一种诸多因素相互作用的结果，在尚未找到复杂水文现象的科学规律之前，通过建立水文模型来仿真有关水文事件是一种合理、可行的途径。 安徽国祯环保节能科技股份有限公司安徽省 230088 摘要：地球上的水文事件，是一种诸多因素相互作用的结果，在尚未找到复杂水文现象的科学规律之前，通过建立水文模型来仿真有关水文事件是一种合理、可行的途径。随着计算机技术和一些交叉学科的发展，分布式物理模型被广泛提出，并逐渐成为21世纪水文学研究的热点课题之一。基于此，本文主要对流域水文模型研究现状及发展趋势进行分析探讨。 关键词：流域水文模型；研究现状；发展趋势 1、前言 流域水文模型是为模拟流域水文过程所建立的数学结构，在进行水循环机理的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用，能有效应用于水文分析、水文预报、水资源开发、利用、保护和管理等方面。目前，国内外开发研制的流域水文模型众多，结构各异，按照不同的分类方法可划分为不同类型的流域水文模型。 2、模型的发展及现状 流域水文模型的研究始于20世纪50年代，早期主要依据传统产汇流理论和数理统计方法建立数学模型，应用于水利工程规划设计和洪水预报等领域。其间系统理论模型和概念性水文模型得到了快速充分的发展，国外曾出现了几个著名的概念性水文模型。比如，最简单的包顿模型和最具代表性的第Ⅳ斯坦福模型。包顿模型是澳大利亚的包顿（W.C.Boughton）先生于1966年研制成功的一个以日为计算时段的流域水文模型，在澳大利亚、新西兰等国有着广泛的应用，比较适用于干旱和半干旱地区。由N.H.克劳福特先生和R.K.林斯雷先生研制的第Ⅳ斯坦福模型（SWM-IV）是世界上最早也是最有名的流域水文模型，此模型物理概念明确，结构层次分明，为以后许多模型的建立提供了基础。此后比较有名的还有萨克拉门托模型和水箱模型。水箱模型是对水文现象的一种间接模拟，模型中并无直接的物理量，参数简单，操作简便，在我国湿润地区的水文计算和水文预报中采用较多。 水箱模型由菅原正已先生在20世纪50年代提出，对我国流域水文模型的发展影响较大。国内的流域水文模型在20世纪70年代至80年代中期也得到蓬勃的发展，其中典型代表为赵人俊教授等于70年代提出的新安江模型。新安江模型在湿润半湿润地区得到广泛应用，模拟精度也比较高，对我国水文模型的发展起了重要的作用。 1969年，当概念性水文模型的研究开展得如火如荼时，Freeze和Harlan提出了分布式水文物理模型的概念和框架，但当时的相关研究并不多。20世纪80年代以后，流域水文模型开始面临着许多新的挑战，包括水文循环的规律和过程如何随时间和空间尺度变化而变化的问题，水文过程的空间变异性问题，还有水文、地球化学、环境生态、气象和气候之间的耦合问题。以前研制的大部分流域水文模型（系统模型和概念性模型），由于其自身存在着许多不足和局限性，无法适应这些挑战。因此，人们开始关注分布式水文物理模型的研究。在20世纪90年代，计算机技术、GIS、遥感技术和雷达测雨技术等迅速发展，为研制和建立分布式水文物理模型提供了强大和及时的技术支撑，使得分布式水文物理模型成为水文学研究的热点课题之一。 第一个具有代表性的分布式水文物理模型由英国、法国和丹麦等国家的科学家联合研制而成，发表于1986年，称之为SHE模型。该模型主要的水文物理过程均用质量、能量和动量守恒的偏微分方程的差分形式来描述，也采用了一些经验关系；模型模拟流域特性、降水和流域响应的空间分布信息在垂直方向用层来表示，水平方向则采用正交的长方形网格来表示，能较好地描述降雨径流形成机理。从SHE模型开始，人们先后研制建立了一些分布式水文模型，例如MIKESHE、SHETRAN等，这些演化模型在许多流域得到检验和应用。我国水文学者在这方面的研究也取得了一些进展：黄平先生[1]等提出了流域三维动态水文数值模型；郭生练先生[2]等提出和建立了一种基于DEM的分布式水文物理模型，模拟整个流域的径流形成过程，分析径流形成机理；夏军先生[3]等开发了分布式时变增益水文模型，该模型既有分布式水文概念性模拟的特征，同时又具有水文系统分析适应能力强的特点，能够在水文资料信息不完全或不确定性的干扰条件下完成分布式水文模拟与分析；研究者提出了一个基于DEM的分布式水文模型，主要用来模拟蓄满产流机制，并通过实例检验模型模拟流量过程以及土壤需水量空间分布的能力；研究者等对分布式水文模型的发展现状进行了详尽概述，并对其发展前景作出展望。 3、模型研究展望 在经历了最初的萌芽与蓬勃发展之后，随着先进的计算机技术及地理信息系统、数字化高程模型等在水文学领域的应用，流域水文模型的发展进入了一个新的历史时期，其研究方法必将产生根本性的变化： （1）具有物理基础的分布式水文模型能为真实地描述和科学地揭示现实世界的降雨径流形成机理提供有力工具，是一种发展前景看好的新一代水文模型。另外，分布式水文模型所需资料主要来自空间水文、气象及下垫面等方面的信息，对实测降雨径流资料的依赖较小，这使得其在无资料及资料精度不高的地区有更好的适应性，也较集总式概念性水文模型有更广阔的发展空间。 （2）加强分布式水文模型的物理基础研究、更加合理地模拟和描述水文过程，是改善模型结构和明确参数意义的关键。对水文学基本理论的研究，尤其是降雨径流形成机理与地形、地貌、土壤、植被、地质、水文地质、土地利用和气候气象之间定量关系的揭示，将在本质上推动模型的发展，使其物理意义更加明确，对水文规律的模拟更加贴近真实情况。 （3）GIS和遥感技术为水文模拟提供了新的研究思路和技术方法。GIS用于水文模拟，可以用来获取、操作及显示与模型有关的空间数据和所得的成果，使模型进一步细化，从而深入认识水文现象的物理本质，为分布式的水文物理模型研制提供了平台。遥感技术可以提供一些确定产汇流特性和模型参数所必需的下垫面信息和降雨信息，是描述流域水文特性的最为可行的方法，尤其是在地面观测手段和资料缺乏的地区。 （4）尺度问题是当代水文学理论研究的中心内容。近些年来物理性水文模型的最新进展反映了目前处理尺度问题的几种研究思路，其中在物理性和计算效率之间取得平衡的准物理性水文模型、基于不规则网格的物理性水文模型以及直接在宏观尺度上建立数学物理方程的尺度协调的物理性水文模型都有了明显的突破，在一定程度上代表着物理性流域水文模型的发展方向。 4、结语 传统的概念性集总式模型由于忽略了参数和下垫面条件的时空变化，将参数和变量都取流域的平均值，这与流域的实际情况并不相
基于代表性单元流域的水文模拟理论与方法
https://www.wendangku.net/doc/2f12912747.html, 基于代表性单元流域的水文模拟理论与方法 田富强* 胡和平雷志栋 （清华大学水利水电工程系，北京 100084） 摘要：当前的物理性水文模型以点尺度或REV尺度的控制方程为基础建立。由于流域下垫面条件和气象输入的高度变异性，当物理性水文模型应用于流域水文模拟时，无论对流域采用何种离散方案，在点尺度或REV尺度上定义的模型参数的确定都面临着巨大的困难。Reggiani等提出的基于代表性单元流域的水文模拟理论和方法直接在宏观尺度（代表性单元流域尺度）上建立控制方程，为流域水文模拟提供了新的“蓝本”。 关键字：代表性单元流域（REW），尺度问题，本构关系，流域水文模拟 1概述 模拟流域对大气输入的水文响应是水文学研究的中心问题，而水文模型是进行流域水文模拟的主要工具[1,2]。水文模型经历了由“黑箱子”模型向过程机理模型发展的过程[3]：人们最早建立的是系统模拟模型，如单位线、经验相关和概化推理[4]等，这些方法将流域视为一个“黑箱子”，不考虑“黑箱子”内部的水文过程；随着对水文过程机理的逐步认识，系统模拟模型被过程机理模型所代替，可以分为概念性模型和物理性模型两种。概念性模型使用一系列相互串联和（或）并联的存储单元来模拟流域上发生的水文过程，其基础是质量守恒方程。随着人类实践对自然界改造范围的扩大和强度的增加，下垫面和气候变化条件下及缺资料地区的水文模拟和预测对于有限水资源的合理配置和科学管理显得十分必要和迫切[1,2]。概念性水文模型由于其参数的物理意义不明确而不能较好地解决这一问题，这使得具有物理基础的水文模型的研究提上了日程[5,6,7]。目前，已有多个基于Freeze和Harlan[8]（1969，简称FH69）“蓝本”的物理性流域水文模型得到了广泛应用，并日益与遥感和地理信息系统技术相结合，大大深化了对流域水文过程机理的认识，提高了水文预测的能力，如基于网格单元划分方法的SHE模型[5,9]、基于子流域划分方法的SWAT模型[10]、基于山坡单元划分方法的GBHM模型[11,12,13]等。 基于FH69的物理性水文模型与概念性水文模型相比有着显著的优越性[5,8]：一，同时考虑质量守恒和动量守恒，模型的机理性更强；二，能够充分利用可获得的地形、植被、土壤等信息；三，理论上可以充分代表流域下垫面条件和气象输入的不均匀性，并对流域内的水文状态变量和水流通量进行分布式地模拟；四，理论上模型参数具有物理意义，可根据实测资料确定，因而能够预测人类活动和气候变化对流域水文过程的影响。但自FH69模型提出之日起，就有学者不断对其提出批评[14,15,16]，指出其理论上的优越性在实践中难以充分实现，并存在如下的问题：一，过参数化。由于流域的高度不均匀性，需要将物理性水文模型*田富强（1975-），男，河南，讲师，在职博士生，主要从事流域水文模拟理论、防洪减灾及水信息学方面的研究。Email：tianfq@https://www.wendangku.net/doc/2f12912747.html,
流域水文概述
近几十年,新安江模型不断改进,已成为有我国特色应用较为广泛的一个流域水文模型。新安江模型是分散型模型,把全流域按泰森多边形法分成若干块,每一块称为单元流域。在每块单元流域内至少有一个雨量站;单元流域大小要适当,使得每块单元流域上的降雨分布相对比较均匀,并尽可能使单元流域与自然流域的地形、地貌和水系相一致,以便于能充分利用小流域的实测水文资料以及对某些问题的分析处理。新安江模型的结构分为蒸散发计算、产流计算、分水源计算和汇流计算4个层次。蒸散发计算采用3层模型;产流计算采用蓄满产流模型;用自由水蓄水库结构将总径流划分为地表径流、壤中流和地下径流3种;流域汇流计算采用线性水库;河道汇流计算采用马斯京根分段连续演算法或滞后演算法。对划分好的每块单元流域分别进行蒸散发计算、产流计算、水源划分计算和汇流计算,得出单元流域的出口流量过程。对单元流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算,得到该单元流域在全流域出口的流量过程。将每块单元流域的出流过程线性叠加,即为全流域出口总的流量过程。新安江模型的结构特点可以简单的归纳为:(1)三分特点,即分单元计算产流、分水源坡面汇流和分阶段流域汇流;(2)模型参数少且大多数具有明确的物理意义,容易确定;(3)模型参数与流域自然条件的关系比较清楚,可以寻找到参数的区域规律;(4)模型中未设超渗产流机制,适用于湿润与半湿润地区。王金忠、胡环[4]利用新安江模型对清河水库产流进行了预报。吉林省水文水资源局[5]利用新安江三水源模型对竞赛流域的洪水进行了预报。李致家[6]等利用改进的新安江模型对高理流域和临沂流域的洪水进行了预报。瞿思敏[7]等利用新安江模型与垂向混合产流模型对青峰岭水库和危水水库流域的洪水进行了预报和比较。这些预报结果都说明了新安江模型在湿润地区和半湿润地区具有较好的适应性,而在干旱半干旱地区的模拟效果则不够理想。此外,新安江模型在大中流域的模拟效果比在小流域的模拟效果要好。 ＳＡＣ模型虽然研制完成时间相对较晚,但是其功能较为完善。ＳＡＣ模型在美国的
流域水文模型
课程：流域水文模型姓名：xxx 专业：水利工程 学号：xxxxxxxxxxxx
流域水文模型研究的若干进展 摘要: 计算机技术和一些交叉学科的发展, 给水文模拟的研究方法带来了根本性的变化。文章阐述了分布式物理水文模型、地理信息系统( GI S) 和遥感( RS) 技术在流域模拟中的应用等方面的进展。指出分布式模型具有良好的发展前景,应用GI S的水文模型尽管有诸多优点, 但并不能代表模型本身的高质量, 遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中, 给直接应用带来较大的困难。提出立足于产汇流机理研究, 建立基于RS和GI S的耦 合水文模型是研究的趋势, 尺度问题仍然是关注的焦点。 1引言 用数学的方法去描述和模拟水文循环的过程,产生了水文模型的概念[1],水文模型的产生是对水文循环规律研究的必然结果。水文模型在水资源开发利用、防洪减灾、水库、道路、城市规划、面源污染评价、人类活动的流域响应等诸多方面得到了广泛的应用,当今的一些研究热点,如生态环境需水、水资源可再生性等均需要水文模型的支持。流域水文模型是在计算机技术和系统理论的发展中产生的,20世纪60、70年代是蓬勃发展的时期, 涌现出了大量的流域水文模型,Stanford流域模型(SWM)、Sacramento模型、Tank模型、Boughton模型、前期降水指标(API)模型、新安江模型等是这一时期的典型代表[2]。其后一段时期,相对处于缓慢的发展阶段。随着计算机技术和一些交叉学科的发展,流域水文模拟的研究方法也开始产生了根本性的变化。流域水文模型研究的突出趋势主要反映在计算机技术、空间技术、遥感技术等的应用方面,分布式物理模型被广泛提出,遥感(RS)、地理信息系统(GIS)在水文模拟中的应用给传统的研究方法带来了创新。但由于受到技术等原因的制约,分布式模型目前的应用还较困难,应用GIS的水文模型尽管有诸多优点,但并不能代表模型本身的高质量,遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中。 2 分布式水文模型 流域水文模型根据不同的标准有多种分类[3],根据模型结构和参数的物理完善性,目前常用的可分为概念性模型和分布式物理模型。概念性模型用概化的方法表达流域的水文过程,具有一定的物理基础,也具有相当的经验性,模型结构简单,实用性强。分布式物理模型的优点是模型的参数具有明确的物理意义,可以通过连续方程和动力方程求解,可以更准确的描述水文过程,具有很强的适应性。与概念性模型相比,分布式水文模型用严格的数学物理方程表述水文循环的各子过程,参数和变量中充分考虑空间的变异性,并着重考虑不同单元间的水平联系,对水量和能量过程均采用偏微分方程模拟。因此,在模拟土地利用、土地覆盖、水土流失变化的水文响应及面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等方面应用显出优势。参数一般不需要通过实测水文资料来率定,解决了参数间的不独立性和不确定性问题,便于在无实测水文资料的地区推广应用。自1969年Freeze和Harlan[4]第一次提出了关于分布式物理模型的概念,分布式模型开始得到快速发展。三个欧洲机构提出的SHE模型[5]是最早的分布式水文模型的代表。SHE模型考虑了截留、下渗、土壤蓄水量、蒸散发、地表径流、壤中流、地下径流、融雪径流等水文过程。流域参数、降雨及水文响应的空间分布垂直方向用层表示,水平方向用方形网格表示。该模型的主要水文过程可由质量、动量和能量守恒偏微分方程的有限差分表示,也可由经验方程表示。模型有18个参数,部分具有物理意义,可由流域特征确定。它的物理基础和计算的灵活性使它适用于多种资料条件,在欧洲和其它地区得到了应用和验证[6]。这期间还有一些考虑流域空间特性、输入、输出空间变化的分布式物理模型,如, CEQUEAU模型[7],将流域分为方形网格,输入所有网格的地形、地貌、雨量等特征,对每一个网格进行计算,在水质模拟、防洪、水库设计等诸多方面有适用性;Susa流域模型[8]
国内外遥感驱动的流域水文模拟
国内外遥感驱动的流域水文模拟 遥感技术应用中心路京选、宋文龙、曲伟 水循环过程及其影响要素的观测和数据获取对流域水文模拟具有重要意义。遥感影像的波谱能量特性，与水文循环和水文过程的能量过程具有相关的物理基础，具有服务于水循环过程关键因素反演与流域水文模拟的巨大应用潜力。尤其是遥感技术以其对地物的高光谱、高时相、高分辨率监测和反演优势，在流域水文模拟中的应用历来受到重视。尽管遥感技术无法直接测量河川径流，但是结合遥感提供的地形、土壤、植被、土地利用、冰雪覆盖、土壤水分和流域水系水体等下垫面状况信息，以及由遥感所反演的降水量和蒸散发等关键水文过程要素，在确定产汇流特性以及水文模型参数时十分有用。通过间接转化还可获得一些传统水文方法观测不到的信息，且遥感具有周期短、同步性好、及时准确、分布式等特点，能较好地满足水文模拟实时、空间分布的需求。与描述时空变异性、多变量或参数化的水文模型进行有效结合，可用于水文过程模拟及水循环规律研究。因此，直接或间接地应用遥感资料，能在多种时空尺度上更准确地服务于流域的水文情势分析、水资源评价、洪水过程监测预报等。 针对遥感技术在水利行业特别是流域水文模拟中的应用现状、前景和难点，报告首先对流域水文模拟的科学和管理意义、水文模型发展、遥感在驱动流域水文模拟定量化发展中的重要意义做了概述；其次，综述了遥感在流域水文模拟中的应用现状，包括直接获取相关要素的时空分布信息，为提高遥感信息精度和空间特性而将不同分辨率和精度数据进行的相互融合，以及结合模型算法实现水循环关键环节的空间尺度反演，用于流域水文模拟、参数率定和模拟精度验证等；最后，对近年来遥感在流域水文模拟应用中的发展新动向和关注点做了重点阐述，对推动我院在该领域的研究提出了具体建议。 1 调研背景概述 1.1 流域水文模型是水资源管理的基础 水文模型是对复杂水循环过程的近似描述，随着社会需求、技术发展和人对水循环规律认识的加深而不断发展。水文模型的发展可追溯到19世纪50年代，在一百多年的发展历程中，水文模型经历了萌芽、概念性模型和分布式模型三个主要发展阶段。20世纪50年代以前，水文模型大多
水文模型的分类
一、 试题 简述流域水文模型的类型及其应用问题 水文模型的基本类型有哪些？各有哪些作用？ 论述流域水文模型的类型及其特征？ 水文模型的分类 水文模型分为物理模型和数学模型两类。 物理模型是一种比尺或比拟模型模拟，前者将研究对象的原型按一定的比例在实验室内建成物理模型，先对模型进行观测分析，然后根据相似律再对原型的物理过程进行定性或定量分析，后者是以一些物理量来比拟水的某些特性的模型。 数学模型则首先针对人们已掌握的流域径流形成的物理机制，应用物理定律建立其数学描述方程式，然后用数学方法时行求解，从而获得各种情况下流域降雨与径流之间的定量关系。 数学模型又可分为确定性模型和随机模型两类。确定性模型是描述水文现象必然规律的数学结构；随机模型描述水文现象随机性规律的数学结构。确定性模型可分为集总式和分散式模型两种，前者忽略水文现象的空间分布差异。 ???? ????????????????随机模型分散式模型集总式模型确定性模型数学模型比拟模拟比尺模拟物理模型水文模型 数学模型相对于物理模型的优点： 1、数学模型的所有条件都可以由原型所观测的数据直接给出，不受比尺的限制，即数学模型无相似律问题。 2、数学模型的边界及其它条件既可严格控制，也可随时按实际需要改变。 3、数学模型的通用性强，只要研制出一种适合的软件就可用于解决不同的实际问题。 4、数学模型具有理想的抗干扰能力，只要条件不变，重复模拟可得到完全相同的结果，不会因人、因地而异。 5、数学模型的研制费用相对便宜，运行处理费用更加便宜。 流域水文模型的分类 流域水文模型以流域为研究对象，对流域内发生降雨径流这一特定的水文过程进行数学模拟，即把流域上的降雨过程，模拟计算出流域出口断面的流量过程。从流域水文模型的发展和应用来看，流域水文模型属于数学模型，可分为确定性模型和随机模型，我们通常所说的是指确定性模型。