流域水文模型研究进展

流域水文模型研究进展

姓名：杨柳专业班级：水文学及水资源研1017班学号：1008150845 摘要：流域水文模型是水文研究的重要工具之一。本文较全面、较系统地对其概念、分类和国内外研究进展情况进行了综述，并简要介绍了分布式流域水文模型。探讨了未来的发展方向,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：流域，水文模型，分布式流域水文模型，发展

Abstract:Hydrological model is an important tool for hydrological research. This more comprehensive, more systematic way of its concepts, classifications and research progress at home and abroad were reviewed, and briefly describes the distributed hydrological model. And it explored the future direction of development. I believe that it has important reference value and reference in peer-related work. Keywords:river basin; hydrological model; distributed hydrological model; development

1前言

流域水文模型把流域总体看成是一个系统，输入为降雨等，输出为出流流量等。流域内的水文过程则是系统的状态，是根据水文概念推理计算出来的。随着全球性缺水问题日益严重，水污染、水资源分布不均衡等问题的日益突出，就要求人们不断加强水文学的定量化研究，而流域水文模型就是其中发展较为迅速的研究领域。它有助于我们在利用水资源、分配水资源中提供合理的、科学的依据。流域水文模型在进行水文规律的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。因此，掌握常见的流域水文模型是必要的。

20世纪以来流域水资源问题日益突出，为了提高流域整体管理水平和科技水平，“数字流域”的建设正在日益兴起。模型建设尤其是流域水文模型的建设是“数字流域”建设的核心内容和基础工作。数字水文模型就是构建在DTN/DEM基础之上的一种分布式水文模型，先由DEM建立数字高程水系模型，再与数字产流模型和数字汇流模型有机结合形成数字水文模型，其基本框架见图1。数字水文模型是一种有物理基础结构的包含大量信息的现代化模拟技术，流域所有下垫面(诸如流域分水线、子流域集水面积、水系、地形、植被、土壤)都是栅格型数字式的点阵，流域产流单元、汇流路径、水系是根据地形由计算机自动生成[1]。

2流域水文模型的概念及分类

水文现象是一种非常复杂的现象，它不仅受降雨特性的影响，还受流域下垫面、人类活动等因素的影响。因此，多年来水文学者一直在不断地探索和研究，以便揭示水文现象及其发展变化规律。但是，至今仍有许多问题尚未解决。在没

有完全弄清楚水文发展的规律之前，人们总是想通过建立模型对水文过程进行模拟（试验）。可见在对复杂的水文问题进行研究时，模型可认为是描述一种现象转化为另一现象的有效工具。

图1 数字水文模型的基本框架

Figure 1 The basic framework of digital hydrological model 水文模型包括模拟原型的某些物理性质的水文物理模型和用数学物理方法或系统理论描述原型各种变量之间关系的水文数学模型。

2.1水文物理模型

水文物理模型按建模技术可分为实体模型和比拟模型。

（1）实体模型：包括比例尺模型和单项因素试验模型。最简单和直观的是比尺模型。这类模型和一般水工模型类似，是以几何和力学的相似原理为基础的。

（2）比拟模型：以另一现象的物理性质比拟水文现象的物理性质，或者用某一种量来取代原型的性质，如根据渗流的达西定律与电流的欧姆定律之间的相似性进行比拟的电模拟模型。在径流形成过程的研究中，水文物理模型一般在实验室和试验场地进行，但受到试验条件的限制，发展上有一定的局限性。

2.2水文数学模型

水文数学模型也称水文模拟数学模型，即运用数学方法模拟水文现象的模型。特点是用数学方法定量来表达水文原型，并用计算机进行模拟计算。它又分为确定性模型和非确定性模型及混合模型。

（1）确定性模型：以水文现象的因果关系作为基础，应用有限的物理学规律描述水文过程来建立模型，其预测结果不存在不确定性。它又可分为：

①水动力学模型：采用水动力学方程及能量守恒定律等水力学方法对水文现象进行概化模拟。

②概念性模型：以水文现象的物理概念和机制为基础对水文过程进行模拟，具体而言，就是在流域结构内部，把水文现象的物理机制加以概化，用逻辑推理

方法，对概化后的水文现象进行数学模拟的一种方法。如把流域径流形成的各个环节（诸如降水、蒸发、下渗、地面径流、壤中流、地下径流以及调蓄和流量演进）分别用相应的数学物理方法描述，然后按各种环节在径流形成过程中的内在联系组合起来成为一个流域模型，我国的新安江模型、日本的水箱模型、美国的斯坦福模型等都属于此类。

③系统理论模型：与概念性模型观点相反，这种模型对流域内部的物理机制往往不能事先确定，而只能建立在“系统识别”过程的结局上面的一种方法。由于引入了“水文系统”的概念，系统的参数可能随时间和空间变化。就随时间变化而言，有线性与非线性，时变与时不变之组合，即某水文系统可能是线性时变、非线性时变及线性时不变、非线性时不变之分。就随空间变化而言，有集总系统模型和分布式系统模型。

（2）非确定性模型：它是以水文现象随机性的统计规律为基础进行水文模拟的模型。又有随机模型和纯随机模型之分。对于随机模型，在一组已知的不变条件下，每次产生的水文现象可能都必须是不同的，没有唯一的因果对应关系，只能作出概率预告。根据随机模型中的参数是否随时间变化和独立情况，又有时变独立、非时变独立、时变非独立和非时变非独立之分。

此外，确定性模型根据模型对流域的描述是空间集总式的还是分布式的描述，以及对水文过程是经验性描述、概念性描述还是完全物理描述，常形象地称为黑箱模型、灰箱模型和白箱模型。黑箱模型、灰箱模型和白箱模型分别代表确定性水文模型的不同发展阶段。黑箱模型只研究输入和输出间的关系，几乎不考虑输入变成输出的中间过程。如谢尔曼（Sherman,1932）单位线模型和纳希（Nash,1957）瞬时单位线模型；灰箱模型对输入变成输出的中间过程进行概念性描述，模型参数虽有一定物理意义，但难于直接推算，需要根据单元出口流量率定。如新安江模型、斯坦福模型等；白箱模型尽可能建立在人们对控制流域响应的水文过程的物理认识的基础上，由于流域的水文异质性，白箱模型必须对流域进行离散化,使得模型计算单元内的水文性质满足物理学的均一性要求。如欧洲的SHE/MIKESHE 模型、美国的SWMM模型和SWAT模型等。可见，白箱模型是空间分布式的物理模型，能够模拟整个径流过程,可以预测多个水文变量(如径流量、土壤含水量以及蒸散发等)的时空格局，是水文模型的发展方向[2]。

3国外水文模型的发展

20世纪以来水资源危机日益突出,为了适应气候变化和人类活动影响下的水文水资源研究之需,流域水文循环的模拟已从集总式模型扩展到分布式或者半分布式(结构/参数)模型。分布式水文模型的开发不仅需要单元水文物理机制的支撑,而且需要获得大量的流域空间分布数据信息和相关技术的支持。随着“3S”

技术的发展,水文模拟技术趋向于将水文模型(包括数学物理模型、概念性模型和系统理论模型)与数字高程模型(DEM)相结合,同地理信息系统(GIS)与遥感(RS)集成。

分布式水文模型的建模思路早在20世纪60年代就已.有芽,但其长足的进步和广泛的研制和应用,只能在计算机技术、地理信息系统技术、遥感技术、雷达测雨技术和水文理论有了进一步发展的今天。分布式水文模型必将成为21世纪水文学研究的热点课题之一。

国外分布式流域水文模型的研究,可以认为始于Freeze和Harlan于1969年写的一篇题为《一个具有物理基础的数值模拟的水文响应模型的蓝图》的文章。该文章提出了分布式水文物理模型的基本概念和框架。随后,Hewlet和Torenale 在1975年提出了森林流域的变源面积模拟模型(简称VSAS)。在该模型中,地下径流被分层模拟,在坡面上的地表径流被分块模拟。此后,Englnan和Rogowski 提出了一个能够明确说明径流参数空间变化的径流模拟方法,方法中利用了局部产流面积的概念。即直接根据控制下渗的表层土壤的特性,认为对径流有贡献的局部产流面积随着时间和空间而变化。产流面积的变化规律则取决于暴雨特性的时空变化和土壤下渗容量的空间分布。通过假设一个滞时参数,利用运动波理论对产流面积上的径流进行演算。

1979年Bevenh和Kirbby提出了以变源产流为基础的TOPMODEL模型。该模型基于DEM推求地形指数,并利用地形指数来反映下垫面的空间变化对流域水文循环过程的影响,模型的参数具有物理意义,能用于无资料流域的产汇流计算。但TOPMODEL并未考虑降水、蒸发等因素的空间分布对流域产汇流的影响,因此,它不是严格意义上的分布式水文模型。

1994年,JefAmold为美国农业部(USDA)农业研发中心(ARS)开发了SWAT模型。SWAT模型是一个具有很强物理机制、长时段的流域水文模型。它能够利用GIS和RS提供的空间信息,模拟复杂大流域中多种不同水文物理过程。模型可采用多种方法将流域离散化(一般基于DEM),能够响应降水、蒸发等气候因素和下垫面因素的空间变化以及人类活动对流域水文循环的影响。

目前,世界上有200多种流域水文模型,其中比较著名的有:澳大利亚气象局模型(CBM),法国海外科技研究办公室的模型(Girardi),日本国家防灾研究中心的水箱模型(TANK-Ⅰ,TANK-Ⅱ),罗马尼亚气象和水文所的洪水预报模型(IMHZ-SSVP)等。目前具有代表性的可用于流域水资源管理的分布式水文模拟模型有TOPMODEL、SWAT、MODFLOW、Mike-SHE。由于分布式水文模型用数字高程模型来描述流域地形地貌,因此,通常也称基于数字高程模型的分布式水文模型。

分布式水文模型分为概念性、具有物理基础分布式水文模型。概念性分布式

水文模型如美国的SAC模型、日本的TANK模型等。具有物理基础的分布式水文模型可分为以动力学原理为主要基础和以水文学原理为主要基础两种情形。具有物理基础的分式水文模型,如SHE模型,水文学原理为主要基础的分布式水文模型,如DBSIN模型。

4国内水文模型的发展

国内分布式水文模型的研究起步较晚。20世纪90年代以来,在国家自然科学基金的支持下,我国一些学者进行了探索性的研究工作.尽管起步较晚,但也取得了较大的进展。1995年,沈小东等在研究降雨时空与下垫面自然地理参数空间分布的不均匀性对径流过程影响的基础上,提出了一种在GIS支持下的动态分布降雨径流流域模型,实现了基于栅格DEM的坡面产汇流与河道汇流的数值模拟。1997年,黄平等分析了国外一些具有物理基础的分布式属性模型的不足,提出了流域三维动态水文数值模型的构想。

2000年,黄平等建立了描述森林坡地饱和与非饱和带水流运动规律的二维分布式水文数学模型,并用加辽金有限元数值方法求解模型;郭生练等建立了一个基于DEM的分布式流域水文物理模型,用来模拟小流域的降雨径流时空变化过程。任立良和刘新仁数字高程模型(DEM)的基础上,进行子流域集水单元勾画、河网生成、河网与子流域编码及河网结构拓扑关系建立,然后在每一集水单元上建立数字产流模型,再根据河网结构拓扑关系建立数字河网汇流模型(马斯京根法),从而建成数字水文模型。2000年,李兰等提出了一种分布式水文物理模型,该模型由各小流域的产流模型、汇流模型、流域单宽入流和上游入流反演模型、河道洪水演进四大部分组成。该模型将数学物理的问题与洪水预报相结合,分别给出了流域产流、河道汇流和水库洪水演算三个动态分布式预报祸合模型,可用来计算参数、水文物理变量等随时间和空间分布变化的动态过程.该模型不仅可以用来分析流域内降水径流演变规律,而且还可以进行洪水实时预报。同一年,郭生练、熊立华等提出了一个基于DEM的分布式流域水文物理模型,该模型详细描述了网格单元的截留、蒸散发、下渗、地表径流、地下径流等水文物理过程,在每个网格上用地形高程来建立地表径流之间的关系。2001年,郭生练、杨井等建立了基于GIS的分布式月水量平衡模型,2002年,张成才等进行了基于DEM模型的流域参数识别方法研究;俞鑫颖、刘新仁等建立了分布式冰雪融水雨水混合水文模型:夏军等将时变增益非线性水文系统(TVGM)和DEM结合,开发了分布式时变增益水文模型[3]。

5结语

随着水问题的发展和研究的深入，作为解决水问题的重要手段之一的流域水文模型迎来了又一个机遇和挑战并存的发展的春天，其应用领域和和研究范围不

断拓展，涉及到水文、水资源、气象、气候、地理、地貌、土壤植被、环境生态和社会经济等众多相关学科，尤其是随着作为描述复杂空间变化的水文过程的必要技术支撑的地理信息系统和相关先进技术的发展和应用，流域水文模型的功能愈来愈强大，结构也越来越复杂[4]。

从流域水文模型的研究进展和已有的水文模型来看，分布式水文物理模型，由于明显优于传统的集总式水文模型，又可兼顾概念性模型的特点，能为真实地描述和科学地揭示现实世界的水文变化规律提供有力工具，俨然已成为未来水文学者研究的前沿阵地之一。Woolhiser曾认为：若要考虑流域内人类活动对于水环境的影响程度，具有物理基础的分布式水文模型是唯一的选择[5]。

分布式水文模型由于涉及具有水文物理的模型参数的确定和对水文数据资料的更高要求，必将激发水文学家应用实验手段和数理分析手段研究水文学基本理论的兴趣，推动先进水文测量技术手段的出现和发展。这反过来又为人们揭示水文过程形成机理与地形、地貌、土壤、植被、水文地质和人类活动之间的定量关系及其变化规律提供条件和依据。使得流域水文模型在不远的将来突破其上述发展困境成为可能。

可以预见，随着一系列理论和技术的不断发展和完善，流域水文模型，尤其是分布式水文物理模型的研究和应用，必将在人们揭示水文变化机理、探讨水环境演化规律和研究水资源的合理开发利用的过程中发挥越来越重要的作用。

参考文献：

[1]任立良.流域数字水文模型研究[J].河海大学学报,2000,28(04):1-2.

[2] 宋萌勃，黄锦鑫.流域水文模型进展与展望[J].长江工程职业技术学院学报.2007,24（03）：26-27.

[3]欧阳辉.流域水文模型发展研究[J].工程技术，2009,25:51.

[4]石教智，陈晓宏.流域水文模型研究进展[J].水文，2006,26（01）:24.

[5]WoolhiserD.A.Search forp hysieally based runoff model-Ahydrologieal EL.Dorado[J].Journal of HydraulieEngineering.1996，122(3):122-128.

遥感水文模型的研究进展-中国农村水利水电

生态环境 2006, 15(6): 1391-1396 https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html, Ecology and Environment E-mail: editor@https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html, 基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（KZCX-SW-446） 作者简介：赵少华（1980－），男，博士研究生，主要研究方向为农业生态及遥感水文生态。Tel: +86-311-85814806; E-mail: zshyytt@https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html, *通讯作者 遥感水文耦合模型的研究进展 赵少华1, 2，邱国玉1，杨永辉2 *，吴 晓1，尹 靖1 1. 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室//北京师范大学资源学院，北京 100875； 2. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心//河北省节水农业重点实验室，河北 石家庄 050021 摘要：遥感水文的耦合模型在目前生态环境领域，特别是在水资源的应用和管理中其作用日益重要，具有大流域尺度上快速应用、实时动态监测等优点。结合国内外近年来取得的研究成果，文章综述了遥感水文耦合模型的研究进展。首先介绍了遥感技术在水文学中的应用，讨论了它的分类发展概况，接着介绍了几种主要的遥感水文耦合模型及其应用实例，包括SCS （Soil Conservation Services ）模型、SiB2（Simple Biosphere Model version 2）简化生物圈模型、SRM （Snowmelt Runoff Model ）融雪径流模型以及SWAT （Soil and Water Assessment Tool ）模型，最后展望了遥感水文耦合模型未来的发展趋势，指出尺度问题上的时空变异性仍是其发展的关键，与GIS （Geographic information system ）及其他空间技术的相结合是其未来发展的重要方向，从而为水文学、水资源的预测评价等研究提供参考。 关键词：遥感；水文；径流；流域 中图分类号：P338.9 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）06-1391-06 水文模型是以水文系统为研究对象，根据降雨和径流在自然界的运动规律建立数学模型，通过电子计算机快速分析、数值模拟、图像显示和实时预测各种水体的存在、循环和分布，以及物理和化学特性[1]。通过对各种参数的计算，水文模型可以对河流、流域、径流以及水体等进行监测预报、水资源调度等。然而随着社会的发展和科学技术的不断进步，对水文模型的功能要求也越来越多，也越来越高，从单纯的流域某控制断面的洪水预报到全流域的洪水、水资源调度，导致模型的框架结构越来越复杂。地理信息技术和遥感技术的发展更是大力促进了水文模型的应用和发展。对于遥感在水文模拟中的应用，Schultz [2]举出了利用多光谱Landsat 卫星数据估算模型参数、利用NOAA 红外卫星数据作为模型的输入量来计算历史的月径流量以及应用雷达测雨数据于分布式模型中来实时预报洪水的三个例子。水文模型需要大量的空间数据，通过遥感技术可以为其提供DEM （数字高程模型）、土地覆盖/利用、降雨、地表温度、土壤特性、LAI （叶面积指数）和蒸散发等资料[3-5]。 遥感水文的耦合模型是流域水文模型发展的一个重要方向，有广阔的发展前景。简单来说，遥感水文耦合模型就是与遥感信息相结合的水文模型，模型中可以直接或间接地应用遥感资料，通过遥感水文耦合模型可以在更大范围内更准确地估算流域的水文概况、水体变化监测、洪水过程监测 预报等。然而目前国内外对遥感水文耦合模型的研究还不多，还没有对该方面的研究做系统深入的报道，本文正是基于此目的，综述了近年来遥感水文耦合的模型在国内外取得的研究成果，分别讨论了它的分类发展概况、几种主要的遥感水文耦合模型及未来的发展趋势，以期为水资源、水文学的预测评价研究等提供参考。 1 遥感技术在水文学中的应用 遥感技术在水文学中的应用大致可分为两个方面：一是直接运用：如降雨量变化的估算[6]、水体（湖泊、湿地等）面积变化的推算[7-10]、冰川和积雪的融化状态监测以及洪水过程的动态监测等（其中监测洪水过程的动态最具有代表性）。如Zhang 等[11]在长江的汉口段流域上，提出利用高分辨率的QuickBird 2 卫星影像资料估算河流流量的方法，该法通过与河流宽度－水位及遥测水位－流量关系曲线耦合来测量河流水面宽度变化，从而准确评估其流量。二是间接运用：利用遥感资料推求有关水文过程中的参数和变量。通常是利用一些统计模型和概念性水文模型、经验公式等，结合遥感资料来获取诸如径流、水质（如全氮TN 、全磷TP 、悬浮物SS 、化学需氧量COD 、生物需氧量BOD 等）、 土壤水分等水文变量[12] ，如对径流的估算，可通过估算降雨、截流、蒸散发和土壤蓄水量等参数来进行[13]。对于全球或区域尺度上的蒸发估算，遥感技术不仅具有对大面积地面特征信息同时快捷获得

概率图模型研究进展综述

软件学报ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html, Journal of Software,2013,24(11):2476?2497 [doi: 10.3724/SP.J.1001.2013.04486] https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html, +86-10-62562563 ?中国科学院软件研究所版权所有. Tel/Fax: ? 概率图模型研究进展综述 张宏毅1,2, 王立威1,2, 陈瑜希1,2 1(机器感知与智能教育部重点实验室(北京大学),北京 100871) 2(北京大学信息科学技术学院智能科学系,北京 100871) 通讯作者: 张宏毅, E-mail: hongyi.zhang.pku@https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html, 摘要: 概率图模型作为一类有力的工具,能够简洁地表示复杂的概率分布,有效地(近似)计算边缘分布和条件分 布,方便地学习概率模型中的参数和超参数.因此,它作为一种处理不确定性的形式化方法,被广泛应用于需要进行 自动的概率推理的场合,例如计算机视觉、自然语言处理.回顾了有关概率图模型的表示、推理和学习的基本概念 和主要结果,并详细介绍了这些方法在两种重要的概率模型中的应用.还回顾了在加速经典近似推理算法方面的新 进展.最后讨论了相关方向的研究前景. 关键词: 概率图模型;概率推理;机器学习 中图法分类号: TP181文献标识码: A 中文引用格式: 张宏毅,王立威,陈瑜希.概率图模型研究进展综述.软件学报,2013,24(11):2476?2497.https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html,/ 1000-9825/4486.htm 英文引用格式: Zhang HY, Wang LW, Chen YX. Research progress of probabilistic graphical models: A survey. Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software, 2013,24(11):2476?2497 (in Chinese).https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html,/1000-9825/4486.htm Research Progress of Probabilistic Graphical Models: A Survey ZHANG Hong-Yi1,2, WANG Li-Wei1,2, CHEN Yu-Xi1,2 1(Key Laboratory of Machine Perception (Peking University), Ministry of Education, Beijing 100871, China) 2(Department of Machine Intelligence, School of Electronics Engineering and Computer Science, Peking University, Beijing 100871, China) Corresponding author: ZHANG Hong-Yi, E-mail: hongyi.zhang.pku@https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html, Abstract: Probabilistic graphical models are powerful tools for compactly representing complex probability distributions, efficiently computing (approximate) marginal and conditional distributions, and conveniently learning parameters and hyperparameters in probabilistic models. As a result, they have been widely used in applications that require some sort of automated probabilistic reasoning, such as computer vision and natural language processing, as a formal approach to deal with uncertainty. This paper surveys the basic concepts and key results of representation, inference and learning in probabilistic graphical models, and demonstrates their uses in two important probabilistic models. It also reviews some recent advances in speeding up classic approximate inference algorithms, followed by a discussion of promising research directions. Key words: probabilistic graphical model; probabilistic reasoning; machine learning 我们工作和生活中的许多问题都需要通过推理来解决.通过推理,我们综合已有的信息,对我们感兴趣的未 知量做出估计,或者决定采取某种行动.例如,程序员通过观察程序在测试中的输出判断程序是否有错误以及需 要进一步调试的代码位置,医生通过患者的自我报告、患者体征、医学检测结果和流行病爆发的状态判断患者 可能罹患的疾病.一直以来,计算机科学都在努力将推理自动化,例如,编写能够自动对程序进行测试并且诊断 ?基金项目: 国家自然科学基金(61222307, 61075003) 收稿时间:2013-07-17; 修改时间: 2013-08-02; 定稿时间: 2013-08-27

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

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

四参数Logistic模型研究进展及其评析

万方数据

万方数据

第３期简小珠等四参数Ｌｏｇｉｓｔｉｃ模型研究进展及其评析７１ Ｂａｒｔｏｎ和Ｌｏｒｄ没有进行卡方检验。第三，在分析数学模型是否适合测验数据时，测验极大似然值仅是其中一个参考指标，而且目前依据的参考指标主要是项目拟合指数、被试残差等。第四，Ｂａｒｔｏｎ和ｋｒｄ仅由４批实测数据得出的结论，是否具有广泛的代表性，这也值得质疑。 图１中等能力被试答错第３６题后的能力步长曲线 图２中等能力被试答对第３６题后的能力步长曲线 注：图１、图２的数据来源于简小珠硕士论文（详见参考文献４）。由该论文中表９的数据绘制成图１，由表８．的数据绘制成图２。其中，图１中增加－ｒ参数为０．９９５、０．９９９、０．９９９９时的能力步长曲线；图２中增加ｃ参数为０．ｏｌ、０．００５、０．００１、０．０００１时的能力步长曲线。 论据二，被试能力估计值在被试整体上没有显著的改变。Ｂａｒｔｏｎ和Ｌｏｒｄ使用散点图表示三、四参数模型下的能力估计值，发现被试群体在测验上的能力估计没有显著改变。而最近研究认为＿ｙ参数在０．９９或０．９８时能够有效纠正高能力被试答错容易试题时的能力低估现象－３’１５Ｊ。这个观点是不是矛盾？文章认为，由于Ｂａｒｔｏｎ和ＬＤｒｄ在散点图形上是从被试群体的被试估计值的整体变化情况来分析的；而简小珠等的研究［３１是从单个能力被试角度来分析能力估计值相对变化情况，Ｒｕｌｉｓｏｎ和Ｌｏｋｅｎ也是仅从单个高能力被试的角度。纠（多次模拟的能力估计值平均值，使用Ｂｉａｓ和ＲＭＳＥ指标），分析高能力被试答错容易试题后能力估计值的变化情况。 为什么分析全部被试与单独分析高能力被试的能力估计值，会有不同的结果？文章根据已有的研究Ｌ４３，从Ｃ、＾ｙ参数对被试能力估计值的影响的角度来分析。 由简小珠（２００６）的论文中表格９可知【４］，当被试答对试题时，该试题的ｙ参数大小对被试能力估计值影响很小，能力估计值的变化都在０．００１以下。由图１可知：在被试答错试题时，７参数的大小对被试能力估计的影响，因所答错试题的难度大小不同而不同：１）先分析在横坐标ｂ＝一１．２的右边部分。在ｂ＝一１．２位置，ｙ＝０．９９的曲线与Ｙ＝１的曲线相差很小，相差只有０．０１５，即被试答错试题而且试题难度ｂ一０＞一１．２时，ｙ参数由１减小至０．９９时对被试能力估计值的影响很小。２）再分析在横坐标ｂ＝１．２的左边部分。随着被试答错容易试题的难度减小，ｙ＝０．９９的曲线与７＝１的曲线相差的距离越来越大，当ｂ＝一３．２时，能力步长相差为０．１３左右，即被试答错容易试题而且试题难度ｂ—ｐ≤一１．２时，７参数为０．９９时能有效纠正此时的能力高估现象。而且由图１可知，ｙ参数在０．９５至０．９９５这个区间，都能够有效的纠正被试能力估计值高估现象。综上所述，ｙ参数对改善被试能力估计值的情况具有较强的针对性，仅对被试答错容易试题而且试题难度ｂ—ｐ≤一１．２时出现的能力低估现象具有较好的纠正作用；而对于被试答对试题的作答情况，或者被试答错试题而且试题难度ｂ一护＞一１．２时的作答情况，７参数对被试能力估计值的影响很小。同理，由图２可得ｃ参数对改善被试能力估计值的情况也具有较强的针对性，仅对被试答对高难度试题而且试题难度ｂ—ｐ≥一１．２时出现的能力高估现象具有较好的纠正作用；而对于被试答错试题的作答情况，或者被试答对试题而且试题难度ｂ一日＜一１．２时的作答情况，Ｃ参数对被戚能力估计值的影响很小。 假设某一被试即使答错了６道试题而且试题难度ｂ一口＝一１．２时，那么该被试能力步长后退的幅度，可以根据公式来计算一。：作答相同的ｋ题后的能力步长ｚ忌Ｘ作答１题后的能力步长（ｋ≤６）。被试能力步长将后退的步长幅度约为０．０９左右，可见被试答错６道试题而且试题难度ｂ一日一一１．２时，对 被试能力估计值的影响相对很小。而且。只有被试万方数据

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

斯坦福流域水文模型研究综述

斯坦福流域水文模型SWMM研究综述 摘要：自然界的水文现象,是一种多因素相互作用的复杂过程,由于其形成机理还不完全清楚,水文模型成为一种研究复杂水文现象的重要工具。本文在在查阅文献的基础上,从斯坦福流域水文模型，国内外 SWMM 研究进展，斯坦福模型主要组成，其他流域水文模型的研究进展个方面对斯坦福模型的研究现状及进展进行了整理和分析，并在此基础上探讨了流域水文模型研究的发展趋势。关于流域水文模型的研究成果有目共睹，但仍需要深入研究。总之,流域水文模型与GIS、遥感技术的结合越来越多的受到重视,必将成为今后研究中的一个主要方面。 关键词：斯坦福流域水文模型；综述；研究进展； 1.斯坦福流域水文模型 流域水文模型的起源是从水文预报模型开始的,即降雨-径流模型。1932年Sherman用叠加原理提出了单位线模型，单位线模型统治水文界20多年。随后Nash和Dooge对单位过程线进行了改进,提出了连续变化的暴雨响应模型。 第一个真正的流域水文模型就是1959年Linsley&Crawford开发的斯坦福流域水文模型，并经过改进和扩展,于1966年发展了SWM-IV。属于概念性集总式水文模型,将整个流域看作一个整体,不考虑流域内的空间变化,数据输入、流域特征描述(土壤类型、土地利用和坡度)通常采用平均值。这个时期的水文模型应用计算机模拟水循环系统,而不是简单地利用数学公式计算洪峰和降雨-径流关系。模型已可以模拟降雨、截留、入渗、蒸散发、河道流等水文过程,但模型中的参数大都缺乏明确的物理意义,以经验公式为主,不能反映流域水文过程空间上分散性输入和集中性输出的特点,且模型参数对水文实测资料的依赖性很大,无法模拟产汇流的空间分布规律,以及气候变化、土地利用/覆被等因素对水文过程变化的影响;这个时期的模型还主要表现在以模拟水量为主,无法模拟污染物等的迁移。虽然这些模型考虑的因素较粗,模拟精度不足,但在资料不完善地区仍然应用广泛。 HSPF模型是在斯坦福模型(Stanford-IV)的基础上发展萨克模型是集总参数型的连续运算的确定性流域水文模型,是在第IV斯坦福模型基础上改进和发展的。 2.国内外SWMM研究进展 2.1国外SWMM 研究进展 SWMM 是由美国环保局于 1971 年推出的，在世界各地获得了广泛的关注，为降雨径流方面的研究提供了可靠的技术支持，并且应用在面源污染负荷计算、城市防洪、雨洪调蓄、径流计算、雨水利用等方面。1975 年 Marsalek等人对美国3 个流域内的12 场暴雨事件

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

新型冠状病毒传播模型与预测的初步研究

Artificial Intelligence and Robotics Research 人工智能与机器人研究, 2020, 9(1), 42-53 Published Online February 2020 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html,/journal/airr https://https://www.wendangku.net/doc/6e17921023.html,/10.12677/airr.2020.91006 Preliminary Study on Transmission Model and Prediction of New Coronavirus Fuyi Yang Anshan Normal University, Anshan Liaoning Received: Feb. 9th, 2020; accepted: Feb. 20th, 2020; published: Feb. 27th, 2020 Abstract In this paper, novel coronavirus (COVID-19) transmission model is studied and predicted. Com-plex network theory and six degrees association model, mathematical statistics and regression analysis are used for comprehensive prediction analysis. The application of the basic mathemati-cal theory of analysis in the research and calculation of virus propagation model is given. The forecast analysis gives the short and medium term future data and change trend curve, for analy-sis and reference of relevant personne. Keywords COVID-19, Prediction, SM Small World Network, Directed Graph, Complex Network 新型冠状病毒传播模型与预测的初步研究 杨福义 鞍山师范学院，辽宁鞍山 收稿日期：2020年2月9日；录用日期：2020年2月20日；发布日期：2020年2月27日 摘要 本文对新型冠状病毒疾病(COVID-19)的传播模型进行研究和预测，采用复杂网络理论和六度关联模型以及数理统计和回归分析进行综合预测分析，给出分析的数学基础理论在病毒传播模型研究计算中的应用。 预测分析给出了中短期的未来数据和变化趋势曲线。供有关人员分析参考。

流域水文模型研究进展

流域水文模型研究进展 姓名：杨柳专业班级：水文学及水资源研1017班学号：1008150845 摘要：流域水文模型是水文研究的重要工具之一。本文较全面、较系统地对其概念、分类和国内外研究进展情况进行了综述，并简要介绍了分布式流域水文模型。探讨了未来的发展方向,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。 关键词：流域，水文模型，分布式流域水文模型，发展 Abstract:Hydrological model is an important tool for hydrological research. This more comprehensive, more systematic way of its concepts, classifications and research progress at home and abroad were reviewed, and briefly describes the distributed hydrological model. And it explored the future direction of development. I believe that it has important reference value and reference in peer-related work. Keywords:river basin; hydrological model; distributed hydrological model; development 1前言 流域水文模型把流域总体看成是一个系统，输入为降雨等，输出为出流流量等。流域内的水文过程则是系统的状态，是根据水文概念推理计算出来的。随着全球性缺水问题日益严重，水污染、水资源分布不均衡等问题的日益突出，就要求人们不断加强水文学的定量化研究，而流域水文模型就是其中发展较为迅速的研究领域。它有助于我们在利用水资源、分配水资源中提供合理的、科学的依据。流域水文模型在进行水文规律的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。因此，掌握常见的流域水文模型是必要的。 20世纪以来流域水资源问题日益突出，为了提高流域整体管理水平和科技水平，“数字流域”的建设正在日益兴起。模型建设尤其是流域水文模型的建设是“数字流域”建设的核心内容和基础工作。数字水文模型就是构建在DTN/DEM基础之上的一种分布式水文模型，先由DEM建立数字高程水系模型，再与数字产流模型和数字汇流模型有机结合形成数字水文模型，其基本框架见图1。数字水文模型是一种有物理基础结构的包含大量信息的现代化模拟技术，流域所有下垫面(诸如流域分水线、子流域集水面积、水系、地形、植被、土壤)都是栅格型数字式的点阵，流域产流单元、汇流路径、水系是根据地形由计算机自动生成[1]。 2流域水文模型的概念及分类 水文现象是一种非常复杂的现象，它不仅受降雨特性的影响，还受流域下垫面、人类活动等因素的影响。因此，多年来水文学者一直在不断地探索和研究，以便揭示水文现象及其发展变化规律。但是，至今仍有许多问题尚未解决。在没

水文学文献综述

森林对水文的影响 唐恩勇 ( 贵州大学林学院水土保持与荒漠化防治091班) 摘要：森林与人类的生活息息相关，他不仅是可供人类开采利用的一种自然资源，更是人类及其他生命赖以生存的环境与物质基础。随着人类的发展进步，无论是生活和生产实践还是科学的研究探索，对于森林的作用都有一个深刻地认识，总的来说，森林的防护效益有这几个方面：森林的水源涵养作用，土壤改良及水土保持作用，气候和环境的改善与维持作用，大气污染、土壤污染、水体污染防治作用，各种生物资源的保护作用，人类健康保健与环境美化作用等等。水不仅是生命存在和延续的先决条件，而且是全球与局部气候状况的重要决定因素，随着人类文明的发展，人们对水的用途的要求越来越高，用量越来越大，然而，随着全球环境的改变，地球上的可以利用的水资源越来越少，征对森林对水资源的作用，森林的存在对于水文效应的影响，无论是从宏观还是微观，无论是从地上还是地下都有着不可替代的作用，研究森林对水文的影响，更有利于合理利用水资源、保护生态环境的对策和措施有效地实施。研究和认识森林对水文影响的规律，对于开发、利用水资源，防治水患，充分发挥森林的生态效益具有重要意义。 关键字：森林水文效应生态效益 为了认识森林对自然界水分运动的影响及所产生的效应。研究森林对水文的影响，它起源于19世纪中叶。1864年德国的 E.埃贝迈尔在巴伐利亚建立了第一个森林气象站，对林区降水量、土壤蒸发和枯枝落叶层对地面蒸发的影响进行了观察。1900年在瑞士的埃曼托尔山地的两个集水区，对森林和牧地、耕地进行了河流流量的对比观察。之后，日本、美国、苏联等国家相继开展了这方面的研究。20世纪中期以来，研究范围进一步扩大，手段日趋现代化。如在不同自然地域内开展各种林分的水量平衡和水质研究，探索不同林种、不同采伐方式对降水和径流的影响，找出最佳森林水文效益的林种和采伐、更新方式，以及在测试仪器和装置方面采用中子散射、无线电遥控、室内模拟等。中国最早是于1924～1926年在山西、山东等地的寺庙林里进行了径流试验。 1森林的地上部分对降雨的再分配过程 大气降水落到森林表面时，首先被森林植物地上部分截留引起降水的第一次分配。然后，当降水量足够大时，一部分降水到达枯枝

SWAT模型研究进展

SWAT模型研究进展 随着人类活动日益增强,下垫面条件发生显著变化,影响了流域产汇流和水资源的时空变化,传统的集总式水文模型已不能很好地反映下垫面空间差异性造成的径流过程和各种物质循环过程的变化,分布式水文模型应运而生。 SWAT(Soil and Water AssessmentTool) 模型是美国农业部农业研究所(USDA-ARS)历经近30年开发的大尺度模型。模型以可以用来预测模拟大流域长时期内不同的土壤类型、植被覆盖、土地利用方式和管理耕作条件对产水、产沙、水土流失、营养物质运移、非点源污染的影响,甚至在缺乏资料的地区可以利用模型的内部生成器自动填补缺失资料。SWAT模型经历了不断的改进，已经在水文水资源及环境领域中得到广泛认可和普及。 SWAT主要基于SWRRB，并且吸收了GREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO 等模型的优点。模型自20世纪90年代初开发以来，已经经历了不断的发展。模型主要改进版本有： 1）SWAT94.2：添加了水文响应单元。 2）SWAT96.2：加人了植物截流、壤流的运算，径流营养物和杀虫剂的输送模拟和气候变化的分析方法，添加了自动施肥与灌溉作为管理选项， 用于计算潜在蒸散发的彭曼公式等模块也被加人。 3）SWAT98.1：改进了融雪模块、水质模拟以及营养物质循环，增加了放牧、施肥等作为管理选项，并增强了模型在南半球的适应性。 4）SWAT99.2：改进营养物循环和对各种水体(水库、池塘和湿地)水量平衡的处理方法，增加一种城市径流的模拟计算方法，将年代设置从2位变 为4位。 5）SWAT2000：改善“气象因子发生器’，，提供了更多的潜在蒸散发计算方法，太阳辐射、相对湿度、风速、潜在蒸散发等气象数据可以直接输 人或者根据“气象因子发生器”让模型自动产生，水库的数量不再受到 限制，并增加了Green&AmPt渗透方程和Muskingum模式分别计算入 渗与地下水平衡。 6）SWAT2005：改进了杀虫剂输移模块；增加了天气预报情景分析；增加了日以下补偿的降水量发生器；使在计算每日CN值是使用的滞留参数 可以是土壤水容量或者植物蒸散发的函数；增加了敏感性分析和自动率 定与不确定性分析模块。 近年来，SWAT模型在国内得到了广泛应用，主要包括3个方面：产流/产沙模拟、非点源污染研究及输入参数对模拟结果的影响研究。其中，径流模拟是SWAT应用的一个主要方面，在全国很多流域都有SWAT的应用案例。 王中根,刘昌明等用SWAT模拟了黑河干流山区莺落峡以上地区子流域月径流量和莺落峡日径流量,从模拟精度论证了模型完全适合在大流域应用。张雪松等以洛河上游卢氏水文站流域为研究区域,采用自动数字滤波技术校准径流,对模拟和实测值进行直接径流(地表径流与壤中流)与基流的分割校核,结果表明模型校核和验证期对径流的模拟都较好,对产沙预测和实际偏离较大,说明模型对降雨量小、产流产沙少的情况模拟不太理想。胡远安等介绍了SWAT模型在亚热带的江西芦溪小流域径流模拟,对水田模拟部分进行了局部修改,并进行了参数灵敏度分析,结果表明模型对长期径流量模拟比较精确,对日径流的模拟存在系统误差;丰水期的模拟比枯水期精确。黄清华,张万昌对黑河流域山区出山口径流的模拟

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