流域水文概述

流域水文概述

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1、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

2、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溶易确定;(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

3、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。SA

4、C模型在美国的水文预报中广为应用,也是国内引进的水文模型中人们较为熟悉的模型之一。sAC模型是集总参数型的连续运算的确定性流域水文模型。模型以土壤水分的贮存、渗透、运移和蒸散发特性为基础,用一系列具有一定物理概念的数学表达式来描述径流形成的各个过程;模型中的每一个变量代表水文循环中一个相对独立的层次和特性;模型参数则是根据流域特性、降雨量和流量资料推求。按下垫面对降雨产流作用的不同,SAC模型将全流域分为永久不透水面积、可变的不透水面积和透水面积三部分。在透水面积上,根据土壤垂向分布的不均匀性将土层分为上土层和下土层。根据土壤水分受力特性的不同,将每层土壤水分

5、分为张力水和自甶水2种。张力水消耗于蒸散发,自甶水可以产流。SAC模型将水源划分为直接径流、地面径流、壤中流、快速地下水和慢速地下水。直接径流包括永久不透水面积上产生的直接径流和可变不透水面积上产生的直接径流两种。地面径流包括透水面积上的和可变不透水面积上的两部分。壤中流、快速地下水和慢速地下水的蓄泄关系均采用线性水库来模拟。蒸散发计算采用线性模型,它与张力水蓄量成正比,但上下层的比例系数不相同。SWAT能够在缺乏资料的地区建模,具有输入数据容易获取、计算效率高等特点。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的水文物理过程。模型可采用多种

6、方法将流域离散化(一般基于栅格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对流域水文循环的影响。SWAT模型由站点的气象资料驱动,以水文响应单元为最小水文模拟单元进行流域水文过程模拟,在水文响应单元上利用水量平衡理论描述水文循环过程,计算得到模拟单元内每一天的产流,然后利用改进的推理方法计算单元产流对主河道的贡献;在河道内采用变动储水系数模型或者马斯京根法计算河道的汇流,扣除水面蒸发、传输损失以及流域内人、畜用水得到河道出口的断面流量。同时可以得到各子流域的其它水文参量如降水融雪量、潜在蒸散发量、实际蒸散发量、土壤含水量、下渗水量、地表径流和地

7、下径流等[21]。应用现有的概念性模型在每一个网格单元(或子流域)上进行产流计算,然后再进行汇流计算,最后求得出口断面流量。这类模型也称松散耦合型分布式水文模型。SWAT模型不适用于模拟具体的单一洪水过程。生态水文功能研究重点研究陆地表层生态系统格局变化与水文过程变化的水文学机理,揭示流域生态系统与水文过程的相互作用耦合关系,以指导生态环境脆弱地区保护改善自然景观,促进生态环境建设与水资源管理[21]。生态系统格局和生态过程的变化与水文过程相关联。水文过程-生态系统的稳定性、水文过程-生态系统协调机制之间的关系组成了基本的生态水文关系[22],研究水文过程与生

8、态系统过程的耦合机制与规律,将水文学知

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