分布式水文模型研究与应用进展

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1、水利学报2010年9月SHUILIXUEBAO第41卷第9期文章编号：0559-9350（2010）09-1009-09分布式水文模型研究与应用进展徐宗学，程磊（北京师范大学水科学研究院，水沙科学教育部重点实验室，北京100875）摘要：分布式水文模型是探索和认识复杂水文循环过程和机理的有效手段，也是解决许多水文实际问题的有效工具。本文从当前水文水资源科学研究的热点问题出发，系统总结了分布式水文模型在解决水文学面临的重要问题中研究与应用的现状、进展与不足，讨论了建模中存在的难点问题和关键技术，并探讨了分布式水文模型的发展趋势。关键词：水

2、循环；水资源；分布式水文模型；进展中图分类号：P332文献标识码：A1研究背景［1-2］水文学的发展历史表明，社会需求是水文学发展的根本动力，并决定了其发展方向和进程。近二、三十年来，在人口膨胀、水资源短缺、环境污染和气候变化等研究需求的推动下，水文研究领域不断拓展并趋于综合，全球水文学、生态水文学和环境水文学等研究领域的兴起和不断深入给［1，3］分布式水文模型研究、开发和应用带来了巨大的机遇和挑战。水文模型种类繁多，通常所说的水文模型和分布式水文模型分别指的是水文数学模型和分布式［4-7］流域水文模型，分布式流域水文模型最显著的特点是

3、与DEM结合，以偏微分方程控制基于物理过［4］程的水文循环时空变化，分布式的过程描述和结果输出。分布式水文模型能够考虑水文参数和过程的空间异质性，将流域离散成很多较小单元，水分在离散单元之间运动和交换，这种假设与自然界中下垫面的复杂性和降水时空分布不均匀性导致的流域产汇流高度非线性的特征是相符的，因而所揭示的水文循环物理过程更接近客观世界，更能真实地模拟水文循环过程，是水文模型发展的必然［1，3，5-6］趋势。20世纪90年代前后，在水资源可持续利用、非点源污染、全球变化对水文循环影响等研究需求的推动下，作为探索与发现复杂水文现象机理与

4、规律有效途径之一的分布式流域水文模型受到了极［8］大的关注，在建模思想、理论和技术等方面有了长足的发展，涌现了一批分布式水文模型，如TOPMODEL（TOPgraphybasedhydrologicalMODEL）、SHE、DHSVM（DistributedHydrologySoilVegetationModel）、VIC（VariableInfiltrationCapacity）、SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）、HMS（HydrologicModelSystem）、SVAT（Soil-Vegetati

5、on-AtmosphereTransfermodel）等，并在实际问题中得到了广泛应用。而近10多年来，由于全球水文学和生态水文学的兴起，分布式水文模型模拟过程中学科交融、不同尺度上建模的要求越来越高，而且遥感数据和GIS技术在分布式水文模型建模的应用中更加广泛，多学科之间的交融和水文相关过程的联合模拟研究不断深入，分布式水文模型已经成为研究气收稿日期：2010-02-19基金项目：国家自然科学基金项目（50979005）；国家重点基础研究发展计划（“973”）项目（2010CB428402）；北京师范大学“京师学者”特聘教授启动经费作

6、者简介：徐宗学（1962-），男，山东淄博人，教授，主要从事水文水资源研究。E-mail：zxxu@bnu.edu.cn—1009—候变化的水文响应、非点源污染模拟、水资源综合管理、土地利用/覆被变化的水文响应等重大科学［2-3］问题不可或缺的工具。此外，近年来国内外开展的一些重大研究课题，如国际水文计划（IHP），缺资料地区水文预报（PUB），生物圈层中的水文循环研究（BAHC），全球能量与水循环计划（GEWEX），以及我国的国家自然科学基金、“973”项目等，也都积极鼓励和支持与分布式水文模型［5，9］有关的研究工作。本文从当前水文

7、水资源研究的热点问题出发，系统总结了分布式水文模型在解决水文学面临的重大问题中存在的优势与不足，以及在建模中存在的难点问题和关键技术，并探讨了分布式水文模型的发展趋势。2分布式水文模型应用现状及其建模需求2.1气候变化研究与分布式水文模型水文循环作为气候系统的重要组成部分，全球正经历的以变暖为主要特征的气候变化必然会导致水资源量的时空分布改变，为了给未来水资源规划设计、开发利用和运行管理提供科学依据，气候变化对流域水文与水资源的影响成为当前水文学研究的重大问［10］题之一。气候变化对水文水资源影响的研究基本上遵从“未来气候情景设计-水文

8、模型-影响评估”的［10-11］模式，未来气候情景设计和水文模型的建立是研究气候变化对水文水资源影响的关键问题。当前，广泛使用的是将大气环流模型（GeneralCirculationModels，GCMs）