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分布式流域水文模型分布式流域水文模型学学学学 院：土木与交通学院院：土木与交通学院院：土木与交通学院院：土木与交通学院专专专专 业：桥梁与隧道工程业：桥梁与隧道工程业：桥梁与隧道工程业：桥梁与隧道工程姓姓姓姓 名：喻名：喻名：喻名：喻 江江江江认识认识介绍介绍前景前景展望展望2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型1 1.认识认识 定义定义:其英文名Hydrologic Model，是自然系统的抽象,真实世界的概化,是符号的综合体,是自然系统或部分自然系统的符号化,是数学模型用数学语言将自然现象符号化的的水文学应用，是为了模拟水文现象而建立的实体结构和数学结构与逻辑结构。水文模型水文模型2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型模型分类模型分类2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型建模手段建模手段建模手段建模手段物理模型物理模型电子模型电子模型数学模型数学模型集总式水文模型集总式水文模型分布式水文模型分布式水文模型建模角度建模角度建模角度建模角度流域流域水文模型水文模型2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型 定义定义:其英文名Hydrologic Model of Basin，以流域为研究对象,对流域内发生的降雨径流这一特定的水文过程进行数学模拟计算所建成的数学模型。水水文文模模型型有确定性与不确定性之分，前者的解是确定量，后者是随机量。确定性模型中又分“黑黑箱箱子子模模型型”与概概念念性性模模型型，前者无物理概念，后者有。在不特别说明时，流域水文模型指概念性模型。2.2.介绍介绍2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型 分布式流域分布式流域 水文模型水文模型2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型什么是分布式水文模型什么是分布式水文模型什么是分布式水文模型什么是分布式水文模型?要回答这个问题,首先要弄清楚下面3个概念分散性流域水文模型分散性流域水文模型分散性流域水文模型分散性流域水文模型:考虑了流域内降雨的空空间间分分布布,但是没有或很少考虑下下下下垫垫垫垫面面面面不不不不均均均均匀匀匀匀性性性性的模型。这种模型只是进行了分分散散(分分单单元元)计计算算，没有考虑各各单单元元模模型型参参数数随其下垫面条件的不同而变异。半分布式流域水文模型半分布式流域水文模型半分布式流域水文模型半分布式流域水文模型:考虑下垫面的空空间间不不均均匀匀性性,但是没有考虑降降雨雨的的空空间间分分布布,其模型输入仍为面面平平均雨量均雨量;或考虑降雨的空间分布,没有全面考虑下垫面的空间不均匀性下垫面的空间不均匀性的模型。分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型:全面考虑降降雨雨和和下下垫垫面面空空间间不不均均匀匀性性的模型,能够充分反映流流域域内内降降雨雨和和下下垫垫面面要要素素空空间间变变化化对洪水形成的影响。模型能全面地利用降降雨雨的的空空间间分分布布信信息息;模型参数的空间分布能够反映下下垫垫面面自自然然条条件件的的空空间间变变化化;模型的输出具有空间不均匀性空间不均匀性。2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型 技术支撑技术支撑 分布式流域水文模型之所以能成为近来具有吸引力的水文学研究热点之一，其原因有以下几个方面：1.地理信息系统地理信息系统地理信息系统地理信息系统（GIS）技术的不断完善，使得描述下垫面 因子复杂的空间分布有了强有力的工具;2.计算机技术计算机技术计算机技术计算机技术和数值分析理论数值分析理论数值分析理论数值分析理论的进一步发展，为用数值方法 求解描述复杂的流域产汇流过程的偏微分方程奠定了基础;3.雷达测雨技术雷达测雨技术雷达测雨技术雷达测雨技术和卫星云图技术卫星云图技术卫星云图技术卫星云图技术的进步，为提供降雨量实 时空间分布创造了条件。水文模型水文模型建模思路建模思路流域划分网格流域划分网格流域划分网格流域划分网格每个网格分别输入不同的降雨每个网格分别输入不同的降雨每个网格分别输入不同的降雨每个网格分别输入不同的降雨对每个网格采用不同的产流计算参数分别计算产流量对每个网格采用不同的产流计算参数分别计算产流量对每个网格采用不同的产流计算参数分别计算产流量对每个网格采用不同的产流计算参数分别计算产流量通过比较相邻网格的高程确定各网格的流向通过比较相邻网格的高程确定各网格的流向通过比较相邻网格的高程确定各网格的流向通过比较相邻网格的高程确定各网格的流向根据各网格的坡度、糙率和土壤等情况确定参数根据各网格的坡度、糙率和土壤等情况确定参数根据各网格的坡度、糙率和土壤等情况确定参数根据各网格的坡度、糙率和土壤等情况确定参数将其径流演算到流域出口断面得到将其径流演算到流域出口断面得到将其径流演算到流域出口断面得到将其径流演算到流域出口断面得到流域出口断面的径流流域出口断面的径流流域出口断面的径流流域出口断面的径流2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型框架框架产汇流理论产汇流理论产汇流理论产汇流理论 计算方案计算方案计算方案计算方案分布式流域水文模型分布式流域水文模型雷达雷达雷达雷达测雨测雨测雨测雨地理信息地理信息地理信息地理信息统计统计统计统计计算机系统计算机系统计算机系统计算机系统分布式流域水文模型的系统框架图2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分类分类紧密耦合型分布式流域水文模型紧密耦合型分布式流域水文模型紧密耦合型分布式流域水文模型紧密耦合型分布式流域水文模型 紧紧密密耦耦合合型型分分布布式式流流域域水水文文模模型型,又称分分布布式式数数学学物物理理流流域域水水文文模模型型.此种模型主要的水文物理过程均采用质量、能量和动量守恒的偏微分方程描述(如坡面洪水波、不饱和、饱和渗流等方程).相邻网格单元之间的时、空间关系用水水动动力力学学的的连连续续方方程程来建立，采用有有限限差差分分方方法法对方程求解；同时模型也采用了一些通过实验得到的经验关系。松散耦合型分布式流域水文模型松散耦合型分布式流域水文模型松散耦合型分布式流域水文模型松散耦合型分布式流域水文模型 这类模型在每个单元网格上应用现有的集集总总式式概概念念性性流流域域模模型型推求净雨，并进行汇流演算,推求出口断面的流量过程。汇流演算一般采用水水文文学学或水水力力学学方方法法。模型参数主要根据历历史史洪洪水水资资料料分析率定,并结合地形和地貌数据量测地形和地貌数据量测和分析得到。2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型优缺点优缺点紧紧密密耦耦合合型型优点优点优点优点1.能涉及水文现象的本质或物理机制;2.模型参数的确定对洪水历史资料依赖不大.1.目前对下垫面水分运动的规律研究的还不够深入;2.模型参数与地形和地貌数据的关系还需进一步研究;3.地形和地貌数据可通过遥感技术得到但对一些径流形成至 关重要的地质数据却难以获得;缺点缺点缺点缺点4.方程的数值求解困难.松松散散耦耦合合型型1.应用效果好，且对水文过程的模拟具有明确的宏观物理概念;2.计算相对简单。1.构成模型的概念性元素一般只能模拟宏观的水文现象,而不能涉及水文现象的本质或物理机制;2.模型参数的推求对历史洪水资料依赖较多推求 过程中完全依赖于目标函数,很难保证解的唯一性 和合理性。优点优点优点优点缺点缺点缺点缺点2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型3.3.前景前景应用前景应用前景2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型 目前,我国已在重点防汛地区布设了80多多部部气气象象雷雷达达,为分布式流域水文模型在实时洪水预报中的应用提供了条件。研究分布式流域水文模型在实时洪水预报中的应用,目的是通通通通过过过过利利利利用用用用具具具具有有有有详详详详细细细细空空空空间间间间分分分分布布布布信信信信息息息息的的的的雷雷雷雷达达达达测测测测雨雨雨雨数数数数据据据据,配合分布式流域水文模型,解决降降雨雨空空问问分分布布不均不均对流域产汇流影响流域产汇流影响这一洪水预报中的老问题。如如:对于流流域域的的特特大大洪洪水水,暴雨中心紧随河流中的洪峰向下游移动,采用传统的水文模型很难做到对洪水的准确预报;又又如如:对于流流域域的的暴暴雨雨空空间间分分布布,虽有多套模型参数供预报人员选择使用,但增加了预报人员准确判断预报洪水的难度。特征特征2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型 采用什么样的分分布布式式流流域域水水文文模模型型?我们认为目前在实实实实时时时时洪洪洪洪水水水水预预预预报报报报中宜采用分布式分布式概念性概念性概念性概念性流域水文模型流域水文模型.1.分布式概念性流域水文模型是在集总式概念性流域水文模型集总式概念性流域水文模型的基础 之上发展而来的，目前比较成熟，且基本达到实用的阶段实用的阶段；2.分布式数学物理流域水文模型是水文预报技术未来的发展方向，但是目 前此类模型的理论上还不够成熟理论上还不够成熟，国内外的生产单位对此研究的不太多；3.我国主要洪水预报地区已经积累了几十年积累了几十年的实测水文资料实测水文资料，为分布式概 念性流域水文模型的应用提供了条件提供了条件；4.与分布式数学物理流域水文模型相比，分布式概念性流域水文模 型的计算相对简单计算相对简单；5.我国的水文情报预报人员积累了丰富的洪水预报经验洪水预报经验。概概概概念念念念性性性性流流流流域域域域水水水水文文文文模模模模型型型型特特特特征征征征4.4.展望展望2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型结论结论2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型 分布式水文模型是水文研究的一个巨大进步，是水文水资源研究的需求和科技发展的结果。它可以反映水水水水文文文文要要要要素素素素在在在在空空空空间间间间上上上上的的的的变变变变化化化化，能够进行下下下下垫垫垫垫面面面面变变变变化化化化条条条条件件件件下下下下的的的的计计计计算算算算，便于预预预预测测测测未未未未来来来来下下下下垫垫垫垫面面面面条条条条件件件件下下下下的的的的水水水水资资资资源源源源状状状状况况况况。另外，它能够耦耦耦耦合合合合其其其其它它它它模模模模型型型型，可以简单的将水文水资源模拟与水环境等生态问题相联系，与其相比，传统的集总式模型很难做到这一点。前景前景2023年2月28日分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型分布式流域水文模型 自新中国成立以来，我国的水文工作者在多年的洪水预报理论研究和生产实践中，不但积累了丰富的成果和经验，而且在洪洪水预报理论水平水预报理论水平和洪水预报精度洪水预报精度等方面也名列世界前茅。分布式流域水文模型在发达国家不过是刚刚开始，并开始尝试应用于洪水预报中，比我们稍有领先，我们应抓住机遇，加强这方面的研究和实践，使我国的洪水预报技术继续保持国际相近水平。Thank you!Thank you!