分布式流域水文模型.ppt

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1、分布式流域水文模型,学 院：土木与交通学院专 业：桥梁与隧道工程姓 名：喻 江,认识,介绍,前景,展望,2023年9月23日,分布式流域水文模型,2023年9月23日,分布式流域水文模型,1.认识,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,2023年9月23日,分布式流域水文模型,模型分类,2023年9月23日,分布式流域水文模型,建模手段,物理模型,电子模型,数学模型,集总式水文模型,

2、分布式水文模型,建模角度,流域水文模型,2023年9月23日,分布式流域水文模型,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。水文模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“黑箱子模型”与概念性模型，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.介绍,2023年9月23日,分布式流域水文模型,分布式流域 水文模型,2023年9月23日,分布式流域水文模型,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

3、性流域水文模型:,考虑了流域内降雨的空间分布,但是没有或很少考虑下垫面不均匀性的模型。这种模型只是进行了分散(分单元)计算，没有考虑各单元模型参数随其下垫面条件的不同而变异。,半分布式流域水文模型:,考虑下垫面的空间不均匀性,但是没有考虑降雨的空间分布,其模型输入仍为面平均雨量;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的模型。,分布式流域水文模型:,全面考虑降雨和下垫面空间不均匀性的模型,能够充分反映流域内降雨和下垫面要素空间变化对洪水形成的影响。模型能全面地利用降雨的空间分布信息;模型参数的空间分布能够反映下垫面自然条件的空间变化;模型的输出具有空间不均匀性。,2023年9月2

4、3日,分布式流域水文模型,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（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.计算机技术和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.雷达测雨技术和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。,水文模型建模思路,流域划分网格,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,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

5、,将其径流演算到流域出口断面得到流域出口断面的径流,2023年9月23日,分布式流域水文模型,框架,产汇流理论,计算方案,分布式流域水文模型,雷达测雨,地理信息统计,计算机系统,分布式流域水文模型的系统框架图,2023年9月23日,分布式流域水文模型,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,又称分布式数学物理流域水文模型.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、空间关系用水动力学的连续方程来建立，采用有限差分方法对方程求解；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

6、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总式概念性流域模型推求净雨，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文学或水力学方法。模型参数主要根据历史洪水资料分析率定,并结合地形和地貌数据量测和分析得到。,2023年9月23日,分布式流域水文模型,优缺点,紧密耦合型,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,4.方程的数值求解

7、困难.,松散耦合型,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,缺点,2023年9月23日,分布式流域水文模型,2023年9月23日,分布式流域水文模型,3.前景,应用前景,2023年9月23日,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多部气象雷达,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

8、用,目的是通过利用具有详细空间分布信息的雷达测雨数据,配合分布式流域水文模型,解决降雨空问分布不均对流域产汇流影响这一洪水预报中的老问题。如:对于流域的特大洪水,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;又如:对于流域的暴雨空间分布,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,2023年9月23日,分布式流域水文模型,采用什么样的分布式流域水文模型?我们认为目前在实时洪水预报中宜采用分布式概念性流域水文模型.,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的基础 之上发展而来的，目前比较成熟，且基本达到实用

9、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，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的实测水文资料，为分布式概 念性流域水文模型的应用提供了条件；,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；,5.我国的水文情报预报人员积累了丰富的洪水预报经验。,概念性流域水文模型特征,4.展望,2023年9月23日,分布式流域水文模型,结论,2023年9月23日,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

10、文要素在空间上的变化，能够进行下垫面变化条件下的计算，便于预测未来下垫面条件下的水资源状况。另外，它能够耦合其它模型，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,2023年9月23日,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，而且在洪水预报理论水平和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!,