1、WEPWEP模型的基本原理和程序基礎模型的基本原理和程序基礎2014.10.25主要內容主要內容u一、水循環過程一、水循環過程u二、二、WEP模型原理簡介模型原理簡介u三、如何讀懂三、如何讀懂WEP程序程序一、水循環過程一、水循環過程 古代的水循環思想古代的水循環思想l詩經詩經：雨和雪可以互相轉換，快速凝結形成雹：雨和雪可以互相轉換，快速凝結形成雹lThe book of Master Chi NiThe book of Master Chi Ni：“風（包括水蒸氣）是天上的氣，風（包括水蒸氣）是天上的氣，雨是地上的氣，風經年不息地吹，雨由于風的（冷凝）作用落到地上，雨是地上的氣，風經年不息地

2、吹，雨由于風的（冷凝）作用落到地上，我們就說天上的氣（通過降水）下沉，地上的氣（通過蒸發）上升我們就說天上的氣（通過降水）下沉，地上的氣（通過蒸發）上升”l呂氏春秋呂氏春秋：“云氣西行云云然，冬夏不輟；水泉東流，日夜不休；云氣西行云云然，冬夏不輟；水泉東流，日夜不休；上不竭，下不滿，小為大，重為輕，圜道也上不竭，下不滿，小為大，重為輕，圜道也”中國古代：詩經 呂氏春秋 古印度：奧義書 波斯： Extraction of Hidden Water 古希臘、古羅馬現代水循環思想現代水循環思想水循環示意圖 一元流域水循環過程示意圖下滲下滲回歸回歸蒸發蒸發地下取水地下取水地表取水地表取水天然-人工二元

3、流域水循環過程示意圖SHE二、二、WEPWEP模型原理簡介模型原理簡介u水文模型分類水文模型分類uWEP模型發展歷程模型發展歷程u模型結構模型結構二、二、WEPWEP模型原理簡介模型原理簡介u水文模型分類水文模型分類l黑箱模型（系統響應模型、統計模型）l灰箱模型（概念性模型、集總式模型、分塊集分塊集總式模型總式模型）l白箱模型（物理模型）二、二、WEPWEP模型原理簡介模型原理簡介uWEP模型發展歷程模型發展歷程lWEPWEP模型模型(1995-1998)(1995-1998)：日本：日本lIWHR-WEPIWHR-WEP模型模型(2002-2003)(2002-2003)：黑河：黑河lWEP

4、-LWEP-L模型模型(2004)(2004)：黃河：黃河 WEPWater and Energy transfer Processl平面結構（一）平面結構（一）二、二、WEPWEP模型原理簡介模型原理簡介uWEP模型結構模型結構一維河道匯流干流干流支流支流一維坡面匯流網格單元型WEP（IWHR-WEP）模型的平面結構l平面結構（二）平面結構（二）二、二、WEPWEP模型原理簡介模型原理簡介uWEP模型結構模型結構等高帶單元型WEP-L模型的平面結構 l垂直結構垂直結構二、二、WEPWEP模型原理簡介模型原理簡介uWEP模型結構模型結構樹植被-裸地淺層地下水補給淺層(無壓)地下水難透水層承壓層

5、流入流出流出流入蒸發熱通量地表徑流壤中徑流蒸騰入滲吸力水擴散入滲入滲降水短波輻射長波輻射人工熱源地下水揚水深層補給土壤底層土壤中層水道漏水河水與地下水交換非灌溉農田灌溉農田洼地儲留層水域不透水域“馬賽克”法土地利用分類過渡帶層地下水揚水河道取水蒸騰蒸騰樹木根系層作物根系層草根系層蒸發截留層土壤表層模型的垂向結構（基本計算單元內）l蒸散發蒸散發l入滲和產流入滲和產流l壤中流壤中流l地下水運動和地下水流出地下水運動和地下水流出l匯流匯流二、二、WEPWEP模型原理簡介模型原理簡介uWEP水循環系統各要素過程的模擬水循環系統各要素過程的模擬蒸散發的計算蒸散發的計算用用“馬賽克馬賽克” ” 法法計算面

6、積平均蒸散發量計算面積平均蒸散發量)/1 (/)(acapaPMrrreCGRNEPMEVegEtr)1(EpVegEiEs EtrEtr EiEi Esv2121)(/)(apareCGRNEwUUSVSVWWEFEFEFEWESVEUE蒸散發的計算蒸散發的計算能量平衡方程RN + Ae = lE + H + GRN Net radiationAe Artificial energy uselE Latent heat flux H Sensible heat flux G Soil heat fluxRnHlEAeG用能量平衡方程和熱傳導方程計算熱收支用能量平衡方程和熱傳導方程計算熱收支入

7、滲和產流的計算入滲和產流的計算降水強度= Ks Ks Ks，多層Green-Ampt 模型地下水不飽和土壤層入滲超過徑流飽和超過徑流降水浸透地下水溢出地下水位地表面流出溢出區涵養補給區飽和土壤層根據變源區（根據變源區（VSAVSA）產流）產流理論計算產流理論計算產流地下水運動和地下水流出計算地下水運動和地下水流出計算)()()(PercGWPPeryhkDyxhkDxthC淺層地下水淺層地下水承壓地下水承壓地下水)GWPPerERGWULQ()yh)zh(kyxh)zh(kxthCu3uuuuuuuuBOUSINESSQ方程方程 地下水運動和地下水流出計算地下水運動和地下水流出計算RiverG

8、round waterBAHrhuHr-ZbdbRiverGround waterBAHrhudbbbrbbbrubbdZHAkdHhAkRG/1/ )(ruruHhHh壤中流計算壤中流計算LdslopekR)sin()(2q匯流計算匯流計算運動波方程運動波方程LqxQtA2/103/2SRnAQ xLfVqSSxhgAxAQtQ)()/(02LqxQtA坡地匯流：運動波（坡地匯流：運動波（Kinematic WaveKinematic Wave）法）法 河道匯流：運動波或動力波（河道匯流：運動波或動力波（Dynamic WaveDynamic Wave）法）法動力波方程動力波方程（Manni

9、ng公式）（Saint Venant方程）積雪融雪過程積雪融雪過程 度日因子法度日因子法 )(0TTMSMafESMSWdtdS二、二、WEPWEP模型原理簡介模型原理簡介樹植被-裸地淺層地下水補給淺層(無壓)地下水難透水層承壓層流入流出流出流入蒸發熱通量地表徑流壤中徑流蒸騰入滲吸力水擴散入滲入滲降水短波輻射長波輻射人工熱源地下水揚水深層補給土壤底層土壤中層水道漏水河水與地下水交換非灌溉農田灌溉農田洼地儲留層水域不透水域“馬賽克”法土地利用分類過渡帶層地下水揚水河道取水蒸騰蒸騰樹木根系層作物根系層草根系層蒸發截留層土壤表層模型的垂向結構（基本計算單元內）三、如何讀懂三、如何讀懂WEP程序程序l

10、程序結構程序結構l讀懂程序的技巧讀懂程序的技巧l中級篇、高級篇中級篇、高級篇三、如何讀懂三、如何讀懂WEP程序程序l程序結構程序結構程程序序流流程程圖圖結果輸出輸入輸出文件的開設共有參數、變量及數組的定義模塊數據、參數輸入模塊水文氣象土壤植被土地利用DEM含水層初始條件和邊界條件的輸入土地利用再分類降雨強度分析各觀測站的日放射量計算產流模型（蒸發、下滲、地表產流、地下水）匯流模型（坡面匯流、淤地壩、河道匯流、水庫調節）農業灌溉用水工業生活用水污水排水地下水開采量水庫流流域域水水資資源源調調控控模模型型分離耦合模塊名功能WEP主程序（Main Program）、計算控制OPENFILE輸入輸出數

11、據文件的開設PARAVAR共有參數、變量及數組的定義模塊INPUT數據、參數的輸入INC初期條件的設定（土壤水分量、地下水位、河道流量等）、邊界條件的設定（河道、地下水）等LUMAN計算單元內土地利用的再分類PHOUR日降雨的日內時間尺度展布PSPACE降雨的流域空間展布RSRLD各觀測站的日放射量計算（小時、日）SURSOIL計算單元各類土地利用區的表面及不飽和土壤層內的水熱通量計算GWATERH山丘區地下水流動逐日計算GWATERP平原區地下水流動逐日計算OVERLAND坡地匯流計算 (1D Nolinear Kinematic Wave法)RIVER河道匯流計算(同OVERLAND）WE

12、P-LWEP-L模型的模塊（一）模型的模塊（一）WEP-LWEP-L模型的模塊（二）模型的模塊（二）TRENCH人工滲透設施計算PONDREG水庫及蓄水池調節計算YDB淤地壩調節計算WATER計算單元內水域的水熱通量計算URBAN計算單元內都市域的水熱通量計算SOILVEG計算單元內裸地植被域的水熱通量計算SVEI計算單元內裸地植被域的水熱通量計算 (非強降雨時期)SVIR計算單元內灌溉農田域的水熱通量計算SVNI計算單元內非灌溉農田域的水熱通量計算SVGA強降雨時期各透水域的水熱通量計算（用Green-Ampt模型計算入滲）RESIS空氣動力學阻抗與植被群落阻抗的計算ALBEDO短波放射量反

13、射率的計算WEP-LWEP-L模型的模塊（三）模型的模塊（三）PENMAN用Penman公式計算可能蒸發量RFRM用Force-Restore法計算地表面溫度、地中熱傳導計算ROOT根系吸水計算BETA土壤蒸發效率計算CON根據土壤含水率計算不飽和透水系數DIFSUC吸力與擴散系數計算PMONTE用Penman-Monteith公式計算實際蒸發蒸騰量PEMANS土壤實際蒸發量計算CUMLAFGreen-Ampt模型的累積入滲量計算SNOW積雪融雪計算三、如何讀懂三、如何讀懂WEP程序程序l程序結構程序結構打開程序打開程序三、如何讀懂三、如何讀懂WEP程序程序l讀懂程序的技巧：讀懂程序的技巧：需要掌握的基礎知識：水文學、水力學、微積分、需要掌握的基礎知識：水文學、水力學、微積分、數值分析、數值分析、FORTRANFORTRAN從輸入