第六章流域水文模型第六章流域水文模型1Contents流域水文模型的概念1概念性流域水文模型2分布式流域水文模型3流域水文模型研究與檢驗(yàn)4Contents流域水文模型的概念1概念性流域水文模型2分布2§1流域水文模型的概念1、水文模型概述思考：什么是流域水文模型，其作用是什么?流域水文模型的物理基礎(chǔ)河道匯流地下水匯流流域匯流流域產(chǎn)流§1流域水文模型的概念1、水文模型概述流域水文模型的物理基3§1流域水文模型的概念早期的水文分析計(jì)算大多采用一些經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的方法，如：相應(yīng)水位（或流量）法、降雨徑流相關(guān)圖法、單位線法等。20世紀(jì)50年代后期先后有流量綜合與水庫(kù)調(diào)節(jié)、斯坦福等模型出現(xiàn)。這些模型從定量上分析了流域出口斷面流量過(guò)程形成的全部過(guò)程。60年代先后涌現(xiàn)出了大量的多參數(shù)、復(fù)雜的概念性降雨徑流模型，比較著名的有薩克拉門(mén)托、水箱等模型。河海大學(xué)1973年研制的新安江模型是一個(gè)分散參數(shù)的概念性降雨徑流模型，在我國(guó)濕潤(rùn)與半濕潤(rùn)地區(qū)廣為應(yīng)用，并取得好的效果。§1流域水文模型的概念早期的水文分析計(jì)算大多采用4§1流域水文模型的概念2、水文模型分類(lèi)（1）按模型構(gòu)建的基礎(chǔ)分類(lèi)水文模型黑箱模型物理模型概念性模型§1流域水文模型的概念2、水文模型分類(lèi)水文模型黑箱模型物理5§1流域水文模型的概念思考：上述三類(lèi)模型的優(yōu)缺點(diǎn)比較。物理機(jī)制、計(jì)算復(fù)雜度、應(yīng)用難易、通用性、預(yù)測(cè)和外延能力（2）按對(duì)流域水文過(guò)程描述的離散程度分類(lèi)1集總式模型2半分布式模型3分布式模型PERDS§1流域水文模型的概念思考：上述三類(lèi)模型的優(yōu)缺點(diǎn)比較。1集6§1流域水文模型的概念比較各類(lèi)模型，哪種模型更優(yōu)？從水文模擬和所需資料角度考慮。3、模型研究與發(fā)展從經(jīng)驗(yàn)相關(guān)到模型研究期思考：哪些是經(jīng)驗(yàn)相關(guān)方法？

§1流域水文模型的概念比較各類(lèi)模型，哪種模型更優(yōu)？7§2新安江模型－概述1973年，河海大學(xué)趙仁俊教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組在編制新安江洪水預(yù)報(bào)方案時(shí)，匯集當(dāng)時(shí)在產(chǎn)匯流理論方面的研究成果，并結(jié)合大流域洪水預(yù)報(bào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)完整的流域水文模型—新安江流域水文模型。水源：由二水源發(fā)展為三水源。產(chǎn)流計(jì)算：蓄滿產(chǎn)流匯流計(jì)算：線性水庫(kù)河道匯流：馬斯京根分段連續(xù)演算或滯后演算法§2新安江模型－概述1973年，河海大學(xué)趙仁俊教授領(lǐng)導(dǎo)的研8§2新安江模型－概述小流域——集總模型大流域——分塊模型分塊模型把流域分成許多塊單元流域，對(duì)每個(gè)單元流域做產(chǎn)匯流計(jì)算，可以得到單元流域的出口流量過(guò)程。再進(jìn)行出口一下的河道洪水演算，并得流域的流量過(guò)程。把每個(gè)單元流域的出流過(guò)程相加，就求得了流域出口的總出流過(guò)程。劃分單元的目的：處理降雨分布的不均勻性因此，單元流域面積要適中，使得在每塊面積上降雨比較均勻，并有一定數(shù)目的雨量站；其次，盡可能是單元流域與自然流域相一致；若流域中有大中型水庫(kù)，則水庫(kù)以上的集水面積即可作為一個(gè)單元流域。§2新安江模型－概述小流域——集總模型9§2新安江模型－二水源模型結(jié)構(gòu)降雨P(guān)蒸發(fā)皿蒸發(fā)EI透水面積土壤濕度W上層WU下層WL深層WD徑流REUELED蒸散發(fā)EWUMWLMC不透水面積IMPWMB地面徑流RS地下徑流RGFC地面徑流過(guò)程地下徑流過(guò)程單元流域出流過(guò)程UHKKGKEXE徑流R§2新安江模型－二水源模型結(jié)構(gòu)降雨P(guān)蒸發(fā)皿蒸發(fā)EI透水面積10§2新安江模型－三水源模型結(jié)構(gòu)輸入降雨P(guān)，蒸發(fā)皿蒸發(fā)量EI透水面積不產(chǎn)流面積1－FR產(chǎn)流面積FR產(chǎn)流量R張力水W上層WU下層WL深層WD自由水S不透水面積產(chǎn)流量RIMPWMBIMP輸出蒸散發(fā)EEUEUEUWUMWLMC地面徑流RS壤中流RSS地下徑流RGSMEXKSSKG地下徑流流域出口流量KKG地面徑流及壤中流總?cè)肓鞯孛鎻搅骷叭乐辛骺側(cè)肓鱑H輸出總流量Q三水源新安江模型流程圖§2新安江模型－三水源模型結(jié)構(gòu)輸入降雨P(guān)，蒸發(fā)皿蒸發(fā)量EI11§2新安江模型－不同水源模型區(qū)別

二水源模型由于沒(méi)有考慮壤中流作用，故在壤中流豐富流域常常得不到好的模擬結(jié)果。三水源模型認(rèn)為，土壤中水有張力水（田間持水量以下的水）和自由水（田間持水量以上的水）之分。二水源模型只考慮了張力水的調(diào)蓄作用，沒(méi)有考慮自由水的調(diào)蓄作用。因此，新三模型中增加了一個(gè)自由水蓄水庫(kù)，把總徑流劃分成三種水源：地面徑流、壤中流、地下徑流，代替新二模型中用FC劃分水源的辦法。§2新安江模型－不同水源模型區(qū)別二水源模型由于12§2新安江模型－模型計(jì)算蒸散發(fā)計(jì)算蒸散發(fā)計(jì)算采用三個(gè)土層的模型，其參數(shù)有上層張力水容量UM，下層張力水容量LM，深層張力水容量DM，流域平均張力水容量WM，蒸散發(fā)折算系數(shù)KC，深層蒸散發(fā)系數(shù)C，計(jì)算公式為：

WM=UM+LM+DMW=WU+WL+WDE=EU+EL+EDEP=KC×EM§2新安江模型－模型計(jì)算蒸散發(fā)計(jì)算13§2新安江模型－蒸散發(fā)計(jì)算

EU,WU,WUM

EL,WL,WLM

ED,WD,WDM上層(Upperlayer)下層(Lowerlayer)深層(Deeplayer)

上土層蒸發(fā)量：EU=EP

下土層蒸發(fā)量：EL=EP.WL/WLM

深土層蒸發(fā)量：ED=C.EP土壤蒸發(fā)量：E=EU+EL+ED

(notes:同時(shí)刻相加）§2新安江模型－蒸散發(fā)計(jì)算EU,WU,WUMEL,14§2新安江模型－蒸散發(fā)計(jì)算1)當(dāng)WU+P>=EP,EU=Ep,EL=0,ED=0;2)當(dāng)WU+P<EP,WL>=C.WLM,EU=WU+P,EL=(EP-EU)*WL/WLM,ED=0;3)當(dāng)WU+P<EP,C.(EP-EU)<=WL<C.WLM,EU=WU+P,EL=C*(EP-EU),ED=0;4)當(dāng)WU+P<EP,WL<C.(EP-EU),EU=WU+P,EL=WL,ED=C*(EP-EU)-EL.§2新安江模型－蒸散發(fā)計(jì)算1)當(dāng)WU+P>=EP,2)15§2新安江模型－產(chǎn)流計(jì)算根據(jù)蓄滿產(chǎn)流的概念，參數(shù)有流域平均張力水容量WM，張力水蓄水容量曲線的方次B，不透水面積占全流域面積的比值IM。張力水蓄水容量曲線與降雨徑流關(guān)系見(jiàn)下圖。§2新安江模型－產(chǎn)流計(jì)算根據(jù)蓄滿產(chǎn)流16§2新安江模型－產(chǎn)流計(jì)算計(jì)算公式為：

§2新安江模型－產(chǎn)流計(jì)算計(jì)算公式為：17§2新安江模型－產(chǎn)流計(jì)算當(dāng)P-E＞0，則產(chǎn)流，否則不產(chǎn)流，產(chǎn)流量計(jì)算方法為：

若P-E+A＜WMM則

R=P-E-WM+W+WM×

若P-E+A≥WMM則

§2新安江模型－產(chǎn)流計(jì)算當(dāng)P-E＞0，則產(chǎn)流，否則18§2新安江模型－分水源計(jì)算將水源分為地面徑流RS，壤中流RI和地下徑流RG。參數(shù)有表層土自由水蓄水容量SM，表層土自由水蓄水容量曲線的方次EX，表層土自由水蓄水量對(duì)地下水的出流系數(shù)KG及對(duì)壤中流的出流系數(shù)KI。按蓄滿產(chǎn)流模型計(jì)算出的產(chǎn)流量R，先進(jìn)入自由水蓄水庫(kù)，再劃分水源。自由水蓄水庫(kù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。§2新安江模型－分水源計(jì)算將水源19§2新安江模型－分水源計(jì)算R+S>SM:R+S<=SM:§2新安江模型－分水源計(jì)算R+S>SM:R+S<=SM:20§2新安江模型－分水源計(jì)算Sm§2新安江模型－分水源計(jì)算Sm21§2新安江模型－分水源計(jì)算

MS=SM×(1+EX)

RG=KG×S×FRRI=KI×S×FR若S+P-E≤SM則若S+P-E＞SM則RS=(S+P-E-SM)×FR§2新安江模型－分水源計(jì)算MS=SM×(1+E22§2新安江模型－匯流計(jì)算(1）地面徑流的坡地匯流地面徑流的坡地匯流時(shí)間不計(jì)，直接進(jìn)入河網(wǎng)，計(jì)算公式為：

QS(I)=RS(I)×U(2)壤中流匯流表層自由水以KI側(cè)向出流后成為表層壤中流，進(jìn)入河網(wǎng)。但如土層較厚，表層自由水尚可滲入深層土，經(jīng)過(guò)深層土的調(diào)蓄作用，才進(jìn)入河網(wǎng)。深層自由水用線性水庫(kù)模擬，其消退系數(shù)為CI，計(jì)算公式為：

QI(I)=CI×QI(I-1)+(1-CI)×RI(I)×U§2新安江模型－匯流計(jì)算(1）地面徑流的坡地匯流23§2新安江模型－匯流計(jì)算(3)地下徑流匯流地下徑流匯流用線性水庫(kù)模擬,其消退系數(shù)為CG，出流進(jìn)入河網(wǎng)。表層自由水以KG向下出流后，再向地下水庫(kù)匯流的時(shí)間不另計(jì)，包括在CG之內(nèi)，計(jì)算公式為：

QG(I)=CG×QG(I-1)+(1-CG)×RG(I)×U(4)單元面積河網(wǎng)匯流單元面積的河網(wǎng)匯流用滯后演算法，參數(shù)有滯后量L與消退系數(shù)CS，計(jì)算公式為：

Q(I)=CS×Q(I-1)+(1-CS)×QT(I-L)QT(I)=QS(I)+QI(I)+QG(I)§2新安江模型－匯流計(jì)算(3)地下徑流匯流24§2新安江模型－匯流計(jì)算(5)單元面積以下的河道匯流單元面積以下的河道匯流用馬斯京根分段演算法，即：

合解上述兩式得:Q2=C0I2+C1I1+C2O1

§2新安江模型－匯流計(jì)算(5)單元面積以下的河道匯流25模型參數(shù)的物理意義及初值的確定模型參數(shù)的率定本節(jié)主要內(nèi)容§2新安江模型－模型參數(shù)模型參數(shù)的物理意義模型參數(shù)的率定本節(jié)主要內(nèi)容§2新安江模型26§2新安江模型－模型參數(shù)Um—上層張力水容量Lm

—下層張力水容量Dm

—深層張力水容量

B

—張力水蓄水容量曲線方次Im

—不透水面積比例K

—蒸發(fā)能力折算系數(shù)C

—深層蒸散發(fā)系數(shù)Sm

—表土自由水蓄水容量Ex

—表土自由水蓄水容量曲線方次Kg

—自由水蓄水水庫(kù)對(duì)地下水的出流系數(shù)Ki

—自由水蓄水水庫(kù)對(duì)壤中流的出流系數(shù)Ci

—壤中流的消退系數(shù)Cg

—地下水庫(kù)的消退系數(shù)Cs

—河網(wǎng)蓄水量的消退系數(shù)Ke、Xe

—馬斯京根法單元河段的兩個(gè)參數(shù)§2新安江模型－模型參數(shù)Um—上層張力水容量272.1模型參數(shù)的物理意義及初值的確定

前面已述，新安江模型的參數(shù)可風(fēng)分為蒸散發(fā)、產(chǎn)流計(jì)算、分水源計(jì)算和匯流計(jì)算，可根據(jù)其物理意義來(lái)確定初值。

（1）蒸散發(fā)能力折算系數(shù)KCKC控制著水量平衡，對(duì)產(chǎn)流量計(jì)算起著重要作用。可根據(jù)實(shí)測(cè)資料來(lái)直接推求,如圖所示。

2.1模型參數(shù)的物理意義及初值的確定28因?yàn)楦鶕?jù)條件W2=W1=Wm,所以

所以有：

（2）流域平均張力水缺水量WMWM表示流域的干旱程度，WM=UM+LM+DM100mm北方半濕潤(rùn)地區(qū)

WM=170mm南方地區(qū)2.1模型參數(shù)的物理意義及初值的確定因?yàn)楦鶕?jù)條件W2=W1=Wm,所以2.1模型參數(shù)的物理意義29

5mm缺林地

UM=20mm多林地

LM=60~90mm，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在此范圍內(nèi)蒸散發(fā)大約與土濕成正比。

DM=WM-UM-LMWM可用實(shí)測(cè)資料來(lái)分析。選擇前期特別干旱，本次降雨足夠大，大得可使全流域蓄滿的洪水進(jìn)行分析。根據(jù)水量平衡：2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定5mm30

因?yàn)榍捌谔貏e干旱，所以有

，雨后

全流域蓄滿，

所以，（3）

張力水蓄水容量曲線方次BB值決定張力水蓄水條件的不均勻分布，通常與流域面積有關(guān)。

0.1A<5Km2

B=0.2~0.3幾百<A<1000Km20.4A>1000Km2

2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定因?yàn)榍捌谔貏e干旱，所以有31

(4)深層蒸發(fā)系數(shù)C

此值決定深根植物的覆蓋面積,根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)

0.18南方多林地區(qū)

C=0.09北方半濕潤(rùn)地區(qū)

(5)不透水面積占全流域面積的比例IM0.01~0.02天然流域

IM=

可以很大

城鎮(zhèn)地區(qū)

2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定(4)深層蒸發(fā)系數(shù)C2.2模型參數(shù)的物理意義及初32

(6)表層土自由水容量SM

表土層是腐植土，SM的作用相當(dāng)于二水源模型中的穩(wěn)定下滲率FC。SM受降雨資料時(shí)段長(zhǎng)均化影響很大，當(dāng)以日為時(shí)段長(zhǎng)時(shí)

10mm或更小

土層很薄的山區(qū)

SM=50mm或更大

土深林茂透水性強(qiáng)

10~20mm一般流域2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定(6)表層土自由水容量SM2.2模型參數(shù)的物理意義及33

當(dāng)所采用時(shí)段減小時(shí)，SM要加大。SM這個(gè)參數(shù)對(duì)地面徑流的多少起決定性作用，是一個(gè)重要參數(shù)。SM大則RS小，RG大;反之SM小則RS大，RG小。

(7)表層自由水蓄水容量曲線指數(shù)EXEX決定于表層自由水蓄水條件的不均勻分布。在山坡水文學(xué)中，它決定了飽和坡面流產(chǎn)流面積的發(fā)展過(guò)程。由于缺乏定性分析，所以定量有困難，EX=1.0～1.5。2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定當(dāng)所采用時(shí)段減小時(shí)，SM要加大。SM34

（8）

KG，KI

KG與KI是表層自由水蓄水庫(kù)對(duì)地下水與壤中流的出流系數(shù)，是并聯(lián)的。KG+KI代表出流的快慢，KG/KI代表地下徑流與壤中流之比，對(duì)一個(gè)特定流域他們都是常數(shù)。

0.7雨止到壤中流止的時(shí)間為三天

KG+KI=0.8雨止到壤中流止的時(shí)間為二天2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定（8）KG，KI2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定35

KG的大小決定于基巖與深土的滲透性；KI的大小決定于表土層的滲透性。KG/KI=RG/RIQtRSRIRG2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定KG的大小決定于基巖與深土的滲透性；K36

(9)深層壤中流消退系數(shù)CI0無(wú)深層壤中流

CI=0.9深層壤中流豐富，相當(dāng)于退水歷時(shí)十天。

(10)地下水消退系數(shù)CG

用無(wú)雨期退水流量確定。CG=Qt+△t/Qt

由槽蓄方程和退水段水量平衡方程

W=KQ(1)-Qdt=dW(2)2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定(9)深層壤中流消退系數(shù)CI2.2模型參數(shù)的物理意義及37

聯(lián)解（1）、（2）式得Qt+△t=Qt

令CG=則

CG=Qt+△t/Qt

（11）河網(wǎng)蓄水消退系數(shù)CS與滯時(shí)L

由槽蓄方程和水量平衡方程

W=KQ（t）

(1)[I(t)-Q(t)]dt=dW(2)

聯(lián)解（1）、（2）式得2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定聯(lián)解（1）、（2）式得Qt+△t=Qt38

(12)馬斯京根分段連續(xù)演算參數(shù)KE,XE

可以根據(jù)河段特性用水力學(xué)或水文學(xué)方

法推求。2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定2.2模型參數(shù)的物理意義及初值的確定39

模型參數(shù)率定，就是根據(jù)特定的目標(biāo)準(zhǔn)則，確定一套固定的參數(shù)尋找法則，按該法可以估計(jì)出模型的參數(shù)值，使得模型用這一估計(jì)得到的參數(shù)值計(jì)算出的結(jié)果在給定準(zhǔn)則下最優(yōu)。模型參數(shù)率定步驟如圖示。準(zhǔn)則判斷優(yōu)或否？尋找結(jié)束尋找新的參數(shù)資料輸入?yún)?shù)初值模型輸出優(yōu)否模型計(jì)算2.3模型參數(shù)率定模型參數(shù)率定，就是根據(jù)特定的目標(biāo)準(zhǔn)40模型參數(shù)率定的準(zhǔn)則選擇如下形式：式中，k～為正整數(shù)，一般取1或2；

θt=(θ1

,θ2

,…,θt),參數(shù)向量;Rn～為n維得式數(shù)空間域；

Q0～為實(shí)測(cè)值；

Qc～為模型計(jì)算值。參數(shù)率定就是選擇一個(gè)參數(shù)向量Qp,使得ER(Qp)最小，即

2.3模型參數(shù)率定模型參數(shù)率定的準(zhǔn)則選擇如下形式：2.3模型參數(shù)率定41率定目標(biāo)的選擇:預(yù)報(bào)規(guī)范，多目標(biāo)優(yōu)化率定方法手工率定自動(dòng)率定二者結(jié)合自動(dòng)率定方法RosenbrockSimplexGeneticPSOSCE-UA2.3模型參數(shù)率定率定目標(biāo)的選擇:預(yù)報(bào)規(guī)范，多目標(biāo)優(yōu)化2.3模型參數(shù)率定422.4參數(shù)的獨(dú)立性與相關(guān)性分析為了解決參數(shù)獨(dú)立性的問(wèn)題，將新安江模型分為四個(gè)層次；按其層次結(jié)構(gòu)分層次率定參數(shù)；每個(gè)層次分別采用目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化方法。新安江模型參數(shù)之間的不獨(dú)立主要存在于層次之內(nèi)，層次之間的參數(shù)基本上是相互獨(dú)立的。若一個(gè)層次的參數(shù)共起一種作用，采用一個(gè)函數(shù)，必然存在較大的相關(guān)性。1、層次之間參數(shù)的相關(guān)性分析

（1）第一、第二次層次之間。當(dāng)?shù)诙哟螀?shù)WM、B、IM有變化時(shí)，對(duì)產(chǎn)流量R的計(jì)算結(jié)果有影響，因此影響水量平衡，也就影響了第一層次參數(shù)的調(diào)試結(jié)果。但這種作用很小，因?yàn)樗辉诰植啃顫M產(chǎn)流時(shí)起作用，當(dāng)全流域蓄滿時(shí)就沒(méi)有作用了。2.4參數(shù)的獨(dú)立性與相關(guān)性分析為了解決參數(shù)獨(dú)立43（2）第二、第三層次之間。參數(shù)B可根據(jù)次洪的降雨徑流關(guān)系求出，因此與第三層次參數(shù)無(wú)關(guān)。WM只與B有關(guān)，與第三層次參數(shù)也無(wú)關(guān)，IM也與其它參數(shù)無(wú)關(guān)。（3）第三、第四層次參數(shù)之間在性質(zhì)上是完全獨(dú)立的。匯流計(jì)算只處理河網(wǎng)匯流問(wèn)題，與水源劃分無(wú)關(guān)。但在優(yōu)化參數(shù)時(shí)，都是根據(jù)流域出口斷面的流量過(guò)程線，因此在定量上有一定相關(guān)性。但流量過(guò)程線與這兩個(gè)層次間參數(shù)的關(guān)系，可以通過(guò)流量過(guò)程線的分段處理來(lái)解決。在大流量部分基本上由地面徑流和壤中流組成，主要調(diào)整參數(shù)SM、EX、KG+KI、CS和L；洪水退水段的尾部基本上由壤中流組成，主要調(diào)整參數(shù)KG/KI、CI；小流量基本上由地下水組成，主要調(diào)整2.4參數(shù)的獨(dú)立性與相關(guān)性分析（2）第二、第三層次之間。（3）第三、第四層次參數(shù)之間44參數(shù)KG/KI、CG。因此，若分段采用不同的目標(biāo)函數(shù)，可以克服某些參數(shù)間不獨(dú)立的問(wèn)題。

2、同一層次中參數(shù)的相關(guān)性分析

（1）在第一層次，若加大參數(shù)UM、LM、C的值，計(jì)算的蒸散發(fā)量E值就會(huì)增加。因此，為了控制水量平衡，調(diào)試時(shí)就會(huì)減小KC的值。深層蒸散發(fā)折減系數(shù)C值只對(duì)干旱季節(jié)起作用，對(duì)濕潤(rùn)地區(qū)一般情況下它是不敏感的，但對(duì)半濕潤(rùn)地區(qū)，它則是重要的。（2）在第二層次WM與B是不獨(dú)立的，它們共同確定了張力水蓄水容量曲線。據(jù)分析知，WM與流域的干旱程度有關(guān)，在地區(qū)上有一定分布規(guī)律，其變化范圍在120～170；B值與流域面積大小有關(guān)，其值大致在0.1～0.4之間。2.4參數(shù)的獨(dú)立性與相關(guān)性分析參數(shù)KG/KI、CG。因此，若分段采用不同的目標(biāo)函數(shù)，可以克45（3）在第三層次中SM與KG、KI有關(guān)，見(jiàn)下圖，這是一個(gè)有門(mén)檻與并聯(lián)出口的線性水庫(kù)。若KG+KI不變，當(dāng)SM增大時(shí)，RS要減小；若同時(shí)減小KG+KI，則RS可以保持不變；若KG/KI也不變，則RI與RG也保持不變。這時(shí)水源劃分的結(jié)果與模擬精度都相同，這表示三個(gè)參數(shù)之間是不獨(dú)立的。在第二層次SM與EX之間存在同樣問(wèn)題，它們共同確定了自由水蓄水容量曲線。據(jù)分析研究，值大體上表達(dá)了坡面地面徑流產(chǎn)流面積的發(fā)展過(guò)程。其值可定為1.5，不參加優(yōu)化。2.4參數(shù)的獨(dú)立性與相關(guān)性分析（3）在第三層次中SM與KG、KI有關(guān)，見(jiàn)下圖，這是46（4）在匯流層次中，CG決定于地下水，L與CS決定于洪水，相關(guān)很不密切，CS與L的功能不同，前者處理平移，后者處理坦化，相互間是很獨(dú)立的。

由上述分析可見(jiàn)，分水源層次參數(shù)的獨(dú)立性問(wèn)題特別復(fù)雜，必須要加結(jié)構(gòu)性約束才能解決。水源劃分雖無(wú)實(shí)測(cè)資料組作直接驗(yàn)證，但由于計(jì)算結(jié)果具有廣泛的穩(wěn)定性，可以作為最優(yōu)解的一種標(biāo)準(zhǔn)。

2.4參數(shù)的獨(dú)立性與相關(guān)性分析（4）在匯流層次中，CG決定于地下水，L與CS決47§3分布式流域水文模型具體來(lái)說(shuō)，分布式模型是按照流域上各處土壤、植被、土地利用和降水等的不同，把流域分成若干部分，每一部分以一組參數(shù)表示該部分流域的各種特殊自然地理狀況，并以這樣的部分流域作為水文模擬的基本單元，然后通過(guò)徑流演算而得全流域的總輸出。而集總式模型則認(rèn)為那些參數(shù)在空間上變化較小，可以視為在空間上是均勻的。§3分布式流域水文模型具體來(lái)說(shuō)，分布式模型是按48HillslopeModellingPrecip’nStreamflowLateralsubsurfaceflowETdrywetPrecipitation&ETStreamflowHillslopeModellingPrecip’nStr49LargerScaleModellingSPrecipitation&ETStreamflowPrecipitationETStreamflowLumpedModelSemi-lumpedModelDistributionModelStreamflowArea=70%Area=20%mediumdrywetLargerScaleModellingSPrecipi50§3分布式流域水文模型§3分布式流域水文模型51§3分布式流域水文模型§3分布式流域水文模型52思考：分布式水文模型的特點(diǎn)具有物理基礎(chǔ)，模型結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，參數(shù)意義明確，可以利用常規(guī)理論描述各水文要素隨時(shí)空的變化過(guò)程；可以結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)等技術(shù)，獲取更為詳細(xì)的與實(shí)際相符合的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料；由于模型建立在數(shù)字化高程模型(DEM)基礎(chǔ)上，因此可以及時(shí)反映人類(lèi)活動(dòng)和下墊面因素的變化對(duì)流域水文過(guò)程的影響。§3分布式流域水文模型思考：分布式水文模型的特點(diǎn)§3分布式流域水文模型53§3分布式流域水文模型

分布式水文模型是當(dāng)今水文研究的前沿和方向分布式模型的發(fā)展前景：（1）與GIS和RS的結(jié)合：

a.目前水文模型與GIS的結(jié)合有三種方式，即松散式結(jié)合、半松散式結(jié)合和完全結(jié)合（嵌入式）

b.RS作為一種很有效的面數(shù)據(jù)來(lái)源，其柵格形式與分布式模型的網(wǎng)格劃分十分一致（2）與并行式算法結(jié)合§3分布式流域水文模型分布式水文模型是當(dāng)今水文研究的前沿54§3分布式流域水文模型Catchmentsaredefinedforeachriverreachandwaterbody§3分布式流域水文模型Catchmentsaredef55§3分布式流域水文模型WatershedsaredefinedfromoutletpointsontheHydroNetwork§3分布式流域水文模型Watershedsaredef56§3分布式流域水文模型Basinsarestandardizedwatershedsusedforlabelingandpackaginghydrodatasets

§3分布式流域水文模型Basinsarestandar57NewZealandSouthIslandLocationMapoftheGreyRiverChristchurchGreymouthBasinArea:3817km2Flow:12.1x109m3Flow/Area:3184mmNewZealandSouthIslandLocati58GreyDigitalElevationModel2815rows3675columns30mgridGreyDigitalElevationModel2859ChannelNetworkExtractionContributingareaChannelsdefinedusingcurvaturethresholdChannelNetworkExtractionCon60subbasindelineationsubbasindelineation61subbasindelineationsubbasindelineation62VegetationVegetation63DepthWeighted

MacroporosityDepthWeighted

Macroporosity64RainandstreamflowgaugesRainandstreamflowgauges65RainfallRainfall66§3分布式流域水文模型§3分布式流域水文模型67§3分布式流域水文模型§3分布式流域水文模型68§4流域水文模型研究與檢驗(yàn)建模思路模型檢驗(yàn)§4流域水文模型研究與檢驗(yàn)建模思路694.1模型研究思路

1、假設(shè)和概化根據(jù)具體研究的對(duì)象和目的，以是否符合客觀水文現(xiàn)象為標(biāo)準(zhǔn)，找出影響水文規(guī)律的因素，并分析這些因素對(duì)水文規(guī)律影響的大小；忽略次要的或隨機(jī)因素，提出假設(shè)和概化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。4.1模型研究思路1、假設(shè)和概化702、模型結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是要在認(rèn)識(shí)、分析水文規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立盡可能符合客觀水文現(xiàn)象的、具有比較明確的物理意義的總體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)下的層次結(jié)構(gòu)。4.1模型研究思路

2、模型結(jié)構(gòu)4.1模型研究思路71

3、模型參數(shù)模型結(jié)構(gòu)要符合客觀水文現(xiàn)象，要物理意義化，模型結(jié)構(gòu)中的參數(shù)也一定要具有比較明確的物理意義。根據(jù)設(shè)計(jì)的模型總體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)下的層次結(jié)構(gòu)，初定模型參數(shù)。

4、模型模擬以流域產(chǎn)匯流基本理論為指導(dǎo)，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)為工具，實(shí)驗(yàn)流域和實(shí)際流域的實(shí)測(cè)資料為檢驗(yàn)依據(jù)，對(duì)已建模型進(jìn)行模擬。根據(jù)模擬值與實(shí)測(cè)值比較結(jié)果，調(diào)整模型結(jié)構(gòu)和模型參數(shù)。4.1模型研究思路

3、模型參數(shù)4.1模型研究思路724.2模型檢驗(yàn)