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@https://www.doczj.com/doc/0f6464078.html, 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：A
水
利学报SHUILI XUEBAO 2010年9月
第41卷第9期
文章编号：0559-9350（2010）09-1009-091研究背景
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［1-2］。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
［1，3］。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流域水文模型［4-7］，分布式流域水文模型最显著的特点是与DEM 结合，以偏微分方程控制基于物理过
程的水文循环时空变化，分布式的过程描述和结果输出［4］。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趋势［1，3，5-6］
。
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规律有效途径之一的分布式流域水文模型受到了极
大的关注，在建模思想、理论和技术等方面有了长足的发展［8］，涌现了一批分布式水文模型，如TOPMODEL （TOPgraphy based hydrological MODEL ）、SHE 、DHSVM （Distributed Hydrology Soil Vegetation Model ）、VIC （Variable Infiltration Capacity ）、SWAT （Soil and Water Assessment Tool ）、HMS （Hydrologic Model System ）、SVAT （Soil-Vegetation-Atmosphere Transfer model ）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
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问题不可或缺的工具［2-3］。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有关的研究工作［5，9］。
本文从当前水文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题之一［10］。
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-水文模型-影响评估”的模式［10-11］，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（General Circulation Models，GCMs）与陆面流域水文模型进行耦合研究［11］，即陆气耦合。国内外用于气候影响评价的分布式水文模型不仅有传统的降雨径流模型，如
SWAT、DHSVM等，而且还有专门开发的月水量平衡模型、陆面过程模型等，如VIC、TOPX、AVIM （Atmosphere Vegetation Interaction Model）等。GCM隐含着更多确定性气候变化信息，而分布式水文模型因有其能够反映下垫面的不均匀性的优点，因而陆气耦合的模式被认为是最有效和最有潜力的方法。
近年来，国内外用陆气耦合方式开展了大量的气候变化对水文循环影响的评估研究，并取得了许多重大的成果和进展，但是也还有很多问题值得研究，主要问题有：（1）陆面水文过程与气候模型之间双向耦合的问题。由于缺乏对大尺度水文物理过程和大气系统内部变化的深刻认识，长期以来陆地水文循环和气候系统被看作为彼此独立的、静态的过程，水文模型由未来情景的气温、降水、风速等气象因素单向驱动，大气模式中仅设置若干参数代替水文过程变化和空间分布，强调网格单元垂向水分输移，不考虑水流的侧向运动。然而，气候变化必将引起流域生态水文的改变，这种改变也将影响区域的水热平衡，如何模拟或表达流域对变化环境的响应是分布式水文模型亟待解决的问题。（2）尺度匹配问题。分布式水文模型不仅面临着自身时空尺度问题的挑战，而且还要处理与GC?Ms尺度的衔接问题。GCMs模拟的网格尺度一般不能很好反映区域尺度范围上水文气象要素的空间不均匀性，必须进行降尺度处理，而对于不同的分布式水文模型来说，在不同尺度下模拟能力也有区别，如何减小陆气耦合模式下两者尺度导致的模拟误差也是分布式模型需要考虑的问题。（3）不确定性问题。虽然GCMs情景包含了更多的未来气候变化信息，但是基于假定的大气环流模式建立的GCMs情景自身就有着很大的不确定性。在气候变化水文影响评价中，对于分布式水文模型来说不仅要克服数据、模型结构和参数率定的不确定性问题，而且还要减小模拟流域生态水文对变化环境响应的不确定性。（4）大尺度分布式水文模型研究。陆气耦合中的水文模型有结构简单、概念明确、移植性强和模拟效率高等特点，并能够适应于模拟大尺度水文过程以及陆面过程对气候系统的反馈等，而这类模型研究不足，需要加强大尺度水文过程规律、参数化、水文过程与气候系统的耦合、模型可移植性以及大尺度分布式水文模型运算效率相关的结构及控制问题。
2.2土地利用/覆被变化水文响应与分布式水文模型水文循环作为联结地球上各圈层的重要纽带，土地利用/覆被变化（Land-Use/Cover Change，LUCC）对不同时间和空间尺度的水文循环都会产生一定的影响［12］。土地覆被变化直接引起近地表的蒸散发、截留、填洼、下渗等因素的改变而导致产汇流的变化，如：产流过程中截留、下渗和土壤蓄水能力的变化；汇流过程中地表糙率、地表蓄水量、
河道汇水路径等因素及其反馈作用等。此外，LUCC对产汇流的改变也将引起流域水量、产输沙、水质、洪水过程等发生改变。
目前，LUCC及其影响研究是IGBP研究的核心科学问题之一，研究LUCC对水文循环的影响，对于揭示区域及全球尺度水文循环规律、相互影响机理、生态安全格局等有十分重要的意义［10，12］，也是水文学研究的重要问题，建立能够灵活模拟变化条件下的LUCC水文影响评估模型是一项重要研究任务。LUCC对水文影响评价可以通过实验流域、流域水文模拟等不同方式，由于实验流域研究方法需要详细的长系列观测资料且成本很高，采取流域水文模型模拟的方式有着物理基础明确、易于控制等优点而被广泛采用，特别是与GIS和遥感结合的分布式水文模型。最早尝试用水文模型来评估
LUCC水文影响的是Onstad&Jamieson在1970年开展的，到目前为止，有许多水文模型都曾用于影响
评估研究，包括集总式模型，如HSPF、HBV、SCS、L-THIA（Long-Term Hydrologic Impacts Assess?ment of land use changes）等；半分布式/分布式水文模型，如PRMS（Precipitation Runoff Modeling System）、TOPMODEL、LISFLOOD、SHETRAN和CLASSIC等。
分布式水文模型分布式的参数和输出结果更容易与遥感和GIS结合，能够灵活地设置土地利用变化情景，模拟不同土地利用变化情景下的水文响应，因此，分布式水文模型则成为研究LUCC水文响应的重要工具。如何更好地开展LUCC变化条件下的分布式水文模拟不是模型结构合理就能够解决的问题，需要从水文循环理论上提高模型模拟流域对土地利用/覆被变化响应的能力。LUCC研究中，首先要求分布式水文模型能够与GIS技术和遥感数据紧密结合，这样能够很好地从遥感数据获取和分析LUCC数据，并且能够表达土地利用的时空差异特征及其对水文过程的影响；其次是能够模拟土地覆被变化条件下的水文过程变化，模型参数能够反映土地覆被变化的时空变化特征。
2.3缺资料地区水文预报与分布式水文模型目前，许多国家和地区的流域水文站网分布密度及其观测数据不足，一些基础性的数据由于各种自然因素或人为因素的限制而无法获得；而在人类活动强度较大的地区，基于历史积累资料的模拟和预测不能够反映人类活动的影响，不能够为水资源管理和预测提供科学依据而形成了新的缺资料地区，给水资源的科学管理带来很大的困难。面对这样的困境，国际水文科学协会（IAHS）在21世纪启动的第一个研究计划（2003—2012年）就是缺资料地区的水文预报（PUB）。
PUB计划以减小水文与水资源预测预报中的不确定性为核心，旨在探索水文模拟的新方法，改进径流、泥沙和水质等预报精度，从传统的基于观测数据进行模型率定向机理探究的方向转变，实现水文理论的重大突破，以满足各国国民经济生产和社会发展的需要，特别是发展中国家［3，13］。PUB 计划有两大目标，一是检验和完善现有模型或方法以提高其在缺资料地区的适应性并减小其预报的不确定性；二是开发新一代能够模拟不同时空尺度水文及其相关的生物、化学等过程的模型或方法，并减小其不确定性。
PUB问题的出路在于充分利用计算机技术和遥感手段获取流域特征参数，基于水文物理过程，运用系统论、信息论和控制论等现代科学方法，综合空间技术和计算机技术，揭示地表水文及其相关过程的动力学机制与时空分布特征，最终达到基于物理过程的流域水文情势数值模拟［14］。因此，发展新一代的分布式水文模型是解决PUB问题的可行途径之一。适用于缺资料地区的分布式水文模型需要能够充分利用水文气象遥测数据，如雷达测雨数据、DEM、土地覆被、遥感数据等，并能够将产汇流模型与植物生长模型、营养物质迁移模型等地表水文、生物、化学过程模型耦合起来模拟地表水文过程，而且模型概念明确、易于控制、便于设置情景，从而能够方便地利用缺资料地区的数据同化资料率定模型。
2.4流域生态水文过程与分布式水文模型有限的淡水资源已经成为社会经济可持续发展和生态系统健康的重要限制因子，现有的水利工程技术难以有效解决这一矛盾，需要探索新的方法和机制以解决水资源短缺、水质恶化和生物多样性减少等环境问题，寻求一种环境友好、经济可行、社会可接受的淡水资源可持续管理模式［15］，生态水文学（Ecohydrology）正是在这种背景下发展成为水文学研究的一个重要分支。生态水文学适应了现代科学研究过程中实现跨学科集成和综合这一发展趋势，
主要研究水文过程与生态系统之间的动力学机制，生态水文格局和生态水文过程，其中生态水文模型是研究的重要内容之一［16］。
关于水文循环中生态系统影响的研究很早就开始了，在20世纪90年代以前，由于对生态水文学认识的局限性，研究范围限于河道、水库、根系层等水文过程，比较注重多年平均、季节变率、时间变化趋势、极端（洪水、干旱）事件的频率等水文情势，而且生态系统在水文建模研究主要集中在植被对水文过程的影响，如截留、蒸发、下渗等环节，这些水文过程中植被的特征和影响机制均以不同植被类型进行参数化，没有对生态水文学作为专门学科进行系统深入的研究［17］。当前的研究更集中于某些具体领域和范畴的研究，如湿地生态水文学、森林生态水文学、河流生态水文学、景观生态水文学及流域生态水文学等。由于生态水文研究的对象是包括人类和自然的复杂巨系统，而不同尺度的生态水文过程机理均呈现出不同的复杂性和层次性，生态水文学还没有形成系统、完整的理论体系［16］。
目前生态水文耦合模型主要用于研究森林生态水文过程、植被对水文影响的数据统计模型，如Rutter、Philip模型；用于模拟土壤-植被-大气间物质能量传输过程的物理机理模型，如Pen?man-Monteith、SVAT、SPAC模型；还有用于水文与生态过程随机性模拟、要素与参数生成的统计理论模型，如Monte Carlo、马尔科夫模型等。近十几年来，随着计算机技术、GIS和RS技术的发展，生态水文开始以GIS为平台借助于分布式水文模型研究生态水文格局的演化，探讨生态水文格局与区域水环境的安全调控。生态水文耦合模型也有松散耦合（单向连接）和紧密耦合（双向耦合）之分，现在多数研究属于单向连接和部分耦合的松散耦合方式。生态水文学研究需要分布式水文模型能够将流域生态过程耦合到水文过程模拟之中，加强土壤水文、土壤性质等与植被生长之间的作用与反馈模拟，以及LUCC等生态环境变化的水文响应模拟，耦合植被生长和水文过程并实现信息数据的实时交换。同时，需要生态模型提高模拟的精度与尺度，能够很好地揭示与模拟水文过程与生物动力过程相互影响机理，建立物理机制上双向参数传递和尺度匹配耦合关系。随着生态模型研究的深入，对植物与水分相互作用机理认识的不断提高，通过尺度转换实现水文模型和生态模型双向无缝耦合是未来生态水文学发展的方向。
2.5水资源管理与分布式水文模型在水资源开发利用程度不断提高而水危机影响不断加剧的今天，水文模型为流域水资源管理和决策提供了重要依据，已经在流域水资源综合管理中的数字流域研究、非点源污染模拟、农业灌溉和城市取用水研究、地表水与地下水评价与计算、洪水预警预报、水土保持等领域发挥了重大作用［5-6，18-19］。水资源管理研究涉及内容广泛，需要水文模型做支撑的可以小到单株植物水分调节模拟模型，大到研究气候变化的全球水文循环模型，而中尺度分布式流域水文模型在水资源管理研究中应用最广泛。本文仅对水资源管理中非点源污染模拟和灌溉水文模拟中分布式水文模型的应用着重讨论。
非点源污染模拟与水文模型是密不可分的，非点源模拟模型建立在水文模块的基础上，集成了气候、泥沙、营养物模块而具有非点源污染模拟能力。从20世纪50—60年代开始研究农业非点源污染以来，非点源污染模拟模型的发展有两大显著特征：一是从简单的经验统计分析向复杂的机理模型发展；二是从长期平均负荷输出或单场暴雨分析向连续的时间序列响应分析发展。近十几年来，分布式水文模型逐渐成为非点源污染模拟的重要工具和平台，其中有场次模拟的ANSWERS（Areal Nonpoint Source Watershed Environment Response Simulation）、AGNPS（Agricultural NonPoint Source）等；连续模拟的HSPF、SWAT、WEPP（Water Erosion Prediction Project）、BASINS（Better Assessment Science Integrating point and Nonpoint Sources）等。然而，仍然有很多值得深入研究的问题［20］，用于模拟非点源污染过程的分布式水文模型首先要能够真实地模拟离散空间单元上的径流成分；其次要能够很好地将泥沙、营养物输移耦合到水文过程中，流域离散方式、地表径流、地下径流、汇流等环节水文过程的模拟方式与土壤侵蚀、非点源污染过程模拟密切相关；最后，能够有效地利用RS数据和GIS技术提取和识别流域特征参数，及与水文、泥沙和营养物质输移相关的过程参数。
灌区模拟问题是流域水资源管理中最常见的问题之一，不仅难以用传统的试验方法进行研究，而且田间尺度试验的数据也难以反映灌区内连续尺度间水分循环转换关系，而考虑时空变异的分布
式水文模型能够处理这一问题。针对不同研究目的、尺度的分布式水文模型已经在灌区有较多应用，但是还存在较多问题［21-22］：（1）对灌区水文循环过程考虑不够细致。灌区有其特殊的地表水、土壤水和地下水转换关系，以及水库、塘堰、灌排系统等水体的水量交换问题，而当前绝大多数分布式水文模型对灌区的水分循环过程考虑较粗。（2）对灌区离散化处理不合理。分布式水文模型是基于
DEM对流域进行离散得到河网、子流域、水文计算单元，这种流域离散方式不能够很好地反映灌溉渠系、排水沟网对水文过程的影响。（3）难以结合水资源管理进行分析评价。当前大多数模型中灌溉措施、灌溉方式设置较为简单，对水文过程模拟见长，较少考虑不同灌溉措施或水资源管理措施带来的经济或社会效应，如灌溉对作物产量的影响、水资源管理措施的经济分析等。考虑灌区的分布式水文模型要在降水和灌溉取水-产汇流模拟为核心的基础上，模拟不同灌溉方式和灌溉制度下灌区的水文过程，能够将灌区水文循环拓展到水文-农业-经济耦合研究范围以指导节水灌溉或管理。
此外，水电站或水库、农业灌溉引水、城市取用水等水资源管理措施对河道水量过程影响非常敏感，不仅增加了水资源管理的复杂性，而且给水文模拟带来了很大的不确定性。目前大多数分布式水文模型对这些影响的模拟无能为力，如何有效地模拟这些水资源管理措施对水文过程的影响是分布式水文模型亟待加强的环节。
3分布式水文模型构建的难点问题和关键技术
3.1构建分布式水文模型的难点问题分布式流域水文模型自1969年提出至今已经有了很大的发展，特别是近10多年来，从基础研究到应用都有巨大进步。然而，建模的理论与技术仍然不能够满足当前水文科学发展面临重大问题的需求，难点问题主要有水文系统高度非线性导致的模型参数率定和验证、不同尺度上水文变量和参数的空间变异性问题、不同时间尺度上水循环的机理、流域水文循环全要素过程的动态耦合模拟、水文循环与水资源循环的耦合模拟问题以及资料的限制等［6，23-24］。
3.1.1尺度问题水文现象在不同时空尺度上呈现出性质迥异的变化特征，如何从一种尺度水文变量及其变化特性去认识和推证另一种尺度的水文变量及其变化特性在理论上和实践上都有重要的意义，是当前水文科学研究的前沿［1，3，9，23，25］，至今还没有形成完整的理论和方法体系［26］。随着理论和技术的不断发展，水文尺度问题研究呈现出以下发展趋势：（1）借助GIS技术和遥感观测数据对不同时空尺度上流域水文过程对地貌、土壤、植被等流域特征参数的响应进行研究；（2）加强不同尺度上水文过程特征的研究，使水文模拟在不同尺度上得到与观测尺度相符的描述；（3）利用中小尺度上建立的分布式水文模型进行尺度转换研究，探讨较大尺度上的水文过程和规律；（4）应用新技术和新方法提高不同尺度上水文观测的精度和分辨率，从而揭示不同尺度上的水文规律和过程；（5）结合生态、气象等领域的方法、资料和原理拓展水文尺度研究的思路，不断完善尺度理论、方法和技术。3.1.2数据与建模水文循环过程的高度非线性和复杂性，及其与时空尺度的高度相关性，使得不论是一般的还是特殊的分布式水文模型都需要大量的观测数据或水文过程参数，不仅有降水、气温、DEM、地质、土壤、植被等大量的自然环境要素数据，而且还有复杂的地下水取用、水电站径流调节、农业灌溉、污染物排放等人类活动数据。虽然已经积累了大量的站点观测数据和遥感数据，但是与建模研究的水文过程尺度相匹配的观测数据还很难满足分布式水文模型的需求，而且随着人类活动对自然水文循环的影响不断加深而使得有观测地区又发展成为了新的缺资料或无资料地区。因此，如何解决建模过程中数据选择问题和多源数据的同化与利用问题成为建模研究的难点，主要体现在空间属性数据的尺度问题、与人类活动相关环节的数据获取与建模问题，进行模型开发时不仅要根据模型开发的目的选择数据，而且还要考虑选取数据的质量。
3.1.3参数估计与模型检验当前，水文模拟和预测的参数估计都是点估计，结合拟合程度检验模型，而不是能够降低不确定性的区间预测，不能对模型的性能给出客观测度［27］。近年来，水文模拟和预测中的不确定性问题越来越受到重视，主要研究方法有GLUE（Generalized Likelihood Uncertainty Estimation）、BaRE（Bayesian Recursive Estimation）、MOSCEM（MultiObjective Shuffled Complex Evolution
Metropolis algorithm）、MCMC、BFS（Bayesian Forecasting System）等方法。此外，ESP、HEPEX、LUCHEM、DMIP等计划或研究都尝试着用多模型联合预测的方法（Ensemble Modeling）降低模拟的不确定性，可以联合诊断模型结构、模型参数、初始条件和边界条件等不确定性问题。在参数优选方面，启发式算法和进化算法等，如：基因算法（GA）、SCE-UA、MOCOM-UA、ACO等，有效的全局参数率定方法已经替代了局部寻优的方法，今后的发展趋势是采用多目标全局优化技术［1，27］。3.1.4水文及其相关过程的耦合模拟水文过程受到气候条件、生态过程、人类活动等复杂过程的影响，但是模拟中没有进行动态的耦合模拟，这与水文过程的复杂性以及影响水文过程因素的复杂性是分不开的，然而厘清流域水文过程还必须从影响水文过程的其他过程入手，做到水文及其相关过程的动态耦合模拟，这是相当复杂和困难的问题。
3.2建模的关键技术
3.2.1遥感与GIS技术遥感作为信息采集的重要手段，已经为水文建模提供了丰富的空间属性数据资料，并且为模型验证提供了新的方法，而GIS技术为水文模型的数据管理和模型应用带来了较大的便利，遥感数据和GIS技术成为水文建模研究的重要方向［28］。
由于流域下垫面高度的空间异质性，大多数遥感数据获取的水文属性参数与物理观测值之间并没有很好的相关关系，给模型的验证带来很大的难度，遥感数据参数化和特征值提取还有很多问题亟待进一步研究。在建模中，数据的分辨率、误差和参数提取方法都直接影响参数化的结果，不同分辨率下的水文过程模拟结果不尽相同，如何选择空间基础数据和参数化、流域离散方式及水文模拟方法之间的不确定性等方面，还有许多需要深入研究和探讨的问题［29］。
GIS成熟的空间和非空间数据的获取、存储、分析和显示功能，能够为分布式水文模型提供强大的数据存储、显示、描述、分析能力，极大地促进了分布式水文模型的发展。近年来，GIS与分布式水文模型的集成越来越深入，几乎所有新开发的模型均使用或带有空间数据分析功能，在分布式水文建模的空间数据管理、水文特征提取、模型水文参数获取、计算过程与结果可视化等4个方面越来越发挥着不可替代的作用。
3.2.2流域坡面离散化处理分布式水文模型的基础空间数据、尺度问题、分布输入的特点以及计算处理等多方面的因素决定了要对流域进行离散化处理，流域坡面离散方式主要有3种方式，即网格单元、地貌单元和自然子流域［30-31］。网格划分方法有较强的物理基础，能够严格地考虑网格内及其之间的水文要素的相互作用及水分运动过程；地貌单元离散方式能够较好地反应流域地貌特征；基于自然子流域的划分是按照天然汇水网络对流域进行离散，最大的优点是便于结合成熟的集总式水文模型，能够从DEM快速、自动提取河网和子流域等参数，离散单元之间水文联系清晰明了，基于代表性单元流域（REW，Representative Elementary Watershed）的离散方法也可以归类为这种方法。此外，有些分布式水文模型采用分布函数、概率统计理论等描述产流的空间变异性，如TOPMODEL中地形指数分布函数、WEHY中MCU单元内基于概率统计的参数化、REW理论中应用的热力学理论等，这些方法的优点是参数少和模型率定相对简单。实际中，很多模型不是单纯的用一种方式进行坡面单元离散，如SWAT可以综合多种离散方法的优点。
3.2.3水文过程模拟在计算机和信息技术不断发展的今天，分布式水文模拟过程描述更细致、更复杂是一种趋势，但模型理论的完善与实用效果并不对应，对于降雨-径流关系模拟来说，复杂的分布式物理模型并不必要，且效果改善并不明显，主要问题是模型的不确定性和信息的欠缺或不完整。对分布式建模来说是获取更多的数据和参数来提高模拟精度，还是加强水文现象和机理的研究简化模型结构，仍存在较大争议。而在环境水文学、生态水文学和水资源水文学等应用领域物理概念明确的分布式水文模型就非常必要，是气候变化和土地利用变化的水文响应、地表地下水耦合、非点源污染迁移过程和土壤侵蚀过程等模拟问题的复杂性决定的。尽管很难说建立的模型是基于正确的物理方程和描述了实际的水文过程，但不论是采用数学物理方程、概念性模型、随机性与确定性结合的方式对水文过程进行描述都是可行的，都应称作有物理基础的模型［24］，模型的效率分析也是建模研究的重要内容之一，基于现有的认知去建模并在应用中改进模型才是最重要的［3］。
3.2.4模型系统开发对于面向生产应用的分布式水文模型系统，开发工作主要表现在空间数据分析处理、模拟过程的结构设计和界面可视化等方面。模型结构方面，近年来出现的“组件式模型库系统”或“模块化模拟系统”（Modular Modeling System，MMS）［6，32］的思想极大地方便了模型的应用和推广，这种模型系统在应用时针对具体的问题耦合相应的模块，对水文循环过程或其某一个环节需要采取不同的处理手段，如USGS-MWS（Modeling of Watershed Systems）、HIMS［5］等。对于中小尺度的分布式水文模型，开发可视化的管理系统不仅可以提高模型的交互性，而且可以应用于水资源管理并更好地提供决策支持，组件技术已经成为开发高效、交互式桌面程序和B/S程序的最好选择，并且有许多集成开发工具供选择。根据水文模型与GIS的集成程度可以分为松散耦合、紧密耦合和完全集成3种［33］。大多数模型都是松散耦合的，如VIC、MIKE-SHE、SWAT、PDTank等，而集成开发环境（如：Visual https://www.doczj.com/doc/0f6464078.html,等）上采用组件式GIS（COMGIS）开发GIS功能及水文模块才能实现完全集成，这种方式有利于系统结构优化、数据传递和提高执行效率，是分布式水文模型和GIS集成发展的方向。
4分布式水文模型发展趋势
面对当前的水文水资源问题，人类对水文水资源知识和研究的需求从未像今天这样迫切，社会的需求决定了分布式水文建模研究发展的方向［34］。在当前形势下，其主要发展趋势将表现在以下几个方面。
（1）中尺度分布式流域水文模型是研究当前水文水资源管理中热点和难点问题的有效工具。从国内外分布式水文模型发展可以看出，在小尺度或点尺度上建立的规律或水文过程关系如何推导和扩展到大中尺度流域是建模研究的主要问题之一，探讨和研究大中尺度的水文过程规律和模型也是分布式水文模型研究的重点内容。对于当前水文学研究的热点问题和社会重大需求而言，分布式水文模型是揭示气候变化、LUCC及变化环境下的流域水文、生态响应和演变规律的有效工具，将是未来水文建模研究的重点之一，而中尺度或大尺度模拟对于研究和决策来说是最合适的尺度选择，对管理与决策更有意义。此外，能够很好模拟中尺度流域的分布式水文模型比较容易扩展到大尺度，或者小尺度流域。
（2）流域尺度生态水文过程模拟是分布式水文模型亟待加强的环节。植被在土壤水分的时空变化中扮演着重要角色，它既是土壤水分动态变化的原因之一，也受土壤水分动态变化的影响。流域水文过程的生态过程方面不仅是生态水文学关注的热点问题，也是不同尺度流域水文模型建模过程中必须考虑且富于挑战的环节，当前能够很好模拟流域尺度上生态与水文过程耦合的模型还很少。在生态水文学日益成为水文学家关注焦点的今天，流域尺度分布式水文模型中对生态过程的模拟能力是亟待加强的方面。对于中尺度分布式流域水文模型，生态过程也是流域尺度上与水文过程紧密相关的过程，比如不同植被类型对截留、土壤水和蒸发等水文环节的影响；植被在不同生长阶段对水文过程的影响，特别是在农业灌溉地区；植被的空间分布对产汇流过程的影响；植被对气候变化和波动的响应等方面。
（3）提高对灌溉、水库运行和取用水等人类活动对流域水文循环影响的耦合模拟能力是模型开发的必然选择。随着人类活动对自然系统干扰深度和广度的不断加深，流域生态水文过程越来越复杂，尤其是人口集中地区，形成了一种新的缺资料地区，大面积引水灌溉、取用地表水和地下水、水库、闸坝调度等对水文过程都产生了巨大的影响，仅仅包含坡面产汇流过程和河道演算的分布式水文模型已不能真实地描述这些地区的水文循环过程。从当前分布式水文模型发展和应用研究来看，只有包含了能够有效模拟灌区、水库、取用水和闸坝等水文过程的模型才能够满足变化环境下或剧烈人类活动影响下水资源管理的需求，深入研究和考虑人类活动在分布式水文模型中的表达和模拟是分布式水文模型研究的必然选择。
（4）提高对遥感数据的利用能力及与GIS功能耦合程度是发展的必然趋势。基于物理机制的分布式水文模型和大尺度水文模型等都需要大量时空分布数据的支持，而人工观测费时费力，使得遥感观
测的数据逐渐成为分布式水文模型中必不可少的数据之一。而且随着遥感技术的发展，多元、更为可靠和更高时空分辨率的遥感数据已经成功地应用到了地学研究领域。如今，遥感不仅能够为分布式水文模型提供DEM、土地利用/覆被、雪盖等空间信息，而且还能够利用遥感手段获取降雨时空分布、解译降水信息、遥测水位和水面变化、反演蒸散发和土壤水等水文信息，极大地丰富了模型基础数据获取的手段和数据量。因此，对于分布式水文模型，提高对遥感数据的利用能力不仅有利于获得更为丰富的时空分布水文参数，而且更能够使建立的模型在气候变化、生态水文学、水资源管理等领域以及缺资料地区都有较强的适用性；同时，面对如此浩繁的数据信息，需要专门的数据管理平台。借助于GIS功能处理并利用多源时空分布数据不仅省时省力，而且能够极大地提高模型的交互能力，为研究和决策提供更为直接的信息和过程。从当前分布式水文模型发展及应用研究来看，也都表明提高分布式水文模型对遥感数据的利用能力及与GIS平台的耦合程度是发展的必然趋势。
分布式水文模型是探索和认识复杂水文循环过程与机理的有效手段，也是解决当前水文领域面临的重要问题的有效工具，已经在气候变化、LUCC、缺资料地区、生态水文学、水资源管理等领域的研究中发挥了重要作用。随着研究工作的不断深入和认识的逐步提高，也将推动分布式水文模拟理论和技术的发展。
在我国，水文科学的发展为国民经济的健康发展提供了坚实的基础和保障，与发达国家相比，已经在应用中积累了丰富的经验和技术，但是水文模拟的理论研究相对落后。面对当前重大水文科学问题，亟待研究新的水文理论、模拟技术和方法，对我国的水文科学与技术发展来说是巨大的挑战，更是良好的机遇，不仅要注重应用研究，更要加强理论创新。
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Progress on studies and applications of the Distributed Hydrological Models
XU Zong-xue，CHENG Lei
（Beijing Normal University，Beijing100875，China）
Abstract：Distributed hydrological model is an effective way to investigate and understand the processes and mechanism of complex hydrological cycles，and also an efficient tool to solve practical water problems. At present，water problems including floods，droughts，water pollution and soil erosion，as well as the occurrence of global climate change and digital hydrology，give a great challenge to the studies，development and applications of distributed hydrological models.Proceedings of the key issues in the field of hydrology and water resources，the state-of-the-art，the major progress and problems in studies and applications of distributed hydrological models are summarized.Possible tendency，major difficulties，and key technologies in the development of distributed hydrological models are also presented.
Key words：Hydrological cycle；Water Resources；Distributed hydrological model；Progress
（责任编辑：王成丽）
生态环境 2006, 15(6): 1391-1396 https://www.doczj.com/doc/0f6464078.html, Ecology and Environment E-mail: editor@https://www.doczj.com/doc/0f6464078.html, 基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（KZCX-SW-446） 作者简介：赵少华（1980－），男，博士研究生，主要研究方向为农业生态及遥感水文生态。Tel: +86-311-85814806; E-mail: zshyytt@https://www.doczj.com/doc/0f6464078.html, *通讯作者 遥感水文耦合模型的研究进展 赵少华1, 2，邱国玉1，杨永辉2 *，吴 晓1，尹 靖1 1. 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室//北京师范大学资源学院，北京 100875； 2. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心//河北省节水农业重点实验室，河北 石家庄 050021 摘要：遥感水文的耦合模型在目前生态环境领域，特别是在水资源的应用和管理中其作用日益重要，具有大流域尺度上快速应用、实时动态监测等优点。结合国内外近年来取得的研究成果，文章综述了遥感水文耦合模型的研究进展。首先介绍了遥感技术在水文学中的应用，讨论了它的分类发展概况，接着介绍了几种主要的遥感水文耦合模型及其应用实例，包括SCS （Soil Conservation Services ）模型、SiB2（Simple Biosphere Model version 2）简化生物圈模型、SRM （Snowmelt Runoff Model ）融雪径流模型以及SWAT （Soil and Water Assessment Tool ）模型，最后展望了遥感水文耦合模型未来的发展趋势，指出尺度问题上的时空变异性仍是其发展的关键，与GIS （Geographic information system ）及其他空间技术的相结合是其未来发展的重要方向，从而为水文学、水资源的预测评价等研究提供参考。 关键词：遥感；水文；径流；流域 中图分类号：P338.9 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）06-1391-06 水文模型是以水文系统为研究对象，根据降雨和径流在自然界的运动规律建立数学模型，通过电子计算机快速分析、数值模拟、图像显示和实时预测各种水体的存在、循环和分布，以及物理和化学特性[1]。通过对各种参数的计算，水文模型可以对河流、流域、径流以及水体等进行监测预报、水资源调度等。然而随着社会的发展和科学技术的不断进步，对水文模型的功能要求也越来越多，也越来越高，从单纯的流域某控制断面的洪水预报到全流域的洪水、水资源调度，导致模型的框架结构越来越复杂。地理信息技术和遥感技术的发展更是大力促进了水文模型的应用和发展。对于遥感在水文模拟中的应用，Schultz [2]举出了利用多光谱Landsat 卫星数据估算模型参数、利用NOAA 红外卫星数据作为模型的输入量来计算历史的月径流量以及应用雷达测雨数据于分布式模型中来实时预报洪水的三个例子。水文模型需要大量的空间数据，通过遥感技术可以为其提供DEM （数字高程模型）、土地覆盖/利用、降雨、地表温度、土壤特性、LAI （叶面积指数）和蒸散发等资料[3-5]。 遥感水文的耦合模型是流域水文模型发展的一个重要方向，有广阔的发展前景。简单来说，遥感水文耦合模型就是与遥感信息相结合的水文模型，模型中可以直接或间接地应用遥感资料，通过遥感水文耦合模型可以在更大范围内更准确地估算流域的水文概况、水体变化监测、洪水过程监测 预报等。然而目前国内外对遥感水文耦合模型的研究还不多，还没有对该方面的研究做系统深入的报道，本文正是基于此目的，综述了近年来遥感水文耦合的模型在国内外取得的研究成果，分别讨论了它的分类发展概况、几种主要的遥感水文耦合模型及未来的发展趋势，以期为水资源、水文学的预测评价研究等提供参考。 1 遥感技术在水文学中的应用 遥感技术在水文学中的应用大致可分为两个方面：一是直接运用：如降雨量变化的估算[6]、水体（湖泊、湿地等）面积变化的推算[7-10]、冰川和积雪的融化状态监测以及洪水过程的动态监测等（其中监测洪水过程的动态最具有代表性）。如Zhang 等[11]在长江的汉口段流域上，提出利用高分辨率的QuickBird 2 卫星影像资料估算河流流量的方法，该法通过与河流宽度－水位及遥测水位－流量关系曲线耦合来测量河流水面宽度变化，从而准确评估其流量。二是间接运用：利用遥感资料推求有关水文过程中的参数和变量。通常是利用一些统计模型和概念性水文模型、经验公式等，结合遥感资料来获取诸如径流、水质（如全氮TN 、全磷TP 、悬浮物SS 、化学需氧量COD 、生物需氧量BOD 等）、 土壤水分等水文变量[12] ，如对径流的估算，可通过估算降雨、截流、蒸散发和土壤蓄水量等参数来进行[13]。对于全球或区域尺度上的蒸发估算，遥感技术不仅具有对大面积地面特征信息同时快捷获得
流域水文模型研究现状及发展趋势 发表时间：2018-09-11T16:04:44.667Z 来源：《基层建设》2018年第24期作者：王慧锋 [导读] 摘要：地球上的水文事件，是一种诸多因素相互作用的结果，在尚未找到复杂水文现象的科学规律之前，通过建立水文模型来仿真有关水文事件是一种合理、可行的途径。 安徽国祯环保节能科技股份有限公司安徽省 230088 摘要：地球上的水文事件，是一种诸多因素相互作用的结果，在尚未找到复杂水文现象的科学规律之前，通过建立水文模型来仿真有关水文事件是一种合理、可行的途径。随着计算机技术和一些交叉学科的发展，分布式物理模型被广泛提出，并逐渐成为21世纪水文学研究的热点课题之一。基于此，本文主要对流域水文模型研究现状及发展趋势进行分析探讨。 关键词：流域水文模型；研究现状；发展趋势 1、前言 流域水文模型是为模拟流域水文过程所建立的数学结构，在进行水循环机理的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用，能有效应用于水文分析、水文预报、水资源开发、利用、保护和管理等方面。目前，国内外开发研制的流域水文模型众多，结构各异，按照不同的分类方法可划分为不同类型的流域水文模型。 2、模型的发展及现状 流域水文模型的研究始于20世纪50年代，早期主要依据传统产汇流理论和数理统计方法建立数学模型，应用于水利工程规划设计和洪水预报等领域。其间系统理论模型和概念性水文模型得到了快速充分的发展，国外曾出现了几个著名的概念性水文模型。比如，最简单的包顿模型和最具代表性的第Ⅳ斯坦福模型。包顿模型是澳大利亚的包顿（W.C.Boughton）先生于1966年研制成功的一个以日为计算时段的流域水文模型，在澳大利亚、新西兰等国有着广泛的应用，比较适用于干旱和半干旱地区。由N.H.克劳福特先生和R.K.林斯雷先生研制的第Ⅳ斯坦福模型（SWM-IV）是世界上最早也是最有名的流域水文模型，此模型物理概念明确，结构层次分明，为以后许多模型的建立提供了基础。此后比较有名的还有萨克拉门托模型和水箱模型。水箱模型是对水文现象的一种间接模拟，模型中并无直接的物理量，参数简单，操作简便，在我国湿润地区的水文计算和水文预报中采用较多。 水箱模型由菅原正已先生在20世纪50年代提出，对我国流域水文模型的发展影响较大。国内的流域水文模型在20世纪70年代至80年代中期也得到蓬勃的发展，其中典型代表为赵人俊教授等于70年代提出的新安江模型。新安江模型在湿润半湿润地区得到广泛应用，模拟精度也比较高，对我国水文模型的发展起了重要的作用。 1969年，当概念性水文模型的研究开展得如火如荼时，Freeze和Harlan提出了分布式水文物理模型的概念和框架，但当时的相关研究并不多。20世纪80年代以后，流域水文模型开始面临着许多新的挑战，包括水文循环的规律和过程如何随时间和空间尺度变化而变化的问题，水文过程的空间变异性问题，还有水文、地球化学、环境生态、气象和气候之间的耦合问题。以前研制的大部分流域水文模型（系统模型和概念性模型），由于其自身存在着许多不足和局限性，无法适应这些挑战。因此，人们开始关注分布式水文物理模型的研究。在20世纪90年代，计算机技术、GIS、遥感技术和雷达测雨技术等迅速发展，为研制和建立分布式水文物理模型提供了强大和及时的技术支撑，使得分布式水文物理模型成为水文学研究的热点课题之一。 第一个具有代表性的分布式水文物理模型由英国、法国和丹麦等国家的科学家联合研制而成，发表于1986年，称之为SHE模型。该模型主要的水文物理过程均用质量、能量和动量守恒的偏微分方程的差分形式来描述，也采用了一些经验关系；模型模拟流域特性、降水和流域响应的空间分布信息在垂直方向用层来表示，水平方向则采用正交的长方形网格来表示，能较好地描述降雨径流形成机理。从SHE模型开始，人们先后研制建立了一些分布式水文模型，例如MIKESHE、SHETRAN等，这些演化模型在许多流域得到检验和应用。我国水文学者在这方面的研究也取得了一些进展：黄平先生[1]等提出了流域三维动态水文数值模型；郭生练先生[2]等提出和建立了一种基于DEM的分布式水文物理模型，模拟整个流域的径流形成过程，分析径流形成机理；夏军先生[3]等开发了分布式时变增益水文模型，该模型既有分布式水文概念性模拟的特征，同时又具有水文系统分析适应能力强的特点，能够在水文资料信息不完全或不确定性的干扰条件下完成分布式水文模拟与分析；研究者提出了一个基于DEM的分布式水文模型，主要用来模拟蓄满产流机制，并通过实例检验模型模拟流量过程以及土壤需水量空间分布的能力；研究者等对分布式水文模型的发展现状进行了详尽概述，并对其发展前景作出展望。 3、模型研究展望 在经历了最初的萌芽与蓬勃发展之后，随着先进的计算机技术及地理信息系统、数字化高程模型等在水文学领域的应用，流域水文模型的发展进入了一个新的历史时期，其研究方法必将产生根本性的变化： （1）具有物理基础的分布式水文模型能为真实地描述和科学地揭示现实世界的降雨径流形成机理提供有力工具，是一种发展前景看好的新一代水文模型。另外，分布式水文模型所需资料主要来自空间水文、气象及下垫面等方面的信息，对实测降雨径流资料的依赖较小，这使得其在无资料及资料精度不高的地区有更好的适应性，也较集总式概念性水文模型有更广阔的发展空间。 （2）加强分布式水文模型的物理基础研究、更加合理地模拟和描述水文过程，是改善模型结构和明确参数意义的关键。对水文学基本理论的研究，尤其是降雨径流形成机理与地形、地貌、土壤、植被、地质、水文地质、土地利用和气候气象之间定量关系的揭示，将在本质上推动模型的发展，使其物理意义更加明确，对水文规律的模拟更加贴近真实情况。 （3）GIS和遥感技术为水文模拟提供了新的研究思路和技术方法。GIS用于水文模拟，可以用来获取、操作及显示与模型有关的空间数据和所得的成果，使模型进一步细化，从而深入认识水文现象的物理本质，为分布式的水文物理模型研制提供了平台。遥感技术可以提供一些确定产汇流特性和模型参数所必需的下垫面信息和降雨信息，是描述流域水文特性的最为可行的方法，尤其是在地面观测手段和资料缺乏的地区。 （4）尺度问题是当代水文学理论研究的中心内容。近些年来物理性水文模型的最新进展反映了目前处理尺度问题的几种研究思路，其中在物理性和计算效率之间取得平衡的准物理性水文模型、基于不规则网格的物理性水文模型以及直接在宏观尺度上建立数学物理方程的尺度协调的物理性水文模型都有了明显的突破，在一定程度上代表着物理性流域水文模型的发展方向。 4、结语 传统的概念性集总式模型由于忽略了参数和下垫面条件的时空变化，将参数和变量都取流域的平均值，这与流域的实际情况并不相
斯坦福流域水文模型SWMM研究综述 摘要：自然界的水文现象,是一种多因素相互作用的复杂过程,由于其形成机理还不完全清楚,水文模型成为一种研究复杂水文现象的重要工具。本文在在查阅文献的基础上,从斯坦福流域水文模型，国内外 SWMM 研究进展，斯坦福模型主要组成，其他流域水文模型的研究进展个方面对斯坦福模型的研究现状及进展进行了整理和分析，并在此基础上探讨了流域水文模型研究的发展趋势。关于流域水文模型的研究成果有目共睹，但仍需要深入研究。总之,流域水文模型与GIS、遥感技术的结合越来越多的受到重视,必将成为今后研究中的一个主要方面。 关键词：斯坦福流域水文模型；综述；研究进展； 1.斯坦福流域水文模型 流域水文模型的起源是从水文预报模型开始的,即降雨-径流模型。1932年Sherman用叠加原理提出了单位线模型，单位线模型统治水文界20多年。随后Nash和Dooge对单位过程线进行了改进,提出了连续变化的暴雨响应模型。 第一个真正的流域水文模型就是1959年Linsley&Crawford开发的斯坦福流域水文模型，并经过改进和扩展,于1966年发展了SWM-IV。属于概念性集总式水文模型,将整个流域看作一个整体,不考虑流域内的空间变化,数据输入、流域特征描述(土壤类型、土地利用和坡度)通常采用平均值。这个时期的水文模型应用计算机模拟水循环系统,而不是简单地利用数学公式计算洪峰和降雨-径流关系。模型已可以模拟降雨、截留、入渗、蒸散发、河道流等水文过程,但模型中的参数大都缺乏明确的物理意义,以经验公式为主,不能反映流域水文过程空间上分散性输入和集中性输出的特点,且模型参数对水文实测资料的依赖性很大,无法模拟产汇流的空间分布规律,以及气候变化、土地利用/覆被等因素对水文过程变化的影响;这个时期的模型还主要表现在以模拟水量为主,无法模拟污染物等的迁移。虽然这些模型考虑的因素较粗,模拟精度不足,但在资料不完善地区仍然应用广泛。 HSPF模型是在斯坦福模型(Stanford-IV)的基础上发展萨克模型是集总参数型的连续运算的确定性流域水文模型,是在第IV斯坦福模型基础上改进和发展的。 2.国内外SWMM研究进展 2.1国外SWMM 研究进展 SWMM 是由美国环保局于 1971 年推出的，在世界各地获得了广泛的关注，为降雨径流方面的研究提供了可靠的技术支持，并且应用在面源污染负荷计算、城市防洪、雨洪调蓄、径流计算、雨水利用等方面。1975 年 Marsalek等人对美国3 个流域内的12 场暴雨事件
近几十年,新安江模型不断改进,已成为有我国特色应用较为广泛的一个流域水文模型。新安江模型是分散型模型,把全流域按泰森多边形法分成若干块,每一块称为单元流域。在每块单元流域内至少有一个雨量站;单元流域大小要适当,使得每块单元流域上的降雨分布相对比较均匀,并尽可能使单元流域与自然流域的地形、地貌和水系相一致,以便于能充分利用小流域的实测水文资料以及对某些问题的分析处理。新安江模型的结构分为蒸散发计算、产流计算、分水源计算和汇流计算4个层次。蒸散发计算采用3层模型;产流计算采用蓄满产流模型;用自由水蓄水库结构将总径流划分为地表径流、壤中流和地下径流3种;流域汇流计算采用线性水库;河道汇流计算采用马斯京根分段连续演算法或滞后演算法。对划分好的每块单元流域分别进行蒸散发计算、产流计算、水源划分计算和汇流计算,得出单元流域的出口流量过程。对单元流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算,得到该单元流域在全流域出口的流量过程。将每块单元流域的出流过程线性叠加,即为全流域出口总的流量过程。新安江模型的结构特点可以简单的归纳为:(1)三分特点,即分单元计算产流、分水源坡面汇流和分阶段流域汇流;(2)模型参数少且大多数具有明确的物理意义,容易确定;(3)模型参数与流域自然条件的关系比较清楚,可以寻找到参数的区域规律;(4)模型中未设超渗产流机制,适用于湿润与半湿润地区。王金忠、胡环[4]利用新安江模型对清河水库产流进行了预报。吉林省水文水资源局[5]利用新安江三水源模型对竞赛流域的洪水进行了预报。李致家[6]等利用改进的新安江模型对高理流域和临沂流域的洪水进行了预报。瞿思敏[7]等利用新安江模型与垂向混合产流模型对青峰岭水库和危水水库流域的洪水进行了预报和比较。这些预报结果都说明了新安江模型在湿润地区和半湿润地区具有较好的适应性,而在干旱半干旱地区的模拟效果则不够理想。此外,新安江模型在大中流域的模拟效果比在小流域的模拟效果要好。 ＳＡＣ模型虽然研制完成时间相对较晚,但是其功能较为完善。ＳＡＣ模型在美国的
流域水文模型研究进展 姓名：杨柳专业班级：水文学及水资源研1017班学号：1008150845 摘要：流域水文模型是水文研究的重要工具之一。本文较全面、较系统地对其概念、分类和国内外研究进展情况进行了综述，并简要介绍了分布式流域水文模型。探讨了未来的发展方向,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。 关键词：流域，水文模型，分布式流域水文模型，发展 Abstract:Hydrological model is an important tool for hydrological research. This more comprehensive, more systematic way of its concepts, classifications and research progress at home and abroad were reviewed, and briefly describes the distributed hydrological model. And it explored the future direction of development. I believe that it has important reference value and reference in peer-related work. Keywords:river basin; hydrological model; distributed hydrological model; development 1前言 流域水文模型把流域总体看成是一个系统，输入为降雨等，输出为出流流量等。流域内的水文过程则是系统的状态，是根据水文概念推理计算出来的。随着全球性缺水问题日益严重，水污染、水资源分布不均衡等问题的日益突出，就要求人们不断加强水文学的定量化研究，而流域水文模型就是其中发展较为迅速的研究领域。它有助于我们在利用水资源、分配水资源中提供合理的、科学的依据。流域水文模型在进行水文规律的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。因此，掌握常见的流域水文模型是必要的。 20世纪以来流域水资源问题日益突出，为了提高流域整体管理水平和科技水平，“数字流域”的建设正在日益兴起。模型建设尤其是流域水文模型的建设是“数字流域”建设的核心内容和基础工作。数字水文模型就是构建在DTN/DEM基础之上的一种分布式水文模型，先由DEM建立数字高程水系模型，再与数字产流模型和数字汇流模型有机结合形成数字水文模型，其基本框架见图1。数字水文模型是一种有物理基础结构的包含大量信息的现代化模拟技术，流域所有下垫面(诸如流域分水线、子流域集水面积、水系、地形、植被、土壤)都是栅格型数字式的点阵，流域产流单元、汇流路径、水系是根据地形由计算机自动生成[1]。 2流域水文模型的概念及分类 水文现象是一种非常复杂的现象，它不仅受降雨特性的影响，还受流域下垫面、人类活动等因素的影响。因此，多年来水文学者一直在不断地探索和研究，以便揭示水文现象及其发展变化规律。但是，至今仍有许多问题尚未解决。在没
基金项目 作者简介山西运城人教授 主要从事水文预报研究 基于的和分布式水文模型的应用比较 李致家 水资源环境学院江苏南京 摘要本文采用 对 建了基于 并将个模型应用 于黄河支流洛河卢氏以上流域的水文模型的参数率定和模拟比较 以探讨 个模型都能很好地进行水文过程模拟 其中基于 更好的效果 新安江模型 自世纪后半叶许多水文模型被提出并应用于实际 利用地理信息和遥感技术考虑流域空间变异性的分布式水 赵人俊 改进作者曾在产流机制基础上提出了一个基于 栅格和地形的分布式物理模型 模型 本文将 最后将 模型 如图所示将流域划分成栅格图中流域有模型以 基础提取水系划分子流域 进行单个栅格产流计算再以流向为基础生成河网采用 产流计算 将单元汇流带内的栅格通过土壤缺水量建立联模型的部分产流理论
单元汇流带示意 式中是单元栅格的地 形指数 关系 黏 壤 式中 和 指在沙 植被及根系截留计算 认为同类土地覆盖参数 在单元栅格上时段的降水量 植物截留 蒸散发计算 在 植被及根系截留层蒸散 蒸散发先发生在植被及根系截留层当植被及根系截留层的水分蒸发完毕 式中上上时段的植被及根系截 是单元栅格上的植被及根系截留层最大截流量 式中上 上 土壤水流计算 式中?
图 ? 汇流计算 由 格演算次序矩阵 采用 如图 栅格水流都流入 由 得 则 出流量 为 之及自身产流量 其中 基于子流域的模型和基于子流域的新安江模型 图? 新安江模型计算流程模型结构 将模型和新安江 模型与构建了两个分布式水文模 型 分别采用 入流进行河网演算得到流域出口断面的流量 图 基于子流域的等流时线汇流法基于子 的面积 或面积 设时刻子流域出口断面的流 量为 时刻子流域的平均产流量为 的水流才对出口断面的 时刻流量 由于至时刻的产流量对出口断面 时刻流量 从而通过积分可以得到将子流域根据平均水流路径划分成个汇流区第个汇流区累计以上汇流区的面积和占流域总 面积百分比为 个汇流区距离出口的平均水流路径为 个汇流区的平均水流速度为
森林对水文的影响 唐恩勇 ( 贵州大学林学院水土保持与荒漠化防治091班) 摘要：森林与人类的生活息息相关，他不仅是可供人类开采利用的一种自然资源，更是人类及其他生命赖以生存的环境与物质基础。随着人类的发展进步，无论是生活和生产实践还是科学的研究探索，对于森林的作用都有一个深刻地认识，总的来说，森林的防护效益有这几个方面：森林的水源涵养作用，土壤改良及水土保持作用，气候和环境的改善与维持作用，大气污染、土壤污染、水体污染防治作用，各种生物资源的保护作用，人类健康保健与环境美化作用等等。水不仅是生命存在和延续的先决条件，而且是全球与局部气候状况的重要决定因素，随着人类文明的发展，人们对水的用途的要求越来越高，用量越来越大，然而，随着全球环境的改变，地球上的可以利用的水资源越来越少，征对森林对水资源的作用，森林的存在对于水文效应的影响，无论是从宏观还是微观，无论是从地上还是地下都有着不可替代的作用，研究森林对水文的影响，更有利于合理利用水资源、保护生态环境的对策和措施有效地实施。研究和认识森林对水文影响的规律，对于开发、利用水资源，防治水患，充分发挥森林的生态效益具有重要意义。 关键字：森林水文效应生态效益 为了认识森林对自然界水分运动的影响及所产生的效应。研究森林对水文的影响，它起源于19世纪中叶。1864年德国的 E.埃贝迈尔在巴伐利亚建立了第一个森林气象站，对林区降水量、土壤蒸发和枯枝落叶层对地面蒸发的影响进行了观察。1900年在瑞士的埃曼托尔山地的两个集水区，对森林和牧地、耕地进行了河流流量的对比观察。之后，日本、美国、苏联等国家相继开展了这方面的研究。20世纪中期以来，研究范围进一步扩大，手段日趋现代化。如在不同自然地域内开展各种林分的水量平衡和水质研究，探索不同林种、不同采伐方式对降水和径流的影响，找出最佳森林水文效益的林种和采伐、更新方式，以及在测试仪器和装置方面采用中子散射、无线电遥控、室内模拟等。中国最早是于1924～1926年在山西、山东等地的寺庙林里进行了径流试验。 1森林的地上部分对降雨的再分配过程 大气降水落到森林表面时，首先被森林植物地上部分截留引起降水的第一次分配。然后，当降水量足够大时，一部分降水到达枯枝
国内外遥感驱动的流域水文模拟 遥感技术应用中心路京选、宋文龙、曲伟 水循环过程及其影响要素的观测和数据获取对流域水文模拟具有重要意义。遥感影像的波谱能量特性，与水文循环和水文过程的能量过程具有相关的物理基础，具有服务于水循环过程关键因素反演与流域水文模拟的巨大应用潜力。尤其是遥感技术以其对地物的高光谱、高时相、高分辨率监测和反演优势，在流域水文模拟中的应用历来受到重视。尽管遥感技术无法直接测量河川径流，但是结合遥感提供的地形、土壤、植被、土地利用、冰雪覆盖、土壤水分和流域水系水体等下垫面状况信息，以及由遥感所反演的降水量和蒸散发等关键水文过程要素，在确定产汇流特性以及水文模型参数时十分有用。通过间接转化还可获得一些传统水文方法观测不到的信息，且遥感具有周期短、同步性好、及时准确、分布式等特点，能较好地满足水文模拟实时、空间分布的需求。与描述时空变异性、多变量或参数化的水文模型进行有效结合，可用于水文过程模拟及水循环规律研究。因此，直接或间接地应用遥感资料，能在多种时空尺度上更准确地服务于流域的水文情势分析、水资源评价、洪水过程监测预报等。 针对遥感技术在水利行业特别是流域水文模拟中的应用现状、前景和难点，报告首先对流域水文模拟的科学和管理意义、水文模型发展、遥感在驱动流域水文模拟定量化发展中的重要意义做了概述；其次，综述了遥感在流域水文模拟中的应用现状，包括直接获取相关要素的时空分布信息，为提高遥感信息精度和空间特性而将不同分辨率和精度数据进行的相互融合，以及结合模型算法实现水循环关键环节的空间尺度反演，用于流域水文模拟、参数率定和模拟精度验证等；最后，对近年来遥感在流域水文模拟应用中的发展新动向和关注点做了重点阐述，对推动我院在该领域的研究提出了具体建议。 1 调研背景概述 1.1 流域水文模型是水资源管理的基础 水文模型是对复杂水循环过程的近似描述，随着社会需求、技术发展和人对水循环规律认识的加深而不断发展。水文模型的发展可追溯到19世纪50年代，在一百多年的发展历程中，水文模型经历了萌芽、概念性模型和分布式模型三个主要发展阶段。20世纪50年代以前，水文模型大多
课程：流域水文模型姓名：xxx 专业：水利工程 学号：xxxxxxxxxxxx
流域水文模型研究的若干进展 摘要: 计算机技术和一些交叉学科的发展, 给水文模拟的研究方法带来了根本性的变化。文章阐述了分布式物理水文模型、地理信息系统( GI S) 和遥感( RS) 技术在流域模拟中的应用等方面的进展。指出分布式模型具有良好的发展前景,应用GI S的水文模型尽管有诸多优点, 但并不能代表模型本身的高质量, 遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中, 给直接应用带来较大的困难。提出立足于产汇流机理研究, 建立基于RS和GI S的耦 合水文模型是研究的趋势, 尺度问题仍然是关注的焦点。 1引言 用数学的方法去描述和模拟水文循环的过程,产生了水文模型的概念[1],水文模型的产生是对水文循环规律研究的必然结果。水文模型在水资源开发利用、防洪减灾、水库、道路、城市规划、面源污染评价、人类活动的流域响应等诸多方面得到了广泛的应用,当今的一些研究热点,如生态环境需水、水资源可再生性等均需要水文模型的支持。流域水文模型是在计算机技术和系统理论的发展中产生的,20世纪60、70年代是蓬勃发展的时期, 涌现出了大量的流域水文模型,Stanford流域模型(SWM)、Sacramento模型、Tank模型、Boughton模型、前期降水指标(API)模型、新安江模型等是这一时期的典型代表[2]。其后一段时期,相对处于缓慢的发展阶段。随着计算机技术和一些交叉学科的发展,流域水文模拟的研究方法也开始产生了根本性的变化。流域水文模型研究的突出趋势主要反映在计算机技术、空间技术、遥感技术等的应用方面,分布式物理模型被广泛提出,遥感(RS)、地理信息系统(GIS)在水文模拟中的应用给传统的研究方法带来了创新。但由于受到技术等原因的制约,分布式模型目前的应用还较困难,应用GIS的水文模型尽管有诸多优点,但并不能代表模型本身的高质量,遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中。 2 分布式水文模型 流域水文模型根据不同的标准有多种分类[3],根据模型结构和参数的物理完善性,目前常用的可分为概念性模型和分布式物理模型。概念性模型用概化的方法表达流域的水文过程,具有一定的物理基础,也具有相当的经验性,模型结构简单,实用性强。分布式物理模型的优点是模型的参数具有明确的物理意义,可以通过连续方程和动力方程求解,可以更准确的描述水文过程,具有很强的适应性。与概念性模型相比,分布式水文模型用严格的数学物理方程表述水文循环的各子过程,参数和变量中充分考虑空间的变异性,并着重考虑不同单元间的水平联系,对水量和能量过程均采用偏微分方程模拟。因此,在模拟土地利用、土地覆盖、水土流失变化的水文响应及面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等方面应用显出优势。参数一般不需要通过实测水文资料来率定,解决了参数间的不独立性和不确定性问题,便于在无实测水文资料的地区推广应用。自1969年Freeze和Harlan[4]第一次提出了关于分布式物理模型的概念,分布式模型开始得到快速发展。三个欧洲机构提出的SHE模型[5]是最早的分布式水文模型的代表。SHE模型考虑了截留、下渗、土壤蓄水量、蒸散发、地表径流、壤中流、地下径流、融雪径流等水文过程。流域参数、降雨及水文响应的空间分布垂直方向用层表示,水平方向用方形网格表示。该模型的主要水文过程可由质量、动量和能量守恒偏微分方程的有限差分表示,也可由经验方程表示。模型有18个参数,部分具有物理意义,可由流域特征确定。它的物理基础和计算的灵活性使它适用于多种资料条件,在欧洲和其它地区得到了应用和验证[6]。这期间还有一些考虑流域空间特性、输入、输出空间变化的分布式物理模型,如, CEQUEAU模型[7],将流域分为方形网格,输入所有网格的地形、地貌、雨量等特征,对每一个网格进行计算,在水质模拟、防洪、水库设计等诸多方面有适用性;Susa流域模型[8]
微观车辆跟驰模型对比研究 摘要：车辆跟驰模型是微观交通流模型研究的基础。本文对GM模型、线性模型、安全距离模型、AP模型、模糊推理模型和神经网络的车辆跟驰模型进行了详细的评述，从传统模型入手,分析其存在的优缺点,基于此又阐述了在传统模型基础上改进的模型或者是利用新的方法建立的模型,提出了目前还存在的没有解决的问题,并且对每个模型作了中肯的评价。为今后研究微观交通流模型提供一个比较全面的认识。 关键词：交通流;微观交通流;车辆跟驰模型;对比研究 1跟驰模型 跟驰理论是运用动力学方法,研究在无法超车的单一车道上车辆列队行驶时,后车跟随前车的行驶状态,并且用数学模型来表达并加以分析阐明的一种理论。跟驰理论只研究非自由行驶状态下车队的特性。非自由行驶状态的车队有以下三个特性:制约性、延迟性和传递性。自20世纪50年代以来,国外的学者对车辆跟驰模型进行了大量、系统的研究,发表了众多的研究成果,主要可以分为以下几类:刺激—反应模型、安全距离模型、生理—心理模型，模糊推理模型，神经网络的车辆跟驰模型。 2.1刺激—反应模型及评价 刺激—反应模型重在描述驾驶环境中各种刺激对驶员行为的影响,包括GM 模型和线性模型。 (1)GM（General Motor）模型 GM模型是从20世纪50年代后期逐渐发展起来的车辆跟驰模型。其一般表达式为: (1) 式中: ——t + T 时刻第n+1辆车的加速度; ——t时刻第n辆车与第n+1辆车之间的速度差; ——t时刻第n辆车与第n+1辆车之间的距离; c，m, l——常数。 GM模型形式简单,物理意义明确,许多后期的车辆跟驰模型研究都源于刺激—反应基本方程。但是GM模型通用性较差,这是因为在确定m和l的过程中存在大量的矛盾之处。另外,当前后车速相同时允许两车的车头间距无限减少直至为零,这显然是不合理的。 (2)线性模型 Helly提出的线性模型考虑了前面第一辆车是否制动减速对后车加速度的 影响项,有以下关系: (2) (3) ——期望跟驶距离; ,,α,β,γ——参数。 Helly认为应当与车头间距变量及反应时间T有关,这样就产生了m=0,l=1
题目：分布式水文模型的原理及其应用 学院名称水建学院 专业名称水文与水资源 学生姓名朱良哲 学号2009011728 指导老师严宝文
分布式水文模型的原理及其应用 摘要 分布式水文模型是在分析和解决水资源多目标决策和管理中出现的问题的过程中发展起来的，所有的分布式水文模型都有一个共同点：有利于深入探讨自然变化和人类活动影响下的水文循环与水资源演化规律。本文就几种分布式水文模型进行分类总结与比较，探讨其原理与应用。 关键字：分布式；水文模型；DEM；MIKE SHE；TOPMODEL；SWAT Distributed hydrological model is analyzed and deal with the water in multi-objective decision-making and management problems in the process of the development of up, all of the distributed hydrological model have one thing in common: to further discussed natural change and human activities under the influence of the hydrologic cycle and water resource evolution rule. This paper distributed hydrological model several classification summary and comparison, this paper discusses the principle and application. Key word: distributed; Hydrological model; DEM; MIKE SHE; TOPMODEL; SWAT 一、分布式水文模型-特点 与传统模型相比，基于物理过程的分布式水文模型分布式可以更加准确详细地描述流域内的水文物理过程，获取流域的信息更贴近实际。二者具体的区别在于处理研究区域内时间、空间异质性的方法不一样：分布式水文模型的参数具有明确的物理意义，它充分考虑了流域内空间的异质性。采用数学物理偏微分方程较全面地描述水文过程，通过连续方程和动力方程求解，计算得出其水量和能量流动。 二、分布式水文模型-尺度问题、时空异质性及其整合 尺度问题指在进行不同尺度之间信息传递（尺度转换）时所遇到的问题。水文学研究的尺度包括过程尺度、水文观测尺度、水文模拟尺度。当三种尺度一致时，水文过程在测量和模型模拟中都可以得到比较理想的反应，但要想三种尺度一致是非常困难的。尺度转换就是把不同的时空尺度联系起来，实现水文过程在不同尺度上的衔接与综合，以期水文过程和水文参数的耦合。所谓转换，包括尺度的放大和尺度的缩小两个方面，尺度放大就是在考虑水文参数异质性的前提
一、 试题 简述流域水文模型的类型及其应用问题 水文模型的基本类型有哪些？各有哪些作用？ 论述流域水文模型的类型及其特征？ 水文模型的分类 水文模型分为物理模型和数学模型两类。 物理模型是一种比尺或比拟模型模拟，前者将研究对象的原型按一定的比例在实验室内建成物理模型，先对模型进行观测分析，然后根据相似律再对原型的物理过程进行定性或定量分析，后者是以一些物理量来比拟水的某些特性的模型。 数学模型则首先针对人们已掌握的流域径流形成的物理机制，应用物理定律建立其数学描述方程式，然后用数学方法时行求解，从而获得各种情况下流域降雨与径流之间的定量关系。 数学模型又可分为确定性模型和随机模型两类。确定性模型是描述水文现象必然规律的数学结构；随机模型描述水文现象随机性规律的数学结构。确定性模型可分为集总式和分散式模型两种，前者忽略水文现象的空间分布差异。 ???? ????????????????随机模型分散式模型集总式模型确定性模型数学模型比拟模拟比尺模拟物理模型水文模型 数学模型相对于物理模型的优点： 1、数学模型的所有条件都可以由原型所观测的数据直接给出，不受比尺的限制，即数学模型无相似律问题。 2、数学模型的边界及其它条件既可严格控制，也可随时按实际需要改变。 3、数学模型的通用性强，只要研制出一种适合的软件就可用于解决不同的实际问题。 4、数学模型具有理想的抗干扰能力，只要条件不变，重复模拟可得到完全相同的结果，不会因人、因地而异。 5、数学模型的研制费用相对便宜，运行处理费用更加便宜。 流域水文模型的分类 流域水文模型以流域为研究对象，对流域内发生降雨径流这一特定的水文过程进行数学模拟，即把流域上的降雨过程，模拟计算出流域出口断面的流量过程。从流域水文模型的发展和应用来看，流域水文模型属于数学模型，可分为确定性模型和随机模型，我们通常所说的是指确定性模型。
第二章新安江流域水文模型 60年代初，河海大学(原华东水利学院)水文系赵人授等开始研究蓄满产流模型，配合一定的汇流计算，将模型应用于水文预报和水文设计。1973年，他们在对新安江水库做人库流量预报的工作中，把他们的经验归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。模型可用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节径流模拟和计算。 最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下径流。80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱模型中，用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模型，提出了三水源新安江模型，模型可以模拟地面径流、壤中流、地下径流。1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。三水源新安江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流过程精度不够理想。在新安江三模型中增加慢速地下水结构就成为四水源新安江模型。 当流域面积较小时，新安江模型采用集总模型，当面积较大时，采用分块模型。分块模型把流域分成许多块单元流域，对每个单元流域做产、汇计算，得到单元流域的出口流量过程。再进行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量过程。把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域出口的总出流过程。 划分单元流域的主要目的是处理降雨分布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨分布比较均匀．并有一定数目的雨量站。其次尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处理问题，并便于利用已有的小流域水文资料。如果流域内有大中型水库，则水库以上的集水面积即应作为一个单元流域。因为各单元流域的产汇、流计算方法基本相同，以下只讨论一个单元流域的情况。 2.1新安江两水源模型 1．模型结构和参数 新安江两水源模型的产流子模型采用蓄满产流模型，蒸发计算采用三层蒸发计算模型。利用稳定下渗率FC将径流划分为地面径流和地下径流两种水源。地面径流采用单位线汇流，地下径流采用一次线性水库汇流。模型把流域面积划分为透水面积和不透水面积两部分，不透水面积上的降水在满足蒸发后将直接转化为地面径流。透水面积上将发生下渗，下渗的水量一部分存储于土壤层，后期耗于蒸发；满足了流域土壤蓄水容量后的下渗水量才能转化为径流。 不透水面积用参数IMP表示，它是用流域内不透水面积占全流域面积的百分比表示的。新安江模型的输出是流域出流过程t E～， Q～和流域蒸散发过程t 输入则为时段降雨量P、蒸发皿观测蒸发量EI。 新安江两水源模型共有9个参数，一条单位线。 K——流域蒸发折算系数，是流域蒸散发能力与蒸发皿蒸发量之比； C——深层蒸散发系数；
车辆跟驰模型研究综述 学号：14S032034 姓名：孟柳 1、早期车辆跟驰模型 1.1 Pipes与Forbes的跟驰模型 Pipes的车辆跟驰模型源于加利福尼亚机动车法规中对驾驶员跟驰行驶的建议：在跟随行驶过程中，安全距离至少为一个车身长度，并随速度每增加16km/h，就增加一个车长。 Pipes与Forbes的跟驰模型是早期的研究成果，其工作具有开创的意义，虽然随着对这一领域的深入研究，其模型精度已不能令人满意。但其形式简单，物理意义明确，在实际当中仍然得到了广泛应用。 1.2 刺激--反应模型 刺激--反应模型重在描述驾驶环境中各种刺激对驾驶员行为的影响，包括GM模型和线性跟车模型。GM模型最早是1958年由美国通用汽车研究小组的Chandler，Herman和Montroll提出的，它是由驾驶动力学模型（Driving Dynamic Model）推导而来，并引入如下理念： Response=f(sensitivit，stimuli) 式中，Response为后车在时刻t+T的加速度或减速度；sensitivity为后车对刺激的敏感度；stimuli为在时刻t后车与前车的相对速度；T是后车驾驶员的反应时间。 这个模型的基本假设为：驾驶员的加速度与两车之间的速度差成正比；与两车的车头间距成反比；同时与自身的速度也存在直接的关系。GM模型清楚地反映出车辆跟驰行驶的制约性、延迟性及传递性。 GM跟驰模型的优缺点： GM跟驰模型形式简单，物理意义明确。作为早期的研究成果，具有开创意义，许多后期的跟驰模型研究都是以其建立的刺激--反应的方程为基础，在前车紧急刹车时，后车维持不致发生尾撞的最小安全距离为前提推导而得。 但是，GM模型的通用性较差，现在较少使用GM模型，这是因为在
流域水文模型综述 摘要：本文分别综述了集总式流域水文模型和分布式水文模型的研究进展，并简单介绍了几种常用的集总式和分布式流域水文模型及特点，最后对流域水文模型的发展进行了展望。 关键词：流域，水文模型，集总式流域水文模型，分布式流域水文模型 水资源作为人类社会的一大资源，在不断地满足社会经济发展与生态环境需要的同时，水资源短缺与污染的趋势也在不断加剧。为了促进水资源的可持续利用与保护，美国率先提出了流域管理的概念。流域管理一作为水资源利用与保护的主要途径，是目前水资源管理的主要模式，在世界上得到了广泛应用，尤其在美国、欧洲和澳大利亚等国家，整个研究领域己逐步走向成熟。 水文学（hydrology）是地球物理学和自然地理学的分支学科。研究存在于大气层中、地球表面和地壳内部各种形态水在水量和水质上的运动、变化、分布，以及与环境及人类活动之间相互的联系和作用。是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律，以及运用这些规律为人类服务的知识体系。 水文模型(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。 流域水文模型把流域总体看成是一个系统，输入为降雨等，输出为出流流量等。流域内的水文过程则是系统的状态，是根据水文概念推理计算出来的，随着全球性缺水问题日益严重，水污染水资源分布不均衡等问题的日益突出，就要求人们不断加强水文学的定量化研究，而流域水文模型就是其中发展较为迅速的研究领域。它有助于我们在利用水资源分配水资源中提供合理的科学的依据。流域水文模型在进行水文规律的研究和解决生产实际问题中起着重要的作用，因此，掌握常见的流域水文模型是必要的[1]。
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用 为了促进我国的流域水资源管理综合效益的提升，需要根据分布式流域水文模拟模型展开分析，以实现对其内部模式总体结构的深入应用，促进其特点的深入了解，保证流域水资源管理综合效益的提升。为了实现对流域水文模拟模型的有效应用，需要流域水资源的相关管理人员做好相关的分析工作。 标签：水文模拟；管理应用；研究深化；探究 1 关于分布式降雨径流模拟模型及其TOPMODEL模型的分析 1.1 国外的分布水文模式的发展历史比较长的，其经历了一个比较长的历史发展阶段，逐渐实现了该模型分析理论系统的健全。该模型的研究理论起源于一篇关于物理基础数值模拟理论的文章。随着时代经济的不断发展，美国的关于SWAT模型的理论体系不断得到健全，出现了THALES模型模式，该模式是一种分布式的参数模型，其具备一定的矢量高程数据。随着经济模式的不断深化，国际科学经济技术的不断发展，其分布式水文模式诞生，该模式实现了对各个环节的综合比如空间参数校准、河流演算环节等。无论是PRM模型还是SLURP 模型其都属于分布式水文模型。比较典型的地表分布式水文模拟模型包括SWAT 模型及其TopModel模型。 TopModel模型的发展是符合时代的发展潮流的，该模式是以变源产流是基础条件的。通过对地形空间变化的深入了解，来实现其结构模式的优化，促进其DEM推求地形指数的有效应用。在地形指数应用过程中，可以通过对相关数据信息的应用，来剖析流域水文的循环现象，实现其水流趋势的深入分析，该模式可以实现对相关环节的水源面积变动情况的模拟。TOPMODEL模型结构和概念比简单，优选参数少，充分利用了容易获取的地形资料，而且与观测的物理水文过程有密切联系。模型已被应用到各个研究方面，并不断发展、改进，反映了降雨径流模拟的最新思想。但TopModel并未考虑降水、蒸发等因素的空间分布对流域产汇流的影响。 1.2 SWAT模式是一种应用范围比较广泛的流域水文模型，该模式具备比较常的物理机制性，在某些发达国家中实现了广泛的普及，比如加拿大及其相关北美洲地区。该模式通过对相关空间数据信息的应用，促进其各个流域各个水文运作过程的模拟，比如化学物质的变化情况等。通过对模式的应用，促进其流域离散化环节的优化，实现其蒸发环节、降水环节等的优化，从而深入剖析人类行为和流域水文循环之间的关系。通过对该SWA T运作模式的研究，实现对流域情况的有效模拟，以满足日常工作的需要。SWA T模拟的流域水文过程被分为两大部分：陆面部分，它控制着每个流域内主河道的水、沙、营养物质和化学物质等的输入量；水循环的水面部分。它决定水、沙等物质从河网向流域出口的输移运动。SWAT 采用现代Windows 界面，是一个模型和GIS 的综合型系统，它模拟了水和化学物质从地表到地下含水层再到河网的运动过程，可以用于几千平方英里的流域盆地的水质水量模拟。它适用于具有不同的土壤类型、不同的土地利用