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不同分布式水文模型在大洋河流域对比运用研究胡晓松【摘要】In order to compare the runoff accuracy simulated of different distributed hydrological models in the Dayang river basin,based on hydrological data from 20000 to 2010 of Shalizhai hydrological station of the Dayang river,SWAT model and VIC model were applied separately to simulate the runoff from 2000 to 2010 at the upstream of Shalizhai hydrological station of the Dayang river.The research shows that SWAT model is more suitable than VIC model to simulate the runoff of the Dayang river basin,relative error simulated by SWAT model is less than 8%,the certainty factor is over 0.7, however,the relative error of runoff depth simulated by VIC model is more than 10%,and the certainty factor is less than 0.6.%为对比不同分布式水文模型在大洋河流域的径流模拟精度，基于大洋河沙里寨水文站2000—2010年水文数据，分别运用 SWAT 模型和 VIC 模型，模拟了大洋河沙里寨水文站以上流域2000—2010年径流。
基于水文模型对比建立SWAT模型数据库一、引言水资源是一种非常宝贵的资源，对于维护人类社会的发展和生态系统的平衡至关重要。
在不同的气候环境和地理形态下，水资源的利用和管理方法也会存在一定的差异。
建立水文模型数据库是非常必要的。
本文将通过对比分析不同水文模型的优缺点，以及建立SWAT 模型数据库的意义和方法，为水资源的合理利用和管理提供参考。
二、水文模型的类型和对比分析1. 概述水文模型是模拟地表水文过程的数学模型，可以有效地预测和分析水文过程，为水资源管理、水灾预防和水土保持提供技术支持。
常见的水文模型包括VIC模型、SWAT模型、HEC-HMS模型等。
2. VIC模型VIC模型全称Variable Infiltration Capacity，是一种描述陆面水文过程的模型，主要用于模拟土壤水分平衡和陆面径流过程。
VIC模型具有模块化、参数化和高度可配置的特点，可以很好地适应不同地区和气候条件的需求。
但是VIC模型需要大量的观测数据和参数调整，适用性并不是很广泛。
3. SWAT模型SWAT模型全称Soil and Water Assessment Tool，是美国农业部开发的一种集成水文过程和非点源污染模拟的模型。
SWAT模型具有模块化、分布式和概念性的特点，能够模拟不同土地利用和土地管理情景下的水文过程和水质变化。
SWAT模型可以很好地适应不同流域的特点，并且能够较为准确地模拟径流、蒸发和植被生长等过程。
4. HEC-HMS模型HEC-HMS模型全称Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System，是美国军事工程中心开发的一种水文过程模拟模型，主要用于模拟小流域的径流过程。
HEC-HMS模型具有简单易用、计算效率高和对各种洪水事件的适应性强等特点，但是在模拟非点源污染和水质变化方面的表现相对较弱。
5. 对比分析通过对VIC模型、SWAT模型和HEC-HMS模型的对比分析可以发现，不同的水文模型在模拟不同水文过程方面具有各自的优势和劣势。
三种水文模型的比较新安江模型是一个概念性水文模型，新安江水文模型在我国已经应用多年，且效果显著，随着水文学和信息技术的不断发展，萨克拉门托（SAC）模型、TOPMODEL模型也逐渐在我国得到应用。
本文主要从产流机制、适用范围、参数以及汇流过程对三种水文模型进行了对比和总结。
下面结合表格从几方面来具体说明三个模型的相同点和不同点。
从产汇流原理及计算模式来说，新安江模型在每个子流域先进行蒸散发和产流计算，计算出子流域总产流量后通过自由水蓄水库结构进行三水源划分，对已经划分好的三种水源（地表径流、壤中流、地下水径流）分别按照各自的退水规律进行汇流计算（比如采用线性水库），得到子流域出口流量过程，对子流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算（比如马斯京根法）得到子流域在全流域出口的流量过程，然后将每块单元流域在全流域出口的流量过程同时刻线性叠加，即得到全流域出口总的流量过程，因此综合来看，是一个总—分—总的计算模式。
SAC模型中流域被划分为透水、不透水及变动不透水面积三部分，透水面积为主体；在透水面积上，根据土壤垂向分布不均土层分为上下两层；根据水分受力特征，上下土层蓄水量分为张力水蓄量和自由水蓄量，自由水可以补充张力水，但张力水不能补充自由水，上下土层通过下渗曲线连接，下渗计算是整个模型的核心。
径流来源于永久不透水面积和可变不透水面积上的直接径流，透水面积和可变不透水面积上的地面径流，透水面积上的壤中流、浅层与深层地下水。
汇流计算分为坡面汇流和河网汇流两部分，计算出的直接径流和地面径流直接进入河网，而壤中流、快速地下水和慢速地下水可用线性水库模拟。
各种水源的总和扣除时段内的水面蒸发4E ，即得河网总入流。
河网汇流一般采用无因次单位线。
总的来看是一个分—总的过程。
新安江模型在每个子流域先进行蒸散发和产流计算，计算出子流域总产流量后通过自由水蓄水库结构进行三水源划分，对已经划分好的三种水源（地表径流、壤中流、地下水径流）分别按照各自的退水规律进行汇流计算（比如采用线性水库），得到子流域出口流量过程，对子流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算（比如马斯京根法）得到子流域在全流域出口的流量过程，然后将每块单元流域在全流域出口的流量过程同时刻线性叠加，即得到全流域出口总的流量过程，因此综合来看，是一个总—分—总的计算模式。
分布式水文模型在流域水资源开发利用中的应用探究纵观我国水资源开发利用和管理研究的基本状况，目前的水资源管理是基于一定水文规律的现状水资源的调控与开发利用的。
在自然和人类活动的双重作用下，水资源循环规律发生了改变，具有物理基础的分布式水文模型将为研究宏观尺度上变化环境下水文循环规律和开发利用流域水资源提供科学有力的工具，开发具有物理基础的分布式水文模型将为我国水资源开发利用和管理提供技术支撑和保障。
标签：分布式水文模型；水资源；水文循环1、国内外分布式水文模型的研究现状及意义1. 1 国内外研究现状具有物理基础的分布式模型的研究与开发经历了几十年的时间。
早期的分布式模型没有考虑全部的水文循环，而仅考虑流域内水的流动和运移的特定阶段。
随着基础研究的开展及计算机技术的快速发展，出现了两个最著名的分布式流域模型，即SHE 模型和IHDM。
由于其对资料要求较高，这两个模型的建立和应用主要限于小尺度的流域。
近年来，分布式模型研发的重要性也为众多国内学者所重视，由于国内分布式水文模型的研究起步相对较晚，更多的研究多集中于引进、改良国外的分布式水文模型。
一方面，这些分布式水文模型的开发多基于不同的目标；另一方面，由于中国的实际条件与国外大不相同，如流域资料缺乏、气候及环境要素的不同等均造成了应用的效率降低。
1. 2 研究意义近些年中国在水文水资源高效管理研究方面取得了众多的成果，为解决水资源配置中存在的诸多问题，然而我国水资源配置研究的重点主要集中在建立符合现代流域水循环过程的“天然- 人工”二元认知模式，建立以水循环为基础的水资源合理配置模式、建立具有统一基础的水资源配置准则和建立水资源配置合理性评价标准和体系等。
根据水资源供需平衡及一定的用水目标，一些科学家从水资源优化配置的角度建立了水资源优化配置管理模型。
值得注意的是，这些模型的建立并没有考虑流域水文循环的物理过程，而从水资源供需、水资源最优化配置出发建立模型并应用于区域水资源的管理中。
设计洪水估算方法的比较研究一、本文概述洪水是一种具有极大破坏力的自然灾害，对人类社会和自然环境造成严重影响。
准确估算设计洪水对于防洪减灾、水资源管理、水利工程建设等领域具有重要意义。
本文旨在对不同的设计洪水估算方法进行比较研究，分析各方法的优缺点，以提高洪水估算的准确性和可靠性。
本文将首先介绍设计洪水估算的基本概念和重要性，阐述洪水估算在防洪减灾、水资源管理等领域的应用。
随后，将详细介绍几种常用的设计洪水估算方法，包括经验公式法、水文比拟法、概率分析法和数值模拟法等。
通过对这些方法的原理、步骤和适用范围进行阐述，为后续的比较研究奠定基础。
在比较研究中，本文将重点分析各方法的优缺点，比较其在不同情况下的适用性和准确性。
通过实例分析和案例研究，验证各方法的实际效果，并提出改进建议。
本文还将探讨不同方法之间的结合与融合，以进一步提高洪水估算的准确性和可靠性。
本文将对设计洪水估算方法的发展趋势进行展望，提出未来研究的方向和建议。
通过本文的研究，旨在为相关领域提供有益的参考和借鉴，推动设计洪水估算方法的不断完善和发展。
二、设计洪水估算的基本方法频率分析法：该方法主要基于历史洪水数据的统计分析。
通过对已知洪水频率和相应洪峰流量的关系进行统计分析，可以推求出未知频率下的设计洪水。
常用的频率曲线有线性矩法、皮尔逊型曲线等。
地区综合法：这种方法适用于缺乏长序列历史洪水资料的地区。
它通过对相似流域的洪水资料进行综合分析，利用流域特征参数（如流域面积、平均坡度等）进行地区性综合，进而估算设计洪水。
暴雨径流法：该方法首先估算出流域可能发生的最大暴雨，然后根据流域的暴雨径流关系推求出设计洪水。
这种方法的关键在于准确估算暴雨特性和暴雨径流关系。
单位线法：单位线法是一种基于流域暴雨径流关系的洪水估算方法。
它通过单位时段（如单位面积、单位时间）的暴雨径流关系，结合流域特性，推求出设计洪水过程线。
水文学比拟法：该方法通过对比和分析具有相似流域特性的已知流域和待估流域的洪水资料，根据两者之间的相似性，推求出待估流域的设计洪水。
集总式水文模型与分布式水文模型的区别集总式水文模型(Lumped Hydrologic Model),不考虑水文现象或要素空间分布,将整个流域做为一个整体进行研究的水文模型.集总式水文模型中的变量和参数通常采用平均值,使整个流域简化为一个对象来处理.主要用于降水-径流(Rainfall-runoff)模拟.由于参数合变量都取流域平均值,所以不能对某单个位置进行水文过程计算.通常模型参数不能实际测量到,必须通过校准才能获得.分布式水文模型是通过水循环的动力学机制来描述和模拟流域水文过程的数学模型，模型根据水介质移动的物理性质来确定模型参数，利于分析流域下垫面变化后的产汇流变化规律，与概念性模型相比，分布式水文模型以其具有明确物理意义的参数结构和对空间分异性的全面反映，可以更加准确详尽的描述和反映流域内真实的水文过程。
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, 如蒸散发、土壤水分、径流深等[1]。
分布式流域水文模型的主要思路是：将流域划分成若干网格,对每个网格分别输入不同的降雨,根据各网格内植被、土壤和高程等情势, 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, 将其径流演算到流域出口断面得到流域出口断面的径流过程。
模型的参数由地形、地貌数据结合实测历史洪水资料率定得到。
分布式流域水文模型的研究和应用, 需要雷达测雨、遥感、地理信息系统、数值计算和计算机等技术的支撑: 雷达测雨技术能观测到流域内各网格的降雨量；遥感技术是获得地形、地貌等数据的有效途径之一；有效地使用和管理地形、地貌数据, 并根据空间与数据属性生成更多的有用信息离不开地理信息系统；对流域产汇流计算的偏微分方程求解需要数值计算法,同时实现这些计算离不开高性能的计算机。
分布式水文模型(日志)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。
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下，把单位面积上所得的结果应用到更大的尺度范围的模拟上，尺度缩小是把较大尺度的模型的模拟输出结果转化为较小尺度信息。
尺度转换容易导致时空数据信息的丢失，这一问题一直为科学家所重视，却一直未能得到真正解决，这也是当今水文学界研究的热点和难点。
尺度问题源于目前缺乏对高度非线性的水文学系统准确的表达式；于是对于一个高度非线性的、且没有表达式的系统，人们用“分布式”方法来“克服”它。
然而事实上，无论是“subwatersheds”是“rid Cells”其内部仍然是非线性的且没有表达式。
但是，人们认为他们是“均一”的，于是就产生了尺度问题。
比如，自然界中水文参数存在很大的时间、空间异质性，野外实验证明，传统上认为在“均一”单元，且属于同一土壤类型的小尺度土地上，其水力传导度的变化范围差异可以达到好几个数量级。
基于物理的分布式水文模型引言水文模型是研究水文过程的数学模型，可以帮助我们理解和预测水文系统的行为。
基于物理的分布式水文模型是一种较为复杂的水文模型，它基于物理原理，并将流域分为多个单元进行建模，以更精确地模拟水文过程。
本文将介绍基于物理的分布式水文模型的原理和应用。
一、基本原理基于物理的分布式水文模型主要基于质量守恒和能量守恒原理，通过描述水在流域内的运动和转化过程来模拟水文过程。
它将流域划分为多个水文单元，每个单元代表一个小区域，包括土壤、植被、河流等要素，并考虑地形、气象条件、土壤性质等因素。
1.1 水量平衡基于物理的分布式水文模型通过质量守恒原理来描述水在流域内的运动。
它考虑了降水、蒸发、入渗、径流等过程，并利用水流连续方程建立水量平衡方程。
通过求解水量平衡方程，可以得到流域内各个水文单元的水量变化。
1.2 能量平衡基于物理的分布式水文模型还考虑了能量守恒原理，通过能量平衡方程描述水在流域内的能量转化过程。
它考虑了辐射、蒸发、传导等能量交换过程，并通过求解能量平衡方程，得到流域内各个水文单元的能量变化。
二、模型构建基于物理的分布式水文模型的构建主要包括以下几个步骤：2.1 流域划分流域划分是将整个流域划分为多个水文单元的过程。
划分的精细程度取决于研究的需要和数据的可用性。
一般来说，流域划分越精细，模型的精度就越高。
2.2 参数设定每个水文单元都有一组参数，包括土壤类型、植被类型、蓄水容量等。
这些参数可以通过实地观测、实验室测试或者遥感数据获取。
2.3 模型求解基于物理的分布式水文模型通过数值方法求解水量平衡和能量平衡方程，得到各个水文单元的水量和能量变化。
常用的求解方法包括有限元法、有限差分法等。
2.4 模型验证模型验证是检验模型的准确性和可靠性的过程。
可以与实测数据进行比较，评估模型的预测能力。
如果模型的预测结果与实测数据相吻合，则说明模型具有较好的预测能力。
三、应用案例基于物理的分布式水文模型在水文学研究和水资源管理中有广泛的应用。
