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基于贝叶斯法的HYMOD模型参数不确定性分析徐一鸣;林凯荣;李朋俊【摘要】结合HYMOD水文模型在枫树坝水库控制流域的应用,采用贝叶斯结合Metropolis-Hastings算法对模型参数进行不确定性分析,得到90％置信区间的流量过程.结果表明,基于贝叶斯的不确定性估计方法能有效降低HYMOD模型参数带来的不确定性.【期刊名称】《人民珠江》【年(卷),期】2015(036)004【总页数】4页(P1-4)【关键词】贝叶斯;HYMOD模型;不确定性分析;径流预报【作者】徐一鸣;林凯荣;李朋俊【作者单位】中山大学水资源与环境系,广东广州510275;华南地区水循环与水安全广东省普通高校重点实验室,广东广州510275;中山大学水资源与环境系,广东广州510275;华南地区水循环与水安全广东省普通高校重点实验室,广东广州510275;中山大学水资源与环境系,广东广州510275;华南地区水循环与水安全广东省普通高校重点实验室,广东广州510275【正文语种】中文【中图分类】X824从斯坦福大学开发出SWM模型(Stanford Watershed Model)起，流域水文模型历经60多年的发展，模拟精度越来越高，在水文预测与模拟等方面发挥了重要作用。
然而，为得出确定的估计值而产生的流域水文模型本身却存在着诸多不确定性因素。
基于简化思路与计算而进行的概化，使得不确定性成为流域水文模型的固有属性。
因此，研究水文模型的不确定性以提高预报模拟精度成为水文科学发展中一大前沿课题[1-3]。
现以枫树坝水库控制流域为例，采用贝叶斯法对HYMOD水文模型进行参数优化，并进行不确定性径流模拟预报。
HYMOD模型是国外学者于20世纪80年代中期提出的集总式水文模型[4]。
流域被视为无数个相互独立的点的集合，这是HYMOD模型区别于一般集总式水文模型之处。
模型采用了蓄满产流的概念，模型结构较为简单，产流过程见图1。
流域经历一场降水后，超渗部分通过3个高流速水箱基于参数Rq产流；其余超过cmax的水量分为两部分，一部分以α为分配因子同样进入高流速水箱进行产流，剩余部分则进入一个低流速水箱基于参数Rs产流。
流域水文模型研究进展综述摘要：介绍了流域水文模型的发展，总结了常用的流域水文模型及特点，最后对流域水文模型的发展进行展望。
关键词：水文模型；分布式水文模型；概念模型；GIS；展望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流域水文模型的发展特点随着计算机技术的诞生，流域水文模型应运而生。
20世纪50年代后期，系统理论应用迅速发展，水文学提出了流域水文模型的概念。
随后的二、三十年是流域水文模型的蓬勃发展时期。
当前流域水文模型在洪水预报、流域规划等领域起着越来越重要的作用。
其模型的发展主要呈现以下几个特点：1.1时间上呈阶段性随着电子计算机技术的迅速发展，流域水文模型的发展较快，按照发展的时间大约划分为原始、近代、现代三个阶段。
其原始阶段，即水文模型起步阶段，发展时间大约在20世纪50年代后期至70年代初期。
近代发展阶段大约为随后的80年代。
从20世纪90年代至今是模型发展的现代阶段，也是水文模型突破性发展阶段。
该阶段由于地理信息系统和卫星遥感技术的广泛应用，分布式水文模型成为世界各国水文科学家研究的主流，该模型基于数字高程模型，以流域面上分散的水文参数和变量来描述流域水文时空变化的特性。
1.2模型研究的区域不均衡美国和欧洲等发达国家在流域模型研究方面占有重要的地位，而发展中国家在该方面的研究相对落后，具有一定影响力的模型很少。
在我国，除了新安江模型的发展影响较大外，还没有其它影响较为深远的模型。
流域水文模型研究综述何长高１，２，董增川１，陈卫宾１（１．河海大学水文水资源及水利工程科学国家重点实验室，江苏南京２１００９８；２．江西省水利厅，江西南昌３３０００９）摘要：流域水文模拟是用数学的方法描述和模拟水文循环的过程．按照水文循环运动的物理规律和空间变化规律介绍了流域水文模型的分类及其特点，回顾了流域水文过程模型的研究进展，总结、介绍了国内外分布式流域水文模型的开发研究成果，结合当前流域水文模型研究中存在的尺度、非线性、模型动态耦合等主要问题，提出了发展方向．关键词：流域；研究进展；水文模型中图分类号：Ｐ３３文献标识码：Ａ文章编号：１００４－４７０１（２００８）０１－００２０－０６收稿日期：２００７－１１－１４基金项目：江西省重大关键技术攻关计划项目（２００５ＩＡ０５００１０１）作者简介：何长高（１９６２－），男，在读博士，教授级高工．０引言水文模型是水资源评价、配置、开发和利用的基础，在防洪减灾、水库调度、生态环境需水、水资源开发利用、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均需要水文模型的支持。
因此，水文模型的研究一直是水文学研究的重点，并建立了一系列水文模型。
特别是近几十年，随着水资源问题日益突出和计算机技术的快速发展，人们对流域水文模型的研究、应用的广度和深度日渐加大，研制出了大量的各具特色的流域水文模拟模型。
流域水文模拟是用数学的方法描述和模拟水文循环的过程，即将流域概化成一个系统，根据系统输入条件（一般为降雨、融雪、水质、泥沙过程以及流域的蒸散发能力），对流域内发生的水文过程进行模拟计算，求解输出结果（如流域出口断面的流量过程和流域实际蒸散发等）。
１流域水文模型的分类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，经过２０世纪六十、七十年代和九十年代的蓬勃发展，涌现出了大量的流域水文模型。
纵观已有流域水文模型，从反映水文循环运动物理规律的过程性和复杂度来看，流域水文模型可划分为系统模型（即“黑箱”模型）、概念性模型和物理模型。
收稿日期:2005Ο02Ο01基金项目:国家重点基础发展规划“973”资助项目(G 1999043601);水利发展“十一五”规划重大课题资助项目作者简介:柳长顺(1975—),男,山西临县人,工程师,博士,主要从事水资源管理研究.国外流域水资源配置模型研究进展柳长顺1,陈 献1,刘昌明2,杨 红3(1.水利部发展研究中心,北京 100038;2.北京师范大学水科学研究所,北京 100875;3.S wiss Federal Institute for Environmental Science and T echnology ,S witzerland Duebendor f CH Ο8600)摘要:对国外水资源配置模型研究进行了综述,总结了水资源配置模型研究发展的趋势,即单目标模型向多目标模型发展,模拟与优化模型相结合,以及不确定性和模糊优化模型的建立.建议开发多目标、多层次、多用户、群决策的流域水资源优化配置模型系统,为流域水资源合理配置与科学管理实践提供科学的决策依据.关键词:流域;水资源配置模型;多目标;群决策中图分类号:T V213.9 文献标识码:A 文章编号:1000Ο1980(2005)05Ο0522Ο03流域水资源合理配置是在流域水资源可持续利用思想指导下,遵循自然规律与经济规律,通过工程和非工程措施,借助于先进决策理论和计算机技术,干预水资源的天然时空分配,统一调配流域地表水、地下水、废污水、外流域调水、微咸水和海水等水源,以合理的费用保质保量地适时满足不同用户用水需求,充分发挥流域水资源的社会功能和生态环境功能,促进流域及区域经济的持续稳定发展和生态系统的健康稳定[1,2].流域水资源配置非常复杂,具有不确定性,经常要解决不同层次、不同目标、不同用户间的相互竞争,有时是相互冲突的问题,而水资源配置模型为决策者解决此类问题提供了必要的工具[3].本文重点对国外水资源配置模型研究进行综述,总结水资源配置研究发展趋势,以期对我国水资源配置模型研究有所帮助.1 研究概述流域水资源配置模型的研究始于20世纪50年代中期,六七十年代得到了迅猛发展,线性规划、动态规划、多目标规划、群决策和大系统理论被广泛应用于水资源配置.优化模型是六七十年代研究的主流.20世纪60年代,由于系统工程理论与计算机技术的发展,系统分析方法应用到流域水资源系统规划中[4].最早由工程、社会与自然科学等学科的专家们组成的美国哈佛大学“哈佛水资源规划组(Harvard Water Program )”,于1955年提出了将水资源与环境系统统一考虑的设想,探索经济目标、工程分析和政府决策间的关系,于1962年发表了《水资源系统分析》一书,将系统分析引入水资源规划[5],开始了流域水资源配置模型研究,从此,水资源配置模型在欧美受到极大的重视[6].20世纪70年代以后,美国的麻省理工学院、加州大学等学校和工程兵团等工程单位用系统分析方法在水资源规划与设计方面做了大量的工作;同时,前苏联、加拿大、英国、法国等国家也先后开始用系统分析方法研究水资源问题.1972年,Buras [7]出版的《水资源科学分配》一书是由福特基金从20世纪60年代中期开始资助的“数学分析在水资源工程中的应用”项目的成果,系统进行了线性规划和动态规划在水资源配置中应用的研究,并提出水资源系统模拟的一些思路.同年,Haimes 等[8]把多目标分析应用于水资源规划中,G rigg 等[9]对系统动力学应用于水资源系统进行了研究.1977年,Haimes 等[10]将层次分析法(AHP )和大系统分解原理应用于水资源配置模型中,简化了流域水资源优化配置的方法,将流域大系统分解为若干相对独立的子系统,每个子系统应用优化技术分别求出优化解,然后通过全局变量把各子系统优化结果反馈给流域大系统优化模型,得到整个流域的优化解.1978年,Singh 等[11]在前人研究的基础上,就流域系统分解、优化和控制理论进行了探讨.1982年,美国召开“水资源多目标分析”会议,推动了水资源管理多目标决策技术的研究和应用[12].K rzysztofowicz 等探讨了水资源多目标分析中的群决策问题[13].第33卷第5期2005年9月河海大学学报(自然科学版)Journal of H ohai University (Natural Sciences )V ol.33N o.5Sep.2005水资源配置通常是多目标的,有时目标会相互冲突,最优解往往不存在或难以达到,水资源管理中应用模拟和决策支持技术同样需要.20世纪80年代以后,随着计算机的普及、地理信息系统(GIS )的发展以及公众参与水资源管理意识的不断提高,开发多用户参与的交互式多目标水资源配置模型得到了重视.Salewicz 等[14]开发了水资源协商Ο交互式流域模拟模型IRIS.不同的用户可以输入自己的数据进行协商,帮助冲突各方快速解决冲突争议.Camara 等[15]介绍了水资源管理的综合决策辅助模拟模型,该模型通过逻辑关系和矢量计算,把数字、语言、图片等自然语言用于水资源管理决策,增加了决策的可视化程度.Sim onoviv [16]就可持续水资源管理决策支持系统的概念进行了界定,并通过实例对决策支持系统在水资源管理中的应用进行了探讨.Hamalalnen 等[17]讨论了多准则水资源管理和多用户协商决策支持系统的框架,并将其应用于芬兰的K ymijoki 流域.K ipkorir 等[18]为肯尼亚的Perkerra 灌区开发了灌溉辅助实时决策系统,优化结果说明,通过决策系统可以优化种植结构.20世纪90年代中期以后,流域水资源配置模型出现了新的趋势.一方面,基因算法和灰色模拟等计算技术不断引入模型中;另一方面表现为水资源管理模型与地理信息系统、水文模型和经济模型的耦合.Minsker 等[19]应用遗传算法(G enetic Alg orithms )建立了不确定性条件下的水资源配置多目标分析模型.R osegrant 等[20]为评价改善水资源配置和利用的效益,将经济模型与水文模型进行耦合,并把模型应用于智利的Maipo 流域.Xu 等[21]将分布式水文模型与地理信息系统有机结合,解决了传统方法不能解决的大量水资源配置方案的检验问题,同时,能形象展示决策者由于条件变化对流域水资源管理的改变,为开发流域水资源管理空间决策支持系统(S DSS )奠定了基础.地理信息系统可以表示流域水资源系统的空间关系和属性特征,解决复杂的水资源配置和管理问题.1992年,Walsh [22]对地理信息系统扩展到水资源领域进行了综合的讨论与分析,随后许多专家学者对如何连接地理信息系统与水资源配置模型进行了有益的尝试.Mckinny 等[23]利用面向对象技术把水资源管理模型与地理信息系统有机地结合,模拟流域水资源分配.2 发展趋势a.单一水利工程模型向流域系统模型发展,单一目标模型向多目标模型发展.目前流域水资源配置模型以单一水利工程如水库、灌区等工程的用水、配水管理模型为主,对流域尺度研究较少.实现流域水资源的持续利用,以支持流域经济社会的可持续发展,需要把社会、生态等难以量化的目标引入流域水资源配置模型的目标函数中,建立多目标配置模型.b.开发模拟与优化耦合模型.虽然流域水资源配置问题非常复杂,往往不存在最优解,仅仅通过优化技术难以得到满意的结果,而且结果难以执行并指导生产,但可以计算不同方案对应的不同解.模拟与优化模型相耦合,可以较快得出易于各方接受和实施的满意解.c.建立多层次、多用户的面向对象的交互式决策支持系统.流域水资源配置属于一类半结构化的决策问题,具有多层次的、多目标、多水源、多用户、多功能的特点,用单一模型是不可能描述的.流域水资源配置面临许多具体的问题,要实现水资源的可持续利用,需要用水户参与决策管理和配置.d.不确定性和模糊优化模型是未来流域水资源配置模型的发展方向.水资源配置常遇到许多不确定性或模糊性问题,需要不确定性模型或模糊模型予以解决.近年来,不确定性问题与模糊问题的优化方法发展较快,为流域水资源配置模型的开发提供了有力的工具.e.“3S ”技术与分布式水文模型(包括地下水模型)有机结合是流域水资源配置模型研究的重要领域.“3S ”技术的发展及其在流域水资源管理中的广泛应用,为流域水资源配置模型提供了强有力的工具与丰富详实的数据.分布式水文模型不断完善,为流域水资源管理科学决策奠定了基础.目前,这方面的研究较少.参考文献:[1]柳长顺.流域水资源合理配置与管理研究[D].北京:北京师范大学,2004.[2]李令跃,甘泓.试论水资源合理配置和承载力概念与可持续发展的关系[J ].水科学进展,2000,9(3):307—313.[3]G UPT A R A.River basin management :a case study of Narmada Valley development with special reference to the Sardar Project inG ujarat ,India[J ].Water Res ources 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scientific management of river basin water res ources.K ey w ords:river basin;water res ources allocation m odel;multi2objective;group decision。
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 场暴雨事件进行研究，结果表明 SWMM 模型、TRRL模型和 UCURM 模型在典型小流域模拟中的结果与实测径流较为接近。
2001 年 ZaghloulN A 等人运用人工神经网络 ANN 对 SWMM 模型的参数敏感性进行模拟分析研究。
同年 Steven JBurian 等运用 SWMM 模型对西班牙桑坦德市降雨径流水质进行预测研究。
2002 年 Patrick L Bre-zonik 等人对美国明尼苏达州双城大都会区域的暴雨径流量、污染负荷量和污染物浓度进行分析。
同年 Sands等人对 1999 年 8 月26 日曾发生的洪水淹没纽约事件运用 SWMM 模型进行了相关模拟分析。
2.2.国内SWMM 研究进展国内对于 SWMM 模型的研究虽然相对比较晚，但是发展迅速。
2001 年刘俊和徐向阳等人引进了美国 SWMM 模型，并且以天津市区某二级河道为研究对象进行了排涝模拟的实验，计算出了市区内相关的控制断面出流的过程。
2006 年任伯帜等人采用了 SWMM 模型对长沙市霞凝港区的 3 场降雨径流过程进行了模拟分析。
同年丛翔宇等人以 SWMM 模型为基础，选取了北京市的典型小区，研究在不同的暴雨条件下，小区的排水情况，积水的问题以及形成道路坡面流等情况。
2008 年黄卡等人，运用 SWMM 模型，结合广州新白云机场的实际资料，率定各相关的参数。
同年董欣等人以城市不透水的地区为研究对象，运用 SWMM模型进行地表径流模拟实验，并对参数进行识别与验证。
赵冬泉等人基于地理信息系统利用SWMM 模型对城市排水管网进行构建，并在澳门进行应用与案例分析。
2009 年陈鑫等人运用SWMM 模型对郑州市区某区域进行了模拟研究。
2010 年黄卡应用 SWMM 模型在南宁心圩江模拟设计洪水。
2012 年马晓宇等人以城市住宅区产生的非点源污染负荷为研究对象利用 SWMM 模型进行了模拟计算。
3.斯坦福模型主要组成3.1 SWM-IV模型简介：第IV号斯坦福流域水文模型(SWMIV)，是世界上最早最著名的流域水文模型，是一种确定性模型，是用数学方法模拟水文物理现象的模型。
斯坦福模型的研制，从1959开始，到1966年完成第IV号模型，一共用了8年时间。
主要研制人是N.H.克劳福持和R.K.林斯雷。
物理概念明确，模型结构环环相扣，层次鲜明。
小流域采用集总模型方式，大流域采用分块模型方式。
斯坦福模型的建立以水量平衡为基础: 4个蓄水层：上土壤层蓄积、下土壤层蓄积、地下水（浅层）蓄积和深层地下水蓄积。
壤中流滞蓄和坡面滞蓄只是临时性蓄积。
模型中河川径流来源：不透水面积上的直接径流；坡面漫流；壤中流；浅层地下水。
蒸散发来源：融雪蓄积；截留蓄积；上土壤层蓄积；下土壤层蓄积；地下水蓄积；河湖表面。
模型是逐时段连续演算的模型。
演算时段不能太长，否则，时段内的各项物理过程变化太大。
SWMIV采用15min或1h作演算时段。
3.2斯坦福流域水文模型的组成(1)流域（或每一分块）平均降雨量用流域代表性测站雨量乘上一个常数，此常数等于多年平均的流域平均年雨量与该测站多年平均年雨量之比。
这对模拟年、月径流量是合适的，对于雨洪的模拟，国内多采用泰森多边形法。
等雨量法(2)不透水面积流域不透水面积，主要指河槽（包括直接连通的湖泊）及与河槽毗连的不透水面积。
这部分面积上的降雨没有损失，直接注入河槽。
水流畅通的河、湖表面面积上的降雨也直接注入河槽，但有蒸发损失。
共同特点：没有下渗损失，一般面积较小，大多数乡村流域不超过1%-2%，城市可以大于20%。
不透水面积这一参数用A表示，指不透水面积与流域总面积之比。
可分为有效不透水面积无效不透水面积：降雨不能直接形成径流的，如路面、屋顶、池塘、不汇入河槽的湖泊，不算入模型的不透水面积。
在雨小时，因无截留损失，不透水面积上的降雨是径流的唯一来源。
（3）植物截留在透水面积上发生，形成截留蓄积，最终消失于蒸发。
截留蓄积：植物枝叶表面可以截住一部分雨水，被截住的这部分雨水停于枝叶表面上，称为截留蓄积。
截留容量（EPXM）：截留蓄积的极限值。
一般为0～5mm。
假定降雨满足截流蓄积后才产生落地雨，流域平均的时段落地雨量用 X表示（4）落地雨i）计算中要求获得的数据：时段截留蒸发量EPX，时段截留蒸发后剩余的蒸散发能力E0（临时变量），时段末截留蓄积量EPXX2，落地雨Xii）计算中所用其它符号P 时段降雨量E 时段蒸散发能力EPXM 截留容量EPXX1 时段初的截留蓄积EPXX0 初算的时段末截留蓄积iii）分三种情况计算① EPXX1+P<E 时：EPX=EPXX1+PEO=E-(EPXX1+P)EPXX2=0落地雨=0② EPXX1+P=E 时：EPX=E; EO=0; EPXX2=0;落地雨=0③ EPXX1+P>E 时：EPX=E; EO=0;EPXXO=EPXX1+P-E,又可分为：EPXXO<EPXM：则EPXX2=EPXXO,落地雨=0EPXXO=EPXM：则EPXX2=EPXM,落地雨=0EPXXO>EPXM：则EPXX2=EPXM,落地雨=EPXXO-EPXM由此可见，只有最后一种情况才会产生落地雨。
（5）直接下渗模型中对下渗模拟，分直接下渗和滞后下渗两部分。
我们讨论的是直接下渗，落地雨去路：i）形成地表滞蓄增量可能产流ii）形成壤中流滞蓄增量可能产流iii）直接下渗IND可能产流模型假定任何时间的下渗容量在整个流域上是不相同的，并假定是按直线变化斯坦福模型中所采用的下渗函数和壤中流函数（6）蒸散发蒸散发以蒸散发能力所具有的强度从截留蓄积和上土壤层蓄积中产生。
蒸散发能力：蒸发能力等于河湖表面蒸发能量或其他的水体蒸发量，当只有蒸发皿时，可以乘以一个系数。
蒸发皿只有日数据，需转为时段的：Moore & Claborn用偏态正弦曲线（日出30min至日落1小时之间）1、截留蓄积的蒸发量E截按蒸散发能力进行。
较少时有多少蒸发多少。
2、上土壤层蓄积的蒸散发量E上截留蒸发不能满足蒸散发能力时，由上土壤层蒸散发来继续满足。
3、下土壤层蓄积的蒸散发量E下，上土壤层仍不能满足时，由下土壤层蒸散发来继续满足。
4.其他流域水文模型的研究进展流域水文模型的研究始于20世纪50年代,在这之前,水文模拟及水文分析计算多是针对某一水文环节进行、随着计算机技术的发展,人们开始把水文循环作为一个整体,在大的空间尺度卜进行系统的研究,井在50年代后期提出了流域水文模型的概念。
在70年代到80年代中期,由丁国际水文十年和国际水文计划的相继实施,流域水文模型的研究取得了重人突破,一些比较著名的模型,如美国的斯坦福(Sanford)流域水文模型和萨克拉门托(Sacramento)模型,日本的水箱(Tank)模型,SHE模型以及我国的新安江模型等都形成丁这一时期。
80年代后期至今,全世界范围内流域水文模型的研究进展缓慢,主要是利用伴随先进的计算机技术出现的地理信息系统、数字化高程模型等对原有流域水文模型作一些修改和完善,如MIKESHE模型等,但理论卜并无大的突破。
流域水文模型出现的必然性众所周知,探索流域径流形成规律的基本途径除对原型进行观测研究外,还有物理模拟和数学模拟两类。
物理模拟是一种比例尺模拟,即将研究对象的原型按一定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。
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,然后用数学方法进行求解,从而获得各种情况下流域降雨与径流之间的定量关系。
与物理模型相比,数学模型的优点是:(1)数学模型的所有条件都可以由原型所观测到的数据直接给出,不受比尺的限制,即数学模型无相似律问题。
(2)数学模型的边界条件及其它条件既可严格控制,也可随时按实际需要改变。
象是随机过程,研究方法是概率论与微分方程论的结合,给出的解是随机过程或其某些统计特征值。
随机微分方程统一处理了包括在一种物理过程内的确定规律部分和随机性规律部分,能够将流域水文模型的计算结果和模型的随机误差统一在一起考虑,这种新的建模手段是值得深入探讨的。
