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灌区分布式水文模型——Ⅱ模型应用

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分布式洪水预报模型系统及应用_IT168文库

分布式洪水预报模型系统及应用_IT168文库

参数优化
地下水参数
目标函数：洪峰误差、洪量误差、 峰现时间误差、Nash系数等
汇 流 参 数
序号 1 2 3 4
意义 子流域主河道坡度修正系数 子流域主河道长度修正系数 子流域主河道曼宁糙率系数修正系数 子流域主河道河床底板导水系数修正系数
下限 0.1 0.5 0.1 0.1
上限 10 20 500 10
P12 2
1
EasyDHM模型应用案例
• 水文模拟
研究流域、区域 1 2 3 4 5 6 7 8 长江上游流域 汉江流域 中线受水区（海河、淮河、黄河下游） 渭河流域 第二松花江流域 珠江流域（西江、北江） 三峡库区 密云水库上游流域 支撑课题 十一五科技支撑计划“三峡” 十一五科技支撑计划“中线” 十一五科技支撑计划“中线” 十一五科技支撑计划“黄河” 水利部公益项目“二松” 水专项“珠江” 水专项“三峡” 863“自来水”
土壤数据 处理模块
水库编 辑模块
土地利用 数据处理 模块
P17
数据库版本的开发
随着水利信息化事业的推进，各单位逐步开始使用数据库管理水文相关数 据，因此为配合用户的使用需求和习惯，课题组对原有模型进行了改造，开发 了数据库版本的模拟预报系统。
输入
二元水循环模拟
模拟用户界面
输出
EasyDHM 水文模 拟模块
实际蒸发 湿度、风速 温度、辐射
产流
冠层截留 植被冠层过程模拟
降雨
冠层截留 地表调蓄 河 网 调 蓄
潜在蒸发计算 积雪/融雪过程模拟
净雨 地表填洼 地表过程模拟 入渗量
地表径流
下渗 壤中流
坡面流
土壤水
分层土壤含水量
径流
土壤水过程模拟 壤中流 土壤温度计算

分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用

分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用

1分布式地下水模拟模型模的种类及特点常用的地下水文模拟模型包括解析模型、数值模型、水均衡模型及物理模型等。

目前国际上较为流行的地下水数值模拟模型主要包括ModFlow和FeFlow，下面对其分别进行介绍和比较。

1.1ModFlow模型是一套专门用于孔隙介质中三维地下水流数值模拟的模型。

自ModFlow问世以来,它已经在全美甚至在全世界范围内,在科研、生产、环境保护、城乡发展规划、水资源利用等许多行业和部门得到了广泛的应用,成为最为普及的地下水运动数值模拟的计算软件. ModFlow主要采用三维有限差分方法进行模拟。

其基本原理是：在不考虑水的密度变化的条件下，孔隙介质中地下水在三维空间的流动可以用下面的偏微分方程来表示. 1.2Feflow模型它采用有限元法进行复杂二维和三维稳定/非稳定水流和污染物运移模拟。

Feflow的有限元方法允许用户快速构建模型来精确地进行复杂三维地质体的地下水流及运移分析，在这方面其功能要强于ModFlow。

2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，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。

3建模的关键技术 3.1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。

3.2流域水循环综合模拟模型随着计算机技术、系统科学和大量水文模型方法研究的进展，使得进行整个流域整体水循环模拟成为可能。

分布式水文模型研究与应用进展

分布式水文模型研究与应用进展

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@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］。

分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用

分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用
科技 创新 与应 用 ｌ ２ ０ １ ３ 年 第２ ６ 期
科 技 创 新
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用
郭 舸
（ 南阳水文
摘 要： 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 。 关 键词 ： 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 Ｔ Ｏ Ｐ ＭＯ Ｄ Ｅ Ｌ模型 的分 较 广 泛 的 ， 这 与其 自身 的 优 势是 分 不 开 的 ， 其顺 应 了低 地 下 水 流 数 值模型的发展局势 ， 具备 比较强大的实用性。 其包含了以下的内容 ， 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 比如 离散 方法 的应 用 、 程 序设 计 结 构 的模 块化 应 用 等 。通 过对 矩 形 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 。 网格的应用 ， 来保证 Ｍ ｏ ｄ Ｆ ｌ ｏ ｗ工作模式的稳定发展 ， 促进工作环节 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 。 的优化。 因而对于处理复杂地质体 中的地下水三维渗流场模拟方面 随着 时代 经 济 的不 断发 展 ， 美 国 的关于 Ｓ ＷＡ Ｔ 模 型的 理论 体 系 不 断 存 在 着不 足 ， 没有 有 限元 三 角剖 分灵 活 多变 。Ｆ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ是 由德 国 Ｗａ ｓ ｙ 得 到健 全 ， 出现 了 Ｔ Ｈ Ａ Ｌ Ｅ Ｓ模 型模 式 ， 该 模 式 是 一 种 分 布 式 的参 数 水 资 源规 划 系统 研究 所研 制 开 发 的地下 水模 型 软件 包 。 它 采 用有 限 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 元 法 进 行 复 杂 二 维 和 三 维 稳 定 ／ 非稳定水 流和污染 物运移模 拟 。 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 Ｆ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ 的有 限 元 方 法允 许 用 户 快 速 构 建 模 型 来精 确 地 进 行 复 杂 三 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 维 地质体 的地下水流及 运移分析 ，在这方 面其功能要强 于 Ｍ ｏ ｄ — ｏ ｗ。 Ｐ Ｒ Ｍ 模 型还 是 Ｓ Ｌ Ｕ Ｒ Ｐ模 型其 都属 于分 布 式水 文 模 型 。 比较 典 型 的 Ｆｌ 地 表分 布式 水 文模 拟模 型 包括 Ｓ ＷＡ Ｔ模 型 及其 Ｔ ｏ ｐ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ 模 型。 ３关 于 流域 水循 环 综合 模 拟模 型 的分 析 Ｔ ｏ ｐ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ 模 型 的发 展 是符 合 时代 的 发展 潮 流 的 ， 该 模式 是 以变 ３ ． １随着 知识 经 济时 代 的不 断发 展 ， 各种 计算 机 应用 技术 、 科 学 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 理论 体 系 不 断 发展 ， 其促 进 了水 文模 式 研 究 方法 的进 步 ， 从 而促 进 结 构模 式 的优 化 ， 促进 其 Ｄ Ｅ Ｍ 推 求地 形 指数 的 有效 应用 。 在 地形 指 相关 流 域整 体水 循 环模 拟 系统 的健全 ， 满足 了现实 工 作 的需 要 。其 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 流 域 内水 循 环 系统 具 备 一 定 的规 律 性 ， 比如 其 大气 降水 运 动 、 地 层 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 水运 动 、 地下 渗 流运 动 等 。 通 过对 其 地下 水运 作环 节 的模 拟 ， 来促 进 环 节 的水 源 面 积变 动 情 况 的模 拟 。Ｔ Ｏ Ｐ ＭＯ Ｄ Ｅ Ｌ模 型 结 构 和概 念 比 流域整体水循环模拟环节的优化 。只有保持其处理方案的健全 ， 才 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 能实现其处理方式 的优化 ， 保证水循环模型 的精度 的提升。下面以 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 欧洲的 Ｓ Ｈ Ｅ模型为例介绍整体水循环模拟模型在流域水资源管理 发展 、 改进 ， 反 映 了降 雨径 流 模 拟 的最 新 思想 。但 Ｔ ｏ ｐ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ 并 未 考 中的应 用 。 Ｓ Ｈ Ｅ模 型是 一个 典 型 的整 体分 布式 水循 环 模拟 模 型 。在 虑 降水 、 蒸 发 等 因素 的空 间分 布 对 流域 产汇 流 的影 响 。 Ｓ Ｈ Ｅ模 型 中 ， 流域 在 平 面 上被 划 分 成 许 多矩 形 网格 ， 这 样便 于处 理 １ ． ２ Ｓ ＷＡ Ｔ模 式是 一 种 应 用 范 围 比较 广 泛 的流 域 水 文模 型 ， 该 模 型参 数 、 降雨 输 入 以及水 文 响应 的空 间分 布 性 ； 在 垂直 面 上 ， 则划 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 分 成几 个水 平 层 ， 以便 处理 不 同层 次 的 土壤 水 运 动 问题 。Ｓ Ｈ Ｅ模 型 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 为 研究 人 类活 动对 于 流域 的 产流 、 产 沙 及水 质 等影 响 问题 提 供 了 理 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 想 化 的工 具 。 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 为 了促 进 河道 流 模 式 的有 效 应 用 ，需 要 掌 握 其 必 要 的 运 作 资 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 料 ， 实现其流域整体水循环模式环节的稳定发展 ， 如果不具备合理 和流 域水 文循 环 之 间 的关 系 。通过 对该 Ｓ ＷＡ Ｔ运 作模 式 的研 究 ， 实 的资 料 运作 基 础 ，是很 难 促 进 其 整体 水 循 环模 拟 体 系 的 稳 定 发 展 现 对 流 域情 况 的有 效 模 拟 ， 以满 足 日常工 作 的需 要 。Ｓ ＷＡ Ｔ模 拟 的 的 。 这需 要 实现 其 Ｍ ＭＳ 模 式 的有 效应 用 。 从 根 本上 而 言 ， ＭＭＳ 是 一 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 套 相互 匹配 的子 程序 ， 它 们 可 以被一 起 编 译 ， 以表 征 一个 特 定 流域 。 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 这些子程序被称为模块 ， 分别描述降雨 、 蒸腾 、 地表漫流 、 地下水 、 日 分。 它 决定 水 、 沙等 物 质从 河 网 向流 域 出 口的输 移运 动 。 Ｓ ＷＡ Ｔ 采 用 射 、 蒸发 、 融雪 、 河 川径 流 和森 林 生长 。 现代 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ界 面 ， 是 一 个模 型和 Ｇ Ｉ Ｓ 的综 合 型 系 统 ， 它模 拟 了水 ３ ． ２通 过对 这些 模 型 的应 用 ， 来 满 足 日常 工作 的需 要 ， 许 多 的水 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 文 模 型都 具备 一 系列 的 工作 侧 重点 。在模 型 应用 过 程 中 ， 要要 以实 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 现 决 策 要 求 为 目的 ， 促 进 其 各 个模 型 的 有 效应 用 ， 促 进 其 各 个 适 用 类型 、 不 同 的土 地利 用 方式 和管 理 条件 下 的 复杂 大流 域 。 范 围的优 化 。实 现对 相关 模 型 结构 特 点 的深 入 了解 ， 保 证 其适 应 性 ２关 于 分布 式 地下 水模 拟 模 型 的分析 的提 升 。 要 针对 模 型 的相关 运 作条 件 ， 保证 其 良好 状 态 的保持 ， 促 进 地 下 水文 模 拟 模 型 的范 围是 比较 广 泛 的 ，比较 常 见 的物 理 模 其 现 实工 程 的开 展 。满 足实 际 场景 对 于模 型 的数 据 信 息 的需 要 ， 实 型、 数值 模 型等 。 通 过对 数值 模 拟模 型 的应 用 ， 实行 对 地下 水文 物 理 现其 相关 信 息采 集 方案 的优 化 ，促 进 流 域水 文模 式 的稳 定应 用 ， 保 过程 的 有效 模 拟 ， 其具 备相 当高 的精 度 型 ， 具 备很 好 的 应用 效 果 ， 它 障流 域水 文 模 型 的有效 开发 。模 型对 不 同数 据 源获 取 信 息 的能 力 。 是 目前 地下 水 文模 拟 系统 的 重要 一个 组 成部 分 。 数 值 模拟 模式 分 为 大 多数 流域 水 文模 型软 件具 有 数据 输 入 能力 ， 以尽 量 减少 数 据输 入 两种 模 式分 别 是有 限单 元 法及 其 有 限差 分法 。 这 两种 模式 具 备各 自 的工 作 量 。 模 型对 用 户 的要 求 。用户 必须 有什 么 样 的专 业知 识 和技 的 应用 特 跌 ， 目前 来 说 ， 在 国际 上 �

灌区水资源优化配置模型的建立及应用

灌区水资源优化配置模型的建立及应用
112约束条件11211水库水量平衡约束11212水库库容水位约束t时段允许的最小最大蓄水量11215田间水量平衡方程水稻1000667aeticic旱作物wic1000667dricaetict1ic为时段初末的田间储水t时段降雨量有效降雨量mmt时段灌水量mmdrict时段排水量mm为时段初末的根系深度mmdpict时段稻田深层渗漏量mmt时段地下水补给量mm为凋萎系数
Abstract: The w ater resources optim al allocat ion m ode l for optim a l operation of reservo ir and opt im al allocat ion of irrigat ion w ater in field w as established. Th is m odel w as calcu lated by real a lloca tion based accelerating genetic a lgorithm ( RAGA ). T he resu lts show ed that bene fit of irrigat ion district w as prom oted g reat ly w ith th ism ode,l espec ially in the dry ing years and the ca lculating m ethod of RA GA w as reasonable and feasible. K ey w ord s: real allocation based acce lerating genetic a lgorithm; irrigation d istric;t w ater resources
Establishm ent and Application ofW ater R esources Optim al A llocation M odel in Irrigation D istrict

分布式水文模型

分布式水文模型

遥感数据在分布式水文模型中的应用
• 遥感数据(航空照片和卫星影像)能够提供流域空间特征信 息,是描述流域水文变异性的最为可行的方法,尤其是在地 面观测缺乏地区.在分布式水文建模中,遥感数据的应用可 以归纳为[8]:作为模型输入数据和用作模型参数估计,具体 有7个方面: 1)降水强度观测以及空间格局; 2)蒸散发计算 和土壤湿度反演; 3)雪被覆盖面积; 4)地下水埋深; 5)土地 覆盖与土地利用分类; 6)水体特征;7)植被参数提取.相对 GIS,遥感技术在分布式水文模型中的应用水平比较低,其原 因主要由于: 1)遥感数据空间分辨率和时间分辨率的矛盾, 即空间分辨率较高的数据,其时间分辨率较低,反之亦然,这 样限制了遥感数据的应用; 2)缺乏普遍可用的从遥感数据 中提取水文变量的方法; 3)缺乏必要教育与技术培训。
• 如果模型考虑水质和土壤侵蚀问题,还应包括: 1)一维包气 带内溶质运移和化学反应过程模型; 2)三维饱和带内溶质 运移和化学反应过程模型; 3)土壤侵蚀和沉积物运移模型. 分布式水文模型通过上述子系统描述水文过程的各个重要 环节,如融雪过程、冠层截留、蒸散发、地表漫流、渠道 汇流、不饱和与饱和土壤水分运动等.
• 分布式水文模型对流域水文过程的物理描述要求模型的输 入数据能够充分反映流域空间的水文异质性,此外,分布式 水文模型的输出结果也远远的超过了传统的降水径流模型, 其输出更多的是如流域内不同深度的土壤含水量、地下水 埋深或者污染物浓度等空间分布式信息,这些都不是传统 的数据制备和处理方法所能解决的,只有GIS能够胜任. • GIS在分布式水文模型中的以下几个方面发挥着重要作用: 1)空间数据管理. GIS能够统一管理与分布式水文模型相关 的大量空间数据和属性数据,并提供数据查询、检索、更 新以及维护等方面的功能; 2)提取水文特征.如利用地形数 据计算坡度、坡向、流域划分以及河网提取等;

分布式水文模型在流域水资源开发利用中的应用探究

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。

SWAT模型发展与应用研究进展

SWAT模型发展与应用研究进展田彦杰;汪志荣;张晓晓【摘要】Soil and Water Assessment Tool (SWAT) is one of the most widely used hydrological models in the world. The development of SWAT model was described, the primary advances were summarized in application of SWAT model in the fields of hydrological analysis, nonpoint source pollution simulation, the impacts of environmental changes on hydrology, best management practices (BMPs) evaluation, crop yield estimation and the combined SWAT model with other models. Finally,the problems and insufficiencies which exist in the model were discussed,and the main recommended research needs for using SWAT well in China were also presented.%SWAT模型是国际上被广泛应用和认可的分布式流域环境模型之一.对SWAT模型及其发展和应用进行了分析,综述了模型在水文过程模拟和分析、非点源污染、环境变化下的水文响应、最佳管理措施对流域的长期影响、作物产量以及与其他模型联用等方面的最新应用进展,并探讨了模型存在的问题及我国应用SWAT模型的发展方向.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】5页(P3480-3483,3486)【关键词】SWAT模型;水文分析;非点源污染;环境变化;最佳管理措施【作者】田彦杰;汪志荣;张晓晓【作者单位】天津理工大学环境科学与安全工程学院,天津300384;天津理工大学环境科学与安全工程学院,天津300384;天津理工大学环境科学与安全工程学院,天津300384【正文语种】中文水文模型是水文学研究的重要方法之一，也是研究自然界土壤、生态、环境变化与自然水文关系的基础。

分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用

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。

MIKE SHE 模型在杭锦旗引黄灌区的应用研究

MIKE SHE 模型在杭锦旗引黄灌区的应用研究作者：韩金旭张翔宇刘姝芳李舒张丹谷晓伟来源：《人民黄河》2022年第10期摘要：农田灌溉排水作为灌区退水的重要部分，在改善耕地与抵御灾害过程中起到了重要作用。

以杭锦旗引黄灌区为研究对象，采用 MIKE SHE 分布式水文模型，以2017—2018年为率定期、2019年为验证期，模拟分析灌区排水过程，为灌区排水规律研究提供模型基础支撑；最终2019年模拟结果相关系数达到0.7734，年排水量相对误差为3.7％。

结果表明：在实测排水数据受干扰影响较小的情况下，模拟值与实测值拟合程度较高，模型可以较好地模拟灌区天然排水过程。

关键词：MIKE SHE 模型；水文参数；引黄灌区；灌溉排水中图分类号：P967 文献标志码：A doi：10.3969／j.issn.1000－1379.2022.10.029引用格式：韩金旭，张翔宇，刘姝芳，等.MIKE SHE 模型在杭锦旗引黄灌区的应用研究[J].人民黄河，2022，44（10）：150－153.Study and Application of MIKE SHE Model in the Hangjin County Yellow River Irrigation AreaHAN Jinxu 1，2，ZHANG Xiangyu2，LIU Shufang2，LI Shu2，ZHANG Dan2，GU Xiaowei2（1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research ，Beijing 100038，China；2.Yellow River Institute of Hydraulic Research ，Zhengzhou 450003，China ）Abstract：As an important part of return water in irrigation area，drainage water plays an important role in improving cultivated land and re⁃ sistingdisasters.Taking the Hangjin County Yellow River irrigation area as the research object，using MIKE SHE distributed hydrological model and taking 2017－2018 as the calibration period and 2019 as the validation period，the drainage process of irrigated area was simulated to provide model foundation support for the study of drainage law in irrigated area.Finally，the correlation coefficient of 2019 simulation re⁃ sults reached0.7734，and the relative error of annual displacement was 3.7％.The results show that：under the condition that the measured drainage data is less affected by the interference ，the simulation value and the measured value have a higher degree of fitting，so the model can better simulate the natural drainage process in the irrigation area.Key words：MIKE SHE model；hydrological parameters；Yellow River irrigation area；irrigation and drainage杭锦旗引黄灌区为自流灌区，灌区受南部鄂尔多斯台地补给和北侧黄河影响，地下水水位较高，加之当地农业生产习惯重灌轻排，灌区排水不畅，灌区土壤饱受盐渍化危害。

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稻田最大蓄水深度而逐渐增加，说明增加稻田蓄水深度可以蓄存更多的降雨和灌水，减少出流水分损
失，有更多的降雨和灌水补给并转化为土壤水，满足水稻的蒸发蒸腾耗水。但是，在现状基础上提高最
大蓄水深度后ＤＦ蒯龇仅增加ｏ．６８％，说明目前研究区域水管理水平较高，靠进一步增加蓄水深度来提
高稻田水分利用率的潜力较小。
万方数据
一３１１—
２模型应用区域及水量平衡评价指标
漳河灌区位于湖北省江汉平原西部低丘陵地带，属于亚热带大陆性气候区。目前，灌区大部分地区 种植中稻，田间采用的是“间歇灌溉”和“蓄雨型节水灌溉”相结合的灌溉模式。 ２．１研究区域概况本文选取漳河灌区内杨树蛸小流域和两港坝区域（见图１）作为模型的应用区域。 以２００６年观测数据和模拟结果为基础，在杨树蛸小流域进行不同水管理措施对灌区水量平衡评价指标 影响规律的模拟分析。根据２００５年和２００６年杨树墙小流域及两港坝区域两个尺度间的对比，进行灌 区内不同尺度间水量平衡评价指标的变化规律研究。
水稻蒸发蒸腾所消耗的水量占毛人流量的比例胛。。随稻田最大蓄水深度的增加而增加６．３７％一
万方数据
一３１ ３—
８．３４％，主要是因为稻田蓄水深度增加时，稻田的出流量变小，水分利用率提高。水稻蒸发蒸腾占可利
用水量的比例即枷眦在蓄水情景下高于非蓄水情景，说明稻田蓄水可以提高水分利用率。水稻蒸发蒸
腾占总消耗水量的比例ＰＦቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。。在蓄水情景下高于无蓄水情景２．８１％～３．０６％，说明蓄水情景下稻田田
关键词：ＳＷＡＴ；分布式水文模型；灌区；水管理
中图分类号：ＴＶｌｌ
文献标识码：Ａ
１研究背景
科学的水管理是实现灌区水资源高效利用、促进灌溉农业可持续发展的关键，也是应对水资源危机 的有效方法。利用测筒、测坑和大田试验进行节水和水管理措施的研究很多，也有大面积推广田间节水 灌溉的实例，但田间实施节水如何影响灌溉系统水平衡过程的量化研究还很少。由于灌区水循环的特 殊性，以及提高灌区水分利用效率的重要性，研究不同水管理条件下灌区水平衡要素的变化规律具有重 要的理论意义及应用价值。它将为从水循环的角度研究综合提高灌区水分利用效率提供理论基础，为 研究灌区尺度节水潜力和灌区水资源合理配置提供理论依据。分布式水文模型是进行灌区水分循环以 及水管理措施对灌区水量平衡影响研究的有效方法。
Ｖ．ｏｗｉ。＝ｆｒｐ。ｄ＊１０＊（Ｑ。。ｄ＋Ｑ“＋Ｑ ｈｔ）＊（Ａｒｅａ。ｌｌｂ—ＳＡ）
（２）
式中：夕。。。为塘堰群汇流面积比例，即亚流域内塘堰群的承雨面积与亚流域面积之比；Ｑ。。ｄ为亚流域的地
表径流，ｍ３／ｄ；Ｑ。为亚流域的基流，ｍ３／ｄ；Ｑ。。亚流域的侧向流，ｍ３／ｄ；Ａｒｅａ．．ｂ为塘堰群所在亚流域的面积， ｈｍ２；ｓＡ为亚流域内地表水体面积，ｈｍ２。
（２）两港坝区域。土地面积１６２．３６ｋｉｎ２，是漳河灌区内较大的闭合区域，该区域由三干渠九家湾段、 雷集段、一分干杨集段及新埠河的两港坝包围，区域出口位于两港坝。区域主要由三干渠和一分干供 水，部分由杨树蛸水库和凡桥水库供水。
杨树±当水库 杨树墙小流域
图１杨树蛸小流域和两港坝区域在漳河灌区内的位置及其空间离散
在不同稻田最大蓄水情景下变化的幅度非常小，说明水稻单位产量消耗的水量相差不大。 ３．２不同灌溉定额对水量平衡评价指标的影响 在塘堰供水量、供水次数和渠道供水次数不变的条件
下，模拟不同的渠道供水量（灌溉定额）对研究区域水量平衡评价指标的影响。不同情景下渠道供水量 设置见表４。
表４不同情景下的渠道供水量
Ｖ＝Ｋ。。ｄ＋％０ｗｉ。一ｙｎｏｗ仇ｎ＋‰，一Ｋｖａｐ—ｙ。ｐ—Ｖｉ。
（１）
一 万３方１数４— 据
式中：Ｖ为日末塘蓄水堰容量，ｍ３；Ｖ。。刊为日初塘堰蓄水容量，ｍ３；％州。为塘堰拦蓄的人流，ｍ３／ｄ；％。～为 塘堰出流，即超过塘堰最大蓄水容量的水量，ｍ３／ｄ；ｋ。为塘堰表面接纳的降雨量，ｍ３／ｄ；也，为塘堰水面 蒸发，ｍ３／ｄ；Ｖ。为塘堰渗漏损失，ｍ３／ｄ；Ｖｈ为塘堰灌溉供水量，ｍ３／ｄ。
间水层和土壤水比较充足，可供稻田消耗的水分较多。值得注意的是在现状基础上提高稻田最大蓄水 深度后（情景３），水稻生产性消耗比例没有变化，反映了研究区域水管理已达到较高的水平。
灌溉水分生产率ＷＰ。随着稻田最大蓄水深度的增加而增加，毛人流量水分生产率肿一的变化趋 势同灌溉水分生产率相似，即增加最大蓄水深度可提高水分生产率。水稻蒸发蒸腾量水分生产率即日
（单位：ｍｍ）
表５表明，与渠道供水量为零的情景１相比，随着渠道供水量的增加，ＤＦ。。减少１０．４５％～ １８．８７％，ＤＦ“。圳。减少１．６８％一５．５４％。即随渠道供水量增加，水分消耗比例逐渐减少，排水出流逐渐 增加。
表５不同渠道供水量变化情景下水量平衡评价指标（杨树士当小流域）
朋一。值随渠道供水量的增加而减少９．３６％一１５．３６％，主要因为区域毛人流量逐渐增大，且水稻蒸
（１。２２％一４。３３％）不大。
与无渠道供水相比，渠道供水量增加时，水稻总产量增加。但由于产量增幅小于人流量和渠道供水
量的增幅，肿一。和ＷＰ。随着渠道供水量的增加而减少。与无渠道供水时的ＷＰ盯相比，渠道供水量增
加情景下ＷＰ计减小２．３４％一４．５３％。
与现状条件相比，渠道供水量减少２０％时，水稻产量减少０．６２％，灌溉水分生产率ＷＰ。增加
２４．２２％。说明在当前情况下，适当减少渠道供水量不会导致水稻产量明显降低，但可以明显减少渠道 灌溉供水量的投入，从而提高灌溉水分生产率。 ３．３不同塘堰汇集回归水的重复利用对水量平衡评价指标的影响
（１）塘堰水量平衡计算。将亚流域内的所有塘堰概化为一个“大塘堰”，或称为塘堰群，假定塘堰群
不在汇流的主沟道上，只接纳所在亚流域的部分径流。塘堰水量平衡计算公式为：
ＳＷＡＴ（Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｔ００１）模型是一个具有物理基础的分布式水文模型¨‘２１，已被国内外 的学者应用于灌区水分和养分循环等方面的研究［３。４］。为了提高模拟的精度，使其更好地模拟不同管 理措施下灌区水量平衡的变化规律，笔者［５“１以湖北省漳河灌区为例，针对中国南方丘陵水稻灌区特 点，主要改进ＳＷＡＴ模型的灌溉水运动模块，改进稻田水分循环模块及稻田水量平衡各要素和产量模拟 的计算方法，改变陆面水文过程的计算结构，增加渠系渗漏模拟模块及其对地下水的补给作用，增加塘 堰的灌溉模块等，构建了灌区分布式水文模型，并对模型的适应性进行了验证。本文以构建的灌区分布 式水文模型——修改ＳＷＡＴ为工具，进行水管理措施对灌区水量平衡影响规律的模拟研究，探讨提高灌 区尺度水管理效率的策略。
２００９年３月 文章编号：０５５９．９３５０（２００９）．０３．０３１１－０８
水
利
ＳＨＵＩＬＩ
学报
ＸＵＥＢＡＯ
第４０卷第３期
基于ＳＷＡＴ的灌区分布式水文模型——Ⅱ．模型应用
代俊峰１’２，崔远来１
（１．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉４３００７２ ２．桂林工学院广西环境工程与保护评价重点实验室，广西桂林５４１００４）
（１）杨树蛸小流域。土地面积４２．４８ｋｍ２，其灌溉用水由三干渠和一分干提供，小流域产流和排水流 向杨树蛸水库，而且该小流域也是杨树蛸水库的集水区。渠道灌溉供水主要集中在需水量大的泡田～ 插秧期和水稻生长对水分较敏感的拔节孕穗～抽穗开花期。其它时段除严重旱情外，渠道一般不供水， 农户会尽量利用降雨和塘堰供水。以２００６年为例，杨树蛸小流域水稻（中稻，下同）生育期可利用水量 中，降雨量为３８７ｍｍ，渠道供水量为２０２ｒａｍ，塘堰供水量约５０ｍｍ。
．厅刊用来计算亚流域内塘堰拦蓄的径流（回归水）总量，本文假设亚流域内的塘堰只向其所在亚流
域中的稻田供水。厅训反映了塘堰汇集回归水的能力，同时反映了重复利用回归水的情况。由于灌溉 水源条件、地形及管理等因素的影响，杨树生生小流域塘堰汇流面积比例值（约０．３）不是很大，有一部分 排水没有被拦蓄在塘堰中，而是成为区域的产流，说明塘堰拦蓄的回归水量仍可进一步提高。为了反映 塘堰汇集回归水的能力对水量平衡评价指标的影响，设置２个情景进行模拟分析。情景１，渠道供水量 降为现状的８０％，塘堰汇流面积比例提高到０．６，利用塘堰水弥补渠道供水的不足；情景２，渠道供水量 降为现状的６０％，塘堰汇流面积比例提高到０．９。
通过这样的区域离散，建立了杨树蛸小流域和两港坝区域之间的水力联系，杨树墙小流域作为两港 坝区域的一个亚流域。离散后的两港坝区域中，杨树蛸水库汇集亚流域７的回归水，为其下游亚流域供 水；凡桥水库汇集亚流域８的回归水，为其下游亚流域供水。这样的灌溉系统提高了水的重复利用率。 ２．３评价指标以往定量地描述和评价灌溉系统运行状况的指标（灌溉效率、灌溉水利用系数等），不 适合评价不同水管理措施对灌区水量平衡的影响［７］。本文采用国际水管理研究院提出的水量平衡计算
收稿日期：２００８．０２．２８ 基金项目：国家自然科学基金项目（５０５７９０５９；５０８７９０６０；５０８３９００２）；国家科技支撑计划子题（２００６ＢＡＤｌｌＢ０８—３）；广西教育厅科研项目
（２００７０８ＬＸ０４３；２００８１２ＬＸｌ８１） 作者简介：代俊峰（１９８０一），男，河南襄城人，博士，主要从事节水及水文与水资源研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｈｕｄｊｆ＠１６３．ｃｏｒｎ
表２不同情景下水稻生育阶段最大蓄水深度设置
（单位：ｍｍ）
针对杨树蛸小流域，不同稻田最大蓄水深度情景下的水量平衡评价指标模拟计算结果见表３。
与情景１相比，随着稻田最大蓄水深度的增加，总消耗水量占毛人流量的比例ＤＦ一值增加３．４６％ 一５．１２％，总消耗水量占可利用水量的比例ＤＦ枷ｌ。ｂｌｅ值增加６．２２％～１０．０６％。ＤＦ。。值和ＤＦ删龇值随
一 万方３１数２据—
框架‘８。９｜、相关术语和评价指标（见表１），进行水管理措施对灌区水量平衡影响的分析。
表１水量平衡评价指标及其计算
３不同水管理措施对灌区水分循环的影响