ch流域水文模型解析

第四章萨克拉门托模型萨克拉门托)(Sacramento流域水文模型，简称萨克模型，是美国国家天气局萨克拉门托预报中心的Burnash⋅、FerralR⋅⋅和McguireLC⋅JR⋅⋅于70年代初期R⋅A在第IV斯坦福模型基础上改进和开发的一个集总参数的概念性降雨径流模型，因它始用于美国加里福尼亚州的萨克拉门托河而得名。

1973年编制完成了日流量模拟程序，1975年又进一步编制完成h6的模拟程序。

研究者希望模型能适用于所有地区，包括干旱地区和湿润地区。

萨克模型已在美国的水文预报中广为应用，也是国内引进的水文模型中人们较为熟悉的模型之一。

第一节模型的基本概念与结构一、基本概念萨克模型是一个集总参数的概念性降雨径流模型。

它以土壤水分的贮存、渗透、运移和蒸散发特性为基础，用一系列具有一定物理概念的数学表达式来描述径流形成的各个过程；模型中的状态变量代表水文循环中一个相对独立的特性；模型参数具有明确的物理意义，可以根据流域特征、降雨量和流量资料推求。

二、模型结构萨克模型基本结构见图4－1。

1、流域划分萨克模型将全流域按下垫面对降雨产流的作用不同分为不透水面积和透水面积。

而不透水面积又分为永久不透水面积PCTIM和可变的不透水面积ADIMP,透水面积为)-。

PCTIM+1ADIMP(2、土层划分在透水面积上，萨克模型按土壤垂向分布的不均匀性将土层分为上土层和下土层；上土层自由水向下土层的渗透用霍尔坦下渗方程描述。

3、土壤水划分萨克模型按土壤水水力特性的不同，将每层土壤中的蓄水量分为张力水和自由水两部分。

张力水是指紧密吸附于土壤颗粒表面的分子水及毛管水，其最大值等于田间持水量。

它消耗于蒸散发，在重力作用下不能自由运动。

自由水可以补充张力水，而张力水不能补充自由水。

当张力水与自由水的蓄量均达到饱和时，透水面积与不透水面积性质相同。

不透水面积、可变不透水面积上考虑张力水蓄量，但无自由水蓄量，张力水蓄量分上下两层。

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。

流域水文模型在水资源评价中的应用随着经济和人口的不断增长，水资源的供需矛盾日益突出。

在这种情况下，我们必须对水资源进行科学的评估和管理，以更好地保护和利用水资源。

其中，流域水文模型是一种非常重要的工具，在水资源评价中发挥着重要的作用。

一、什么是流域水文模型？流域水文模型是一种数学模型，用于研究流域水文过程。

它通常通过对流域的地形、土地覆盖、气象、植被等因素进行分析，预测流域内水的产生、流动和消失情况，进而为水资源的评价和管理提供依据。

二、流域水文模型在水资源评价中的应用1.水文循环分析流域水文模型可以对水文循环进行分析，包括降水、蒸发、径流等因素。

这些因素的分析可以帮助我们更好地了解流域内水资源的分布和变化规律，进而制定合理的水资源管理和利用方案。

2.洪水预测流域水文模型可以对不同条件下的洪水进行预测，为防洪工程的建设和管理提供依据。

通过对不同场景的模拟，可以比较不同防洪方案的效果，选择最优方案来保护洪水灾害区域的安全。

3.旱灾应对流域水文模型也可以针对旱灾进行应对。

通过对降水、蒸发、土壤水分等因素的模拟和预测，可以提前预判旱情和旱期，采取相应的灌溉措施，避免或减轻干旱对农业等生产活动的影响。

4.水资源评价流域水文模型可以用于对流域内水资源的评价。

通过对降水、蒸发、径流等因素进行模拟和分析，可以了解水资源的分布和变化规律，为水资源的合理利用和管理提供依据。

三、流域水文模型的发展趋势未来，流域水文模型将越来越智能化、精细化。

一方面，新技术的不断涌现，例如人工智能、遥感技术、云计算等，可以为流域水文模型的研究提供强大的支撑；另一方面，流域水文模型也将更加注重可持续性，将能源消耗、环境保护等因素纳入模型，与自然环境、社会经济等因素相互作用，实现良性互动。

总之，流域水文模型是一种非常重要的水资源评价工具，其应用范围非常广泛。

在未来的发展中，流域水文模型将继续得到不断完善和发展，为我们更好地管理和利用水资源提供更加科学的技术支持。

第四章---新安江流域水文模型第四章新安江流域水文模型4.1 概述流域水文模型可分为物理模型、概念性模型和系统模型。

在水文预报中，概念性模型和系统模型应用较多，此处主要介绍概念性流域水文模型。

概念性流域水文模型属于数学模型，它与物理模型相比，具有许多优点：一是它的所有条件均可由原型观测资料直接给出，不受比尺的限制，即数学模型无相似律问题；二是它的边界条件及其它条件可严格控制，也可随时按实际需要改变；三是它的通用型较强，只要研制出一种适用的应用软件，就可用来解决不同的实际问题；四是它具有理想的抗干扰性能，只要条件不变，重复模拟可以得到相同的结果，不会因人、因地而异；五是它的研制费用相对较低。

因此，流域水文模型的研制和应用受到水文学家和水文工作者的普普遍重视。

世界上第一个流域水文模型－Stanford模型出现在20世纪60年代，目前全世界已提出数以百计的流域水文模型。

主要包括由美国天气局V. T. Sitten提出的API模型、N. H. Crawford和R. K. Linsley提出的斯坦福模型以及R. J. C. Bernash等提出的萨克拉门托模型，日本国立防灾科学研究中心菅原正已教授提出的水箱模型，丹麦技术大学提出的NAM模型，以及原华东水利学院赵人俊教授提出的新安江模型。

这些概念性水文模型对流域的降雨径流过程进行了较为细致的模拟。

由于这些模型具有较好的结构形式和良好的模拟预报精度，因此在洪水实时预报中得到广泛地应用。

本文主要介绍国内应用最为广泛的新安江三水源模型。

4.2 新安江模型的基本原理原华东水利学院的赵人俊教授于1963年初次提出湿润地区以蓄满产流为主的观点，主要根据是次洪的降雨径流关系与雨强无关，而只有用蓄满产流概念才能解释这一现象。

上个世纪70年代国外对产流问题展开了理论研究，最有代表性的著作是1978年出版的《山坡水文学》，它的结论与赵人俊先生的观点基本一致：传统的超渗产流概念只适用于干旱地区，而在湿润地区，地面径流的机制是饱和坡面流，壤中流的作用很明显。

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]。

1.流域水文模型研究进展流域水文模型的研究大约始于21世纪50年代后期[2]，随即有SSARR模型和Stanford模型等模型出现，这些模型从定量上分析了流域出口端面流量过程线形成的全部过程，包括降水、蒸发、截留、下渗、地表径流、壤中流、地下径流等产流环节，也包括了坡面调蓄和河网调蓄等汇流环节[3]。

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。

从反映水文运动物理规律的科学性和复杂性程度而言，流域水文模型通常被分为三大类：系统模型（即黑箱模型，back-box model）、概念性模型（conceptual model）、物理模型（physically-based model）。

流域水文模型研究进展流域是指由一片地表或地下水集结起来的地理单位，具有一定的流域边界。

流域水文模型是对流域内水文过程进行数学建模的方法，用于预测降水-径流过程、洪水演变、土壤水分变化等流域水文过程。

近年来，随着计算机技术的发展和观测数据的积累，流域水文模型的研究取得了一系列进展。

主要表现在以下几个方面：1.模型的精度提高：传统的流域水文模型主要采用水文连续模型，如水动力方程、水文平衡等，这些模型对流域水文过程的描述存在一定的误差。

近年来，随着数据的积累和计算机技术的发展，一些新的水文模型被提出，如基于机器学习的方法，能够精确预测降水-径流过程、洪水演变、土壤水分变化等。

2.数据驱动的流域水文模型：数据驱动的流域水文模型不依赖于具体的物理机制，而是通过大量的观测数据，建立起具有一定规律的预测模型。

这种模型能够充分利用现有数据，提高模型的预测精度。

3.集成模型的发展：集成模型是将多个单一模型结合起来使用，以达到更好的预测效果。

集成模型可以分为串联模型和并联模型。

串联模型将多个单一模型串联起来，每个模型的输出作为下一个模型的输入。

并联模型将多个单一模型并联起来，每个模型独立运行，最终将它们的结果进行加权融合。

集成模型能够充分发挥不同模型的优势，提高预测的准确性。

4.不确定性分析：流域水文模型的预测结果存在一定的不确定性，这主要来自于模型参数的不确定性、输入数据的误差以及模型本身的简化假设等。

近年来，不确定性分析逐渐成为流域水文模型研究的重要内容。

不确定性分析能够对模型结果的准确性进行评估，并为决策提供合理的科学依据。

总之，随着计算机技术和观测数据的进展，流域水文模型的研究取得了显著的进展。

未来的研究方向包括提高模型的精度和预测能力、加强数据驱动的模型研究、开展集成模型的应用研究以及进一步完善不确定性分析方法等。

这些研究成果将为流域管理和水资源规划提供更好的科学支持。

水文模型在流域管理中的应用一、引言在流域管理中，水文模型是一种重要的工具，用于量化流域内的水文过程，探索水资源的分布、变化和利用方式。

水文模型可以帮助流域管理者更好地理解流域的特征和功能，为流域管理决策提供科学依据。

本文将介绍水文模型在流域管理中的应用，并讨论其重要性和局限性。

二、水文模型的概念和分类水文模型是一种通过数学方程描述水文过程的工具。

根据不同的研究目的和需求，水文模型可以分为经验模型、统计模型和物理模型三类。

1. 经验模型经验模型是基于实测数据经验性地建立起来的模型，适用于研究已有水文过程的规律。

这种模型通常简单直观，但对未知情况的预测能力较差。

2. 统计模型统计模型通过对历史数据进行统计分析，建立统计关系模型，用于预测未来水文变化。

该模型适用于缺乏基础数据或处于变化中的流域，但对特定条件下的水文过程缺乏解释能力。

3. 物理模型物理模型基于流体力学和质量守恒原理，通过数学方程描述流域内水文过程。

这种模型需要较多的输入参数和计算资源，但能提供较准确的流域水文模拟结果。

三、水文模型在流域管理中的应用1. 水资源评估水文模型能够准确模拟流域内的水循环过程，包括降雨、蒸发、径流等，为流域管理者提供水资源评估的依据。

通过模拟不同水文场景下的水量供需情况，流域管理者可以合理规划水资源的开发和利用，保证流域内各类水需求的满足。

2. 洪水预测与防控水文模型在洪水预测与防控中起着关键作用。

通过构建动态的水文模型，流域管理者可以预测洪水的发生时间、范围和强度，及时采取应对措施。

同时，水文模型还可以模拟不同洪灾防控措施下的水文响应，帮助流域管理者制定科学、合理的洪水防控策略。

3. 水生态保护与恢复水文模型可模拟流域内水环境的变化，为水生态保护与恢复提供决策支持。

通过模拟生态流量、水质变化等指标，流域管理者可以评估不同管理措施对水生态系统的影响，并制定相应的保护和恢复策略。

4. 水资源管理水文模型能够帮助流域管理者进行水资源管理和规划。