２０１１年第２期
流域水文模型研究进展综述
吴贤忠
（甘肃民族师范学院，甘肃甘南７４７０００） 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５Ｏ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，
水文计算算例
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（一）全线典型大中桥水文计算分析
水文计算的基本步骤：
-对有水文资料的河流收集水文资料
-确定桥位在地形图上的位置
-确定主流-勾绘汇水面积（五万分之一地形图）
-计算流量
-各水文参数计算
1．***大桥水文计算
(1). 设计流量计算
① 洪峰流量汇水面积相关法公式
② nNNFKQ…………………………………（1）
式中：QN——某频率洪峰流量（米3/秒）.
n、KN——为重现期为N的经验参数
F——流域面积（平方公里）.
1.6061.0n871%K；）中查得：附表（用水文手册》手册》和《榆林地区实由《延安地区实用水文
② 综合参数法：
3NHFβαCNQmN………………………………………（2）
其中：QmN——某频率的洪峰流量（米3/秒）.
N——设计重现期（年）.
——流域形状系数，2LF
L.——主沟长度
H3N——设计重现期为N的3小时面雨量（毫米）.
C、α、β、γ、η——分区综合经验参数指数.
式中参数的确定：
；、、、、）中查得：附表（用水文手册》手册》和《榆林地区实由《延安地区实用水文49.011.058.015.035.4C97
③ 原交通部公路科学研究所推理公式法：
FSQnPP278.0…………………………………（3）
式中：Qp——某频率洪峰流量（米3/秒）.
SP——某一频率雨力即最大1小时暴雨强度（毫米/小时）.
τ——流域汇流时间（小时）.
μ——损失参数（毫米/小时）.
F——流域面积（平方公里）.
n——暴雨递减指数.
：单位换算系数.
16.02283.0111%1334.016.0334.0/44.82303.198.065.01401jLjLKKhmmSKuKmmSP，由表三查得：，由表二查得：中查得：用水文手册》手册》和《榆林地区实由《延安地区实用水文
科技视界Science&TechnologyVision
Science&TechnologyVision科技视界0引言当今社会科学技术发展越来越迅猛袁人们对于数字化的要求也越来越高遥水文学作为一门历史悠久的学科也越来越趋向于数字化与定量化遥在这样的大背景下袁水文模型则应运而生遥水文模型是在防洪与水利工程的实际运用和实践中逐渐发展起来的袁它早期用于实时洪水与实时水位预报中遥现在袁水文模型的作用范围更加广泛袁它在防洪减灾尧水库调度尧生态环境需水尧水资源开发利用尧道路尧城市规划尧面源污染评价尧人类活动的流域响应等诸多方面起到了不可或缺的重要作用遥因此袁水文模型的研究已经成为水文学的热点问题遥并且相应于河口水文模型袁山坡水文模型等其他水文模型而言袁流域水文模型的研究更加具有实际意义遥1定义根据何长高袁董增川等发表的论文袁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袁即将流域概化成一个系统袁根据系统输入条件袁对流域内发生的水文过程进行模拟计算袁求解输出结果遥更进一步袁流域水文模型就是用于流域水文模拟的这个系统遥流域水文模型是基于人们对客观世界的长期观测和理解认识所提出能够高度概化现实世界袁并用于预测未来的工具遥2基本架构不管是何种流域水文模型袁以机制为基础还是以模式为基础袁流域水文模型都包含着几个必不可少的模型阶段袁即坡面产流阶段袁坡面汇流阶段和河网汇流阶段遥2.1坡面产流阶段1933年霍顿提出了超渗产流理论袁相应在国外的产汇流计算中有了超渗产流机制遥霍顿提出院当雨强I大于下渗能力fp时袁雨强一部分按照下渗能力fp下渗到土壤当中袁另一部分产生地面径流rs曰当雨强I小于下渗能力fp时袁雨强按照其自身的强度全部下渗到土壤当中遥在实际的勘测与实践中袁人们发现在植被覆盖良好袁地表疏松的地方即使雨强I小于下渗能力fp袁也会存在地面径流遥邓恩在六十年代提出了蓄满产流机制遥邓恩认为院土壤在垂直结构上并不是仅有一个层次袁实际上土壤上层是有较大土壤颗粒的淋溶层袁而土壤下层是有较小土壤颗粒的淀积层袁这两层之间存在一个相对不透水层遥当雨强I小于下渗能力fp时袁雨强会在相对不透水层上产生饱水带袁随着饱水带厚度逐渐增加直至充满整个上土层袁多余的水量会溢出产生地面径流遥超渗产流机制一般适用于包气带较厚袁植被覆盖率较差的地区遥而蓄满产流机制则适用于湿润地区遥2.2坡面汇流阶段在坡面产流阶段袁有的模型会通过两水源或是三水源划分出各径流成分的径流量袁如新安江模型曰另外一些则一开始就计算出了各径流成分的径流量袁如SAC模型遥在坡面汇流常用的方法有单位线法和线性水库法遥单位线法有两个苛刻的假定袁即倍比假定和叠加假定遥由于不能考虑降雨和下垫面的时空分布不均匀袁使得该法推流的较大误差来源就来自于此遥单位线推流适用于短历时降雨袁原因在于如果降雨时段增多袁那么对于出流时洪水过程的划分就会相应的增加袁计算过程变得麻烦而且计算结果也会变得不准确遥该方法由于测量误差会使单位线后部呈现锯齿形状袁此时应该加入控制条件加以修正遥有时净雨时段长与单位线的时段长不一致还要进行单位线的时段转换遥单位线法目前已经是发展成熟的坡面汇流方法袁因此被工作单位广泛的使用遥在新安江模型中袁地下水的坡面汇流用的一般就是线性水库方法袁实际上地面径流也是可以运用线性水库的遥根据不同径流成分的消退系数就可以得到各个径流成分的坡面汇流公式遥2.3河槽汇流模型河槽汇流主要有两种方法院一个是水文学方法袁一个是水力学方法遥水文学方法主要运用水量平衡方程和槽蓄方程袁另以圣维南方程组的简化形式为辅而得出结果袁该方法的特点是物理概念性较强袁常用的方法有马斯京根法和特征河长法遥而水力学方法主要是以圣维南方程组为基础的一系列河道演算方法袁该方法的特点是中间断面的每一个过程都比较清晰袁但是方程只能用数值解表示遥水文学方法不适用于流域下游受回水顶托的地方以及河网地区袁但是水力学方法的圣维南方程组却可以在河网地区适用遥圣维南方程组是偏微分方程组袁所以要引入差分格式来进行数值解代替解析解的计算遥常见的差分格式有蛙跳格式袁中心差分格式等袁其中普利斯曼隐式格式由于其差分的传播误差很小而广泛应用于水力学方法的计算中遥3分类按照模型构建有无物理基础来划分袁流域水文模型可以分为物理模型袁概念性模型和黑箱子模型遥完全物理化的模型的通用性非常好袁这是水文工作者希望提出的理想化模型遥概念性模型就是模型中含有物理意义袁但是又不是完全的遵循物理规律袁需要提出一定的假设条件遥现在大多数发展起来的概念性模型有新安江模型袁SAC模型袁VIC模型等等遥黑箱子模型是一种完全没有物理背景的模型袁它的大概模式就是院输入-运行-输出遥这样的模型大多数都是随机水文模型袁比如BP人工神经网络模型袁回归模型袁模糊数学模型等等遥按照模型构建的尺度大小可以分为集总式模型和分布式模型遥集总式模型把流域当作一个整体来考虑袁统一的进行分析和处理袁它存在一个很大的问题袁那就是忽略了下垫面和降雨的时空分布不均匀性遥随着科学技术的日益发展袁学者们提出的分布式水文模型具有更高的精度遥分布式水文模型有效地解决了集总式模型忽略下垫面和降雨的时空分布不均匀性袁它把流域划分成满足精度的网格袁并且使用3s技术获取庞大的数据袁使每一个单元网格上都有一个出流过程袁最后再汇集成总的出流过程遥分布式水文模型还划分为松散耦合型分布式水文模型和紧密耦合型分布式水文模型遥典型的松散耦合型分布式水文模型有新安江模型为基础的分布式模型遥典型的紧密耦合型分布式水文模型TOPKAPI模型袁SHE模型遥4展望4.1模型尺度不管是时间尺度还是空间尺度对于模型研究者来说都是难以把握的问题遥因为在不同时间尺度或是空间尺度的组合上水文情势如何发生变化是水文工作者无法预知的遥另外时间尺度与空间尺度如何耦合也是一个棘手的问题遥4.2与其他学科的融合水资源是地球上最庞大的自然资源之一袁水文情势也与大气尧土壤尧植被等有着密切的联系遥因此水文学与其他学科的交叉研究就显得至关重要遥现在广泛研究的问题是气候变化对陆面水文过程的影响袁但这是一个单向耦合过程袁应该有进一步的研究探讨气候对于陆面过程的响应又是如何的遥在新安江模型中袁土壤含水量的模拟对于蒸发和产流的计算影响也是很大的袁这说明对于土壤的研究能更好的提高模型预测的精度遥在干旱研究中袁归一化植被指数NDVI常作为干旱评估的指标袁这也是学科交叉融合的实例遥综上所述袁水文学与其他学科的交叉融合已经成为了一个新的待研究方向袁其它学科的知识运用到水文中有很大可能出现新的突破遥揖参考文献铱流域水文模型综述郭禹含徐世杰齐天松渊河海大学大禹学院袁江苏南京210000冤揖摘要铱主要对流域水文模型的定义进行阐述袁并且介绍了流域水文模型的基本结构袁从而进一步根据不同划分依据对流域水文模型进行分类遥最后对于流域水文学进行多个方面的展望遥揖关键词铱流域水文模型曰定义曰架构曰分类曰展望
109第2卷 第26期产业科技创新 2020，2（26）：109~111Industrial Technology Innovation
*基金项目：湖南省自然资源厅自然资源科研项目（2020-25）；国家自然科学基金青年基金项目（41801183）；湖南省社科基金青年基金项目
（18YBQ131），湖南省社会科学成果评审委员会一般项目（XSP18YBZ027）。作者简介：胡文敏（1985- ），男，回族，湖南常德人，博士，副教授，主要从事土地规划、土地生态方面研究。**通信作者：袁淑君（1983- ），女，湖南邵阳人，硕士，副教授，主要从事土地利用规划方面研究。水资源、水环境、水生态承载力评价研究综述*
胡文敏1,3，欧阳绿茵1，付钰珊1，袁淑君2**
（1.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；2.湖南工程职业技术学院，湖南 长沙 410151； 3.中国林业科学研究院 资源信息研究所，北京 100001）
摘要：水承载力由于视角和理论的不同，概念与方法的认知存在差异，文章总结了影响三种水承载力的因素，对比了不同水承载力评价指标体系，分析了不同视角下的水承载力适用性。探讨了传统方法与新方法的优缺点，结果表明不同方法的耦合将成为一种必然的趋势，时间尺度上，较长的时间尺度上的水承载力衡量，以及以流域与行政区划为主的空间尺度成为未来研究的主要方向。关键词：水资源承载力；水环境承载力；水生态承载力；指标评价体系中图分类号：TV213.4 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2020）26-0000-00
当前，由于城市人口的迅速增长和经济社会的快
速发展，以及水资源的不规则分布和人类非理性的利
用方式，水资源的开发利用已经接近甚至超过了当地
水承载能力，严重的水污染问题，直接影响人类健康
和社会经济的可持续发展。从1990年水资源承载力的
概念被提出开始，国内外学者从不同角度论述了水资
源承载力、水环境承载力、水生态承载力的基础理论
