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水文模型的研究更加具有实际意义

日期:2021/7/17 Click:669
水文学方法主要运用水量平衡方程和槽蓄方程,另以圣维南方程组的简化形式为辅而得出结果,该方法的特点是物理概念性较强,常用的方法有马斯京根法和特征河长法。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,但是水力学方法的圣维南方程组却可以在河网地区适用。
当今社会科技的发展越来越快,人们对数字化的要求也越来越高。水文学作为历史悠久的学科,越来越倾向于数字化和定量化。在这样的大背景下,产生了水文模型。水文模型在防洪和水利工程的实际运用和实践中逐渐发展起来,早期用于实时洪水和实时水位预报。现在,水文模型的作用范围更加广泛,它在防洪减灾、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起到了不可或缺的重要作用。因此,水文模型的研究已经成为水文学的热点问题。另外,对于河流水文模型、山坡水文模型等其他水文模型,流域水文模型的研究更具现实意义。

1、定义

根据何长高、董增川等发表的论文,流域水文模拟用数学方法描述和模拟水文循环的过程,将流域概括为系统,根据系统输入条件模拟流域内发生的水文过程,寻求输出。此外,流域水文模型是用于流域水文模拟的系统。流域水文模型是根据人们对客观世界的长期观察和理解,提出高度概括现实世界,用于预测未来的工具。

2、基本架构????????????????????????????????????????????????????????????????????????基本架构???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
2.1,坡面产流阶段,在
1933年霍顿提出了超渗透产流理论,相应地在国外的产流计算中具有超渗透产流机制。霍顿建议,雨强I大于渗透能力fp时,雨强部分根据渗透能力fp渗透到土壤中,另一部分产生地面流出rs的雨强I小于渗透能力fp时,雨强根据自己的强度渗透到土壤中。在实际的测量和实践中,植被复盖良好,地表疏松的地方雨强I小于渗透能力fp也有地面径流。邓恩在60年代提出了充实的产流机制。邓恩认为,土壤在垂直结构上不仅仅是一个层次,实际上土壤上层是有较大土壤粒子的淋浴层,土壤下层是有较小土壤粒子的淀物层,这两层之间存在相对不透水层。雨强i小于渗透能力fp时,雨强会在相对不渗透的层上产生饱满的水带,随着饱满的水带厚度的增加,直到充满整个上层,多馀的水量溢出产生地面径流。超渗产流机制一般适用于包气带较厚,植被覆盖率较差的地区。而蓄满产流机制则适用于湿润地区。
2.2。坡面汇流阶段,在坡面生产流程阶段,有些模型通过两水源或三水源分为各径流成分的径流量,如新安江模型,也有从一开始就计算各径流成分的径流量,如SAC模型。坡面汇流常用的方法有单位线法和线性水库法。单位线法有两个严格的假设,即双倍比假设和重叠假设。由于不能考虑降雨和垫面的时空分布不均匀,该方法推进的大误差来源于此。单位线的流动适用于短时间的降雨,因为降雨时间增加的话,流动时的洪水过程的划分相应增加,计算过程变得麻烦,计算结果也变得不正确。该方法由于测量误差,单位线的后部呈锯齿形状,此时应加入控制条件进行修正。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。单位线法目前已经是发展成熟的坡面汇流方法,因此被工作单位广泛的使用。在新安江模型中,地下水坡面汇流一般是线性水库方法,实际上地面直流也可以使用线性水库。根据不同径流成分的消退系数,可以获得每个径流成分的坡面汇流公式。
2.3。河沟汇流模型。河沟汇流主要有两种方法:一种是水文学方法,另一种是水力学方法。水文学方法主要运用水量平衡方程和槽储方程,另外以圣维南方程组的简化形式作为辅助得出结果,该方法的特点是物理概念性强,常用方法有马斯京根法和特点河长法。水力学方法主要是基于圣维南方程序的一系列河流计算方法,该方法的特点是中间断面的所有过程都很清楚,但方程只能用数值解来表示。水文学方法不适用于流域下游返回水顶的地方和河流网地区,但水力学方法的圣维南方程组可以适用于河流网地区。圣维南方程序集团是一个微分方程序集团,因此必须引入差分格式进行数值解决代替解决的计算。常见的分数格式有青蛙跳跃格式、中心分数格式等,其中普利斯曼隐藏格式因其分数传播误差小而广泛应用于水力学方法的计算。

3分类,按模型构建是否有物理基础划分,流域水文模型可分为物理模型、概念模型和黑盒模型。完全物理化的模式通用性非常好,这是水文工作者想提出的理想模型。概念模型是模型含有物理意义,但不完全遵循物理规则,需要提出一定的假设条件。目前发展的概念模型大多有新安江模型、SAC模型、VIC模型等。黑盒模型是完全没有物理背景的模型,其大致模型是输入-运行-输出。这类模型多为随机水文模型,如BP人工神经网络模型、回归模型、模糊数学模型等。
根据模型构建的尺寸可分为集总模型和分布模型。集合式模型整体考虑流域,统一分析处理,存在无视垫面和降雨时空分布的不均匀性的大问题。随着科技的日益发展,学者们提出的分布式水文模型具有更高的精度。分布式水文模型有效地解决了集模型忽视垫面和降雨时空分布的不均匀性,将流域划分为符合精度的网格,使用3s技术获得巨大的数据,使各单元网格具有流出过程,最后集成总流出过程。分布式水文模型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。典型的松散耦合型分布式水文模型基于新安江模型的分布式模型。典型的紧密结合型分布式水文模型TOPKAPI模型、SHE模型。

4展望···················展望·························································································································································································································································································································································································································································································································································································因为不同时间尺度和空间尺度的组合水文状况如何变化是水文工人无法预测的。此外,如何结合时间尺寸和空间尺寸也是一个棘手的问题。
4.2.与其他学科融合,
水资源是地球上最大的自然资源之一,水文情况也与大气、土壤、植被等密切相关。因此,水文学与其他学科的交叉研究非常重要。
目前广泛研究的问题是气候变化对陆地水文过程的影响,但这是一个单向耦合过程,应该进一步研究气候对陆地过程的反应。在新安江模型中,土壤含水量的模拟对蒸发和产流的计算也有很大影响,这表明土壤的研究可以更好地提高模型预测的精度。在干旱研究中,归一化植被指数NDVI常作为干旱评估的指标,这也是学科交叉融合的例子。
综上所述,水文学与其他学科的交叉融合已经成为一个新的研究方向,其他学科的知识很可能在水文中得到新的突破。

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