水文模型pdf

① 流域水文模型的類型有哪些原理

1. 水悉帶侍文模型是模擬水文現象而建立的實體結構和數據結構，是對實際水文現象過程的概化。對水文學來說，模型是描述一種現象轉換為另一種現象的工睜吵具。

2. 流域水文模型（流域模型）是以一個數學模型來模擬流域降雨—徑流形成過程或融雪—徑流形成過程，即定量分行畝析從降水、蒸發、融雪、截流、下滲、填窪、徑流成分劃分、坡地匯流和河槽匯流到形成流域出口斷面的徑流過程線的全過程。

3. 流域水文模型可分為實體模型和數據模型：

   實體模型：將自然界發生的真實水文過程按一定比尺縮小到實驗室或試驗場進行模型試驗，模型和原型的區別在於比尺不同，兩者的物理過程本質是相同的。因此，實體模型是保持同一物理本質的。

   數據模型：對水文現象進行模擬而建立的數學結構稱作為數學模型。

4. 常見的水文模型有：新安江流域模型；薩克拉門托(Sacramento)模型；水箱(Tank)模型。

② 　水文地質模型概化及其數值模擬模型

一、水文地質模型概化

（一）邊界條件

根據工作區區域地質、水文地質條件，以鬆散岩類孔隙水含水層為本次計算的目的層，將黑龍江、烏蘇里江、松花江、鴨蛋河、梧桐河、撓力河、七星河、別拉洪河及安邦河概化為一類水流邊界，即地下水與江河水位有較密切的水力聯系。平原與山地接觸地帶，地下水自山地向平原側向徑流的補給邊界，概化為二類水流邊界；而季節性積水的沼澤濕地為三類邊界。山地區（含區內的殘山丘陵區）及前第四系為隔水含水層，在計算模型中為不計算單元。邊界條件概化結果見圖4-1 。

圖4-1 三江平原邊界條件概化圖

（二）含水層參數分區

第四紀不同時期，工作區不同位置沉積了不同厚度與粒度的鬆散堆積物，使含水層在水平方向與垂直方向上均有分區性，根據工作區不同時期的岩相古地理特徵，將工作區的含水層參數分成6個區，見圖4-2～圖4-5。

二、數值模擬模型

將工作區地下水流系統概化為非均質各向同性、三維、非穩定流系統，用以下微分方程的定解問題描述：

三江平原地下水資源潛力與生態環境地質調查評價

式中：Ω為滲流區域，即工作區內有效計算單元所構成的區域，面積為39 415.68km²；Γ₀為滲流區上邊界，即地下水的自由表面；Γ₁為一類邊界，包括黑龍江、烏蘇里江、松花江、鴨蛋河、梧桐河、撓力河、外七星河、別拉洪河及安幫河等常年流水且與地下水有密切水力聯系的河流；Γ₂為二類邊界，即除黑龍江、烏蘇里江以外的工作區邊界；Γ₃為三類邊界，即工作區內季節性積水的沼澤濕地；h為含水層水位標高，m；h₀為初始水位，m；h₁為一類邊界江河水位，m；h_s為三類邊界沼澤濕地水位，m；K為含水層滲透系數，返指m/d；S為地下水自由面以下含水層的儲水系數，m^-1；μ為潛水含水層在潛水面上的重力給水度；ε為含水層源匯項，d^-1；p為潛水面的蒸發和褲肢降水補給等源匯項；q₂為二類邊界單位面積流量，m³/d；σ為沼澤濕地底部弱透水層的阻漏純配力系數，σ＝L/K_S，L為弱透水層厚度，m，K_S為弱透水層垂向滲透系數，m/d。

上述數學模擬模型應用三維模擬計算軟體進行求解計算。

③ 水文模型的介紹

指用模擬方法將復雜的水文現象和過程經概正渣化所給出的近似的科學模型。按模擬方式分為水文物理模型(實體模型、比尺模型)和水文數學模型兩種基本類型。水文物理模型是具有原型(即研究對象)主要物理性質的模型，如在實驗室中將一個流域按相似原理縮小，或將原土樣搬到實驗室所做的實驗等;水文數舉斗悄學模型則是遵循數學表達式相似的原理來描述水文現象物理過程的模型，卻不考慮原型的物理本質，如匯流，既不把河段搬到實驗室，也不仿造一個人工河段進行實驗，而是用一個物理本質與其不同卻具有相同數學表達式的方程式表示匯流，從而描述出實際匯流的物理過程。這兩種模型之間存在著密切的聯系，因為物理模型的研究是數學模型的基礎，銷激而數學模型則是物理模型的有力表達方式。水文模型在水文理論研究和實踐中具有重要意義。

④ 水文模型的分類

國內外開發研製的水文模型眾多，結構各異，按照模型構建的基礎，水文模型可分為物理模型、概念性模型和系統理論模型三類。 水文現象和水文規律十分復雜，利用實體場景研究水文過程變化規律，以及某些要素物理性質的模型稱為水文物理模型。水文實驗是水文物理模型的核心環節，它是為探求和研究水文現象和過程並對其作出成因分析的科學實驗。水文現象受許多自然因素制約和人類活動影響，一般的水文觀測和分析難以清楚地揭示其物理過程和相互關系，需要在野外或實驗室內用特定的程序、裝置和設備進行系統的、有控制的觀測和試驗。水文實驗研究的主要目的在於揭示天然條件下和人類活動影響下水文現象的物理機制，以及各種水文要素之間的相互聯系；在研究現有水文學理論和應用中有待認識和解決的問題；檢驗已有的規律與理論。
當前水文物理模型(實驗、試驗)的應用領域越來越廣泛，如：
(1)水文過程研究，包括蒸散發、降雨徑流關系、水文過程及動態的研究。
(2)水化學平衡和植物生態研究。
(3)不同自然地理條件和人類活動影響下的水文規律研究。
(4)特殊地區(如岩溶、凍土地區)和特殊徑流形式的水文研究等。 概念性流域水文模型是以水文現象的物理概念和一些經驗公式為基礎構造的水文模型，它將流域的物理基礎(如下墊面等)進行概化(如線性水庫、土層劃分、蓄水容量曲線等)，再結合水文經驗公式(如下滲曲線、匯流單位線、蒸散發公式等)來近似地模擬流域水流過程。按對模擬流域的處理方法，概念性水文模型又可分為集總式陪判模型和分散式模型。集總式概念性模型把全流域當作一個整體來建立模型，即對流域參數(變數)進行均化處理；分散式概念性模型則按流域下墊面不同特徵和降水的不均勻性把流域分為若干個單元，對每一單元採用不同特徵參數進行模擬計算，然後依據各單元的水力聯系和水量平衡原理，通過匯流演算得到全流域的輸出結果。
世界上知名的概念性模型已不下20種，主要的計算步驟大同小異。在我國，最著名的概念性水文模型是新安江流域水文模型(簡稱新安江模型)。新安江模型是河海大學趙人俊教授等在長期研究與實踐的基礎上，於1973年對新安江水庫作入庫流量預報工作時提出的降雨徑流模型。新安江模型主要由4部分組成：蒸散發計算、蓄滿產流計算、水源劃分和匯流計算。模型主要特點是：
(1)在產流計算中應用蓄滿產流概念。
(2)將水源分為地面、壤中與地下3種。
(3)在河道洪水演算中應用馬斯京根法。
新安江模型的核心是提出蓄水容量曲線表達包氣帶蓄水能力(容量)的空間不均勻性。
新安江模型是分散性模型，它把全流域分成若干單元面積，對每塊單元面積分別作產匯流計算，得出各單元面積的出口流量過程，再分別將各單元出口流量過程經河道洪水演算至流域出口斷面，把同時刻的流量相加即求得流域出口的流量過程。
如圖是三水源新安江模型的結構。新安清罩江模型根據輸入的實測水面蒸發與當時的土壤濕度，代入蒸散發模型，可計算出流域蒸散發。再根據輸入的實測降雨與計算的蒸散發，代入產流方程，可計算出徑流，同時調整了土壤濕度。把徑流代入分水源方程可分出地面徑流、壤中流與地下徑流。地面徑流用單位線計算流量過程，壤中流與地下徑流採用水庫演算計算流量過程，合而成為流域的出流過程。再應用河道洪水演算，求得下游某斷面的流量過程。 水文系統是指研究對象中，由相互作用和相互依賴的水文要素組成的具有水文循環功能的整體。水文系統至少包含3個部分，即系統的輸入、輸出和系統的功能。對於河流而言，上斷面的水位或流量為輸入，下斷面的水位或流量是輸出；對於流域產匯流而言，降雨與蒸發是輸入，流域出口的流量過程為輸出。水文系統的功能是與系統所處的地理位置、流域或河系的地貌、植被與下墊面特性，以及人類活動影響等因素相聯系。當系統的輸入與輸出之間的轉化滿足線性疊加原理的稱為蘆正改線性系統，反之，稱為非線性系統。當系統輸入與輸出轉化關系中的參數隨時間變化時，稱為時變系統，反之，定常參數的系統稱為時不變系統。當系統輸入、輸出或參數不存在空間變化的稱為集總系統，反之稱為分散系統。從系統的觀點看，真實的流域系統在復雜環境因素的共同作用下，多半是非線性、時變和分散的。
系統理論模型又稱系統響應模型，這類模型將研究對象視為一種動力系統，一般採用回歸分析方法，利用已有降雨徑流資料建立某種數學關系，然後由此用新的輸入推求輸出。系統理論模型只關心模擬結果的精度，而不考慮輸入輸出之間的物理因果關系，因此又被稱為黑箱子模型。

⑤ 流域水文模型的簡介

流域水文模型把流域總體看成是一個系統，輸入為降雨等，輸出為出流流量等。流域內的水文過程則是系統的狀態，是根據水文概念推理計算出來的。所謂模擬，就是對水文現象作出合理的概括建余余立模型，進行計算處理。世界知名的概念性模型已不下20種，主要的計算步驟大同小異。下面以中國的新安江辯簡流域水文模型為例（附加圖片），根據輸入的實測水面蒸發與當時的土壤濕度，代入蒸散發模型，可計算出流域蒸散發。再根據輸入的實測降雨與計算的蒸散發，代入產流方程，可計算出徑流，豎灶滾同時調整了土壤濕度。把徑流代入分水源方程可分出地面徑流、壤中流與地下徑流。地面徑流用單位線計算流量過程，壤中流與地下徑流各用水庫演算計算流量過程，合而成為流域的出流過程。再應用河道洪水演算，求得下游某斷面的流量過程。上述計算步驟以及所用的各種方程構成流域水文模型的結構，可以寫成為一個計算機程序。計算方程中的各種參數，需要根據流域情況及歷史資料推求出來。有了結構與參數以後，在計算機上實現，就能把任何輸入轉換成相應的輸出。