分布式水文模型应用研究和发展趋势探讨.pdfVIP

分布式水文模型应用研究与发展趋势探讨 徐宗学，程磊，左德鹏，甄婷婷 (北京师范大学水科学研究院，水沙科学教育部霞点实验室。北京， 100875) 摘要：分布式水文模型是探索和认识复杂的水文过程机理的自‘效手段，也是解决当前水文领域面临的重点问题的有 效工具。面对当前的水问题，不同水文研究领域的兴起和不断地深入给分布式水文模型建模和应用带来了巨大的机 遇和挑战，从当前水文水资源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气候变化对水 文循环影响评估、土地利用／覆被变化、缺资料地区水文预报、流域生态水文学、水资源管理等重大问题中的应用研 究进展与不足，探讨了分布式水文模型的发展趋势，分布式水文模犁必将成为水文循环及其相关过程研究中不可或 缺的工具，随着研究的深入和认识的提高，也将推动分布式水文模型理论和技术的发展。 关键词：分布式水文模型，应用研究，进展，建模 随着科学技术的发展和社会财富的积累，早涝灾害的孕灾情势从未像今天这样严峻，水问题对 社会稳定、经济发展和环境的破坏作用从未像今天这样强烈，已经威胁到人类自身的生存和可持续 发展Il引。面对当前的水资源问题，人类对水文水资源知识和研究的需求从未像今天这样迫切，作为 探索与发现复杂水文现象机理与规律的合理、有效途径之一，分布式流域水文模型受到了极大的关 注，在建模思想、理论和技术等方面取得了长足的发展pJ。 水文学的发展历史表明，社会需求是水文学发展的基本动力，它决定了发展的方向和进程[21。 近二三十年来，在人U膨胀、水资源紧张、环境污染和气候变化研究等需求的牵引下，水文科学研 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水文研究领域的兴起和不断 地深入给分布式水文模型建模和应用带来了巨大的机遇和挑战Il，41，传统的集总式水文模型已经不能 满足各研究领域对水文建模的需求，分布式水文模犁已经成为了研究气候变化的水文响应、非点源 污染、水资源综合管理、土地利用／覆被变化的水文效应等国际重大科研问题不可或缺的工到2，41。 本文从当前水文水资源研究的热点问题出发，系统总结了分布式水文模犁在解决水文学面临的重大 问题中存在的优势与不足，并探讨了分布式水文模型的发展趋势，之后讨论了分布式水文模型建模 中存在的难点问题和关键技术。 分布式水文模型概述与进展 自17世纪末建立了水文循环和流域水最平衡概念以后，流域对暴雨的响应(即产汇流问题)就 成为了水文学中主要研究的问题之一，起初水文数学模型的分析与计算大多针对某一个水文环节进 现为标志。随着电子计算机在水文领域内的广泛应用，水文数学模型与系统分析联系在一起，1966 Watershed Model．SWM(现为 年CrawfordLinsley开发了第一个电算化的流域水文模型Stanford Simulation HSPF：Hydrologic 的水文响应模犁的蓝图”(简称FH69)151，标志着分布式水文模型研究的开始。 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，一般可以按照图1所示的分类图进行归类l¨1。 ．193． 图l水文模型分类图 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循环 时空变化参数，分布式的过程描述和结果输出16l。分布式水文模型认为流域上各点的水力学特征并 非均匀分布，应将流域离散成很多小单元，在每个单元上考虑水流的纵向运动和横向的交换，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产汇流特征的时空变异性是相符 的，因而分布式水文模型所揭示的水循环物理过程更接近客观世界，更能真实地反映水文相关的过 程，是水文模型发展的必然趋势ll’47，引。 在20世纪90年代前后，在水资源可持续利用、非点源污染、全球变化对水文循环影响等研究 和生态水文学的兴起，分布式水文模拟对学科交融、不同尺度的建模要求越来越高，许多分布式水 文模型己不能满足研究的需求。而且，随着遥感数据和GIS技术在分布式水文模型建