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GIS环境应用模型（GIS在资源环境研究中的应用） 宋现锋 中国科学院研究生院资源与环境学院 Phone: 010-8825-6462 Email: xfsong@gucas.ac.cn III 地表水文模型分析 1 地表径流的形成过程 2 常见地表径流模型简介 3 分布式水文模型-水文响应单元HRU划分 4 经验性下渗模型SCS方法 5 概念性下渗模型Green-Ampt方法 6 降雨数据的处理 数据时间序列预处理方法 - CLIGEN 数据空间插值方法 - 考虑地形增强插值精度 7 土壤质地与土壤水常数的估算 土壤质地 [分级标准转换] 土壤水分常数的估算方法 [SAT，FC，WP,HSG, SAT-HYDROCONDUC.] 1 地表径流形成过程 1.1 径流的基本概念 径流指大气降水扣除损耗外，从地表和地下向流域出口断面汇集的水流。径流可分为地表径流、地下径流和壤中流。 地表径流指沿地表向河流、湖泊、沼泽、海洋等汇集的水流；地下径流指沿潜水层或隔水层间的含水层，向河流、湖泊、沼泽、海洋等汇集的地下水水流。 1.2 径流形成过程浅析 产流过程 1)降雨损失 植物截留，填洼，雨期蒸发， 初渗(补充土壤缺水量)。 2)净雨过程 地面净雨形成从地面汇入河 流的地面径流; 表层流净雨 形成从地表相对不透水层汇 入河流的表层流;地下净雨从 地下潜水层汇入江河，形成 地下径流。 汇流过程 坡地汇流： 地面净雨从坡地表面汇入河网，速度快，历时短，是形成洪水的主体； 地下净雨沿地下潜水层流入河网，流速很小，形成比较稳定的地下径流，是无雨期的基本径流，称基流。 河网汇流： 进入河网的坡地径流，向流域出口汇集的过程。 1.3 简单水平衡公式的启示 土壤最终含水量 土壤初始含水量 日降雨量 地表径流 土壤蒸发与植物蒸散 土壤渗透 回流(侧流) 土壤水运动的重要性 土壤 – 流水承载介质，在地表水/地下水之间承上启下。 AIR --------Infiltration SOIL A层 ---------Percolation SOIL B层 #土壤水的存在方式： 分子力(吸湿水) – 颗粒表面，不能流动/植物不能利用 低 分子力(薄膜水) – 颗粒表面水膜，可沿膜面移动 毛管力(毛管水) – 颗粒之间, 毛管力重力,不能流走 重力 (重力水) – 颗粒之间, 重力作用下可以流动 高 #土壤水的运动方式 [SCS] 土壤蒸发 植物蒸散 – 植物吸收占用了大部分土壤水 土壤渗透，到达土壤底层最终成为含水层补给 土壤侧流，横向流动进入河流 土壤水渗透 [GREEN-AMPT] 渗润： 入渗初期，在强大分子力吸引下，雨水迅速下渗，使初期具有很大的下渗率 。当土壤达最大分子持水量时，这一阶段结束。 渗漏阶段： 入渗雨水在毛管力、重力作用下，沿土壤孔隙向下作不稳定运动，直到土壤饱和，毛管力消失。这一阶段下渗率变化很大。 渗透阶段： 土壤饱和后，水分在重力作用下呈稳定流动，这时下渗以稳定下渗率进行，形成地下径流。 #土壤性质与绕流 绕流(旁通流) Bypass flow (黑棉土) #地形与侧流 lateral flow #地质条件 承压含水层/非承压含水层，饱和流/非饱和流 2 地表径流的计算模型 2.1 水文模型 自然界中的水文现象是由多种因素相互作用形成的，目前还不能用严格的物理定律来描述水文现象的因果关系，而只能通过建立水文数学模型来近似地模拟自然界中复杂的水文循环过程。 按照水文现象所固有的确定性和随机性规律，水文数学模型可以分为确定性和随机性水文模型。按照对水循环内部规律描述的细化程度，水文模型又包括黑箱模型、概念性水文模型以及随着计算机技术的发展而不断受到国内外重视的基于物理机制的分布式水文模型。 SWAT - Soil and Water Assessment Tool WMS - Watershed Modeling System More 2.2 模型 vs 参数 水文模型 - 基本上是国外专家的贡献 新安江模型 … … 成熟的国外模型 – 在国内应用中的问题 - 水土不服 资料完备性和详细度要求, 模型参数 模型参数估计 – 如何标/率定参数(经验参数) (流域数据,技术方法) 参数估计中的不确定性问题 辅助技术 - 遥感/GIS RS – 温度，湿度，质地，粗糙度 GIS – 地貌