地理信息系统与水文模型集成研究述评.pdfVIP

第12卷第4期 水科学进展 Vol12．No4 2001年12月 ADVANCESINWATERSCIENCE rkc．200J 文章编号：100I一679l(2(10I)04一0560—09 地理信息系统与水文模型集成研究述评 万洪涛1，周成虎2，万 庆2．刘 舒2 (1巾目科学院遥感应用研究所．北京10010l： 2．中国科学院地理科学与资源研究所赍源与环境信息系统国家重点宴验室．北京100101) 摘要：从地理信鼠系统与水文模型的集成方式，水文模型计算域的空间离散等方面讨论rcIs与 水文模型的集成问题，再从四个方面分析了GIs与水文模型集成存在的问题。由于分布式水文模 型对空间数据的需求，又从cIs、Rs与水文模型的集成现状与发展讨i^了集成研究的目标。 关键词：地理信息系统；水文模型；集成；遥感 333 中围分类号：P407；P 文献标识码：A 在水文模型中，通常先对流域进行产流计算，然后用单位线等方法模拟坡面汇流，水流在 河道中的运动则采用简化的圣维南方程组进行求解。地理信息系统(GeographicalI-怕rmtions”一 tem．GIs)能为地球上的空间对象提供数字表达形式．水文模型则注重于模拟流动水体的时间过 程以及地表地下水体中物质输移过程(脚n，1997)。显而易见，两者之间具有紧密的关系。水文 模型主要模拟水文现象的时问动态变化过程，在已有的水文模型中，计算域的空闻离散一般很 简单，通常将计算域离散成为数不多的子计算域，每一个子计算域性质被假定为均一的。GIs 能提高空间子单元的定义能力，首先，可对计算域进行更好的离散，使计算域的空间变化能得 到更好的表达；其次，GIs可为水文模型提供详尽的背景环境描述(如DEM，土地利用类型 等)，利用G1s工具能够准确地内插得到子计算域的空间参数；而且，Gls和水文模型的集成有 助于得到中尺度至大尺度的水文模型，其不仅能模拟水文过程的时间动态变化，还有可能模拟 水文过程的空间变化，这在cIs出现以前是不可想象的。 1地理信息系统与水文模型 1．1水文产汇流模型中的若干问题 由于流域水文过程中的空间分布不均衡以及水文现象的复杂性，呲致至今还不能采用数学 物理方程来描述径流形成过程中的每一个于过程，在产流、汇流等环节_匕仍然主要借助于概念 收稿日期：2000一09—26；修订日期：2【)【)卜0l—05 基金项目：中国科学院知识创新工程领域前沿项目(cxIOoD00 JsT． 日本资助。 作者简介：万洪涛(1969一)，男，江西吉安人．中科院坦感应用研究所在凄博士后，主要从事地理信 息系统与水文模型的集成．地理信息系统及遥感在管理中的应用等研究。 第4期 万洪涛等：地理信息系统与水文模型集成研究述评 561 性水文模型、水量平衡方程或经验公式。随着科学技术和计算机的迅速发展，流域水文数学模 型在20世纪70年代和80年代得到了深人研究和广泛应用，一些比较著名的模型，如美国的 型和陕北模型等都得到了广泛的应用。目前能够实际应用的流域水文模型常采用简单的下渗经 验公式、经验流域蓄水曲线和水箱侧孔、低孔出流等来模拟产流过程；采用单位线、线性或非 线性水库及渠道来模拟汇流过程。模型主要存在的闯胚为： (1)流域水文的物理机制概念性流域水文模型仅涉及水文现象的表面而不涉及水文本质 或物理机制。现有的流域水文模型在结构上与实际水文过程空间的分散性和不均匀输人是不匹 配的。流域降水是分散地、不均匀地降落在流域上，各点产生的径流流至同一出口断面，具有 分散性输入和集中性输出的特点，只有采用数学物理偏微分方程才能全面描述水文过程的这一 特点。在实际应用中考虑这一问题时，几乎无一例外地采用划分单元面积的方法，在该单元面 积上采用集中输入和集中输出的流域水文模型，最后将各单元线性叠加成出口断面的流量。这 种处理方法是不合理的，如各单元降水量的空间变化、参数不同、产流机制有别、汇流过程不 满足线