水文学 沈阳生态所 --- 张新建.pptVIP

* 在本研究中尝试将他人混沌理论已有的研究成果应用到分布式水文模型参数的识别中 * DHSVM模型的参数化 用以往的大湖沟水文气象资料和土壤气象资料，对模型 初始参数标定，对流域出口径流进行模拟。 用Gerlach槽进行坡面流观测，利用坡面流资料和净雨资料，通过DBM模拟流域出口径流。 比较分析DHSVM模拟结果与实测数据和DBM模拟结果，重 新对DHSVM的参数进行调整，提高其精确度。 * 出口径流量可由此计算得到 中科院沈阳应用生态所 国家需求： 缺水、水污染、洪涝灾害、以及水土流失非常严重，尤其在北方地区； 我国水资源管理水平与发达国家还有很大差距，流域综合管理是水资源可持续利用的手段和保证，是解决我国水问题特别是北方水危机的有效途径，有极大的国家需求。 流域分布式水文模型为流域综合管理提供了分析工具和操作平台。 研究目的和意义 中科院沈阳应用生态所 研究目的与意义 科研需要： 对气候系统，水文循环，地表过程，气圈和水圈相互作用的了解甚少，需进一步分析模拟非均匀陆地表面水文过程，研制新一代的水文物理模型，探讨不同时空尺度水文变量的相互转换，提供网络数值化的水文模拟结果。 陆地表面水文过程参数化，水文物理模型的研制和建立，不仅是一门边缘学科和交叉学科，也是水文科学发展的前沿课题。 参数化和校验是分布式水文模型全面发展过程中非常重要的环节。 中科院沈阳应用生态所 研究内容 1. 模型构建与模拟 利用已有五年观测数据和DEM数据，通过分布式模型和系统-概念混合模型(DBM)，分别对坡面产流和流域出口径流进行模拟。 2. 参数率定 比较分析模拟结果和实测数据，分别以系统-概念混合模型模拟结果和实测数据为参照，利用混沌理论优化算法对分布式模型的参数进行率定。 3. 模型校验 利用实测水文气象资料，对分布式模型的出口径流和坡面产流过程进行校验。 中科院沈阳应用生态所 研究方法 DHSVM模型 DBM模型 混沌理论 野外观测 中科院沈阳应用生态所 研究方法 DHSVM（The Distributed Hydrological Soil Vegetable Model) 发明者：西雅图华盛顿大学西北太平洋国家实验室; 特 点：有物理基础，源程序开放，修改方便; 结 构：蒸散发、地面积雪和融雪、冠层截雪和积 雪融化、不饱和土壤水运动、饱和壤中流、饱和坡面流和河道流量演算。 中科院沈阳应用生态所 DHSVM模型特点 假设地表由植被和土壤组成且植被层划分为两层（冠层和地面植被层） Dem的每个格网都被赋予各自的土壤和植被特性 对流域内各网格的能量和质量平衡方程进行联立解 网格之间通过坡面流和壤中流的汇流演算发生水文联系 中科院沈阳应用生态所 DHSVM模型结构 蒸散发 冠层和地面植被层都由潮湿和干燥两部分组成,冠层截留水量以潜在蒸散发率从潮湿部分蒸发掉，其计算公式为： 干燥植被表面的蒸腾率用Penman-Monteith公式计算： 中科院沈阳应用生态所 中科院沈阳应用生态所 冠层截留 某一时段内，冠层截留用如下公式计算： 冠层截留质量平衡方程为： 中科院沈阳应用生态所 不饱和土壤水的运动采用多层土壤模型模拟，上、中、下三层土壤水的质量平衡方程分别为： 不饱和土壤水运动 中科院沈阳应用生态所 DHSVM采用运动波或扩散波近似方法来逐个计算各网格的饱和壤中流。 网格（i,j)在k方向上的饱和壤中流的输移率为： 6 7 0 2 1 3 5 4 饱和壤中流 中科院沈阳应用生态所 网格上地表径流由超渗产流、蓄满产流和回归流组成。 其计算方法有两种，一是逐网格计算，二是单位线法。 逐网格方法计算坡面流类似于壤中流的计算，网格（i,j)在k方向上的坡面流计算公式为： 坡面流 中科院沈阳应用生态所 河道演算采用线性槽蓄法。假设河流是宽度为常数的水库，出流量与槽蓄量成线性，时段末蓄水量计算公式为: 河段平均出流量由水量平衡方程求得： 河道汇流 中科院沈阳应用生态所 地下、地表径流和河道汇流的产生过程 中科院沈阳应用生态所 DBM模型 DBM（The data-based mechanistic) 发明者：兰卡斯特大学环境研究中心PeterYoung等; 特 点：一种系统-概念混合模型,既有系统模型参数少，数据处理简单有效的特性，又能通过概念性模型赋予参数合理的物理意义； 优 势:DBM模型在模拟坡面