水循环过程及模拟重点分析.ppt

能够与大气GCM模式嵌套，研究气候变化对流域水循环的影响。 流域分布式模型的特点 能够及时模拟出人类活动或下垫面因素的变化对流域水循环过程的影响。 流域分布式模型的特点 流域分布式模型的未来发展 与RS的结合：通过遥感（RS）技术能够弥补传统监测资料的不足，为无常规资料地区的水文模拟提供了可能性。遥感数据是面数据，与分布式水文模型具有天然紧密地结合。 与VR的结合：融合虚拟现实（Virtual Reality） 技术为水情的实时监控、会商和水量调度服务，实现真正意义上的数字化水文模拟。 流域分布式模型的未来发展 流域模拟系统：基于模块化结构、以GIS/RS为技术支撑、集成资源管理与决策功能的流域模拟系统，是未来流域分布式模型的发展重要方向。 谢谢！ Thanks ! 下渗的模拟计算 ③霍尔坦（Holtan，1961）公式。Holtan认为土壤蓄水量、与地面相通的孔隙以及根茎作用是影响入渗能力的主要因素，以下是修正后的公式形式（Holtan and Lopez，1971）。 下渗的模拟计算 （2）近似理论模型。最常用的有Green-Ampt和Philip模型，该类模型计算结果差不多，难点在于参数估计。 ①格林—安普特（Green-Ampt，1911）公式。是根据Darcy定律建立的一种近似模型。假定水流以活塞流形式进入土壤，在湿润和未湿润区之间，形成一个剧变的湿润锋面。 Green-Ampt模型下渗与实际下渗过程的比较 下渗的模拟计算 ②非利普（Philip，1957）公式。是建立在包气带中水动力平衡和质量守恒原理（非饱和下渗理论）基础上，考虑均质土壤，起始含水量均匀分布及充分供水等条件下，将Richards方程经过代换和微分展开，取展开公式前两项求得。 在入渗之后，土壤水达到田间持水量后，有一部分以重力水的形式，通过大空隙直接进入饱和地下水层，引起地下水位抬升。 由于垂直排水及流域内的侧向水分运动，一部分流域面积地下水位抬升至地表面成为饱和面，在饱和地表面（即源面积）上将产生饱和坡面流。在近表层土壤水力传导度大以及坡面重力梯度大时形成壤中流。 土壤水运动在径流形成过程中具有十分重要的决定性作用，决定了径流中各成分的比例关系。 （4）土壤水运动 （4）土壤水运动 （4）土壤水运动 （1）饱和土壤水运动——Darcy定律 Darcy（1856年）通过水流饱和沙床实验得出水流速度正比于水头损失，反比于路径长度，比例因子为常数，这一发现即是著名的Darcy定律。 （4）土壤水运动 （2）非饱和土壤水——Buckingham-Darcy方程 大多数情况下土壤水是在非饱和状态下流动的。为了便于研究，通常忽略了空气对土壤中水流的阻力，并假定不饱和水流是等温和等压的，土壤中水汽的输送也被忽略不计。基于这些简化假定，Buckingham（1907年）在Darcy定律基础上改进提出了一维非稳定垂向水流方程。 （4）土壤水运动 （4）Richards方程 Richards（1931年）将Darcy定律与质量守恒定律相结合，提出非饱和土壤三维水流偏微分方程，即Richards方程。其垂向一维表现形式如下： 地下水运动过程十分复杂，通常借助数学模拟方法进行研究。地下水数学模型按描述对象可以分为水头（水位）模型、水质模型和水温模型。按描述各变量之间的关系，可以分为确定性模型和随机性模型。 求解地下水流的方法有：解析法、数值法和物理模拟法。其中，数值法是地下水模型主要求解方法 。 目前，关于地下水模型的发展十分迅速，出现了大量模拟软件，比较著名的有：MODFLOW、GMS、PHREEQC、HST3D等。 （5）地下水运动 MODFLOW是美国地质调查局的McDonald 和 Harbaugh于20世纪80年代开发的一套专门用于孔隙介质中三维有限差分地下水流数值模拟的软件。 MODFLOW在科研、生产、环境保护、水资源利用等多个方面得到广泛的应用，成为最为普及的地下水运动数值模拟的计算软件。 （5）地下水运动 GMS（Groundwater Modeling System）是集成MODFLOW、MODPATH、MT3D、FEMWATER、 SEEP2D、SEAM3D、RT3D、UTCHEM、PEST、UCODE等地下水模型而开发的可视化三维地下水模拟软件包。可进行水流模拟、溶质运移模拟和反应运移模拟，可建立三维地层实体，进行钻孔数据管理，二维（三维）地质统计，可视化二维（三维）模拟结果。 （5）地下水运动 “超渗”产流和“蓄满”产流是自然界中基本的两种产流模式，是现行流域产流量计算方法的基础。 (1) 超渗产流 早在1935年Horton在《地表径流现象》论文中明确指出，降雨强度（i）超过地面下渗