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第19卷第5期 水科学进展 V01．19．No．5 2008年9月 IN SCIENCE ADVANCESWA7IER Sep．，2008 一个网格型松散结构分布式水文模型的构建 石 朋1，芮孝芳2，瞿思敏2，陈喜1 (1．水文水资源与水和工程科学国家重点实验室，江苏南京210098；2．河海大学水文水资源学院。江苏南京210098) 摘要：根据流域降雨径流的基本过程，以蓄满产流理论为基础，建立了一个网格型松散结构的分布式流域水文模 型。模型将流域离散为包含河道与不包含河道两种类型的单元格，以协克里金方法插值得到空间离散的降雨输入， 考虑的产汇流物理过程包括降雨、植被截留及蒸散发、单元格产流、单元格汇流及河网汇流。模型结构简单，参数 较少，在充分利用植被覆盖类型图及土地利用类型图的基础上，能够获得大部分参数的选用值。通过在长江三峡区 间沿渡河流域的实际应用，模型计算成果令人满意。 关键词：分布式流域水文模型；空间离散；产汇流物理过程；网格型；数字高程模型 中图分类号：TVl21．2 文献标识码：A 文章编号：1001-6791(2008)05-0662-09 分布式水文模型，尤其是具有物理基础的分布式水文模型，能为真实地描述和科学地揭示现实世界的降雨 径流形成机理提供有力工具，因此是一种很有发展前途的新一代水文模型。20世纪70年代以来，水文学家已 经提出了众多的分布式水文模型[2．101。然而，随着计算机技术的快速发展，计算能力问题已不再是分布式水 文模型发展的瓶颈问题。对水文系统本身物理基础的深刻认识、对复杂系统建模时模型结构的合理性与准确性 以及多学科交叉问题成为分布式水文模型未来发展所面临的主要问题。从总体来看，分布式模型涉及到以下几 个理论问题：①分布式水文模型的真实性问题，模型存在过多假定条件，导致模型不能再现真实水文过程； ②尺度转换问题，目前存在两种观点，Beven认为尺度问题最终是不可解决的，必须接受分布式模型的尺度依 赖性，Bloschl则认为尺度问题正逐步被解决，且必然在水文学理论和实践中取得重要进展；③模型检验问题， 目前只能通过流域出口断面的流量过程来检验模型的有效性，而流量是各种水文过程综合作用的结果，因而使 得有些分布式模型虽然流量模拟得很好，但中间过程却可能是完全错误的；④模型效果问题，单就模拟与预 报结果而言，同集总式模型相比，分布式水文模型“拟合的情况并不特别好，也不特别差，这大概就是这类复 杂的理论模型应用于资料有限、率定过程存在不确定性，且情况复杂的流域中所能期待的结果L111；⑤计算 时间和数据存储问题，虽然目前计算机技术已相当发达，但由于一些模型结构过于复杂且要操控海量数据，从 而需要耗费大量的计算时间，在目前条件下根本无法进行推广和应用。 在模型开发的探索中，汲取传统之力量的循序渐进方式往往是一种很有效的途径，集总式概念性模型与分 布式手段的相互结合正是这种思路的体现[12】。概念性的集总式模型有着几十年的实践经验。其大量的成功实 例表明这些模型的确对相应的流域响应作出了比较正确的模拟。在这一基础之上，进一步加入分布式手段来加 强对部分物理性质空间变异性的描述。正好可以集二者之长。虽然概念性集总式模型中没有明确地使用经典的 质量和动量守恒方程，但它们却综合了基于野外实验的基本物理机制，并且由于能够在多级尺度上取得良好的 计算成果，因而完全有可能作为分布式模拟系统的构建单元。基于这一思想，本文建立了一个以蓄满产流理论 为基础的网格型松散结构分布式流域水文模型。 收稿日期：2007-07．23 项目(200701031)；河海大学自然科学基金资助(2007) 第5期 石朋等：一个网格型松散结构分布式水文模型的构建 663 1模型的构建 模型将研究区域划分为若干不嵌套的矩形单元格，对每个单元分别考虑降雨径流过程，具体内容如下： 1．1降雨输入的空间离散 降雨输入的空间变化对于流域上的产汇流过程影响剧烈，其空间分布的准确描述是定量水文分析的基础。 模型中采用了地质统计学中的协克里