分布式流域水文模型研究中的几个问题.DOC

分布式流域水文模型研究中的几个问题 ???? 　基金项目：国家自然科学基金重大项目资助项目摘 要：指出数值计算、GIS、雷达测雨和卫星云图等技术的进步为分布式流域水文模型的发展及实际应用提供了条件.论述分布式流域水文模型的结构有概念性和具有物理基础之分，也有耦合式和非耦合式之分.为了确定分布式流域水文模型的参数，对现有几种建立产汇流参数与自然地理因子之间的理论关系的途径进行了初步分析.关键词：分布式流域水文模型；GIS；雷达气象学；地貌水/wenshilunwen target=_blank class=infotextkey文学中图分类号：p338+.1 文献标识码：A 文章编号：1006－7647（2002）03－0056－03模拟并预测流域对气候输入所产生的水文响应，是科学水/wenshilunwen target=_blank class=infotextkey文学和工程水/wenshilunwen target=_blank class=infotextkey文学的基本问题.自17世纪末建立了水文循环和流域水量平衡的基本概念后，流域对暴雨的响应，即产汇流问题，就成为地表水/wenshilunwen target=_blank class=infotextkey文学的一个中心课题［1］.长期以来，由于受科学技术发展水平的制约，水/wenshilunwen target=_blank class=infotextkey文学一般只能将流域作为一个整体，由流域的平均降雨量过程和平均状态参数来推求流域出口断面的流量过程.这种集总式流域水文模型虽然对水/wenshilunwen target=_blank class=infotextkey文学的发展起到了/wenshilunwen target=_blank class=infotextkey历史性的作用，但与实际流域的情况并不相符.因为不仅暴雨具有随时变化的空间分布，流域的土壤、植被、地形、地貌、地质、水文地质等条件在空间上也呈不均匀分布，人类活动的影响一般也是时空变化的，因此，将这种下垫面条件本不均匀的流域硬性地作为一个空间均化的整体来处理，显然只能提供流域产汇流过程空间均化的结果，因此，集总式流域水文模型的使用精度往往不能令人满意.分布式流域水文模型有望尽可能真实地模拟流域产汇流过程的空间变化，故已成为流域水文模型新的发展方向.1 模型的技术支撑分布式流域水文模型之所以能成为近年来具有吸引力的水/wenshilunwen target=_blank class=infotextkey文学研究热点之一，一是因为地理信息系统（GIS）技术的不断完善，使得描述下垫面因子复杂的空间分布有了强有力的工具；二是因为计算机技术和数值分析理论的进一步发展，为用数值方法求解描述复杂的流域产汇流过程的偏微分方程组奠定了基础；三是因为雷达测雨技术和卫星云图技术的进步，为提供降雨量实时空间分布创造了条件.GIS是一种在计算机硬件和软件支持下，基于系统工程和信息科学的理论，进行/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理和综合分析具有空间分布性质的地理数据的系统.与流域产汇流有关的地理数据主要有地面高程和反映土壤、植被、地质、水文地质特性的参数等.其中以数字高程模型（DEM）最为有用，因DEM不仅表达了地面高程的空间分布，而且据此可以自动生成流域水系和分水线、自动提取地形坡度和其它地貌参数.将DEM与表达土壤、植被、地质、水文地质特性的参数的空间分布叠加在一起，还可以描述这些下垫面参数与地面高程之间的关系.描述流域产汇流过程的偏微分方程组一般是耦合的，至今没有解析解，数值解法也很困难，但近十多年来情况有了变化，例如，据文献［1］报导，Goodrich和Woolhiser在1989年研制成功了演算超渗雨沿坡面流动的二维数值方法；同年，Brath等人使用表征河网水力几何学的比尺特性，研制成功了演算河网中单一河道水流的一维数值方法；1991年，Paniconi等人提出了分布式流域水文模型中三维非饱和水流的非线性Richards方程的数值解法.偏微分方程组的数值解法的前提是实施时、空离散化是与分布式流域水文模型的要求相一致的.传统的观测降雨量的方法是在流域上布设雨量站网，试图通过布设若干个固定点雨量的观测来推知降雨量的空间分布.由于降雨量的空间分布随时都在变化，因此，雨量站网的布设是很难适应这一情况的.测雨雷达和卫星云图可随时跟踪雨区范围、暴雨走向和降雨量的变化.从理论上可知，利用雷达气象方程可以求得流域上每个网格单元的暴雨强度，因而能直接给出降雨量的空间分布情况.测雨雷达和卫星云图作为一种能直接获取降雨量空间分