分布式水文模型理论与方法研究

论文摘要

论文从不同角度阐述和分析了国内外的分布式水文模型,选择了点～面结合的模块化建模思路:网络状汇流架构串接单元产流模型组,随后制定了论文研究的主要内容和技术路线。 设计了由蓄满产流模型和土壤水动力学模型相结合的产流模型。在地表分离出一个直接决定产流的敏感土层,用蓄满产流模型计算单元产流:利用土壤水动力学模型计算垂向土壤水的运动和再分布。产流模型可以考虑土壤水垂向运动(降雨下渗时)和再分配(无雨时)以及地下水位的变动。 建立了和土壤水同步的土壤热模型,定量分析了土壤热通量对蒸发的影响。对气温与上边界条件、水热耦合等问题进行了简单讨论。模型拟合时发现:在基于热流方程的冻土模型中,不宜用表层土壤的温度表征冻土状况。 选择了蒸发能力(蒸发皿或参考蒸散发)与植被、土壤含水量校正相结合的方法计算实际蒸发。分析了坡度坡向对辐射的影响,认为纬度在45°以北或坡度在5‰以上时应进行坡度坡向的校正,给出了经过辐射校正的蒸散发计算公式。 对地表水过境水流分析后提出了概化方法,并用相应的措施弥补因概化产生的误差,以概念性算法为基础建立了逐单元的分布式地表水汇流模型,具备了分布式输出的功能。地表水汇流模型和单元产流模型一起,可以用于次洪的模拟和预报,并用三花间的东湾站进行了检验。 利用小浪底～花园口区间的逐时降雨资料,研究了日雨量到逐时雨量的解集。引入新安江模型的蓄水容量曲线实现降雨～产流计算的次网格处理。研究了把面平均土壤含水量转换为空间分布序列的方法。 对全文的研究思路和成果进行了总结,讨论了研究中存在的问题,对后继研究进行了展望。

论文目录

• 前言
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 气候变化研究与分布式水文模型
• 1.1.2 LUCC研究与分布式水文模型
• 1.1.3 PUB研究与分布式水文模型
• 1.1.4 选题的目的和意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 剖析分布式水文模型
• 1.3.1 研究进展
• 1.3.2 建模基础
• 1.3.3 模型结构
• 1.3.4 参数确定
• 1.3.5 单元划分
• 1.3.6 算法实现
• 1.3.7 资料及其它
• 1.4 主要内容和技术路线
• 第二章 考虑土壤水再分布的混合产流模型
• 2.1 模型设计
• 2.1.1 入渗研究概述
• 2.1.2 土壤水及其数学描述
• 2.1.3 模型设计方案
• 2.2 土壤水垂向运动数学模型
• 2.2.1 差分方案
• 2.2.2 三对角方程组的自动求解
• 2.2.3 土壤特性
• 2.2.4 四种边界条件
• 2.3 蓄满／超渗混合产流模型
• 2.3.1 冠层截留计算
• 2.3.2 产流计算
• 2.3.3 敏感土层厚度与空间步长
• 2.3.3 模型产流特性分析
• 2.4 模型检验
• 2.4.1 数学模型的定性检验
• 2.4.2 数学模型的定量检验
• 2.5 本章小结
• 第三章 土壤热传导模型
• 3.1 土壤热特性描述
• 3.1.1 比热容
• 3.1.2 导热率
• 3.1.3 导温率
• 3.2 土壤热流及求解
• 3.2.1 解析解与土壤温度变化特性
• 3.2.2 数值解概述
• 3.2.3 求解方法的选择
• 3.2.4 上边界条件
• 3.2.5 模型验证
• 3.3 关于水热耦合的讨论
• 3.3.1 温度对土壤水的影响
• 3.3.2 土壤水对温度的影响
• 3.4 地表热通量对蒸发能力的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 蒸发计算
• 4.1 蒸发模型设计
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 陆面蒸发的直接计算
• 4.1.3 陆面蒸发的间接计算
• 4.1.4 模型设计方案
• 4.2 参照蒸散发计算
• 4.2.1 FAO的ET0计算方法
• 4.2.2 在中国的适应性分析
• 4.2.3 参照蒸散发计算的检验
• 4.3 实际蒸散发计算
• 4.3.1 植被系数校正
• 4.3.2 土壤系数校正
• 4.3.3 实际蒸散发计算的检验
• 4.4 蒸发资料的空间展布研究
• 4.4.1 算法
• 4.4.2 单元辐射量校正
• 4.4.3 校正公式的敏感性分析
• 4.4.4 实用性检验
• 4.5 模型的下渗～蒸发机理检验
• 4.6 本章小结
• 第五章 概念性逐网格汇流模型
• 5.1 空间描述与汇流架构
• 5.1.1 地表水汇流
• 5.1.2 壤中流汇流
• 5.1.3 地下水汇流
• 5.2 逐单元概念性地表水汇流模型
• 5.2.1 逐单元水流描述
• 5.2.2 过境水量的概化处理
• 5.2.3 汇流框架
• 5.2.4 尺度与单元滞蓄作用
• 5.3 模型的检验与讨论
• 5.3.1 模型特性分析
• 5.3.2 次洪模拟应用分析
• 5.4.3 拓展前景
• 5.4.2 逐网格的慢速径流汇流模型
• 5.4 总结
• 第六章 时空尺度问题探讨
• 6.1 水文模型的尺度问题
• 6.1.1 产流理论的尺度问题
• 6.1.2 结构和参数的尺度问题
• 6.2 日雨量的时间尺度解集
• 6.2.1 日降雨时数
• 6.2.2 日内降雨分型
• 6.2.3 日内降雨概率
• 6.2.4 应用实例
• 6.3 次网格处理
• 6.3.1 土壤与植被参数
• 6.3.2 降雨产流计算
• 6.4 土壤含水量的空间尺度转换
• 6.4.1 分析
• 6.4.2 应用与检验
• 6.4.3 前景分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 7.2.1 降水资料的时空尺度转换
• 7.2.2 土地覆被与水文过程
• 7.2.3 虚拟植物研究
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的文章
• 攻读博士期间参加的主要项目