基于数字流域的流域水文模型的改进研究

论文摘要

本论文通过使用地理分析软件和计算机编程，提取了流域的地形地貌参数，并作为流域水文模型模拟流域径流过程的客观输入条件。对原有的新安江模型汇流计算方法进行了改进，在河网汇流阶段，提出了使用河网等流时线的方法进行汇流计算。为了能够适用于计算机编程，动态地划分河网等流时线的等级，论文中提出了河网二叉树结构图和权重河长的概念。通过建立起的流域河网二叉树结构图，划分出流域的河网汇流等流时线，然后计算出各段汇流距离的宽度函数值、权重河长值以及各级等流时线之间的河道总长度，最终计算出各级等流时线对流域出口断面的流量贡献。对TOPMODEL模型进行了划分子流域的改进，这样做可以考虑流域下垫面特性和气象因子空间分布不均匀性对模型模拟结果的影响。在模型的参数处理上，为了降低参数过多给调参带来的麻烦，论文中将各了流域的参数与全流域的参数通过地形指数建立相关关系，这样只需给出全流域的一套参数和已计算出来的地形指数分布，就可以通过建立的相关关系计算出各了流域的参数值。将建立起的改进汇流计算方法后的新安江模型、划分了流域的TOPMODEL模型和全流域的TOPMODEL模型在星丰流域应用，各模型的模拟结果都能达到精度要求，验证了对新安江模型汇流计算方法的改进以及TOPMODEL模型的划分子流域处理的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 流域地形地貌参数的提取
• 2.1 DEM的预处理
• 2.1.1 洼地的产生
• 2.1.2 洼地的填充
• 2.2 水流方向的提取
• 2.3 河网的提取
• 2.3.1 提取汇流累积量
• 2.3.2 生成河网网格
• 2.4 子流域的提取
• 2.5 汇流长度的提取
• 2.6 流域面积的提取
• 2.7 河道长度的提取
• 2.8 流域坡度的提取
• 第三章 新安江流域水文模型及对其汇流计算方法的改进
• 3.1 产流计算
• 3.1.1 蒸散发计算
• 3.1.2 产流计算
• 3.2 水源划分
• 3.3 原有的汇流计算方法
• 3.3.1 坡面汇流计算方法
• 3.3.2 河网汇流计算方法
• 3.3.3 对原有河网汇流计算方法的分析
• 3.4 汇流计算方法的改进
• 3.4.1 河网等流时线
• 3.4.2 各级等流时线内河道总长度的计算
• 3.4.3 权重河长和河网二叉树的提出
• 3.4.4 河网二叉树结构图在汇流计算中的应用
• 第四章 TOPMODEL模型及其改进
• 4.1 TOPMODEL模型的产流机制
• 4.2 模型的基本结构
• 4.3 植被根系区的水分运动
• 4.4 土壤非饱和区的水分运动
• 4.5 饱和地下水区的水分运动
• 4.6 产流量的计算
• 4.6.1 饱和坡面流的计算
• 4.6.2 壤中流（基流）的计算
• 4.6.3 流域平均地下水深度的计算
• 4.7 汇流计算
• 4.7.1 坡面汇流计算
• 4.7.2 河网汇流计算
• 4.8 模型参数
• 4.9 地形指数的计算
• 4.10 划分子流域的TOPMODEL模型
• 4.11 参数处理
• 4.11.1 参数处理的思想
• 4.11.2 子流域蓄水容量的确定
• 4.11.3 子流域饱和导水率的确定
• 4.11.4 初始壤中流的确定
• 4.11.5 河道汇流流速的确定
• 4.11.6 划分子流域的TOPMODEL模型的模型参数
• 第五章 模型在星丰流域的应用
• 5.1 流域自然地理概况
• 5.2 水文气象情况
• 5.3 资料整理
• 5.3.1 流量资料整理
• 5.3.2 流域平均面雨量计算
• 5.3.3 地形指数的计算
• 5.3.4 河网二叉树和权重河长
• 5.3.5 TOPMODEL模型中的流域分级
• 5.3.6 子流域河道的平均坡度
• 5.4 计算结果
• 5.4.1 资料使用
• 5.4.2 精度指标
• 5.4.3 模型参数的确定
• 5.4.4 模型的模拟结果
• 5.4.5 模拟精度分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 问题与展望
• 参考文献
• 致谢