半分步式及分布式分水文模型研究_圖文

1、分布式水文模型研究概況由于傳統(tǒng)的流域水文模型本身所具有的局限性,同時(shí)隨著水文循環(huán)中各個(gè)組成要素的深入研究,以及計(jì)算機(jī)、地理信息系統(tǒng)(GIS和遙感技術(shù)的迅速發(fā)展,使構(gòu)造具有一定物理基礎(chǔ)的流域分布式水文模型成為可能。流域分布式水文模型充分考慮流域下墊面空間分布不均對(duì)水文循環(huán)的影響。在水平方向上將流域劃分成許多單元網(wǎng)格和子流域(一般基于DEM,在垂直方向上將土壤分層,并依據(jù)流域產(chǎn)匯流的特性,使用一些物理的、水力學(xué)的微分方程(如連續(xù)方程與動(dòng)量方程求解徑流的時(shí)空變化。與傳統(tǒng)的流域概念性集總水文模型相比具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn):具有物理機(jī)理,能描述流域內(nèi)水文循環(huán)的時(shí)空變化過程;其分布式結(jié)構(gòu),容易與GCM嵌套,研

2、究自然和氣候變化對(duì)水文循環(huán)的影響;由于建立在DEM基礎(chǔ)之上,所以能及時(shí)地模擬人類活動(dòng)和下墊面因素變化對(duì)流域水文循環(huán)過程的影響。下面我簡(jiǎn)單介紹一下國(guó)內(nèi)外的著名的分布式水文模型。主要從模型名稱,模型結(jié)構(gòu),輸入輸出變量,網(wǎng)格還是子流域?yàn)橛?jì)算單元,適用性和范圍等方面來描述。一、分布式水文模型研究的發(fā)展現(xiàn)狀-國(guó)際在國(guó)外,分布式水文模型的研究可以認(rèn)為始于 Freeze 和 Harlan 于 1969 年發(fā)表的一個(gè)具有物理基礎(chǔ)數(shù)值模擬的水文響應(yīng)模型的藍(lán)圖這篇文章。該文章提出了分布式水文物理模型的基本概念和框架。隨后,Hewlett 和 Troenale 在 1975 年提出了森林流域的變?cè)疵娣e模擬模型(簡(jiǎn)稱

3、 VSAS。1979 年 Bevenh 和 Kirbby 提出了以變?cè)串a(chǎn)流為基礎(chǔ)的TOPMODEL 模型(TOPgraphy based hydrological MODEL。1 TOPMODEL 模型1(TOPgraphy based hydrological MODEL該模型基于DEM推求地形指數(shù),并利用地形指數(shù)來反映下墊面的空間變化對(duì)流域水文循環(huán)過程的影響,模型的參數(shù)具有物理意義,能用于無資料流域的產(chǎn)匯流計(jì)算。TOPMODEL模型的基礎(chǔ)是變動(dòng)產(chǎn)流面積的概念。流域降水滿足冠層截留和填洼等初損以后,下滲進(jìn)入土壤包氣帶,包氣帶分為土壤水帶、中間帶和毛細(xì)水帶。只有包氣帶的含水量達(dá)到田間持水量后,

4、多余的水分中才有一部分以重力水的形式,通過大空隙直接進(jìn)入飽和地下水層,所以入滲沒有馬上引起地下水位抬升至地表面。TOPMODEL 模型把全流域按DEM網(wǎng)格分塊,每一個(gè)網(wǎng)格稱為一個(gè)水文單元。大的流域又可被分成若干個(gè)子流域(或單元流域。對(duì)每一個(gè)單元流域進(jìn)行產(chǎn)匯流計(jì)算。產(chǎn)流計(jì)算包括不飽和層水分運(yùn)動(dòng)、飽和層水分運(yùn)動(dòng)及地表徑流。地表徑流和地下徑流均視為在空間上相等,可通過等流時(shí)線方法進(jìn)行匯流演算,求出單元流域出口處的流量過程。通過河道匯流得出流域總出口斷面流量過程。河道演算多采用近似運(yùn)動(dòng)波的常波速洪水演算方法。TOPMODEL模型可以根據(jù)地形指數(shù)和流域平均缺水量計(jì)算出各點(diǎn)的缺水量,直觀地反映源面積的大小

5、和分布。地形指數(shù)的空間分布即反映了流域蓄水容量的分布。蓄水容量曲線與地形指數(shù)的功能相同,都是為了計(jì)算徑流。在應(yīng)用時(shí),僅需DEM圖和基本的水文資料(降水、蒸發(fā)、流量,甚至可用于無資料地區(qū)。 圖1 TOPMODEL 模型結(jié)構(gòu)2 MIKE SHE 模型Beven等,1980年;Abbott等,1986年;Bathurst等,1995年;Refsgaard and Storm, 1995年;Chapters 等等對(duì)SHE模型進(jìn)行了改進(jìn),生成了很多不同版本的SHE模型2,4如:20世紀(jì)90年代初由丹麥水利學(xué)研究院(DHI在SHE模型上進(jìn)一步發(fā)展研制出MIKE SHE模型。MIKE SHE 模型功能上體現(xiàn)

6、三維空間特性,包括了陸地區(qū)全部的水循環(huán)過程,同時(shí)對(duì)地下水資源和地下水環(huán)境問題分析、規(guī)劃和管理是它的一大特色;采用多模塊耦合的方式來模擬水循環(huán)中幾乎所有主要的水文過程,包括了大氣循環(huán)、水流運(yùn)動(dòng)、溶質(zhì)和泥沙輸移等;通過連續(xù)計(jì)算四個(gè)不同且相互影響的儲(chǔ)水層的含水量來模擬產(chǎn)匯流過程,這幾個(gè)儲(chǔ)水層代表了流域內(nèi)不同的物理單元。這些儲(chǔ)水層是:積雪儲(chǔ)水層、地表儲(chǔ)水層、土壤或植物根區(qū)儲(chǔ)水層、地下水儲(chǔ)水層。因此它被廣泛應(yīng)用于流域管理、土地利用變化影響評(píng)價(jià)、地下水模擬、水質(zhì)污染模擬、灌溉及農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)水分和污染物質(zhì)在非飽和帶運(yùn)移的影響等眾多研究領(lǐng)域。模型中一個(gè)流域被沿水平方向劃分成一系列的相互聯(lián)系單元(grid,各自

7、具有不同的物理參數(shù),而在垂直方向又被劃分成若干層(zone, 包括冠層、不飽和層和飽和層。它所反映的流域水文過程主要包括降水、蒸散發(fā)、含植物冠層截留、地表匯流、河道匯流、非飽和壤中流和飽和地下徑流等過程,每個(gè)子過程分別進(jìn)行計(jì)算建模。 圖2 MIKE SHE 模型結(jié)構(gòu)3 ANSWERS(Areal Nonpoint Source Watershed Environment Response Simulation 和AGNPS(Agricultural Nonpoint Source ANSWERS 模型5包括水文模型、泥沙分散- 輸送模型和幾個(gè)描述坡面、亞表面、渠中的水流路徑的組件,采用概念模型

8、模擬水文,用泥沙連續(xù)性方程模擬侵蝕,用方形網(wǎng)格劃分研究區(qū)域,可供水質(zhì)規(guī)劃者或其他用戶模擬土地利用方式對(duì)水文和侵蝕響應(yīng)的影響,對(duì)控制非點(diǎn)源污染進(jìn)行規(guī)劃。ANSWERS 模型中,首先項(xiàng)目管理器從用戶那兒收集信息,然后利用GIS 提取數(shù)據(jù),產(chǎn)生一個(gè)輸入文件,并將ANSWERS 模型的輸出讀入新的GIS 層,項(xiàng)目管理器的應(yīng)用使輸入數(shù)據(jù)賦值時(shí)間減少了710 倍。AGNPS 模型6采用方形網(wǎng)格劃分單元,模型包含水文、侵蝕和泥沙輸送、氮磷和COD 的輸移等內(nèi)容,其中徑流量用CREAMS 模型中使用的公式計(jì)算,侵蝕用RUSLE 預(yù)測(cè),化學(xué)物質(zhì)的輸移采用CREAMS 模型和一個(gè)飼育場(chǎng)評(píng)價(jià)模型中的方法,并對(duì)土壤結(jié)

9、構(gòu)的影響方面做了改進(jìn),化學(xué)物質(zhì)的輸移計(jì)算分為溶解相和泥沙吸附相的計(jì)算,溶解相的計(jì)算與徑流量有關(guān),而泥沙吸附相的計(jì)算則與產(chǎn)沙量有關(guān);WEPP(Water Erosion Prediction Project模型7估計(jì)了陸地和水渠的徑流和侵蝕、保護(hù)措施的影響,是一種計(jì)算山坡和集水區(qū)土壤侵蝕和泥沙輸送的新技術(shù),模型包括氣候、表面和亞表面的水文、冬季凍融過程、灌溉、殘余物的降解、溝渠和蓄水坑中泥沙的分散、輸送和沉積等部分。最早的非點(diǎn)源污染模型是集總模型如CREAMS (Chemicals Runoff and Erosion from Agricultural Management Systems 模

10、型, 主要用于研究土地管理對(duì)水、泥沙、營(yíng)養(yǎng)物和殺蟲劑的影響, 其中預(yù)測(cè)徑流使用的是SCS 法(美國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤保持局曲線 , 產(chǎn)沙子模型采用經(jīng)驗(yàn)公式USLE(通用水土流失方程, 預(yù)測(cè)污染物負(fù)荷采用的是概念模型。限于集總模型不考慮時(shí)空變異性, 適用流域面積小, 因而提出了用網(wǎng)格劃分流域、可以模擬時(shí)空變異性的分布式模型。按模擬事件的時(shí)間連續(xù)性可分為單個(gè)事件模型和時(shí)間連續(xù)性模型8。單個(gè)事件模型出現(xiàn)較早, 在模擬暴雨事件時(shí), 不考慮亞表面流、蒸散發(fā)、植物生長(zhǎng)等水文因素, ANSWERS(Areal Nonpoint Source Watershed Environment Response Simula

11、tion 和AGNPS(Agri2cultural Nonpoint Source 模型屬于這一類; 時(shí)間連續(xù)性模型則考慮了亞表面流、蒸散發(fā)、植物生長(zhǎng)等水文因素, HSPF(Hydrological Simulation Program2Fortran 、SWRRB(Simulator for Water Resources in Rural Basins 、SWAT(Soil Water Assessment Tool 、WEPP (Water Erosion Prediction Project 屬于這一類。 圖3 ANSWERS和AGNPS水文模型結(jié)構(gòu) 圖4 ANSWERS和AGNPS水

12、文模泥沙分散- 輸送模型結(jié)構(gòu)4 VIC(Variable Infiltration Capacity模型VIC(Variable Infiltration Capacity模型9,10是一個(gè)大尺度陸面水文模型,它同新安江模型和通用產(chǎn)流模型一樣,利用一個(gè)空間分布函數(shù)表示次網(wǎng)格內(nèi)的土壤蓄水能力的變化。VIC模型的參數(shù)分為四類:土壤參數(shù)、植被參數(shù)、水文參數(shù)和背景參數(shù)。背景參數(shù)指流域地理特性(緯度、經(jīng)度和高程和氣候參數(shù)(近地表的多年平均氣溫和多年平均降水量;土壤參數(shù)、植被參數(shù)和背景參數(shù)具有比較明確的物理基礎(chǔ),可以直接給定,對(duì)于每一個(gè)網(wǎng)格的土壤和植被參數(shù),分別基于全球10km的土壤數(shù)據(jù)庫(kù)和全球1km的陸

13、地覆蓋類型數(shù)據(jù)庫(kù)來確定;模型中有7個(gè)待率定的水文參數(shù),分別為B(入滲能力形狀參數(shù)、Ds( 當(dāng)基流非線性增長(zhǎng)發(fā)生時(shí),所占Dm的比例、Dm(這是底層土壤一天內(nèi)產(chǎn)生基流的最大值、Ws(當(dāng)基流非線性增長(zhǎng)發(fā)生時(shí)底層土壤含水量與最大土壤含水量的比值、D1(表層土壤厚度、D2(第二層土壤厚度、D3(第三層土壤厚度。模型率定采用流域出口斷面的實(shí)測(cè)流量過程線,因?yàn)樗橇饔蛩倪^程的總體響應(yīng)。VIC模型在中國(guó)的東部、東南部、中部、南部和中南部的濕潤(rùn)和半濕潤(rùn)地區(qū)的模擬效果較好,在西部和西北干旱區(qū)模擬結(jié)果不太理想。一方面因?yàn)楦珊禇l件下多以超滲產(chǎn)流為主,而VIC模型是基于蓄滿產(chǎn)流的;另一方面由于這些地區(qū)條件惡劣、人口稀

14、少和經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá),比濕潤(rùn)和半濕潤(rùn)地區(qū)的氣象站網(wǎng)密度較稀疏,增加了模型輸入的不確定性?；赩IC(Variable Infiltration Capacity大尺度水文模型,吳志勇,陸桂華,張建云11等采用實(shí)測(cè)的日降水和日最高、最低氣溫?cái)?shù)據(jù),模擬了近35年(1971-2005全國(guó)范圍30km 30km分辨率的逐日土壤含水量。文章利用43個(gè)流域的實(shí)測(cè)流量資料,率定模型水文參數(shù),建立和驗(yàn)證水文參數(shù)移用公式,確定無資料的水文參數(shù),同時(shí)通過28個(gè)站的實(shí)測(cè)土壤含水量資料驗(yàn)證結(jié)果。 圖5 VIC模型結(jié)構(gòu)圖5 SWAT水文模型由于SWAT模型是分布式水文模型中的一個(gè)杰出代表。所以下面我重點(diǎn)介紹一下SWAT 水文

15、模型理論12。5.1SWAT 水文模型簡(jiǎn)介1985年,美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究中心的Alonso 和De Coursey 考慮到土地利用與管理將會(huì)影響到一個(gè)小流域的水文循環(huán)與化學(xué)循環(huán),于是設(shè)計(jì)了SWAM 模型。從20世紀(jì)90年代至今,GIS 與模型緊密集成,成為水文模型發(fā)展的主流,而SWAT 模型是這些模型中的一個(gè)杰出代表。SWAT 模型的最新版本為SWAT2005,該版本已在SWAT 官方網(wǎng)站上公布, 其主要特征是對(duì)以先前版本一些錯(cuò)誤的糾正,值得一提的是增加了日以下步長(zhǎng)的降水量生成器并允許用戶定義天氣預(yù)測(cè)期。近幾年來, 國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)SWAT 模型數(shù)據(jù)精度和子流域劃分閾值對(duì)模型輸出的影響、數(shù)據(jù)預(yù)處理以

16、及參數(shù)率定等進(jìn)行了多方面的探討,并應(yīng)用SWAT 模型研究了氣候變化、土地利用和土地覆蓋變化(LUCC等環(huán)境變化條件下的水文響應(yīng)以及非點(diǎn)源污染控制措施等。SWAT 模型是一個(gè)半分布式水文模型,以相對(duì)均質(zhì)的水文響應(yīng)單元(HRU 為模擬單元。SWAT-GIS 按不同的地形、土壤類型、土地利用或覆蓋類型將整個(gè)流域劃分成157 個(gè)具有相似水文特征的水文響應(yīng)單元(HRU,能夠模擬復(fù)雜流域中的徑流、泥沙、氮-磷、殺蟲劑等流出量及蒸散發(fā)量,還可輸出日土壤水、土壤溫度等時(shí)態(tài)變量,并能預(yù)測(cè)土地管理措施的影響。 簡(jiǎn)要概括,SWAT 模型具有如下特點(diǎn): (1長(zhǎng)時(shí)期連續(xù)模擬;(2模擬產(chǎn)水、侵蝕產(chǎn)沙和非點(diǎn)源污染; (3充

17、分結(jié)合GIS ,操作方便; (4模型核心代碼公開,擴(kuò)展方便; (5不斷更新的軟件及輔助工具;5.2 SWAT 水文循環(huán)機(jī)理如圖所示:SWAT 水文循環(huán)過程主要包括四個(gè)過程:地表水過程;蒸散發(fā)過程;土壤水過程;地下水過程。圖6 SWAT 水文循環(huán)結(jié)構(gòu)的子流域的構(gòu)成主要可以分為八部分水文、氣象、沉積物量、土壤溫度、作物生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥,和農(nóng)業(yè)管理。降雨回流傳輸損失深含水層淺含水層土壤濕度 再分布蒸騰典型深度灌溉地表徑流蒸發(fā) 土壤剖面 植物根區(qū)地表 淺層滲流/補(bǔ)給深層滲流/補(bǔ)給側(cè)向 流動(dòng)5.3 SWAT模型水文模塊構(gòu)成圖 圖7 SWAT模型水文模塊構(gòu)成5.4 SWAT模型水文模塊的計(jì)算Swat產(chǎn)

18、流計(jì)算包括SCS和Green-Ampt模型。其中SCS曲線法用的較多,該模型有以下基本假定;實(shí)際蓄水量F與最大蓄水容量S之間的比值等于徑流量Q與降雨量P和初損量I a差值之比值; I a和S之間為線性關(guān)系。1SCS曲線法SCS徑流方程是一個(gè)50年代就得到廣泛應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?是對(duì)美國(guó)各小流域(農(nóng)業(yè)的降雨-徑流關(guān)系長(zhǎng)達(dá)20多年的研究成果。此模型根據(jù)土地利用類型和土壤類型的變化,估測(cè)地表徑流。SCS曲線法計(jì)算地表徑流時(shí),計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為日,不能直接模擬下滲,下滲量的計(jì)算基于水量平衡。 徑流只有在降雨量>初始損失時(shí),才會(huì)發(fā)生。 SCS 徑流方程:Qsurf 為累計(jì)徑流或形成徑流的有效雨量 Rday

19、 為日降雨量Ia 為初始損失(填洼、截留、初滲等,通常近似為0.2S(大暴雨 S 為保持(容量系數(shù) (retention parameterCN 為 SCS 曲線參數(shù)值,保持系數(shù)S 隨著土壤類型、土地利用類型、管理措施、地形坡度等因素的空間變化而變化。另外,隨時(shí)間變化的土壤含水量也影響到保持系數(shù)。 2 Green-Ampt 入滲方法Green-Ampt 模型為概念性下滲模型,用來計(jì)算地表徑流。Green-Ampt 模型的幾個(gè)假設(shè): a 滲入土壤的水分從土壤表面至入滲鋒面間所形成的水分分布帶是完全飽和的,垂向上飽和土壤高度基本相同。b 下滲鋒面與下層土壤含水量分界面明顯,不連續(xù)。 c 飽和土壤柱

20、高度,只有在土壤全部達(dá)到飽和后,才開始增加。 下滲速率和積水時(shí)間的方程:3峰值流量(Peak Runoff Rate :SWAT 模型使用子流域(subbasin 而不是水文響應(yīng)單元(HRUs計(jì)算匯流時(shí)間和峰值流量。模型中,如果要用HRU 計(jì)算,方程需要做兩步調(diào)整:用HRU 的面積代替子流域的面積;河道匯流計(jì)算中的河道長(zhǎng)度乘于子流域區(qū)域各HRU 的系數(shù)(fraction 。SWAT 根據(jù)改進(jìn)的推理公式來計(jì)算峰值流量,這個(gè)推理公式假設(shè)一場(chǎng)從t=0時(shí)刻開始的雨強(qiáng)為i 的降雨,無限持續(xù)下去,在t=t conc 時(shí)刻子流域內(nèi)所有區(qū)域的產(chǎn)流都匯流到出口,此時(shí)出口流量最大,推理公式如下: 式中:C 為徑流

21、系數(shù);i 為降雨強(qiáng)度(mm/hr ;Area 為子流域面積(km 2;3.6為單位陸面上約有62%的降雨被蒸散,在大部分河流和除南極洲以外的陸面蒸散大于徑流(Dingman ,1994。 1冠層截留(2S I R I R Qaday aday s ur f+-=8.0(2.0(2S R S R Q day day s ur f+-=-=1010004.25CN S 254(25400+=S CN2潛在蒸散(PET潛在蒸散的概念最早由Thornthwaite作為氣候分類模式的一個(gè)部分提出來,他將潛在蒸散定義為在大面積均一、生長(zhǎng)旺盛的植被覆蓋、水分供應(yīng)不受約束(充足、沒有水平對(duì)流(advectio

22、n或熱量存儲(chǔ)效應(yīng)(heat storage effects區(qū)域的蒸散速率。由于蒸散速率深受植被生長(zhǎng)地表特征(vegetative surface characteristics的影響,Penman(1956重新定義潛在蒸散為“均一高度、沒有水分限制、完全遮蔽地表的矮小的綠色作物蒸散的水量”。Penman使用草作為他的參考作物,但隨后的研究表明高度30-50cm的紫花苜蓿是一個(gè)更合適的選擇。Penman-Monteith公式:太陽輻射,大氣溫度,相對(duì)濕度,風(fēng)速Priestley-Taylor方法:太陽輻射,大氣溫度,相對(duì)濕度Hargreaves方法:大氣溫度 Penman-Monteith Me

23、thod Priestley-Taylor Method Hargreaves Method3實(shí)際蒸散SWAT模型中首先計(jì)算植被冠層截留降雨的蒸發(fā),接著使用近似Richtie(1972的方法計(jì)算最大蒸騰和最大土壤蒸發(fā),最后計(jì)算土壤實(shí)際蒸發(fā)。截留降雨蒸發(fā) ,式中:為流域?qū)嶋H蒸散量(mm H2O;為冠層自由水的蒸發(fā)量(mm H2O;為潛在蒸散(mm H2O;為冠層截持的初始水量(mm H2O;為冠層截持的最后水量(mm H2O。如果潛在蒸散大于冠層截留的水量:,剩余蒸散:蒸騰如果選用Penman-Monteith Method計(jì)算潛在蒸散,蒸騰使用類似的公式計(jì)算。如果選用其他方法計(jì)算潛在蒸散,蒸騰

24、計(jì)算公式為: ,0LAI3;,LAI>3式中:最大蒸騰(mm H2O。土壤蒸發(fā)土壤蒸發(fā)的量受遮蔽程度的影響。 式中:為最大土壤蒸發(fā)(mm H2O;為土壤蓋度指數(shù)。 式中:CV為地上生物和殘余物的量(kg ha-1。SWAT不允許其他層補(bǔ)償該層無法滿足的蒸發(fā)需求,土層蒸發(fā)需求的不能滿足導(dǎo)致了HRU 實(shí)際蒸散的減少。1土壤結(jié)構(gòu)固體粘粒含量越大,飽和含水量、田間持水量、永久凋萎點(diǎn)也越大。AWC=FC-WP式中:AWC為植物可利用水量。 式中:為土層的凋萎點(diǎn)含水量;為土層粘粒含量的百分比(%。 飽和土壤中,水流通常在重力作用下向下運(yùn)動(dòng);非飽和流是由于鄰近區(qū)域高低水分含量梯度上升引起的,可以向各個(gè)

25、方向運(yùn)動(dòng)。SWAT只是直接模擬飽和流,模型假設(shè)在給定土層中水分均一分布,該假設(shè)忽略了水平方向非飽和流的模擬。層與層之間的非飽和流通過作物吸水深度分布和土壤水蒸發(fā)深度分布間接模擬。飽和流發(fā)生于土層水分含量超過田間持水量的情況,超過田間持水量部分的水可用于滲漏、讓中路或片流排水。2滲漏(Percolation滲漏發(fā)生在土層含水量超過飽和含水量且下層含水量沒有飽和的情況。 式中:為土層中可排除的水量(mm H2O。使用storage routing methodology計(jì)算滲漏水量: 式中:為滲漏到下層土壤的水量(mm H2O;為時(shí)間步長(zhǎng)(hrs;為滲漏的傳輸時(shí)間(hrs。3壤中流(Lateral

26、 Flow:地表以下,地下水以上部分的徑流在土壤表層具有高水力傳導(dǎo)性和不滲透或半滲透層位于淺層(shallow depth的區(qū)域,壤中流非常重要。在這樣的系統(tǒng)中,降雨垂直滲透直到遇到不透水層,降水在不透水層上累積形成飽和區(qū),比如棲息水位,該飽和區(qū)為壤中流的水源。1995 年，沈曉東等提出了一種在 GIS 支持下的 動(dòng)態(tài)分布式降雨徑流流域模型，實(shí)現(xiàn)了基 于柵格DEM 的坡面產(chǎn)匯流與河道匯流的數(shù)值模擬。 1997 年， 黃平等建立了描述森林坡地飽 和與非飽和帶水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的二維分布式水文數(shù)學(xué)模型， 并利用加遼金有限元數(shù)值方法求解 模型。任立良和劉新仁于2000年在數(shù)字高程模型(DEM的基礎(chǔ)上成功開

27、發(fā)了分布式的新安江 模型。2000 年，李蘭等建立了一個(gè)按子流域劃分的分布式流域水文模型，該模型由各小流 域產(chǎn)流模型、匯流模型、流域單寬入流和上游入流反演模型、 河道洪水演進(jìn)四個(gè)部分組成。 該模型考慮了產(chǎn)流隨空間和時(shí)間變化的分 布特征， 能計(jì)算產(chǎn)流的多種徑流成分的物理過程。 2000 年， 郭生練等提出了一個(gè)基于 DEM 的分布式流域水文物理模型， 用來模擬小流域的降 14, 15 雨徑流時(shí)空變化過程。TVGM 的概念是:降雨徑流的系統(tǒng)關(guān)系是非線性的, 其中重要的貢 獻(xiàn)是產(chǎn)流過程中土壤濕度(即土壤含水量 不同所引起的產(chǎn)流量變化。其特點(diǎn)是既可以表達(dá) 為流域產(chǎn)流時(shí)變及非線性系統(tǒng)的概念性參數(shù)模型, 又可以表達(dá)為整體非線性的Volterra 非 參數(shù)系統(tǒng)響應(yīng)模型的形式。2002 年，夏 軍，熊立華等(2004建立了基于 DEM 的分布式時(shí) 變?cè)鲆嫠哪Ｐ?DTVGM。分布式時(shí)變?cè)鲆婺Ｐ?Distributed TVGM, DTVGM ,是在空間分布 的水文單元(基于流域數(shù)字高程模型(DEM劃分的柵格單元或子流域 上應(yīng)