【摘要】 水文模型是水文学发展到一定阶段的产物,它丰富了水文学的研究体系和研究手段,并随着水文学、计算机科学的发展而发展,促进了水文学的总体发展。长期以来,由于受科学技术发展水平的制约,水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文学的发展起到了历史性的作用,但与实际流域的情况并不十分相符。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现不均匀性,人类活动的影响一般也呈时空变化的。因此,将这种下垫面条件原本不均匀的流域硬性地作为一个空间均化的整体来处理,显然只能得出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一个新的发展方向,是当前水文建模领域研究的热点,是解决流域水文、生态和环境问题的一个有效的途径。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、水文地质特性等方面的参数等,其中以反映流域地形特征的数字高程模型(DEM)最为有用。DEM不<WP=3>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的水系和分水线、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。因此,基于DEM的分布式水文模型是数字化时代水文模型发展的主要方向。本文研究了基于DEM的流域特征提取,包括水系的提取、子流域的划分、流域边界线的提取等;采用三水源新安江模型,建立了基于栅格单元结合自然子流域的分布式水文模型。模型结构由四部分组成,分别为蒸散发模块、产流量模块、分水源模块、汇流模块等。模型将每个网格内的产流量,按照自然子流域进行汇流计算,然后演算到流域的出口断面。其中,采用距离平方反比法插补出无实测点的降水量数据。应用该模型对涪江水系梓潼河流域28场洪水进行了模拟,取得了令人满意的结果。其中,在运用DEM的提取流域特征的研究中,试验了几种DEM数阵范围对流域特征的影响,而具体应该取多大的DEM数阵范围,即面积、边界、形状与实验区域的定量关系还有待研究。人类认识事物的过程,是从简单到复杂,从总体到个体,从表面到本质的。人们对事物的发展过程总是追求更加深刻的认识,追求事物变化的实际过程。水文科学的研究也逐渐发展到对水文过程即水文现象的机制的研究。水文模型正是体现水文过程的最重要的一个研究手段。因此,水文模型也必然会朝着再现水文过程的方向发展。

【关键词】 分布式水文模型； DEM； 中尺度； 模拟；




摘要 2-4
ABSTRACT 4
第一章 绪论 10-23
    1.1 引言 10-12
    1.2 分布式水文模型国内外研究动态 12-21
        1.2.1 分布式水文模型的发展 12-16
        1.2.2 基于DEM的分布式水文模型的特征 16-19
        1.2.3 流域特征的提取和应用 19-20
        1.2.4 水文模拟技术的发展历程 20-21
    1.3 本文研究内容 21-23
第二章 流域DEM的应用 23-39
    2.1 基本地形因子的计算 23-25
        2.1.1 坡度/坡向的计算 23-24
        2.1.2 表面积的计算 24
        2.1.3 投影面积的计算 24-25
        2.1.4 坡度变化率/坡向变化率的计算 25
    2.2 基于DEM的流域水文因子提取 25-30
        2.2.1 无洼地区域DEM的生成 26-27
        2.2.2 水流方向矩阵的计算 27-29
            2.2.2.1 平坦格网单元流向的确定 28
            2.2.2.2 水流方向矩阵的生成 28-29
        2.2.3 水流累积矩阵的计算 29-30
        2.2.4 对上述算法的评价 30
    2.3 流域及水系的生成 30-31
        2.3.1 汇水面积的计算 30-31
        2.3.2 流域分水线的识别和流域划分 31
        2.3.3 河网生成 31
    2.4 常用软件及水文分析的流程 31-33
    2.5 实验流域特征的提取 33-35
        2.5.1 洼地的处理 33-35
        2.5.2 流域划分和边界线确定 35
    2.6 分辨率和DEM数阵范围对流域特征的影响 35-37
    2.7 小结 37-39
第三章 流域降水量的空间插值方法 39-48
    3.1 研究背景 39-40
    3.2 三种插值方法简介 40-41
    3.3 流域降水量插值 41-47
        3.3.1 泰森多边形方法 41-42
        3.3.2 距离平方反比法 42
        3.3.3 普通克里金法 42-46
        3.3.4 残差克里金方法 46-47
    3.4 插值方法的比较 47-48
第四章 梓潼河中尺度分布式水文模型的建立 48-70
    4.1 新安江模型 50-57
        4.1.1 蒸散发计算 50-52
            4.1.1.1 原理 50-51
            4.1.1.2 模型结构 51-52
        4.1.2 产流量计算 52-54
        4.1.3 分水源计算 54-56
        4.1.4 汇流计算 56-57
            4.1.4.1 河网汇流计算 56-57
            4.1.4.2 河道汇流计算 57
    4.2 梓潼河中尺度分布式水文模型 57-69
        4.2.1 研究流域概况 58-61
            4.2.1.1 自然地理状况 58-59
            4.2.1.2 气候状况 59-60
            4.2.1.3 水文状况 60-61
        4.2.2 分布式水文模型的建立 61-69
            4.2.2.1 资料来源 61
            4.2.2.2 资料处理 61-63
            4.2.2.3 参数的率定 63-65
            4.2.2.4 模型计算结果 65-67
            4.2.2.5 模拟结果分析 67-69
    4.3 小结 69-70
第五章 结论 70-76
    5.1 本文研究总结 70-71
    5.2 分布式水文模型存在的问题及讨论 71-73
    5.3 未来发展趋势 73-74
    5.4 小语 74-76
附录一:次洪模型参数率定期实测与计算对比图 76-82
附录二:次洪模型参数检验期实测与计算对比图 82-86
参考文献 86-90
硕士期间科研成果简介 90-91
声明 91-92
致谢 92