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分布式水文模型理论与方法研究

作　者: 王加虎
导　师: 郝振纯
学　校: 河海大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 水文模型分布式理论方法
分类号: P334.92
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

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。

全文目录

前言  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-25
  1.1 研究背景  11-14
    1.1.1 气候变化研究与分布式水文模型  11-12
    1.1.2 LUCC研究与分布式水文模型  12-13
    1.1.3 PUB研究与分布式水文模型  13
    1.1.4 选题的目的和意义  13-14
  1.2 国内外的研究现状  14-16
    1.2.1 国外研究进展  14-15
    1.2.2 国内研究进展  15-16
  1.3 剖析分布式水文模型  16-23
    1.3.1 研究进展  16-17
    1.3.2 建模基础  17-18
    1.3.3 模型结构  18-20
    1.3.4 参数确定  20-21
    1.3.5 单元划分  21
    1.3.6 算法实现  21-22
    1.3.7 资料及其它  22-23
  1.4 主要内容和技术路线  23-25
第二章考虑土壤水再分布的混合产流模型  25-48
  2.1 模型设计  25-29
    2.1.1 入渗研究概述  25-27
    2.1.2 土壤水及其数学描述  27-29
    2.1.3 模型设计方案  29
  2.2 土壤水垂向运动数学模型  29-37
    2.2.1 差分方案  30-32
    2.2.2 三对角方程组的自动求解  32-33
    2.2.3 土壤特性  33-35
    2.2.4 四种边界条件  35-37
  2.3 蓄满／超渗混合产流模型  37-43
    2.3.1 冠层截留计算  37-39
    2.3.2 产流计算  39-41
    2.3.3 敏感土层厚度与空间步长  41-43
    2.3.3 模型产流特性分析  43
  2.4 模型检验  43-46
    2.4.1 数学模型的定性检验  44
    2.4.2 数学模型的定量检验  44-46
  2.5 本章小结  46-48
第三章土壤热传导模型  48-60
  3.1 土壤热特性描述  48-50
    3.1.1 比热容  48
    3.1.2 导热率  48-49
    3.1.3 导温率  49-50
  3.2 土壤热流及求解  50-56
    3.2.1 解析解与土壤温度变化特性  50-51
    3.2.2 数值解概述  51-52
    3.2.3 求解方法的选择  52-54
    3.2.4 上边界条件  54-55
    3.2.5 模型验证  55-56
  3.3 关于水热耦合的讨论  56-58
    3.3.1 温度对土壤水的影响  57
    3.3.2 土壤水对温度的影响  57-58
  3.4 地表热通量对蒸发能力的影响  58-59
  3.5 本章小结  59-60
第四章蒸发计算  60-80
  4.1 蒸发模型设计  60-62
    4.1.1 概述  60
    4.1.2 陆面蒸发的直接计算  60-61
    4.1.3 陆面蒸发的间接计算  61-62
    4.1.4 模型设计方案  62
  4.2 参照蒸散发计算  62-68
    4.2.1 FAO的ET0计算方法  63-65
    4.2.2 在中国的适应性分析  65-66
    4.2.3 参照蒸散发计算的检验  66-68
  4.3 实际蒸散发计算  68-70
    4.3.1 植被系数校正  68
    4.3.2 土壤系数校正  68-69
    4.3.3 实际蒸散发计算的检验  69-70
  4.4 蒸发资料的空间展布研究  70-76
    4.4.1 算法  71-72
    4.4.2 单元辐射量校正  72-74
    4.4.3 校正公式的敏感性分析  74-75
    4.4.4 实用性检验  75-76
  4.5 模型的下渗～蒸发机理检验  76-79
  4.6 本章小结  79-80
第五章概念性逐网格汇流模型  80-97
  5.1 空间描述与汇流架构  80-83
    5.1.1 地表水汇流  80-81
    5.1.2 壤中流汇流  81-82
    5.1.3 地下水汇流  82-83
  5.2 逐单元概念性地表水汇流模型  83-88
    5.2.1 逐单元水流描述  83-84
    5.2.2 过境水量的概化处理  84-85
    5.2.3 汇流框架  85-87
    5.2.4 尺度与单元滞蓄作用  87-88
  5.3 模型的检验与讨论  88-96
    5.3.1 模型特性分析  89-92
    5.3.2 次洪模拟应用分析  92-95
    5.4.3 拓展前景  95-96
    5.4.2 逐网格的慢速径流汇流模型  96
  5.4 总结  96-97
第六章时空尺度问题探讨  97-110
  6.1 水文模型的尺度问题  97-99
    6.1.1 产流理论的尺度问题  97-98
    6.1.2 结构和参数的尺度问题  98-99
  6.2 日雨量的时间尺度解集  99-102
    6.2.1 日降雨时数  100
    6.2.2 日内降雨分型  100
    6.2.3 日内降雨概率  100-101
    6.2.4 应用实例  101-102
  6.3 次网格处理  102-104
    6.3.1 土壤与植被参数  102-103
    6.3.2 降雨产流计算  103-104
  6.4 土壤含水量的空间尺度转换  104-109
    6.4.1 分析  105-106
    6.4.2 应用与检验  106-108
    6.4.3 前景分析  108-109
  6.5 本章小结  109-110
第七章结论与展望  110-114
  7.1 结论  110-111
  7.2 展望  111-114
    7.2.1 降水资料的时空尺度转换  112
    7.2.2 土地覆被与水文过程  112
    7.2.3 虚拟植物研究  112-114
致谢  114-115
参考文献  115-126
攻读博士期间发表的文章  126
攻读博士期间参加的主要项目  126

分布式水文模型理论与方法研究

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