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流域水文模拟
一、概念
流域水文模拟是对流域上发生的水文过程进行模拟,建成数学模型,在计算机上实现。把流域看成一个系统,已知其输入,要求其输出。在推算中要把系统的状态,即流域上发生的水文过程,模拟计算出来。输入是降雨过程,不包括融雪、水质、泥沙等,因此建立的是降雨径流流域模型,系统的输出是流域出口断面的流量过程。另一个输入是流域的蒸散发能力,其对应输出是流域实际的蒸散发,这样就构成了一个完整的流域水量平衡计算系统。这个系统的状态,就是土壤湿度,河槽与地下水的蓄量,等等。
水文模型有多种类别,有确定性模型与不确定性模型。确定性模型又分为黑箱子模型与概念性模型,我们要用的是概念性模型,也就是要对流域上发生的水文过程进行模拟,是具有物理概念的模型,或可称为白箱子模型。
二、水文方法概述
概念性模型之前,在应用水文学方面,采用着几种类型的方法:1)数学物理方法;2)单位线法;3)经验相关;4)概化推理
2)单位线法
参见:单位线法推求流域出口洪水过程
三、水文模拟技术
水文模拟的方法是对上述四种方法取长补短并结合起来而形成的。所谓模拟,就是把客观条件加以简化,把次要的与偶发的因素去掉,保留主要的与基本的规律部分,根据这种条件建立起有物理意义的方程式或逻辑判断式,进行计算。
概念性模型必然是一个数学模型,能够在计算机上实现,模型与计算机的思路是完全一致的。模型的计算步骤与方法,称为结构,相当于计算机的程序,可以用框图或流程图表示。在模型结构中,需要有一定的参数以具体规定流域的水文特性,这也就相当于计算机程序中需要读进的常量。有了结构域参数之后,流域的水文规律与水文特性就完整地描述出来了,只要有输入,就可以计算出相应的输出。至于模型的状态,则是变量,它完全可以由模型推算出来,不是实测量。
模型就是结构加参数,水文模拟的目的,就在于确定模型的结构和参数。结构是根据我们对水文规律的认识而构造出来的,参数是流域的水文特性,是一些原则上可以实测的水文资料。因此,要决定模型的结构和参数,不一定要有实测的水文资料,只要有地貌地质等方面的资料就可以了。但通常我们都利用实测水文资料来检验结构与参数,并常用优选方法来推求模型的参数,这是一种鉴别性质的方法,用以弥补其他资料之不足。
模型的计算方案不但完全客观,而且完全同意,没有内部矛盾。模型要模拟过程,因此都采用时段递推的格式,一年是各天加起来的,一次是各时段加起来的,其间不存在过程划分上的矛盾。计算方法对任何时段都一律,不会产生推理上的矛盾,只有做到这一点,才使得模型具有普遍意义,其结构可通用于广大地区,其参数具有区域规律性。模型不只是一种工具,而且代表了水文规律,具有科学性。
已知的只有降雨和径流两端,中间过程概无实测资料,因此,不论黑箱子模型也好,经验相关也好,概念模型也好,都是一回事,应用精度也都差不多,只有测出中间过程,进行严格的数学物理方法计算,才能提高水平。概念性模型中的物理概念都是虚拟的,没有经过实测证明的,因此任何方法只要精确度高就行,不必追究其客观规律性与科学性。
流域水文模拟
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