數(shù)字流域論文

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1、數(shù)字流域基礎(chǔ)讀書報告18世紀“工業(yè)革命”以來，人類文明加速發(fā)展、人口急劇增產(chǎn)生了資源短缺、環(huán)境惡化和生態(tài)破壞等嚴重問題。而當前我國水資源研究領(lǐng)域則而臨以卜?六個重要科學問題，影響著我國水資源可持續(xù)開發(fā)利用目標的實現(xiàn)：下埜面變化影響流域產(chǎn)匯流和水資源演變的量化方法；全球氣候變化對我國水資源開發(fā)利用的影響；生態(tài)需水量的計算方法；平原區(qū)地下水超采問題；城市洪水與資源環(huán)境問題和水循環(huán)系統(tǒng)的改善對策；人類活動影響下的水資源動態(tài)評價方法。以上六大水資源科學問題均與流域水循環(huán)密切相關(guān)，流域水循環(huán)研究是解決這些科學問題的基礎(chǔ)和前提條件。目前，分布式計算

2、機模擬系統(tǒng)開發(fā)是我們需耍在流域水循環(huán)研究應加強的其中一個方面。1.分布式物理模型的模擬方法分布式物理模型或稱基于物理機制的分布式流域水文模型，從水循環(huán)的動力學機制來描述流域水文問題，可根據(jù)水移動介質(zhì)的物理性質(zhì)推定模型參數(shù)，能夠分析流域下墊面變化后的產(chǎn)匯流變化規(guī)律，并為其他專業(yè)應用模型提供水的流場情報，具有重要應用前景。數(shù)字流域、地理信息系統(tǒng)（GIS）及遙感（RS）技術(shù)為分布式物理模型的應用創(chuàng)造了條件。地理信息系統(tǒng)將圖形顯示、空間分析與數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)相結(jié)合，為分布式水文模擬的大量空間信息數(shù)據(jù)處理及管理提供了強有力的工具。遙感技術(shù)不但能夠提

3、供土地覆蓋及地形等基木空間數(shù)據(jù)，也為模型參數(shù)如葉面指數(shù)（LAI）等的估算提供信息，同時還能對蒸發(fā)量、土壤含水率及地表溫度等進行演算，為模型的驗證創(chuàng)造了條件。2.代表性模型——SWMM模型SWMM（StormWaterManagementModel,暴雨洪水管理模型）最早是在美國EPA（EnvironmentProtectionAgency,環(huán)境保護署）的資助卜,由Metcalf&Eddy,Inc.、WaterResourcesEngineers,Inc.、UniversityofFlorida等單個單位組成的聯(lián)合體經(jīng)過兩年的工作開發(fā)處理

4、的。SWMM是一個動態(tài)的降雨■徑流模擬模型，可以進行城市地區(qū)某一單一的事件或者長期的水質(zhì)和水量的模擬。其徑流部分匯集處理各個了流域降西所產(chǎn)生的徑流和污染負荷；匯流部分則通過管網(wǎng)、河道、諮水和處理設施、水泵、調(diào)節(jié)閘等進行徑流的傳輸。通過計算，SWMM可以得到任一時刻每一個子流域所產(chǎn)生徑流的水質(zhì)和水量；毎一管道、河道中水的流量、水深以及水質(zhì)等情況。SWMM模型一般把對象區(qū)域劃分為若干了流域，每個了流域都有門己的透水區(qū)和不透水區(qū)域，坡面水流口J以在這些不同區(qū)域之間、子流域之間或者排水系統(tǒng)的入口之間匯集流動。SWMM可以進行城市地區(qū)產(chǎn)流相關(guān)的各

5、種水文過程的計算。SWMM同時包含了一套設置靈活的水力學模型，來描述計算徑流和外來水流在管道、渠道、蓄水和處理單元以及分水建筑物等排水管網(wǎng)中的流動。除了模擬徑流的產(chǎn)生與流動外，SWMM還能夠估算伴隨徑流而產(chǎn)生的污染負荷量。3?數(shù)字流域分布式水文模型的應用需要流域內(nèi)部詳細的地形地貌、河網(wǎng)水系、了流域邊界、十?地利用、土壤、地質(zhì)、水文氣象及社會經(jīng)濟等各類空間信息。數(shù)字流域技術(shù)是對流域各類空間信息的數(shù)字化技術(shù)，是分布式水文模型的應用基礎(chǔ)。下面僅為河網(wǎng)水系主產(chǎn)和流域劃分技術(shù)。3.1基于DEM的河網(wǎng)水系生產(chǎn)和流域劃分OTallaghanandM如

6、k首先提出了利用網(wǎng)格型DEM并按最陡坡度方向決定地表匯流方向、生成河道網(wǎng)的方法，成為D8方法。運用D8方法需要考慮流向與河網(wǎng)Z間的緊密聯(lián)系，并月.子流域和河網(wǎng)的各河段也要聯(lián)系在一起。目麗已有許多種算法，這些算法在概念上都很相似，主要區(qū)別在于它們對待平坦區(qū)及洼地上流向的不同處理方法。D8方法無法做到模擬河網(wǎng)和實際河網(wǎng)之間的精確符合。除了基木假定誤差外，還有三個誤差來源可以解釋兩種河網(wǎng)之間的差異：①D8方法本身內(nèi)在的問題；②平坦區(qū)威與洼地的出現(xiàn)；③缺乏湖泊位置信息。①僅僅用8個可能的方向來表示流向意味著在模擬連續(xù)流量場時，僅能使用這8個方向

7、，這導致了地形中實際流路信息的丟失。①由于在DEM屮，缺乏在平坦區(qū)域和洼地屮的流路數(shù)據(jù)，在這些區(qū)域確定流向時需要人為確定流路，具有任意性。因此，在這些區(qū)域建立精確的河網(wǎng)是不口J能的。這種情況在冇緩坡存在的人山谷小尤其突出，特別是無法跟蹤河流的彎道。②在河道比一個單元寬的情況下，用D8方法不能將一個單元的上游區(qū)與它相鄰的單元分開。此外，D8方法不能估算一個河道的寬度是否大于一個單元。以上提到的誤差來自于D8的局限性，D8方法自身無法確定湖泊。為了避開這些主要誤差的來源，就必須用一種不同的方法。一些作者試圖冋避D8方法的局限性。Fairfi

8、eld和Leymarie(1991)致力于對平行流線問題的研究。他們在確定流向的程序屮插入一個隨機的變更程序，這種方法得到的某些方面具有和實際情況相符的外觀，但是得出的結(jié)杲值卻與實際地形特征不符。另一些作者