最新hbv水文模型教學(xué)講義ppt課件.ppt

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1、hbv水文模型模型基本原理二HBV模型在徑流模擬中的應(yīng)用三應(yīng)用實(shí)例四概述一HBV水文模型本章小結(jié)五1怪坡21.背景20世紀(jì)70年代，為了開發(fā)水力發(fā)電廠洪水預(yù)報(bào)模型，瑞典國家水文氣象局（SMHI）開發(fā)了HBV模型。當(dāng)時(shí)開發(fā)該模型的主要要求包括：①必須以可靠的科學(xué)理論為依據(jù)；②大多數(shù)流域都能滿足其數(shù)據(jù)需求；③功能盡可能強(qiáng)大又不能太復(fù)雜；④模型結(jié)構(gòu)比較合理；⑤能夠讓使用者易于理解；一、概述3.在我國的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀在我國HBV模型的應(yīng)用和研究比較少，應(yīng)用比較多的是中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，改該所針對西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流做了相關(guān)性研究工作。康爾泗等(19

2、99)根據(jù)徑流形成過程和特征，應(yīng)用HBV概念性水文模型的產(chǎn)流和匯流的基本原理，對HBV模型進(jìn)行改進(jìn)，首先建立了用以模擬出山月徑流量對氣候變化響應(yīng)的模型，對河西走廊黑河山區(qū)流域不同年平均氣溫和年降水量變化趨勢條件下出山徑流的響應(yīng)進(jìn)行了模擬計(jì)算。其次是建立了西北干旱區(qū)內(nèi)陸河出山徑流概念性水文模型，應(yīng)用該模型對河西走廊黑河祁連山北坡的山區(qū)流域水量平衡進(jìn)行了模擬計(jì)算，并對年徑流和月徑流進(jìn)行了預(yù)報(bào)3.在我國的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀另外，康爾泗（2001）根據(jù)黑河流域山區(qū)流域徑流模型對南水北調(diào)西線雅龔江溫波調(diào)水壩址控制流域的水量平衡、融雪徑流、產(chǎn)流和匯流特征以及出山徑流量進(jìn)行模擬計(jì)

3、算和討論，從而為西線南水北調(diào)調(diào)水壩址設(shè)計(jì)徑流量的確定提供了校核依據(jù)和方法。趙彥增等（2007）應(yīng)用HBV模型在半濕潤半干旱的淮河官寨流域進(jìn)行了深入研究，通過連續(xù)8年實(shí)測資料的分析處理、建模參數(shù)率定以及徑流模擬，探討了該模型在我國西北干旱區(qū)的適用性，從徑流過程模擬成果可以看出，結(jié)果比較理想，可以在我國推廣應(yīng)用。二、模型基本原理1.模型結(jié)構(gòu)HBV模型屬于第二代模型，由于致力于用盡可能簡單而合理的結(jié)構(gòu)模擬大多數(shù)主要的產(chǎn)流過程，在眾多模型中間表現(xiàn)的異常突出。HBV模型確切地說是一個(gè)半分布式的概念性水文模型，它把流域分成許多子流域，每個(gè)子流域在根據(jù)高程、水面面積和下墊面類

4、型分成許多徑流帶。根據(jù)流域水系拓樸結(jié)構(gòu)，分別模擬各子流域的徑流過程,確定各子流域產(chǎn)流到達(dá)總流域出口所流經(jīng)的子流域，計(jì)算各子流域徑流到達(dá)總流域的出口時(shí)間，最后根據(jù)匯流時(shí)間疊加總流域產(chǎn)流量，形成流域總出口的徑流過程。2.模型基本原理HBV模型是一個(gè)降雨—徑流模型，它包括了流域尺度上的水文過程的概念性數(shù)值描述。一般水量平衡方程定義為：式中：Ｐ為降水；Ｅ為蒸發(fā)量；Ｑ為流量；SP為雪蓋；SM為土壤含水量；UZ為表層地下含水層；LZ為深層地下含水層;Lakes為水體體積。HBV模型包括一系列自由參數(shù)，其值可以通過率定得到。同時(shí)也包括一些描述流域和氣候特征的參數(shù)，它們的值在模

5、型率定是假定不變。子流域的劃分使得在一個(gè)子流域中可能有很多參數(shù)值。雖然在大多數(shù)應(yīng)用中，各子流域之間參數(shù)值只有很小的變化，但仍應(yīng)慎重選取這些參數(shù)。HBV模型主要包括三個(gè)子程序：積雪及融雪模塊在上層、土壤含水量計(jì)算在中層、響應(yīng)路線在底層。2.模型基本原理2.模型基本原理模型概念圖2.模型基本原理P-降水T-溫度SF-積雪Z-高程PCALTL-高程修正閾值TTL-溫度步長閾值IN-入滲EP-潛在蒸散發(fā)EA-實(shí)際蒸散發(fā)EI-截留蒸散發(fā)SM-土壤含水量FC-土壤平均蓄水量LP-潛在蒸發(fā)上限BEFA-土壤消退系數(shù)R-補(bǔ)給CFLUX-毛管上升水UZ-表層含水層LZ-地下含水層

6、PERC-滲漏K-壤中流消退系數(shù)ALFA-壤中流消退指數(shù)K4-地下徑流消退系數(shù)Q0，Q1-徑流組成HQ-高流量參數(shù)KQH-HQ對應(yīng)的消退系數(shù)UZHQ-高流量下的表層水庫含水量Q0=K*UZ^(1+ALFA)Q1=K4*LZQ=Q1+Q02.(1)數(shù)據(jù)要求和修正最流行的SMHI版HBV模型中，降雪程序通常以日數(shù)據(jù)運(yùn)行，但只要數(shù)據(jù)允許，更高精度也同樣可行。一般數(shù)據(jù)需求包括子流域劃分和連接，高程和土地被覆，以及降水和氣溫時(shí)間序列資料（某些站點(diǎn)需要流量觀測時(shí)間序列）。其他版本的模型可能要求更多輸入數(shù)據(jù)。土壤含水量計(jì)算程序需要的數(shù)據(jù)是潛在散發(fā)（PE）通常月平均標(biāo)準(zhǔn)值已經(jīng)足

7、夠，如果有更詳細(xì)的數(shù)據(jù)也適用。同一地區(qū)各子流域的平均氣候資料通過一個(gè)簡單計(jì)算權(quán)重的程序獨(dú)立計(jì)算，權(quán)重結(jié)果由氣候和地形因素或幾何方法（如泰森多邊形法）確定。氣候輸入數(shù)據(jù)需進(jìn)一步經(jīng)過高程遞減率參數(shù)校正，氣溫遞減率通常設(shè)定為海波每上升100m氣溫降低0.6℃。降水遞減率于地形關(guān)系密切，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛞蛩卦O(shè)定荷蘭氣候?qū)W家A·H·Thiessen提出了一種根據(jù)離散分布的氣象站的降雨量來計(jì)算平均降雨量的方法，即將所有相鄰氣象站連成三角形，作這些三角形各邊的垂直平分線，于是每個(gè)氣象站周圍的若干垂直平分線便圍成一個(gè)多邊形。用這個(gè)多邊形內(nèi)所包含的一個(gè)唯一氣象站的降雨強(qiáng)度來表示這

8、個(gè)多邊形區(qū)域內(nèi)的降雨強(qiáng)度