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高等水文学总结 高等水文学 武汉大学 目录 刘德地篇集总式模型 (1) 1.新安江模型 (1) 2.新安江模型和超渗-蓄满兼容产流模型，在水源划分上有何不同？ (2) 3.新安江三水源产流模型参数率定目标函数表达式,及其参数含义. (3) 4. 在流域水文模型建模中，目标最佳拟合的准则常具体化为一个目标函数常用的目标函数： (3) 5.水文系统模型 (4) 6.集总式水文模型和分布式水文模型的最主要区别是什么？ (6) 熊立华篇TOPMODEL (6) 1. 产汇流机制： (6) 2. TOPMODEL的三大假设： (7) 3. 湿度指数表达式及含义 (7) 4.地貌指数： (8) 张翔篇 (8) Part 1下渗： (8) 1.土壤的热力学性质及其物理含义李翔泉版P13） (8) 2. 土壤的分维特征可以由哪些指标表示？Koch曲线的分维计算？（李翔泉版P16） (8) 3. 升尺度问题： (8) 4.遥感监测土壤水分的主要方法 (9) 5.遥感监测土壤水分的几个主要问题 (9) Part 2 蒸散发 (10) 1.蒸散发主要研究方法： (10) 2.蒸发互补关系（P18） (10) 3. 蒸发悖论（P19） (10) 4. 遥感观测蒸散： (10) 5. SEBAL模型： (12) 6.遥感研究蒸散的问题： (12) 7.遥感蒸发模型： (13) 8. 区域遥感蒸散发模型 (13) 9.野外观测蒸发的主要方法有哪些？与传统的水文与气象观测蒸发相比较，遥感观测蒸发有哪些特点？(1)野外观测蒸散发的主要方法包括： (13) 10. 影响降水的主要因素有哪些？(按分值选择答题要点) P3（李翔泉版） (14) 11. 简述你所了解的目前与水循环有关的水文学研究问题。

(14) 12.简述人类活动对水循环的影响 (15) 张利平篇气候变化评价 (15) P1. 亟待研究的四个关注点： (15) P2. 关键科学问题: (16) P3. 汇报提纲： (16) 1.气候变化对区域水资源影响评价方法：What-if 模式： (16) 3水资源系统对气候变化的敏感性、脆弱性以及适应性各自的定义是什么？研究方法有哪些？ (18) 刘德地篇集总式模型 1.新安江模型 新安江模型的核心是蓄水容量曲线，认为湿润地区主要的产流方式为蓄满产流结构设计为分散性的，分为蒸散发计算、产流计算、分水源计算和汇流计算四个层次 (1)蒸散发计算 按土壤垂向分布不均匀性将土层分为三层，用三层蒸散发模型计算： ①上层按蒸散发能力蒸发，上层含水量不足时，剩余蒸散发能力从下层蒸发 ②下层蒸发与蒸散发能力、下层含水量成正比，与下层蓄水容量成反比要求 计算的下层蒸散发量与剩余蒸散发能力之比不小于深层蒸散发系数；否则，不足部分由下层含水量补充 ③当下层不够时，用深层含水量补充。

(2)产流计算 蓄满产流模型：降水在满足田间持水量以前不产流，所有的降水都被土壤吸收；降水在满足田间持水量以后，所有的降水(扣除同期蒸发量)都产流 新安江模型采用蓄水容量——面积分配曲线来考虑土壤缺水量分布不均匀的问题新安江模型中采用抛物线形式，可以以此确定降雨空间分布均匀情况下蓄满产流的总径流量 (3)分水源计算 二水源：霍顿产流概念：当包气带土壤含水量达到田间持水量后，稳定下渗量成为地下径流量RG，其余成为地面径流RS，采用稳定下渗率f c进行划分 三水源：用自由水蓄水库结构解决水源划分问题将蓄满产流计算出的总径流量R，先进入自由水蓄水库调蓄，再划分水源产流面积上自由蓄水库设置两个出口，一个为旁侧出口，形成壤中流RI；另一个为向下出口，形成地下径流RG壤中流调蓄作用大的流域，设置壤中流蓄水库因产流面积变化，自由蓄水水库的底宽是变化的，采用流域自由水蓄水容量——面积分配曲线来考虑自由水蓄水容量分布不均问题 (4)汇流计算 二水源：地表径流采用单位线法；地下径流可采用线性水库或滞后演算法 三水源：地表径流可采用单位线法或线型水库法；壤中流采用线性水库或滞后演算法；地下径流采用线性水库。

单元面积河网汇流：线性水库或滞后演算法 单元面积以下河道汇流：马斯京根分段演算法 补充：霍顿产流机制正确的阐明了自然界均质包气带产流的物理条件，这就是：（1）超渗地面径流产生的条件是降雨强度大于地面下渗能力根据这一条件，只要已知任一时刻的降雨强度和地面下渗能力，就可判定该时刻是否产生超渗地面径流 （2）地下水径流产生的条件是整个包气带达到田间持水率在下渗过程中，包气带自上而下依次达到田间持水率整个包气带达到田间持水率意味着整个土层达到稳定下渗此后包气带中的自由重力水便可从地面一直下渗到地下水面因此，当整个包气带达到田间持水率时，就会出现这样的情况：当降雨强度大于包气带的稳定下渗率时，降雨强度中等于稳定下渗率部分将以自由重力水形式到达地下水面，成为地下水径流，余下部分成为包气带达到田间持水率后的超渗地面径流；当降雨强度小于或等于包气带稳定下渗率时，全部降雨成为地下水径流 2.新安江模型和超渗-蓄满兼容产流模型，在水源划分上有何不同？ 新安江模型的水源划分：分为二水源和三水源两种，具体表述如上 混合模型水源划分：采用敞开式自由水水箱按比例划分，产生的地面以下径流首先进入自由水水箱补充自由水S，然后通过壤中流和地下径流出流孔按比例系数计算出流。

混合模型产流：混合模型是把超渗产流和蓄满产流进行组合的一种方法雨量P到达地面，首先通过空间分布的下渗曲线，划分为地面径流RS和下渗水量FA，F A在向下的运动过程中，在土壤缺水量大的面积上，补充土壤含水量，不产流；在土壤缺水量的面积上，补充土壤缺水量后，产生地面以下径流RR 地面径流RS取决于雨强和前期土湿，可用超渗产流模式；地面以下径流RR （包括壤中流和地下径流）取决于前期土壤含水量W和下渗水量F A，属蓄满产流模式 3.新安江三水源产流模型参数率定目标函数表达式,及其参数含义. (1) 目标函数表达式： 式中：j为正整数，一般取1或2；w为参数向量；R7为7维实数空间域；R ci为模型计算产流量；R0i为实测产流量 (2) 模型参数含义： KC流域蒸散发折算系数； UM为上层张力水容量； LM为下层张力水容量； C为深层蒸散发折算系数； WM为流域平均张力水容量； B 为张力水蓄水量曲线方次； IM为不透水面积占流域面积的比例 4. 在流域水文模型建模中，目标最佳拟合的准则常具体化为一个目标函数。

常用的目标函数： (1)误差平方和最小准则(最小二乘法准则)： 使观测的径流值与模拟的径流值之间的离差平方和最小 (2)误差绝对值和准则： 能够估计总量误差的大小，这对拟合良度是一种很好的判断 (3)确定性系数准则： (4)洪峰预报合格率准则： 洪峰预报合格率： 洪峰预报相对误差： 洪峰预报合格率： 5.水文系统模型 (1)总径流线性响应模型(TLR) 记流域的总降雨过程为x (t ), 流域出口的总观测流量过程为y (t ),流域的响应函数为h (t ).若假定流域是一个线性、时不变、集总的确定性水文系统，则总径流响应模型的系统方程可以用下列下行卷积方程来表达： ()()()0t y t h x t d τττ=-? 将其离散化，得 ()()()11m i Y k H i X k i ==-+∑ 式中，m 是流域记忆长度，X (k -i +1)指离散化的第(k -i +1)个时段的平均降雨，Y (k )是离散化后第k 个时段的出口断面径流，H (i )是第i 个时段的系统响应函数。

(2)线性扰动模型(LPM) 何谓Nash 线性扰动模型（LPM ）？其基本假定是什么？建立线性扰动模型的基本步骤是什么？ 基本假定：水文系统输入的扰动项()()d X k I k I =-与输出的扰动项()()d Y k Q k Q =-之间存性关系，而输入输出的季节均值之间~d d I Q 的关系未作假定 Nash 线性扰动模型：基于以上假定，将如下三个方程组合得到的模型为线性扰动模型 ()()()()11m j Y k H j X k j e k ==-++∑ ()()d X k I k I =- ()()d Y k Q k Q =- 其中()e k 为误差项 基本步骤： LPM 模型的建立主要由计算平滑了的季节均值I d , Q d 和识别LPM 模型的响应函数两部分组成 1.由观测资料分别计算水文系统输入输出的序列样本的季节均值I d , Q d , d = 1, 2, …, 365. 2.采用一定的数学方法将求得的季节均值光滑化，目前常用的方法为傅里叶级数 3.计算输入扰动项()()d X k I k I =-和输出扰动项()()d Y k Q k Q =-，形成线性系统方程。

4.采用与线性总径流模型相同方法，由最小二乘法识别LPM 模型的响应函数 5.一旦响应函数已经求得，便可利用输入的扰动值X (k )计算输出的扰动项Y ?(k ). 6.由此计算出流序列Q (k ) = Q d + Y (k ). 6.集总式水文模型和分布式水文模型的最主要区别是什么？ 最主要区别为集总式忽略水文现象在空间分布上的差异，分布式考虑水文现象在空间分布上的差异具体表现为以下几方面： 结构的区别：集总式水文模型不考虑水文现象或要素空间分布，将整个流域作为一个整体进行研究，整个流域的产汇流机制相同而分布式水文模型则全面考虑降雨和下垫面空间不均匀性，根据地理要素对水文过程的作用机制，把研究区域划分为大量的基本单元，如栅格网、不规则三角网等，同一单元内具有一定的自然地理要素特征和水文特征，产流计算不同 参数的区别：集总式水文模型的变量和参数通常采用流域内的平均值，通常模型参数不能实际测量到，必须通过率定才能获得分布式水文模型则根据各网格的坡度、糙率和土壤等情况来确定模型参数，具有明确物理意义，可以更加准确详尽的描述和反映流域内真实的水文过程；模型参数的空间分布能够反映下垫面自然条件的空间变化。

模型输入输出的区别：集总式模型输入的降雨在流域内。