分布式水文模型理論與方法

前言

水文科學(xué)是關(guān)于地球上水的起源、存在、分布、循環(huán)、運(yùn)動(dòng)等變化規(guī)律，以及運(yùn)用這些規(guī)律為人類服務(wù)的知識(shí)體系。水文模型就是以水文循環(huán)過(guò)程為研究對(duì)象的模型，目前的流域水文模型廣泛應(yīng)用于水文模擬、水文預(yù)報(bào)、水資源規(guī)劃與管理、產(chǎn)沙輸沙、污染物運(yùn)移等領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)中。隨著高新技術(shù)的引進(jìn)、相關(guān)學(xué)科的滲透以及水文科學(xué)研究的深入，分布式水文模型近些年來(lái)取得了極大的進(jìn)步和發(fā)展，其應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大，并因其對(duì)水文過(guò)程及其影響因素的空間描述而廣受水文研究者的青睞。分布式水文模型通過(guò)將研究區(qū)域劃分為大量的基本單元（如柵格網(wǎng)、不規(guī)則三角網(wǎng)等）來(lái)考慮各種水文響應(yīng)影響因素的空間分布，并以GIS、RS、雷達(dá)等空間分布的信息為數(shù)據(jù)源，可以在一定程度上解決無(wú)資料或缺資料地區(qū)的水文模擬問(wèn)題。分布式水文模型以其信息源的優(yōu)勢(shì)，可以較為方便地用于研究下墊面變化（包括地表覆被、人類活動(dòng)等的時(shí)空變異性）對(duì)水循環(huán)過(guò)程以及水資源的影響；以其結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，便于與氣候模式和氣象模型耦合，進(jìn)一步研究氣候變化對(duì)水資源的影響；同時(shí)，由于分布式水文模型的數(shù)據(jù)源輸入多為分布式的，它可以充分考慮降水、氣溫等氣象因素的空間分布，進(jìn)一步確定徑流、水資源的空間分布，為水資源的管理和水災(zāi)害的防治提供科學(xué)的時(shí)空信息和參考。然而，在目前分布式水文模型的研究和應(yīng)用中，還面臨著非線性、尺度、唯一性、等效性和不確定性等問(wèn)題。本書為作者多年從事水文規(guī)律模擬及分布式水文模型研究過(guò)程中所積累的一些研究成果，研究?jī)?nèi)容涉及分布式水文模擬的空間信息提取、尺度、資料時(shí)空分布的影響等問(wèn)題，以及產(chǎn)匯流過(guò)程自身的一些理論研究。另外魏林宏博士、池宸星碩士等也參與了本書的部分研究和編寫工作。

內(nèi)容概要

本書為作者多年從事水文規(guī)律模擬及分布式水文模型研究過(guò)程中所積累的一些研究成果總結(jié)，研究?jī)?nèi)容涉及分布式水文模擬的空間信息提取、尺度、資料時(shí)空分布的影響等問(wèn)題，以及產(chǎn)匯流過(guò)程自身的一些理論研究。全書共十三章，可分為三大部分，第一部分主要介紹基于DEM的流域特征提取研究，涉及單一信息和復(fù)合信息的流域特征提取、集水面積閾值確定等內(nèi)容；第二部分針對(duì)分布式水文模型中的尺度問(wèn)題和資料空間分布情況對(duì)水文過(guò)程的影響進(jìn)行了初步的研究；第三部分主要介紹了分布式模型的結(jié)構(gòu)，針對(duì)土壤水再分布、土壤熱傳導(dǎo)、蒸發(fā)、產(chǎn)流、匯流等分布式水文模擬中的細(xì)節(jié)進(jìn)行了描述和研究。    本書可供水文學(xué)、水資源、氣象、水利工程等學(xué)科的科研人員、從事水資源管理的技術(shù)人員以及高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

作者簡(jiǎn)介

郝振純(1958．3—)，博士，教授，博士生導(dǎo)師。1982年畢業(yè)于華東水利學(xué)院陸地水文專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位。1984年畢業(yè)于該校工程水文水資源專業(yè)，獲碩士學(xué)位，同年留校任教。1989年獲河海大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。1989-2003年參加水資源開發(fā)利用國(guó)家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理工作，任實(shí)驗(yàn)室

書籍目錄

前言 第1章 緒論   1.1 流域水文模型   1.2 分布式水文模型   1.3 全球變化與分布式水文模型   1.4 關(guān)鍵技術(shù)和科學(xué)問(wèn)題   1.5 本書研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu) 第2章 空間數(shù)據(jù)分析方法   2.1 空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征描述   2.2 空間數(shù)據(jù)插值技術(shù)   2.3 空間數(shù)據(jù)的聚合方法   2.4 實(shí)例研究 第3章 基子DEM的流域特征提取   3.1 數(shù)字高程模型   3.2 基本地形因子的數(shù)學(xué)計(jì)算方法   3.3 數(shù)字流域地形特征提取   3.4 基于ArcHydro的數(shù)字河網(wǎng)提取 第4章 多源信息提取流域特征方法研究   4.1 標(biāo)量河道法理論   4.2 標(biāo)量河道矢量化方法研究   4.3 標(biāo)量河道法的應(yīng)用與比較   4.4 小結(jié) 第5章 集水面積閾值研究   5.1 流域匯流對(duì)閾值的敏感性   5.2 常用閾值確定方法分析   5.3 根據(jù)數(shù)字化的實(shí)際水系確定閾值   5.4 閾值空間分布規(guī)律的初步分析   5.5 小結(jié) 第6章 空間分辨率與取樣方式對(duì)DEM流域特征提取的影響   6.1 流域特征的提取   6.2 空間分辨率對(duì)DEM流域特征提取的影響   6.3 取樣方式對(duì)DEM流域特征提取的影響   6.4 DEM的信息熵評(píng)價(jià)   6.5 分辨率改變與信息損失   6.6 小結(jié) 第7章 DEM分辨率的變化對(duì)徑流模擬的影響   7.1 研究進(jìn)展   7.2 不同分辨率DEM對(duì)提取的流域水文特征的影響   7.3 基于DEM的分布式水文模型   7.4 DEM分辨率對(duì)徑流模擬的影響   7.5 小結(jié) 第8章 降雨的時(shí)間和空間變化對(duì)徑流模擬的影響   8.1 相關(guān)研究   8.2 水文模型   8.3 數(shù)據(jù)資料和研究方法   8.4 降雨空間變化對(duì)模擬結(jié)果的影響   8.5 降雨時(shí)間分辨率變化對(duì)徑流模擬的影響   8.6 小結(jié) 第9章 考慮土壤水再分布的混合產(chǎn)流模型   9.1 產(chǎn)流模型   9.2 土壤水垂向運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型   9.3 蓄滿／超滲混合產(chǎn)流模型   9.4 模型檢驗(yàn)   9.5 小結(jié) 第10章 土壤熱傳導(dǎo)模型   10.1 土壤熱特性描述   10.2 土壤熱流及求解   10.3 關(guān)于水熱耦合的討論   10.4 地表熱通量對(duì)蒸發(fā)能力的影響   10.5 小結(jié) 第11章 流域蒸散發(fā)分布式計(jì)算   11.1 蒸發(fā)模型   11.2 參照蒸散發(fā)量計(jì)算方法   11.3 實(shí)際蒸散發(fā)計(jì)算   11.4 蒸發(fā)的空間分布研究   11.5 模型的下滲-蒸發(fā)機(jī)理檢驗(yàn)   11.6 小結(jié) 第12章 概念性逐網(wǎng)格匯流模型   12.1 空間描述與匯流架構(gòu)   12.2 逐單元概念性地表水匯流模型   12.3 模型的檢驗(yàn)與討論   12.4 小結(jié) 第13章 基于圣維南方程組的逐網(wǎng)格匯流演算   13.1 圣維南方程組及其求解   13.2 數(shù)字流域上的坡面匯流   13.3 數(shù)字流域上的河道匯流   13.4 逐網(wǎng)格流域匯流   13.5 次尺度的時(shí)空迭代步長(zhǎng)選擇   13.6 小結(jié) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：全球氣候系統(tǒng)非常復(fù)雜，影響氣候變化的因素非常多，驅(qū)動(dòng)全球變化的最終能源是太陽(yáng)能，能量和水以各種方式貫穿于整個(gè)體系。同時(shí)，全球生態(tài)系統(tǒng)中主要由人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的土地利用和土地覆蓋的變化、陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)的變化正在全球加速發(fā)展著，并通過(guò)氣候一植被的相互作用影響著氣候的變化。全球環(huán)境變化以及可持續(xù)發(fā)展涉及自然和人文多方面的問(wèn)題，是自然與人文過(guò)程交叉最為密切的問(wèn)題。因此在眾多的全球變化問(wèn)題中，土地利用／土地覆被變化（LUCC）的研究亦顯得尤為重要。氣候?qū)λh(huán)的影響有直接和間接兩種：直接影響主要來(lái)自大氣環(huán)流變化引起的降水時(shí)空分布、強(qiáng)度和總量的變化，雨帶的遷移以及氣溫、空氣濕度、風(fēng)速的變化等；間接的影響主要來(lái)自陸面過(guò)程，在太陽(yáng)輻射和大氣強(qiáng)迫的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)生在陸面上的熱力過(guò)程、動(dòng)量交換過(guò)程和水文過(guò)程不斷變化，它們的相互反饋引發(fā)了不同時(shí)空尺度的降水、土壤水、蒸發(fā)及地表水和地下水的變化。土地利用／覆被變化代表了一種人為的“系統(tǒng)干擾”，是直接或間接影響水文過(guò)程的第二個(gè)主要邊界條件。在一定的條件下土地利用／覆被變化和全球變化的其他要素一樣，會(huì)對(duì)水量與水質(zhì)起到相當(dāng)?shù)挠绊?，它們可以引起洪澇、干旱、河流與地下水動(dòng)態(tài)變化以及對(duì)水質(zhì)的變化。

編輯推薦

《分布式水文模型理論與方法》由科學(xué)出版社出版。

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