分布式水文模型EasyDHM

前言

20世紀(jì)以來水資源問題日益突出，為了提高水資源管理水平和科技水平，“數(shù)字流域”建設(shè)正在日益興起。模型建設(shè)尤其是水文模型建設(shè)是“數(shù)字流域”的核心內(nèi)容和基礎(chǔ)工作。水文模型可分為集總式模型（1umped model）和分布式模型（distributed model）兩種。集總式模型不考慮各部分流域特征參數(shù)在空間上的變化，把全流域作為一個整體；分布式模型則按流域各處地形、土壤、植被、土地利用和降水等的不同，將流域劃分為若干個水文模擬單元，在每一個單元上用一組參數(shù)反映該部分的流域特性。為了適應(yīng)氣候變化和人類活動雙重影響下的水資源管理需求，分布式水文模型已成為水文模擬的重要發(fā)展趨勢，但目前分布式水文模型在實際應(yīng)用中仍存在諸多困難。例如，建模復(fù)雜、計算效率低和參數(shù)識別困難等，導(dǎo)致模型的應(yīng)用大多停留在專業(yè)科研領(lǐng)域，缺乏在實際水管理業(yè)務(wù)中應(yīng)用。分布式水文模型Easy DHM（Easy Distributed Hydrological。Model）是作者等人研發(fā)的，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的分布式水文模型及其軟件系統(tǒng)，力圖打造能夠真正服務(wù)于實際水管理業(yè)務(wù)，功能強(qiáng)大而操作簡便的易用型分布式水文模型。Easy DHM是包括水循環(huán)過程模擬核心模型、參數(shù)自動識別模型，以及相關(guān)的模型數(shù)據(jù)前處理、結(jié)果分析工具等的分布式水文模型軟件系統(tǒng)平臺，具有功能完整、技術(shù)先進(jìn)、操作簡便、嵌入方便等特點，可以滿足資源評價、洪水預(yù)報和流域水資源調(diào)配等實際水管理業(yè)務(wù)的需要。Easy DHM模型水循環(huán)過程模擬核心模型采用模塊化和組件式的開發(fā)思想，包括產(chǎn)流、匯流、蒸發(fā)、地下水等在內(nèi)的各個計算模塊均可以支持多種算法，如Wetspa、新安江模型、Hyrood、Topmodel等多種產(chǎn)流計算方式，以及擴(kuò)散波、運(yùn)動波、馬斯京根法、變儲量法等多種匯流計算方式，增強(qiáng)了水循環(huán)過程模擬的靈活性和擴(kuò)展性，并可以支持多種空間結(jié)構(gòu)（網(wǎng)格、子流域內(nèi)計算單元）。

內(nèi)容概要

EasyDHM(Easy Distributed Hydrological Model)是中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所雷曉輝等人研發(fā)的，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的分布式水文模型系統(tǒng)。包括水循環(huán)過程模擬核心模型、參數(shù)自動識別模型，以及相關(guān)的模型數(shù)據(jù)前處理、結(jié)果分析工具等的分布式水文模型軟件系統(tǒng)平臺，具有功能完整、技術(shù)先進(jìn)、操作簡便、嵌入方便等特點，可以滿足資源評價、洪水預(yù)報和流域水資源調(diào)配等實際水管理業(yè)務(wù)的需要。    全書由13章構(gòu)成，共分為五部分。第一部分包括第l～2章，對分布式水文模型研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，提出了基于EasyDHM模型的流域水循環(huán)模擬模型體系。第二部分包括第3～7章，介紹了EasyDHM模型的理論方法及相關(guān)的幾個關(guān)鍵技術(shù)，包括基于DEM的水文分析、子流域劃分、氣象數(shù)據(jù)時空展布、參數(shù)識別和實時洪水預(yù)報等。第三部分包括第8～11章，介紹了EasyDHM模型在漢江流域、南水北調(diào)中線受水區(qū)、嫩江、珠江的應(yīng)用。第四部分包括第12章，介紹了為EasyDHM模型開發(fā)的軟件系統(tǒng)MWEasyDHM。第五部分包括第13章，對EasyDHM模型系統(tǒng)進(jìn)行了總結(jié)，并對將來的研究及模型系統(tǒng)開發(fā)給出了一個方向。    本書可供水利、地理、生態(tài)、環(huán)境等相關(guān)專業(yè)的教師和研究生以及水資源規(guī)劃、調(diào)度與管理領(lǐng)域的技術(shù)人員參考使用。

書籍目錄

前言1  分布式水文模型研究綜述  1.1  水文模型的發(fā)展歷程  1.2  分布式水文模型技術(shù)支撐  1.3  水文模型的分類  1.4  分布式水文模型研究進(jìn)展  1.5  分布式水文模型的應(yīng)用領(lǐng)域  1.6  典型分布式水文模型  1.7  分布式水文模型存在的主要問題  1.8  分布式水文模型發(fā)展趨勢  1.9  分布式水文模型相關(guān)軟件系統(tǒng)2  流域水循環(huán)模擬模型體系  2.1  流域水循環(huán)系統(tǒng)及其劃分  2.2  流域水循環(huán)模擬面臨的問題及求解模型體系  2.3  結(jié)論3  分布式水循環(huán)模擬模型EasyDHM理論方法  3.1  EasyDHM模型框架  3.2  EasyDHM模型空間結(jié)構(gòu)及空間單元劃分  3.3  EasyDHM模型輸入數(shù)據(jù)空間離散  3.4  EasyDHM水循環(huán)過程模擬  3.5  EasyDHM模型參數(shù)推求  3.6  EasyDHM參數(shù)識別  3.7  EasyDHM模型建模流程  3.8  小結(jié)4  基于DEM的水文分析技術(shù)  4.1  數(shù)字高程模型(DEM)  4.2  基于DEM的水文分析  4.3  結(jié)論5  分布式水文模型子流域劃分方法  5.1  水文模型空間離散方法  5.2  子流域劃分方法  5.3  通用復(fù)雜流域／區(qū)域的子流域劃分方法PGsDM  5.4  漢江流域應(yīng)用實例  5.5  南水北調(diào)中線受水區(qū)應(yīng)用實例  5.6  松遼流域應(yīng)用實例  5.7  小結(jié)6  分布式水文模型氣象數(shù)據(jù)時空展布技術(shù)  6.1  空間展布方法  6.2  時間插值方法  6.3  實例應(yīng)用  6.4  結(jié)論7  分布式水文模型參數(shù)識別及率定方法  7.1  水文模型參數(shù)敏感性分析方法綜述  7.2  水文模型參數(shù)率定方法綜述  7.3  水文模型參數(shù)不確定性研究進(jìn)展  7.4  LH-OAT方法及SCE-UA方法在AutoWEP模型中的應(yīng)用  7.5  MosCEM-UA方法在EasyDHM模型中的應(yīng)用  7.6  NSGA Ⅱ方法在EasyDHM模型中的應(yīng)用8  EasyDHM模型在漢江流域的應(yīng)用  8.1  流域概況  8.2  基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備  8.3  流域的空間離散  8.4  氣象要素空間展布  8.5  模型參數(shù)率定  8.6  模型驗證期模擬結(jié)果分析  8.7  氣候變化條件及人類活動影響下漢江上游徑流響應(yīng)情況分析  8.8  小結(jié)9  EasyDHM模型在南水北調(diào)中線受水區(qū)的應(yīng)用  9.1  南水北調(diào)中線受水區(qū)概況  9.2  南水北調(diào)中線受水區(qū)模擬范圍的確定  9.3  基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備  9.4  南水北調(diào)中線受水區(qū)分布式水文模型建立  9.5  結(jié)論10  EasyDHM模型在嫩江洪水預(yù)報中的應(yīng)用  10.1  洪水預(yù)報技術(shù)發(fā)展綜述  10.2  洪水預(yù)報誤差  10.3  洪水預(yù)報實時校正技術(shù)  10.4  洪水預(yù)報研究展望  lO.5  EasyDHM模型在嫩江洪水預(yù)報中的應(yīng)用11  EasyDHM模型在珠江典型喀斯特流域的應(yīng)用  11.1  概述  11.2  研究區(qū)概況  11.3  喀斯特流域水文模擬方法  11.4  基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備  11.5  EasyDHM模型構(gòu)建  11.6  本章小結(jié)12  EasyDHM分布式水文模型軟件系統(tǒng)——MWEasyDHM  12.1  MWEasyDHM系統(tǒng)開發(fā)  12.2  MWEasyDHM系統(tǒng)主要功能  12.3  本章小結(jié)13  結(jié)語  13.1  小結(jié)  13.2  需要進(jìn)一步研究的問題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.2.1 地理信息系統(tǒng)與分布式水文模型地理信息系統(tǒng)（Geographical In formation System，GIS）是采集、存儲、分析和顯示空間信息的計算機(jī)系統(tǒng)，是處理和分析地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。GIS提供的空間分析功能，如空間數(shù)據(jù)的疊加分析、緩沖區(qū)分析、表面分析以及數(shù)字地形分析等功能，在水文建模中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。分布式水文模型的發(fā)展極大地得益于GIS的成熟和日趨強(qiáng)大的功能。GIs對于分布式水文模型的作用主要體現(xiàn)在兩個方面：分布式水文模型的相關(guān)數(shù)據(jù)處理和分布式水文模型的系統(tǒng)集成。（1）GIS技術(shù)在分布式水文模型中的應(yīng)用根據(jù)GIs在水文模型運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮作用的階段，其數(shù)據(jù)處理功能又可以劃分為兩類：前處理和后處理。所謂前處理指的是將不同投影和比例尺的數(shù)字地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)并提供復(fù)雜的地圖疊加分析和空間分析功能，為水文模型處理輸入數(shù)據(jù)；后處理指的是將水文模型輸出可視化和再分析。分布式水文模型對流域水文過程的物理描述要求模型的輸入數(shù)據(jù)能夠充分反映流域空間的水文異質(zhì)性。此外，分布式水文模型的輸出結(jié)果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的降水一徑流模型，其輸出更多的是如流域內(nèi)不同深度的土壤含水量、地下水埋深或者污染物濃度等空間分布式信息，這些都不是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)制備和處理方法所能解決的，GIS可以解決以上問題。GIs在分布式水文模型中發(fā)揮著重要作用，包括：①空間數(shù)據(jù)管理。GIS能夠統(tǒng)一管理與分布式水文模型相關(guān)的大量空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)查詢、檢索、更新以及維護(hù)等方面的功能。②水文特征提取。如利用地形數(shù)據(jù)計算坡度、坡向、流域劃分以及河網(wǎng)提取等。

編輯推薦

《分布式水文模型Easy DHM》是由中國水利水電出版社出版的。

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