径流量估算综合论述

径流量估算综述第一页，共二十一页。报告结构一、简要介绍径流量。二、流域水文模型概述。三、具体介绍水箱模型。第二页，共二十一页。一、什么是经流量？径流量是指单位时间内流过河流某一过水断面的水量，单位是立方米/每秒。河流的径流量是由多种因素决定的，概括来说有三大因素:一、气象因素，比如降水量、蒸散发量等；二、下垫面因素，比如地形地貌、植物覆被等；三、人为因素，比如对河流筑坝修库、裁弯取直等。第三页，共二十一页。那我们怎样估算径流量？比如，已知某一地区的自然地理要素的性质，以及观测到的一些资料，有的时候面对缺乏观测资料的地区，我们怎样来计算河流的径流量呢?这个问题人类已经探索了几千年了，但近代之前我们得到的径流量知识都是定性的。近代科学兴起后，人们开始对径流量形成的某一环节进行定量计算。直到上世纪五十年代，水文工作者才运用系统的观点提出流域水文模型概念，这之后，流域水文模型就成了计算径流量的一个有力工具。第四页，共二十一页。二、什么是水文模型呢？水文模型就是用数学语言或物理模型对现实水文系统进行刻划或比拟,并在一定的条件下对水文变量的变化进行模拟和预报。建立水文模型的目的就是能够对一个水文系统的未来变化进行预报。流域水文模型很显然就是基于某一河流流域而建立的水文模型。第五页，共二十一页。流域水文模型简史第一阶段起步阶段始于20世纪50年代，在这之前水文模型多是针对某一水文环节进行的，从这一时期开始水文学家们开始用整体的观点来研究和模拟河流流流域。第六页，共二十一页。第二阶段大发展阶段随着计算机技术的进步和流域产汇流理论的初步建立七八十年代流域水文模型取得重大突破，一些比较著名的模型如美国Stanford模型、日本的水箱模型、欧洲的SHE模型以及我国的新安江模型都形成于这一时期。第七页，共二十一页。第三阶段进展平缓阶段八十年代至今全世界流域水文模型研究进展缓慢，主要是基于计算机技术，广泛结合GIS、RS技术以及DEM模型对原模型做一些修改与完善，如MIKESHE模型，但在基础理论领域并无重大突破。第八页，共二十一页。流域水文模型分类流域水文模型分类方法众多，介绍一种最好理解的一种。运用系统论的观点，从其结构上可大体分为3类:即“白箱型”模型“,黑箱型”模型和“灰箱型”模型。第九页，共二十一页。(1)“白箱型”模型。即研究水文系统本身的性质与结构的模型,它对水文系统进行明确的物理定义。比较典型的为理想的分布式水文模型。(3)“灰箱型”模型。国内传统上主要指灰色系统模型。但我们认为介于黑箱和白箱型模型之间的模型统称灰箱模型,即具有一定物理意义但又在某些方面只能设置参数来表达的模型,如概念性模型。(2)“黑箱型”模型。即只研究水文系统与外界的信息交换情况,而不研究水文系统内部的性质与结构,这样的模型称为“黑箱型”模型。即输入-输出型模型。这种模型对水文系统的输入、输出有明确的限定,其内部结构为一系列转换函数。比较典型的为人工神经网络模型、统计模型等。

第十页，共二十一页。三、水箱模型简介水箱模型又称坦克(Tank)模型，该模型最早日本菅原正巳博士在40年代提出，其基本原理将一个流域视为一个水箱,经过调蓄把降雨过程转化为出口断面的径流过程,其间有一个复杂的物理过程。我们可以忽略这个物理过程,采用人工调节出孔大小和高度参数,模拟与实际流量过程近似的过程,这个过程就水箱模型的参数率定。第十一页，共二十一页。单水箱结构示意图第十二页，共二十一页。串联水箱结构示意图

1～3天7天2～3个月6个月第十三页，共二十一页。串连水箱模型一般用于湿润地区径流量的模拟。在湿润地区，可以简单地用一套二、三、四个垂直水箱系列，从上到下每个水箱的边空出流代表一种径流：地面径流、壤中流、浅层地下径流、深层地下径流。第十四页，共二十一页。如上图，当前期的洪水已退，又遇到高强度降水时，第一层水箱在径流形成中就起主要作用，从而形成高大的洪峰；若是长历时低强度降水的情况，第二层水箱在径流形成中就起主要作用，从而形成矮胖的壤中流洪峰；雨后退水期，显然第三层水箱起主要作用，形成低矮的浅层地下水出流；长时间没有强降雨后，河流的补给更大一部分就要来自地下水，就形成了平缓的地下水出流。这一过程与自然界的径流形成与发展过程大体上是一致的。第十五页，共二十一页。并联型结构示意图

第十六页，共二十一页。并联水箱一般应用于干旱半干旱半湿润地区，在非湿润地区，有的地区湿润(比如河边），大部分地区干旱。上图可看成干旱区河流产流的模拟，这时降雨在湿润地区（河边)几乎全部形成地面径流（如底层水箱）；而离河流稍远的地区，降雨一部分下渗形成壤中流，一部分形成地面径流；再远的地区如降雨强度不大则只形成壤中流；在几乎不受河水影响的地区雨量都会被土壤吸收形成土壤水。这一过程与干旱区的径流形成与发展过程大体上是一致的。第十七页，共二十一页。河川调蓄地下水储蓄土壤水储蓄植被截留不透水面陆地表面蒸散发云云植物散发土壤蒸发地下水蒸发

入渗地下径流

海洋地表径流壤中流地表径流降水入渗渗透毛管水降水降水蒸发

蒸发

降水水面蒸发水汽输送云第十八页，共二十一页。降水蒸散发植物截留不透水面填洼及地面滞蓄土壤蓄水地下水蓄水深层地下水坡面流壤中流地下水流河流蓄水流域出流第十九页，共二十一页。欢迎大家批评指正！谢谢大家！第二十页，共二十一页。内容总结径流量估算综述。径流量是指单位时间内流过河流某一过水断面的水量，单位是立方米/每秒。二、下垫面因素，比如地形地貌、植物覆被等。三、人为因素，比如对河流筑坝修库、裁弯取直等。这个问题人类已经探索了几千年了，但近代之前我们得到的径流量知识都是定性的。建立水文模型的目的就是能够对一个水文系统的未来变化进行预报。始于20世纪50年代，在这之前水文模型多是针对某一水文环节进行的