分布式水文模型的发展、现状及前景

分布式水文模型的发展、现状及前景（精选6篇）

篇1：分布式水文模型的发展、现状及前景

分布式水文模型的发展、现状及前景

分布式水文模型的研究是当前水文建模领域最为活跃的研究方向之一,是解决流域水文、生态和环境问题的.有效途径.文中讨论了分布式水文模型的分类、一般结构、下垫面因子、与GIS和遥感技术的关系、参数率定、应用领域等问题,指出分布式水文模型发展面临的问题并展望了未来的发展方向.

作 者：于兴杰 孙金丹 张树田 史福祥 YU Xing-jie SUN Jin-dan ZHANG Shu-tian SHI Fu-xiang  作者单位：于兴杰,张树田,史福祥,YU Xing-jie,ZHANG Shu-tian,SHI Fu-xiang(山西省电力勘测设计院,太原,030001)

孙金丹,SUN Jin-dan(陕西煤炭地质局131大队,陕西韩城,715400)

刊 名：山西水利科技 英文刊名：SHANXI HYDROTECHNICS 年，卷(期)：2009 “”(2) 分类号：P334 关键词：分布式水文模型   下垫面因子   遥感技术   GIS  

篇2：分布式水文模型的发展、现状及前景

由于西南岩溶地区含水介质的多重性和高度复杂性,岩溶地下河系统水资源的评价与预测一直是需要解决的重点与难点.运用传统的水文地质方法来实现地下河流域水资源定量评价,无论在理论、方法和技术手段等方面都遇到了挑战.在对西南岩溶地区水文地质条件分析的.基础上,评价了传统的流域水文模型应用于西南岩溶地下河系水量评价取得的成果及其局限性,并根据岩溶地下河和地表水在分布、变化等多方面的相似性,阐述了通过将岩溶地下河和表层岩溶带的概化,对分布式水文模型地下水径流模块进行改进,并对该模型在西南岩溶地下河水资源评价的可行性和应用前景进行展望.

作 者：贾晓青 杜欣 陈植华 JIA Xiao-qing DU Xin CHEN Zhi-hua 作者单位：贾晓青,杜欣,JIA Xiao-qing,DU Xin(中国地质大学,研究生院,湖北,武汉,430074)

陈植华,CHEN Zhi-hua(中国地质大学,环境学院,湖北,武汉,430074)

篇3：分布式水文模型的发展、现状及前景

美国国家海洋和大气管理署(NOAA)于 2000~2002年主持实施了“国际分布水文模型比较计划 (简称DMIP)” 第一期,邀请了各单位探讨分布水文模型和集总模型在复杂地区的预报应用,以解决分布水文模型建模和求解过程的核心和关键技术难题,进一步提高水文预报水平,促进水文学科的发展。并于2006年2月开始主办第二期(DMIP2),全世界共有33家研究单位参加,中国有武汉大学和清华大学参加。

本期主要目标:“国际分布模型比较计划第二期(DMIP2),是美国国家海洋和大气管理署/国家气象局(NOAA/NWS)专门设计以满足其在2005~2010年定的计划,即“天气和水任务

目标”: 直接通过DMIP2进行试点,以引导先进科学技术在业务、服务和产品的开发,应用和过渡,同时邀请学术界,其他联邦机构和国际机构参与,以助于NOAA“跨领域优先”地确保可靠的国家级的科学研究成为一个充满活力,具有前瞻性的工程。”[1]

本文介绍了基于数字高程模型(DEM)的LL-III水文模型结构,并用该模型在美国俄克拉荷马州Blue河流域进行产汇流模拟及洪水预报及结果分析。

1 LL-Ⅲ模型简介

1.1 LL-Ⅲ分布式水文模型

LL-Ⅲ分布水文模型是一个发展成熟的全分布水文模型,1977年武汉大学李兰教授结合中国丰满水库的洪水预报问题在中国率先自主创建了有物理基础分布水文模型(简称LL-Ⅰ分布水文模型),该模型的网格高程和网格剖分采用手工输入技术,LL-Ⅰ分布水文模型包括产流模型和汇流模型,根据山坡水文学的野外试验结果和流域的界面理论来建模,土壤湿度计算采用二维对流扩散模式。2001年李兰教授在LL-Ⅰ分布水文模型基础上,与3S技术结合建立了LL-Ⅱ分布水文模型。2003年,李兰教授在LL-Ⅱ分布水文模型基础上做了重大改进推出LL-Ⅲ模型,增加了冰情预报模型、降雨融雪模型、灌溉水估算模型、工农业用水模型、植被生态模型、水库调度模型等,截留和蒸发分为高植被、低植被、裸地、不透水层、建筑、水体共六种类型分别计算水循环和能量平衡等,并在黄河流域水资源预报和评价方面进行探索研究。

1.2 LL-Ⅲ分布式水文模型结构

土壤-植被-大气系统包括水分的垂直运动、垂直方向上的能量平衡以及植被生态系统水循环,相应模型称为产流模型。在黄河流域宁蒙灌区水资源评价中,产流模型由降雨融雪子模型、灌溉水估算子模型、植被生态水循环子模型、能量平衡子模型、蒸发子模型、截留子模型、下渗子模型、产流子模型等组成。在垂直方向上考虑山坡水文学各种产流成分,采用土壤-植被-大气的多层模式进行计算,共分为7层,其结构见表1。

汇流模型包括冰情预报子模型、壤中流汇流子模型、地下水汇流子模型、坡面流汇流子模型、河流汇流子模型、工农业调水子模型、水库调度泄流子模型等。在水平方向上,先采用GIS软件(ArcGis8.3,ESRI)处理流向、流路,再排列出网格单元、子流域优先计算顺序,根据优先计算顺序再用水动力学连续和动量方程依次演算到每一层的各个空间网格节点上,采用数值差分格式求解。图1为模型系统示意图,详细模型结构请参见[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]。

1.3 LL-Ⅲ模型优点

LL-Ⅲ模型是基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型,具有以下优点:

(1)能分散处理和输出。

模型根据流域各处地形、土壤、植被、土地利用和降水等的不同将流域划分为若干不同类型的子流域网格单元,每个子流域网格单元建立相应的数字高程模型,分别描述和模拟各子流域网格单元的流域下垫面条件和流域上降雨情况,并能输出任意单元网格计算成果;

(2)物理机制更为明确。

采用动量守恒定律和能量守恒定律对数字高程模型的机制进行模拟,采用水动力学方法进行洪水演进模拟;

(3)适用无资料地区。

由于分布式水文模型的参数是利用卫星遥感资料通过空间分析技术确定的,一般不需要通过大量的实测水文资料来率定,便于在无实测水文资料的地区推广应用。

2 流域及产流概况

2.1 流域概况

Blue河是美国国家气象局(National Weather Service)管理和监测的一个小流域,位于俄克拉荷马州南部,北纬34°,西经96°。流域气候温和,无降雪。河长62.4 km,流域集水面积1 232.3 km2,数据高程为15arc-second DEM数据。流域采用4 000 m×4 000 m网格进行计算。

2.2 流域径流特征

Blue河流域地处湿润地区,分汛期和非汛期,汛期洪水由暴雨形成,但随着暴雨特性不同其产流特点和形成的洪水也不同,大致可分为如下几种。

(1)局部暴雨形成的洪水。

由于降雨不均匀,历时短,强度大,以超渗产流为主,形成的洪水陡涨陡落,多呈尖瘦的单峰,但洪水总量不太大。

(2)全流域均匀降雨形成的洪水。

由于降雨均匀,笼罩面积大,历时长,加之流域植被条件较好,以蓄满产流为主,形成的洪水缓涨缓落,过程肥胖,甚至出现锯齿状的复式峰形,洪水总量较大。

(3)混合雨形成的洪水。

即在均匀降雨过程中,又有强度较大的雷阵雨,所形成的洪水则具有以上两种洪水的特征。

根据实测资料统计,Blue河流域多出现第(1)类型的洪水,第(3)类型洪水次之,第(2)类型洪水较少。

3 数字流域的建立及资料处理

目前基于空间技术的水文模拟研究大都是在数字高程模型(DEM) 的基础上进行的。由DEM 可提取流域的数字特征,包括确定单元格网的流向、坡度、地形指数、汇流路径、河网间的拓扑结构、流域及子流域的边界划分等,为水文模型提供下垫面数据的输入。本文利用ARC View软件对该流域进行水文分析,包括洼地(沉陷点) 填充及水流方向的分析;流水累积量计算及河流网络模拟分析;子流域(集水区)划分。

3.1 洼地填充和水流方向分析

洼地是高程小于相邻周边的地点,它是进行水文分析的一大障碍,在确定水流方向以前,必须将洼地填充。本文所选用的ARC View HYD模块,采用填充法消除洼地。在通过洼地填充生成无凹陷的DEM 的基础上就可以对该数字模型区域进行自然流水模拟分析。水流方向是指水流离开网格时的指向,它决定着地表径流的方向及格网单元间流量的分配。ARC View HYD 模块采用D8 算法,按最陡坡度原则确定单元格的流向。

3.2 集水区的划分与河流网络的分析

规则格网表示的数字地面高程模型每点处有1个单位的水量,按照水从高处流向低处的自然规律,计算得到该流域水流累计数字矩阵。据此可划分流域区内分水岭的空间分布和集水区的边界。根据栅格汇流能力的分析结果划分河流网络系统。河流网络栅格文件建立之后,可进一步确定河流的级序和河流链等特征。图2为模拟的河流最小支流长度为6 km的水网密度图。与由地形图勾绘的Blue河流域的水系分布图吻合良好。反映了利用DEM 模拟的河流网络的空间分布接近实况。

3.3 子流域的划分

将研究流域按自然子流域的形状进行离散,也是分布式水文模型中常用的做法之一。将研究流域按照自然子流域的形状进行离散,划分为下垫面特征相对均匀的子流域,这些子流域再与干流河道相连接。把子流域作为分布式水文模型的计算单元,最大的好处是单位内河单元之间的水文过程十分清晰,易于与传统水文模型结合。本文中根据水流方向、流水累计量和水网分布图层,考虑到支流的分布需要,大都以支流和干流交汇处为子流域出口,进行子流域的划分。

通过ARC View 软件划分为16个子流域,如图3所示。

3.4 雨量流量资料的处理

雨量资料是雷达测雨的信息数据,用给定的一个程序处理成可用Arc Map软件处理的数据,经过投影变换,边界切割等处理成模型程序可用的网格数据。降雨和流量的时间单位均为小时。

3.5 洪水峰形的划分

降雨在Blue河流域形成两种峰形的洪水,一种洪水峰高量小,其洪水历时往往不超过20 h;一种峰低量大,其洪水历时可以长达半个月。因此在模型计算中,采用雨量的量级作为划分条件,模型中自动根据雨量值进行不同峰形的转化。

4 参数调试、模拟计算及结果分析

4.1 参数的调试

模型的参数很大程度上决定了模型的精度,参数的好坏取决于参数是否符合Blue河流域的自然地理条件,本次根据实测资料和经验范围,利用复合型法进行参数优选。在参数的优化中所用目标函数是模型过程效率系数最大和产流量的相对误差最小。优选的过程为:首先对Blue河流域进行整体调参,寻找各个参数的大致范围得到流域的平均参数,再在此基础上,分子流域进行逐月连续至一年的参数优选,最终获得各个子流域各月参数最优值。参数主要包括如下。

(1)产流参数。

流域的稳定下渗率、包气带参数、最大截流量、蒸发参数等。

(2)汇流参数。

坡面流参数、河流波速、河流扩散系数、包气带、地下水波速等参数。

4.2 模拟结果

在模型参数调试中,从所提供的1997~2000 年的实测资料中选取有代表性的大中小洪水20场来模拟洪水和进行模型的参数率定。其中12场用来模拟洪水和模型的参数率定,另外8场用来验证模拟结果。根据《水文情报预报规范》(SL250-2000) 规定的许可误差,选择实测洪峰流量的20%作为洪峰预报许可误差;峰现时间以下限3h作为许可误差;模型过程按照确定性系数的等级评定。模型的模拟总效率系数达到了70%。

表2中列出部分洪水场次的水文要素。图4为典型年1997全年的流量模拟与实测流量的对比图,图5为两个洪水场次实测流量和模拟流量对比比较图。

4.3 结果分析

在模拟中发现,各个时段的河流波速、扩散系数基本比较接近,而且比较固定,控制着洪峰的形状;暴雨中心越接近河口,汇流时间短,洪峰大;流域面积较大的区域,模拟精度的提高就显得更为突出,可能是在面积较大的子流域中,汇流时间比较长,对汇流滞时的考虑就显得更为重要;此外,在模型参数率定的过程中发现,每年逐月调试参数,模拟的效果更好,每年各月的参数不尽相同,但有很好的函数关系,此正在继续研究。另外,主持者在DMIP大会上也提出了Blue河本身存在的问题,即:

“首先,Blue河的一些支流上充满污水坑 ;第二,Blue河既有开槽段,又有用水段;第三,俄克拉荷马州最大的泉水从Blue流域东北获得部分水源”[14]这些问题如能在模型中得到反映的话,相信模拟的精度会进一步提高,此问题正在研究中。

5 结 语

充分利用DEM提供的流域的数字特征,能有效地反映Blue河流域降雨时空分布不均匀特性,建立了合理的流域水文模型结构。从模型模拟精度来看,该水文模型在Blue河流域洪水预报、流量模拟应用中具有较好的效果,可以在水文、地质、地貌、气候类似该地区的流域推广。

篇4：分布式水文模型的发展、现状及前景

关键词：分布式水文模型；BTOPMC/SCAU系统；DEM；地形模块；韩江流域

中图分类号：S271；S126文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）11-0410-05

早在20世纪70年代，国外就开始了分布式水文模型的研究，主要有SHE、IHDM、SWAM、BTOPMC等模型[1-6]，80年代后至今，在原模型的基础上，大多数分布式水文模型为适应不同的用途进行了再开发[7]。随着计算机、软件工程、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、数据库、可视化技术的发展，水文学家和流域管理人员深刻地认识到，拥有直观、易操作、互动性强的用户视图界面是研发、应用、推广和普及分布式水文模型必不可少的环节，是理论与应用之间的桥梁与接口。系统与模型的发展相辅相成，系统的开发可以极大地促进模型的发展，使模型走出实验室，在应用中得到修改和验证。目前，国外知名的水文模型系统有丹麦水力学研究所（DanishHydraulicInstitute，DHI）的MIKE系列水文水资源软件包、奥地利ESS公司（EnvironmentalSoftware&Services）的流域水资源分析及管理系统软件Waterware、美国EMS公司（EnvironmentalModelingSystems）的流域模拟系统工具WMS（WatershedModelingSystem）等[8-10]，我国尚缺乏具自主知识产权、大型商业化应用的综合性水文模型集成工具软件。

BTOPMC以分块的方式应用TOPMODEL模型，结合Muskingum-Cunge汇流方法，集合而成一个具有物理基础的分布式水文模型[4-6]。Zhou等应用Shuttleworth-Wallace双源蒸散发模型估算流域的潜在蒸散发，完善了BTOPMC模型的产汇流模块，形成了BTOPMC/SCAU模型[11]。基于DEM生成流域数字河网是许多分布式水文模型的基础模块（以下简称地形模块），是BTOPMC/SCAU模型的基础模块，目前，国内外多数研究集中在理论算法和实际应用这2个方面，可视化方面的研究较少。为降低系统的耦合性，提高灵活性、自适应性和可扩展性，本研究以关系型数据库作为模块的数据组织管理平台，基于MVC设计模式，采用面向对象（object-oriented-programming，OOP）开发方式，实现地形模块的可视化，不仅可以作为水文学家开展科研工作的有力工具，也可以成为广大流域管理人员的好助手。可视化后的地形模块拥有良好的图形化用户界面（GUI），操作简单，用户只需输入原始DEM数据并选取集水面积阈值，系统将在后台执行洼地处理、流向确定、汇水面积计算、河网生成等一系列操作，并将提取的数字河网以图像方式直观地呈现，将地形模块可视化开发的BTOPMC/SCAU系统应用于韩江流域，与实际河网比较，提取的数字河网精度高，应用效果好。

1系统结构

系统总体架构如图1所示，模块、视图和控制器（model，viewandcontroller，MVC）设计模式[12-13]采用“分治”思想，将数据的访问和表现进行了分离。

模块（model）是整个系统的核心，主要作用包括构建地形模块的数据模型和业务规则，向控制器提供对程序功能的访问，接受视图的数据查询请求，当数据有变化时，通知对此数据感兴趣的视图。由于模块部分需要进行大量的数据处理与计算，计算速度和运行效率是其生命，C语言是程序设计高级语言之一，同时接近机器底层汇编语言，具有数据处理能力强、数值计算快、结构性好和易可读的优点，更重要的是C语言可与目前主流的面向对象语言C++、Java、C#配合，适于开发高效的大型软件系统。本系统模块部分采用C语言开发，经编译后封装成DLL，视图通过JNI（JavaNativeInterface）接口调用DLL请求数据。

视图（view）是模型的外在表现，是应用系统与外界的接口，主要功能是与外界交互，接收用户的输入，转发给控制器并触发应用逻辑运行，同时将逻辑运行的结果以某种形式呈现给外界。与模型层不同，视图层只关心数据的输入和表现方式，而不考虑数据的获取和处理方式，因此，操作简便性和界面美观是视图的重点。Java语言是纯粹面向对象的程序设计语言，具有简单、面向对象、分布式、解释性、健壮、安全与系统无关、可移植、高性能、多线程和动态等特点。本系统视图部分采用Java语言、利用NetBeans工具进行开发。

控制器（controller）是模型与视图的联系纽带，控制器提取通过视图传输进来的外部信息，并将其转化成相应事件对模型进行更新；同时，模型的更新与修改也将通过控制器来通知视图，从而保持视图与模型的一致性。本系统控制器由JNI接口完成，视图和模块之间通过JNI接口交互。JNI是Java本地调用接口，它允许Java语言和其他语言进行交互。

表1列出了本系统模块、视图和JNI接口的组件，为保持程序良好的可读性及一致性，JNI接口中的函数名称与模块层中函数名称保持一致。通过MVC模式，既提高了系统数据的安全性、一致性与业务逻辑的隐蔽性，同时保证了系统的运行速度和效率，系统具有强伸缩性、便于扩展和流程维护等特性。

水文模型的输入/输出包括描述流域性质的静态数据和反映流域状态的动态数据，在水文模型的開发阶段，通常以标准的ASCII文件储存在本地计算机上，ASCII文件具有读写速度快、易编程、较灵活等优点，但也有难组织、不易查询的缺点，尤其在后期数据管理和实时应用很不方便，随着多功能、综合性分布式水文模型的发展，输入/输出数据的多样性和复杂性大大增加，数据的维护和管理负担很重[14]。为增强模型的数据管理能力，并考虑到后续产流模块和汇流模块的可视化研究，本系统采用关系型数据库作为输入/输出平台，数据库引擎采用通用的JDBC接口，数据库表清单见表2。

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2理论与方法

BTOPMC是一个基于DEM的分布式水文模型，模型的核心部分包括地形模块、产流模块和汇流模块，其中，地形模块又包括洼地处理、流向确定、汇水面积计算、河网提取、划分子流域等子模块。地形模块系统开发流程如图2所示。DEM是地形模块的基本输入，DEM网格数据可以通过使用等高线图进行内插取得，也可以通过卫星图像获得。但无论用什么方法创建或获取DEM，也不管其分辨率如何，都存在天然的和虚假的洼地。由于洼地的存在，会形成不切实际的水流方向，使全流域无法形成一个完整连续的河网。洼地的消除成了地形模块首要解决的问题[5]。

2.1洼地处理

在BTOPMC模型中，DEM的填洼处理采用高程增量迭加法，即按地貌倾斜度采用不同高程增量逐步填洼，每次填洼时，相邻洼地仍然按地貌的总体趋势保持一个辐合坡度[15]。填洼过程尽量减小修改高差的值，使其足够小以避免产生新的洼地，或最大限度地限制新洼地的产生。填洼后形成的坡度与地形的实际坡度应一致，避免实际地形被更改为和实际不符的地形。填洼高程增量计算公式为：dh（i，j）=hc[1-（αi+βj）/（Nr+Nc）]，式中，dh为洼地高于相邻的最低网格点的高程增量；（i，j）为洼地所在网格的行坐标和列坐标；hc为通过数值试验确定的一个常数，对于目前常用的DEM，一般先取hc=0.1m；α和β分别为x方向和y方向的地形倾斜角度权重系数，倾角越大，权重系数越大，近似取α=β=1。在填洼过后，洼地原始高程增大到一个新的高程hm，计算公式为：hm（i，j）=h0（i，j）+dh（i，j），式中，h0（i，j）为与洼地（i，j）相邻的最低网格点的高程。

2.2流向确定

采用目前广泛使用的D8法来确定栅格的水流方向，每个栅格限定8个可能的水流方向（图3）[16]，网格单元之间有3种可能流程，分别是水平方向（dx）、垂直方向（dy）和斜向45°方向（[KF（]dx2+dy2[KF）]）。假如分辨率为dx×dy的DEM，点X是其中任意一个网格，而不是一个洼地，点P所在网格是X相邻8个网格中最低的一个，根据D8法则，点X将流向网格P，流向代号为27=128。

2.3汇水面积计算

研究区域内各栅格的上游汇水面积，可以用区域地形曲面的流水模拟方法[17-18]得到。假定DEM每点处有1个单位的水量，按照水从高处流向低处的自然规律，根据区域地形的水流方向分布计算每点处所流过的水量数值，便可以得到该区域汇水面积分布。在此过程中，实际上赋予了水流方向矩阵权值1，如果考虑特殊情况（如降水不均匀），则可以使用特定的权矩阵。从DEM到汇水面积的计算过程如图4所示。

2.4河网生成

获得汇水面积分布后，根据选取的河流源头集水面积阈值提取数字河网[18-19]，基本思想是：凡是汇水面积大于或等于源头集水面积阈值的网格即被定为河道，小于源头集水面积则无法产生足够的径流形成水道。阈值的大小与所提取河网的疏密程度有关，阈值变小，河网密度增大，反之河网密度减小。

通过比较河源密度、河网密度与源头集水面积阈值的关系来确定合理的源头集水面积阈值。河源密度是指流域内河流源头个数与流域面积之比，河网密度是指流域内河网长度与流域面积之比，这2个参数能够直接反映出相应流域所提取的河网状况。图5所示分别为源头集水面积阈值设定為2和4时由图4-c汇水面积所提取的数字河网。

3.1流域概况

韩江流域位于粤东、闽西南（115°13′～117°09′E，23°17′～26°05′N），范围包括广东、福建、江西三省部分区域，其中，广东省17851km2，占59.3%，福建省12080km2，占40.1%，江西省181km2，占0.6%，流域总面积30112km2，是广东省除珠江流域外的第二大流域。韩江主源为梅江，发源于广东省河源市紫金县乌突山七星东，在广东省梅州市大埔县三河坝与发源于福建省宁化县武夷山南段木马山北坡的汀江汇合，三河坝以下始称韩江，韩江干流经韩江三角洲，分北、东、西溪在广东省汕头市出南海。

3.2DEM数据源

采用SRTM3（version4）[20]（水平分辨率为3″，约90m）DEM，覆盖韩江流域范围的栅格数为2199×3826（列×行），最大高程为1792m，最小高程-15m，平均高程396.9m，高程标准差262.8m，出现负高程是由数据误差造成、低于海平面的洼地。

3.3生成河网及可视化显示

为评估数字河网提取精度，将其与实际河网（来自地形图）对比。图6-a是提取的韩江流域数字河网，为朝安站以上流域，源头集水面积阀值为40km2，与实际河网吻合良好，错误河道很少，数字流域边界与实际边界也基本吻合，面积误差仅0.57%；图6-b和图6-c分别是韩江流域官庄水文站以上的汀江流域和三河坝水库以上的梅潭河流域数字河网和实际河网对比，数字河网源头集水面积阀值1km2，实际河网从1∶28万的长汀县地图、1∶25万的大埔县和1∶23万的平和县地图获得，2个子流域的数字河网与实际河网吻合良好。图7为系统用户界面和显示的数字河网图，界面左边空白区域留待产流和汇流模块使用。

4结论与展望

本系统集合了DEM洼地处理、水流方向确定、汇水面积计算、数字河网提取等子模块，实现了分布式水文模型BTOPMC/SCAU地形模块的可视化。系统具有以下特点：

（1）基于MVC设计模式。将系统的模型层（数据层）、控制器和视图层（表现层）分离，提高了系统的结构性与层次的清晰度，体现了高内聚低耦合的软件工程设计思想，系统具有良好的重用性、维护性和扩展性，为后续产流模块和汇流模块的开发提供了预设接口。

（2）采用面向对象编程（OOP）思想和语言。视图层由完全面向对象的Java编程语言完成，在设计过程中以对象和类为构造单元，以方法、继承、多态、消息传递为基本机制，对控制软件的复杂性提供了有效手段，利用Java跨平台的特性，只需要少量修改，地形模块系统就可以部署在不同操作系统下运行。

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（3）采用关系型数据库平台管理模型数据信息，提高了输入/输出数据的规范性、安全性和易操作性，为数据检索、分析和再开发提供了便利。

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江苏农业科学2014年第42卷第11期

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篇5：分布式水文模型的发展、现状及前景

水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用

水文网络模型是地理信息系统对流域实际河网水系的一种规范化描述,它采用拓扑关系来确定流域水流的`空间聚合与分散.准确地描述水文网络对成功模拟流域水流的空间分布起着至关重要的作用.水文网络数据模型的关键在于如何表达水文网络的构成要素,以及如何建立要素间的拓扑关系.本文重点阐述了水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用.实例研究证明,采用水文网络模型来表达流域河网水系结构有助于准确地模拟流域上水流的空间与时间分布.

作 者：熊立华 郭生练 陈华 林凯荣 程进强 XIONG Li-hua GUO Sheng-lian CHEN Hua LIN Kai-rong CHENG Jin-qiang 作者单位：武汉大学,水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北,武汉,430072刊 名：水文 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF CHINA HYDROLOGY年，卷(期)：27(2)分类号：P333.2关键词：水文网络 拓扑关系 分布式水文模型 地理信息系统

篇6：分布式水文模型的发展、现状及前景

1分布式地下水模拟模型模的种类及特点常用的地下水文模拟模型包括解析模型、数值模型、水均衡模型及物理模型等。目前国际上较为流行的地下水数值模拟模型主要包括ModFlow和FeFlow，下面对其分别进行介绍和比较。1.1ModFlow模型是一套专门用于孔隙介质中三维地下水流数值模拟的模型。自ModFlow问世以来,它已经在全美甚至在全世界范围内,在科研、生产、环境保护、城乡发展规划、水资源利用等许多行业和部门得到了广泛的应用,成为最为普及的地下水运动数值模拟的计算软件.ModFlow主要采用三维有限差分方法进行模拟。其基本原理是：在不考虑水的密度变化的条件下，孔隙介质中地下水在三维空间的流动可以用下面的偏微分方程来表示.1.2Feflow模型它采用有限元法进行复杂二维和三维稳定/非稳定水流和污染物运移模拟。Feflow的有限元方法允许用户快速构建模型来精确地进行复杂三维地质体的地下水流及运移分析，在这方面其功能要强于ModFlow。2流域生态水文过程与分布式水文模型有限的淡水资源已经成为社会经济可持续发展和生态系统健康的重要限制因子，现有的水利工程技术难以有效解决这一矛盾，需要探索新的方法和机制以解决水资源短缺、水质恶化和生物多样性减少等环境问题，生态水文学（Ecohydrology）正是在这种背景下发展成为水文学研究的一个重要分支。3建模的关键技术3.1遥感与GIS技术遥感作为信息采集的重要手段，已经为水文建模提供了丰富的空间属性数据资料，并且为模型验证提供了新的方法，而GIS技术为水文模型的数据管理和模型应用带来了较大的便利，遥感数据和GIS技术成为水文建模研究的重要方向由于流域下垫面高度的空间异质性，大多数遥感数据获取的水文属性参数与物理观测值之间并没有很好的相关关系，给模型的验证带来很大的难度，遥感数据参数化和特征值提取还有很多问题亟待进一步研究。3.2流域水循环综合模拟模型随着计算机技术、系统科学和大量水文模型方法研究的进展，使得进行整个流域整体水循环模拟成为可能。流域内水循环过程从大气降水开始、到坡面流，随后在不饱和土壤带内运动，继续汇流进入下游河网，同时部分下渗进入地下饱和带参与地下水渗流运动。参考文献： [1] 许继军，长江上游大尺度分布式水文模型的构建及应用.水利学报，2007(2)． [2] 代俊峰，模型构建的原理与方法.水利学报，2004(9)． [3] 胡和平，田富强.，物理性流域水文模型研究新进展.水利学报，2006