现代水文模型复习1_绪论-1◆流域水文模型的定义以一个数学模型来模拟流域降雨—径流形成过程或融雪—径流形成过程，即定量分析从降水、蒸发、融雪、截留、下渗、填洼、径流成分划分、坡地汇流和河槽汇流到形成流域出口断面的径流过程线的全过程。
◆分类方法按模型构建基础分类；按对水文过程描述离散程度分类；其它分类（数学分类、模型结构、模型参数）；按时间尺度分类……2_绪论-2◆降水成因降水：水分以各种形式从大气到达地面统称降水。
包括雨、雪、露、霜、冰雹等。
◆土壤水分类和水分常数土壤水:存于包气带中的水称为土壤水，指吸附于土壤颗粒和存在于土壤孔隙中的水。
土壤水分常数：最大吸湿量、最大分子持水量、凋萎含水量、毛管断裂含水量、田间持水量、饱和含水量。
最大吸湿量：在饱和空气中，土壤能够吸附的最大水汽量称为最大吸湿量。
最大分子持水量：由土粒分子力所结合的水分的最大量称为最大分子持水量。
凋萎含水量：植物根系无法从土壤中吸收水分，开始凋萎，开始枯死时的土壤含水量称为凋萎含水量。
毛管断裂含水量：毛管悬着水的连续状态开始断裂时的含水量。
田间持水量(field capacity)：土壤中所能保持的最大毛管悬着水量。
饱和含水量(soil moisture content saturation)：土壤中所有孔隙被水充满时的土壤含水量。
◆控制蒸发的条件①供水条件: 蒸发面存储的水分多少②能量条件: 蒸发面上水分子获得能量的多少③动力条件: 水汽输送条件◆下渗的三个阶段渗润阶段：分子力渗漏阶段：毛管力渗透阶段：重力◆四种产流机制发生的物理条件①超渗地面径流（Rs）的产流机制(1)要有界面，即地面(下渗能力fp)；(2)要有供水，即降雨(雨强i)；(3)要供水大于下渗，即i >fp，rs= i–fp。
②地下水径流（Rg）的产流机制整个包气带土壤含水量达到田间持水量。
③壤中水径流（Rint）的产流机制(1)包气带中必须存在相对不透水层，且上层土壤质地比下层粗；(2)至少要上层的土壤含水量达到田间持水量。
④饱和地面径流（Rsat）的产流机制(1)存在相对不透水层，且上层土壤的透水性远强于下层土壤的透水性；(2)上层土壤含水量达到饱和含水量。
共同的基本物理条件：(1)在两种不透水性物质的界面上产生的；(2)上层介质的透水性必须好于下层介质的透水性。
◆可能的径流成分组合◆不同水源在退水段上的终止时刻特征不同水源成分由于汇集到流域出口断面所经历的时间不同，因此在出口断面洪水过程线的退水段上表现出不同的终止时刻。
槽面降水形成的出流终止时刻tr最早，坡地地面径流形成的出流终止时刻ts较次，坡地地下径流形成的出流终止时刻tg最迟。
◆流域调蓄作用的概念和原因流域调蓄作用：在流域汇流过程中，随着洪水的涨落所呈现出的流域蓄水量增加与减少的现象。
造成流域调蓄作用的物理原因：①降水并非从一个地点注入流域；②实际上由于流域各处水力条件(如糙率、坡度、……)不同，流域各处水质点的速度也将不同。
换言之，流域上的流速分布是不均匀的。
◆单位线特征单位线：是指单位时段内，均匀分布的单位净雨量在流域出口断面形成的地面径流过程线。
单位净雨深一般取10mm，单位时段则依流域性质不同，取3、6、12、24h等。
单位线反映了流域的坡地和河网综合调蓄后的洪水运动规律。
倍比定律假定、叠加法则假定，上述两个假定是把流域视线性系统。
◆河道洪水演算方法的分类河道洪水演算可采用水力学和水文学两类方法。
◆马斯京根法的基本原理马斯京根法依据的基本原理为水量平衡方程和槽蓄方程，其形式为：Δt(I-Q)=W2-W1（1）W=k［x·I+(1-x)Q］（2）3_蒸散发◆ 流域实际蒸散发和潜在蒸散发的定义实际蒸发是指实际被蒸发的水分量；潜在蒸散发是指充分供水下垫面（即充分湿润表面或开阔水体）蒸发/蒸腾到空气中的水量，又称可能蒸发量或蒸发能力。
◆ 土壤蒸发过程①土壤含水量>W 田：土壤中存在着自由重力水，土层中毛细管上下沟通，供水充分，土壤蒸发只受气象条件的影响。
蒸发量大而稳定。
②W 断<W<W 田：土壤中毛细管的连续状态将逐渐受到破坏，土层内部由毛细管作用上升到表面的水分也将逐渐减少，蒸发量与气象因素和土壤含水量有关。
③W<W 断，这时毛管水不再连续，毛管向土壤表面输送水分的机制遭到破坏，水分只能以膜状水形式或气态水形式向上层土壤表面移动。
◆ 流域总蒸散发量的估算方法估算流域蒸散发量的方法可概括为三类: (1) 基于彭曼假设的方法，(2) 基于互补理论的方法，(3) 基于水热耦合平衡的方法。
通常采用的方法是基于彭曼假设的方法，即认为流域实际蒸散发量与潜在蒸发量成正比，根据潜在蒸发量和流域内土壤及植被情况来估算。
4_第二章 概念性水文模型 HBV 模型◆ HBV 模型对产汇流过程的描述（即模型框架）HBV 模型是一个降雨-径流模型，它包括了流域尺度的水文过程的概念性数值描述。
一般水量平衡方程的定义为：）lakes (+++=--UZ SM SP dtd Q E P 式中，P 为降水；E 为蒸散发；Q 为流量；SP 为雪盖；SM 为土壤含水量；UZ 为表层地下含水层；LZ 为深层地下水含水层；lakes 为水体体积。
HBV 模型通常包括3个主要的子模块：①积雪和融雪模拟；②土壤含水量计算；③河道流量演算。
5_第二章概念性水文模型新安江模型◆新安江模型不同层次的功能◆流域蓄水容量曲线特征①单增曲线②唯一性（对一个固定流域而言，天然条件下）③最小值可以是0（流域中存在不透水区域）◆水源划分（二水源计算）二水源划分结构：根据霍顿的产流概念，用稳定下渗率进行水源划分。
◆水文模型参数概念及分类流域水文模型中表征流域物理过程的某些未知常量，即模型参数。
按参数对模型模拟计算精度影响程度的大小，可分为敏感性参数和不敏感性参数；按参数所具有的意义，可分为物理参数和经验参数；按参数在流域降雨径流形成过程中所起的作用，可分为蒸散发参数、产流参数、分水源参数和汇流参数；参数是否随时间变化，可分为时变参数和时不变参数。
◆参数敏感性的定义参数敏感性(Parameter sensitivity)：模型参数值的适当改变对模拟结果和目标函数的影响程度。
6_4.1 分布式水文模型概述◆分布式水文模型的定义分布式模型（Distributed model）：按流域各处地形、土壤、植被、土地利用和降水等的不同，将流域划分为若干个水文模拟单元，在每一个单元上用一组参数反映该部分的流域特性。
◆建模特点和基本结构基于DEM的分布式水文模型具有以下特点：①具有物理基础，能够描述水循环的时空变化过程；②由于其分布式特点，能够与GCM（大气环流模式）嵌套，研究自然变化和气候变化对水循环的影响；③同RS和GIS相结合，能够及时地模拟出人类活动或下垫面因素的变化对流域水循环过程的影响。
7_4.2 基于DEM的流域数字特征提取◆DEM定义及特点DTM: Digital Terrain Model，数字地形模型，是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。
◆基于DEM提取流域特征的原理和主要内容原理：栅格的汇流累积量代表该栅格的水流量。
当汇流量达到一定值的时候，就会产生地表水流，那么所有那些汇流量大于那个临界数值的栅格就是潜在的水流路径，由这些水流路径构成的网络，就是河网。
1）预处理：对平坦区域和闭合洼地的处理；2）流向：网格水流方向是指水流流出该网格的指向；3）水流累积量：直接或间接流经某一个网格的所有单元格的总数。
每一个网格的水流累积值乘以一个单元格的面积尺寸（长和宽可能不相等），就可以得到该单元格上的上游集水面积；4）河网：水系流域中大大小小河流交汇形成的树枝状或网状结构；5）河流分级：水系拓扑学的特征表现之一；6）分水线、子流域划分：流域河网形成以后，可以确定整个流域界限并进行子流域的划分。
确定流域界限必须要先确定整个流域的总出口。
◆临界集水面积阈值的定义及其对提取河网的影响临界集水面积阈值CSA（Critical Source Area）：指形成永久性河道所必需的最小面积。
集水面积等于阈值的网格是河网的起点，集水面积最大的点是流域的出口。
阈值的大小决定了河网提取的详细程度和精度，阈值越大，则提取出的河网越粗化。
◆斯特拉勒分级法斯特拉勒(Strahler)分级法：定义从河源出发的河流为1级河流；同级的两条河流交汇形成的河流的级比原来增加1级；不同级的两条河流交汇形成的河流的级等于两者中较高者。
8_4.3 VIC水文模型◆VIC水文模型的特点对水循环过程，同时考虑了水分收支和能量收支过程，积雪融雪及土壤冻融过程，冠层蒸发、叶丛蒸腾和裸土蒸发，地表径流和基流两种径流成分的参数化过程，还考虑了基流退水的非线性问题。
对于次网格，分别考虑了地表植被类型的不均匀性、土壤蓄水容量的空间分布不均匀性和降水的空间分布不均匀性。
◆考虑的径流成分◆上层土壤产生的是直接径流Qd；下层土壤产生基流Qb。
9_4.4 SWAT模型◆SWAT模拟的流域水文过程SWAT模拟的流域水文过程分为两大部分：水循环的陆面部分（即产流和坡面汇流部分）；水循环的水面部分（即河网汇流部分）。
前者控制着每个子流域内主河道的水、沙、营养物质和化学物质等输入量；后者决定水、沙等物质从河网向流域出口的输移过程。
◆SCS产流方法SW A T产流计算包括SCS和Green & Ampt模型。
其中，SCS曲线数法用的较多，该模型有以下基本假定：实际蓄水量F与最大蓄水容量S之间的比值等于径流量Q与降雨量P和初损I a 差值之比值；I a和S之间为线性关系。
其降雨－径流关系表达式如下：a I P Q S F -= a I P Q S F -= （8.2）式中：P 为一次性降雨总量，mm ；Q 为地表径流量，mm ；I a 为初损，mm ，即产生地表径流之前的降雨损失；F 为后损，mm ，即产生地表径流之后的降雨损失；S 为流域当时的可能最大滞留量mm ，是后损F 的上限。
其中：aS I a = （8.3）式中：a 为常数，在SCS 模型中一般取为0.2。
根据水量平衡，可得：Q I P F a --= （8.4）式中，)P /()(2S I I P Q a a +--= （8.5）254/25400-=CN S （8.6）CN 值可针对不同的土壤类型、土地利用和植被覆盖的组合查表获得，CN 值是无量纲的反映降雨前期流域特征的一个综合参数，将前期土壤湿度(Antecedent moisture condition, AMC ）、坡度、土地利用方式和土壤类型状况等因素综合在一起。
CN 值可针对不同的土壤类型、土地利用和植被覆盖的组合查表获得，CN 值是无量纲的反映降雨前期流域特征的一个综合参数，将前期土壤湿度、坡度、土地利用方式和土壤类型状况等因素综合在一起。