分布式水文模型精选PPT.ppt

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1、分布式水文模型分布式水文模型1第1页，此课件共26页哦个人简历个人简历vv专业专业专业专业:水文水资源水文水资源v学习经历学习经历:1981-1988,1981-1988,BD,MD,BD,MD,清华大学清华大学 水利工程系水利工程系 澜沧江水电站梯级最优开发次序澜沧江水电站梯级最优开发次序;广东省水电站水库群的联合优化调度广东省水电站水库群的联合优化调度 1994-1997,1994-1997,PhD,PhD,东京大学东京大学 河川与流域环境河川与流域环境 分布式水文模型的开发及其在东京都圈的应用分布式水文模型的开发及其在东京都圈的应用 v工作经历工作经历:1989-1994,1989-19

2、94,水利部农水司、办公厅水利部农水司、办公厅 全国大型灌区的管理全国大型灌区的管理,亚行项目亚行项目,洞庭湖治理规划等洞庭湖治理规划等1997-1998,1997-1998,日本日本INAINA株式会社株式会社 信息系统部信息系统部 洪水泛滥解析及河川洪水泛滥解析及河川GISGIS的开发应用的开发应用1999-2002,1999-2002,日本科学技术特别研究员、日本土木研究所专门研究员日本科学技术特别研究员、日本土木研究所专门研究员 流域水循环和物质循环的监测与解析模型的开发流域水循环和物质循环的监测与解析模型的开发2002-2002-现在现在,中国水利水电科学研究院中国水利水电科学研究院

3、 水资源研究所水资源研究所 “十五十五”国家科技攻关项目国家科技攻关项目“黑河流域水资源调配管理信息系统建设黑河流域水资源调配管理信息系统建设”研究，黄河研究，黄河973973项目项目“黄河水资源演变规律与二元演化模型黄河水资源演变规律与二元演化模型”研究，研究，水利部科水利部科技创新重点项目技创新重点项目 “干旱半干旱地区流域产汇流变化规律研究干旱半干旱地区流域产汇流变化规律研究”等等2第2页，此课件共26页哦1.分布式水文模型发展现状2.WEP模型开发及应用1)基本原理与模型系统2)在国外应用情况 3)在国内流域（黄河与黑河）规划与管理中的应用3.SWAT模型简介4.分布式水文模型的资料问

4、题5.遥感技术应用（与ET的关系）报告内容3第3页，此课件共26页哦1.分布式水文模型发展现状4第4页，此课件共26页哦地球水循环系统(Source:Applied Hydrology,Ven Te Chow et al.,1988)5第5页，此课件共26页哦概念及理论的确立流域水文模型的开发1960s80s1960s水文素过程的模型化分布式水文模型的开发1980s01耦合式应用模型的开发 2002Darcy,Richards,ManningPenman(1948),Green-Ampt(1911),Philip,Horton(1933),Dunne,Jacob(1943),Sherman(1

5、932),Nash(1957),SCS-curve(1956)Stanford model(1966),HEC-1(1968),TANK(1967),XinAnJiangSHE,IHDM,SWAT,TOPMODEL,SWMM,PRMS,HSPF,WEP,USGMS-MMS水文模型的发展阶段6第6页，此课件共26页哦水文模型的分类7第7页，此课件共26页哦分布式水文模型开发的必要性水资源可持续性开发与利用水资源可持续性开发与利用有效的防洪对策有效的防洪对策水环境的保护和恢复水环境的保护和恢复水资源评价、规划和管理的需要水资源评价、规划和管理的需要帮助定量化物质循环系统帮助定量化物质循环系统在气象

6、研究中的应用在气象研究中的应用时空变动的流域水循环系统的高精度定量化方法时空变动的流域水循环系统的高精度定量化方法流域开发对生态系统的影响预测流域开发对生态系统的影响预测地球规模环境变化的影响预测地球规模环境变化的影响预测流域环境变化的影响预测流域环境变化的影响预测在观测数据不足流域在观测数据不足流域(PUB)(PUB)的应用的应用水循环系统的恢复对策制定水循环系统的恢复对策制定8第8页，此课件共26页哦分布式水文模型应用的可行性森林活性度緑被率透水能保水能土地利用水循環水環境指標计算机技术的发展观测技术（RS、GPS、Radar）的进步GIS技术的普及电子化数据的整备研究经验的积累9第9页，

7、此课件共26页哦中科院刘昌明院士指出：分布式水文模型之所以成为当前水文水资源研究的热点之一，在于它能够反映水文水资源要素在空间上的变化，能够进行下垫面变化条件下的计算，特别是它具有更多的模拟功能，即能够把单一水量变化的模拟扩大到广泛的水文水资源与生态环境问题模拟，而这些是基于经验与黑箱方法的集总式水文模型所难以实现的。分布式水文模型的模拟领域涵盖了地表水与地下水计算、水资源数量与质量的联合评价、非点源污染、土壤侵蚀与水土流失、洪水预报、土地覆盖与土地利用变化对水文过程的影响、生态需水、水生物与生态系统修复、农田灌溉与农业节水、城市水文水环境的模拟计算，并且可通过尺度转换与大气环流模式耦合来预测

8、全球变化对水文水资源的影响，从而纳入全球变化水文研究的前沿。由此可见分布式水文模型同时具有理论上的前沿性和应用上的广泛性。然而，分布式水文模型不仅需要的资料与数据众多，而且要求分辨率很高的空间信息，这是当前限制分布式水文模型广泛应用的主要问题。但应用遥感等空间信息和GIS技术，能促进水文水资源分布式模拟的发展。10第10页，此课件共26页哦模型举例-MIKE SHE11第11页，此课件共26页哦模型举例 IHDM代表坡面代表坡面 12第12页，此课件共26页哦模型举例 SWATSWAT中所考虑的水文过程示意图 13第13页，此课件共26页哦模型举例 WEP模型WEP模型的垂向结构14第14页，

9、此课件共26页哦2.WEP模型开发及应用15第15页，此课件共26页哦3.SWAT模型简介16第16页，此课件共26页哦4.分布式水文模型的资料问题 由于分布式流域水文模拟需要大量的基础数据，数据不足问题尤其显得突出除加强地面观测工作及数据管理外，由于分布式流域水文模拟需要大量的基础数据，数据不足问题尤其显得突出除加强地面观测工作及数据管理外，今后将更多地依赖遥感与雷达等遥测技术解决数据不足问题今后将更多地依赖遥感与雷达等遥测技术解决数据不足问题 数据资料公开与共享数据资料公开与共享问题问题17第17页，此课件共26页哦5.遥感技术应用（与ET的关系）18第18页，此课件共26页哦典型地物（植

10、被、土壤、水体）的光谱反射曲线从图上可以看出，植物的光谱反射曲线具有两个明显的特点：（1）作物在可见光波段具有一个反射峰。因为对绿色植物而言，在可见光的蓝色（中心波长0.45um）和红色区域（中心波长0.65um），反射率都非常低，这是因为在这两个光谱带，叶子中的叶绿素能吸收大部分的入射能量。在上述两个吸收带之间的绿色区域（中心波长0.54um），叶子的吸收作用较小，因此形成一个反射峰（图6-2）。这正是植物叶子在我们肉眼看来是绿色的原因。（2）更为显著的是，在可见光与近红外区域（0.7-0.9 um）之间，约0.7 um的地方,作物的反射率陡然增强，光谱反射曲线跃升的幅度十分明显（图6-2）

11、。遥感信息上表现为可见光与近红外两波段光谱值的强烈反差。水体在近红外和中红外波段，几乎吸收全部的入射能量，因此水体在反射红外波段时相对于作物和土壤具有突出的低反射特征，在黑白红外卫星照片或多波段扫描影像上，水体的色调很黑，与其它地物反差很大，易于识别。土壤的反射特征受土壤的质地、含水量、表面粗糙度、有机质含量等因素的影响，但总的来说，其光谱反射曲线在可见光和近红外区域是缓慢上升的，两波段的差值明显小于农作物。因此，可用可见光和近红外两波段的差值大小来区分植被和土壤。19第19页，此课件共26页哦常用遥感数据源20第20页，此课件共26页哦遥感技术在流域水循环模拟中的应用概况 降水的遥感反演 土

12、壤水分、表面温度的遥感反演 蒸散（ET）的遥感反演 植被参数的遥感反演21第21页，此课件共26页哦蒸散（ET）的遥感反演：1）数据源（1）气象卫星数据本系统的主要数据源是日本的静止气象卫星GMS-5和中国新发射的静止气象卫星风云二号（两种卫星数据任选一种）。本系统实时接受该卫星多通道扫描辐射计VISSR的信号，可以获取白天可见光、昼夜红外资料：（1）可见光波段VIS：空间分辨率1.25km，时间分辨率1小时，波谱范围0.55-1.05m；（2）热红外波段TIR：空间分辨率5km，时间分辨率1小时,波谱范围10.5-12.5m；（3）水汽波段WV：空间分辨率5km，时间分辨率1小时,波谱范围6

13、.2-7.6m。可见光波段、热红外波段用于后面的参数反演，水汽波段用于校正处理。各波段数据在接收以后，都进行了大气校正、辐射校正和几何校正，去除大气对辐射传输的，并使所有卫星影像具有统一的地理坐标。（2）地面观测数据 地面观测数据用于遥感反演模型的构建以及模型输出结果的校验，主要有以下数据：1）站点观测数据：研究区的降雨量数据来源于国家气象局气象观测站，蒸散数据来源于荷兰Wageningen大学研制的大孔径闪烁仪（Large Aperture ScintillometryLAS）的地面观测；2）区域统计数据：黄河流域8个二级流域的降雨量、蒸散数据，其中降雨量数据来源于黄河水利委员会的黄河水资源

14、公报；区域蒸散数据以流域水量平衡为原理，根据流域降水、径流、地表地下水蓄变量等基础数据匡算得到。22第22页，此课件共26页哦蒸散（ET）的遥感反演：2）计算方法能量平衡方程:其中，In：地表净辐射通量，W/m2；H：地表至大气的显热通量，W/m2；LE：地表至大气的潜热通量，即以能量为单位的实际蒸散，W/m2；G：由地表进入土壤层的热通量，W/m2。从气象卫星风云2号数据或GMS数据获取实际蒸散量，主要有以下几个步骤：计算净辐射、计算热通量、推算实际蒸散量。23第23页，此课件共26页哦蒸散（ET）的遥感反演：3）反演结果24第24页，此课件共26页哦蒸散（ET）的遥感反演：4）校验2000年郑州年郑州LAS站实测蒸散与遥感反演蒸散年度对比站实测蒸散与遥感反演蒸散年度对比 从对比关系看出，黄河流域蒸散的遥感反演结果与简单的流域水量平衡框算出来的蒸散值总体精度接近90，其中偏差最大的是花园口以下地区，这是因为从花园口以下，黄河流域突然转变为一个狭长的条带形状，其宽度往往小于气象卫星单个像元的尺寸（5km），因此这种独特的流域形状是造成遥感反演误差的重要原因。25第25页，此课件共26页哦汇报结束，敬请批评指正！26第26页，此课件共26页哦