數(shù)字流域模型

　　本書是數(shù)字流域模型研究的總結(jié)。書中介紹了數(shù)字流域模型的框架結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)以及模型建立和運(yùn)行等方面的成果；以黃河流域?yàn)槔?，給出了模型在流域水資源量計(jì)算、洪水模擬、侵蝕產(chǎn)沙、淤地壩規(guī)劃等領(lǐng)域的初步應(yīng)用成果，展示了模型在流域規(guī)劃和管理工作中的廣闊應(yīng)用前景。 本書可供水利工程、水土保持、環(huán)境工程等專業(yè)科技人員及高等院校相關(guān)專業(yè)師生閱讀和參考。 前言 數(shù)字流域模型能夠模擬全流域的降雨-徑流及產(chǎn)沙輸沙等過程，在流域防汛減災(zāi)、水量調(diào)度、水土保持等方面有重要應(yīng)用。近年來，數(shù)字河流建設(shè)得到重視并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，但是作為數(shù)字河流引擎的流域模型的開發(fā)還相對滯后，多數(shù)模型局限于中小流域，將其擴(kuò)展到大流域時(shí)還比較粗糙，不能滿足數(shù)字河流建設(shè)的需要。為此，作者在國家"973"課題和國家自然科學(xué)基金的資助下，結(jié)合"數(shù)字黃河"工程建設(shè)，研究開發(fā)了大流域的數(shù)字流域模型，本書是對該方向成果的初步總結(jié)。 本書著眼于大流域的水沙過程模擬，提出并建立了數(shù)字流域模型系統(tǒng)的框架。模型框架依托DEM數(shù)據(jù)及其存取系統(tǒng)，以流域分級(jí)理論為依據(jù)，將全流域分為四級(jí)：坡面、小流域、區(qū)域（支流）和全流域，即在坡面上建立產(chǎn)流和產(chǎn)沙數(shù)學(xué)模型，在小流域河網(wǎng)、區(qū)域（支流）河網(wǎng)和全流域河網(wǎng)上分三級(jí)進(jìn)行匯流演進(jìn)。通過"坡面產(chǎn)流，逐級(jí)匯流"的組織方式，將四個(gè)層次的模型整合成一個(gè)完整的數(shù)字流域模型系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，即大流域DEM數(shù)據(jù)存取、流域溝道參數(shù)提取、基于遙感圖像的模型參數(shù)提取、分布式降雨量數(shù)據(jù)存取和計(jì)算機(jī)集群并行計(jì)算?；跀?shù)字流域模型系統(tǒng)框架建立了坡面降雨-徑流模型和侵蝕產(chǎn)沙模型，并在岔巴溝流域進(jìn)行了參數(shù)率定和模型驗(yàn)證。此外，作為數(shù)字流域模型的應(yīng)用例子，結(jié)合黃河流域進(jìn)行了四個(gè)方面的計(jì)算，包括： （1）模擬了1983年黃河流域花園口以上部分的水資源分布狀況和花園口等幾個(gè)重要水文斷面的徑流過程，統(tǒng)計(jì)了黃河上中游各省的地表水資源量。 （2）模型用不同的時(shí)間步長再現(xiàn)了伊洛河"82．8"洪水和1983年黃河小花間的汛期徑流過程。 （3）對黃河中游多沙粗沙區(qū)的1967年、1978年、1983年、1994年、1997年五個(gè)典型年汛期的產(chǎn)流產(chǎn)沙量進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果表明多沙粗沙區(qū)進(jìn)入黃河于流河道的泥沙量與降雨量、降雨地點(diǎn)、降雨強(qiáng)度以及泥沙的粒徑有關(guān)，模型可以較好地模擬這些因素的影響。 （4）以岔巴溝為例進(jìn)行了小流域淤地壩規(guī)劃的研究，在岔巴溝流域布設(shè)小型淤地壩541座，計(jì)算模擬了布置淤地壩前后的徑流輸沙變化，初步分析了淤地壩的減水減沙效益。 模型各項(xiàng)應(yīng)用的結(jié)果表明： （1）模型可用于大流域的降雨-徑流模擬和水資源量計(jì)算。 （2）模型系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同需要，采用不同的計(jì)算步長，模擬次洪和連續(xù)徑流過程。 （3）輔以降雨預(yù)報(bào)模塊，模型可用于洪水預(yù)報(bào)。 （4）模型可用于大區(qū)域或局部小流域的產(chǎn)流產(chǎn)沙計(jì)算，為淤地壩規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。 本書的研究成果得到了國家自然科學(xué)創(chuàng)新研究群體基金項(xiàng)目"流域水沙過程與臨界調(diào)控機(jī)理（50221903）"、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（973）項(xiàng)目"黃河流域水資源演化規(guī)律與可再生性維持機(jī)理（G19990436）"的資助，在此一并表示感謝。 參加本項(xiàng)研究的主要人員除本書作者外，還有陳志祥、李鐵鍵、薛海、鄧?yán)取?由于作者水平所限，書中難免出現(xiàn)疏漏，敬請讀者批評指正。 作者 2005年9月于清華大學(xué)

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