新安江流域水文模型教学课件

新安江癌型、水文模型的分类水文模型的分类大多数人不是十分清楚,不同的书籍叙述的分类也不统一。有些概念常常没有严格区分,以至于读者不能形成关于水文模型的清晰印象。为便于今后阅读文献,有必要对水文模型的分类进行梳理,搞清数学模型、物理模型、数学物理模型、概念性模型、系统模型、水文模型、流域水文模型等概念的区别。水文模型数学模型物理模型随机模型确定性模型实验模型原型模型数学物理模型概念性模型黑箱模型(系统模型)[集总模型」[分散模型」线性模型」[非线性模型变模型不变不不变变模变模变模模型型不变模型型1.模型:·实际上是物理原型的某种近似,人们根据研究需要抽取物理原型的某些特征,采用一定的方法来建立模型,以期在模型上重现或预估物理原型的主要行为,以便对物理现象进行更深入的分析和认识。2物理模型:用实物反映客观世界的物理过程。(1)实验模型为实验目的而人为制作的实物模型;物理实验中的实验装置是物理模型(如实验室中使用的下渗模型),水工试验模型是按一定水力比尺缩小物理原型而得的物理模型,室内人工降雨、径流试验装置是物理模型,用电子线路模拟物理现象也是物理模型(2)原型模型·直接利于实物、自然场地或自然现象进行观测、实验;如水文站的测量工作和实验研究工作实际是对河流水文过程进行原型观测或原型实验。3.数学模型:是根据物理的、生物的和社会的某些规律,遵循一定的原则而建立的数学“系统”,是对物理现象的数值仿真,它从数量上反映物理现象的因果关系,可从量上揭示物理现象的深层规律,由于数学模型不受客观条件限制,容易制作,因而得到广泛应用,特別是在不能建立物理模型的情况下,例如,研究地球大环流物理系统,建立模型的唯一选择只能是数学模型,即建立大气环流物理方程,然后进行数值仿真,以揭示大气环流运动的客观规律。3.1随机模型:指模拟水文现象随杋性的模型,包括统计模型和时间序列模型等。统计模型模拟水文现象的统计规律(随机规律),例如频率计算、相关分析都是统计模型的例子。随机水文学中所硏究的AR(p)、MA(p,q)等模型属于时间序列模型3.2确定性模型侧重水文物理现象的成因研究,忽略随机因素。主要模拟水文现象确定性规律的模型。如马斯京根模型、新安江模型等水文模型。(1)数学物理模型是以数学物理方法对水文现象进行模拟的模型。这种模型是建立在严格的物理的、力学方程基础之上,对水文模型而言要使用一些物理的、水力学的方程,必须对客观水文物理系统作很多简化才可能建立起模型。因此,这种模型目前在水文生产上尚不能完全付诸实用。(2)概念性模型是以水文现象的物理概念作基础进行水文过程模拟的,它所模拟的不完全是真的物理实体,而要对物理现象进行概化。例如,概念性模型常把流域的包气带概化成两层或三层,每层看作是均匀的土层,以便有效地模拟流域蒸散发和径流的形成。其中,上层代表疏松的表土层,下层代表较坚实的土层;潜水面以下的地下含水层看作是一个线性水库,以便模拟地下径流实际上凡是有一定水文物理概念的模型都属于概念性模型例如马斯京根流量演算方程也是一种概念性模型,它把物理河段概化为均一河段,且河段出流看作水库出流本课程所要介绍的流域水文模型就是一种概念性模型,是目前水文上最完整,最流行的概念性模型。需要说明的是,许多书籍把以一个流域作为研究对象的系统模型也称为流域水文模型,但一般而言,在不加说明的情况下,流域水文模型总是指概念性模型(3)黑箱模型又称系统模型,它是根据系统理论,利用物理系统的输入和输出的数值量推求代表系统特征的系统响应函数,从而对系统的行为进行研究,系统模型由于研究系统输入与输岀之间的确定性关系,这实际上也是一种因果关系,所以它属于种确定性模型。通常建立模型后,模型的应用就是利用系统的输入和系统响应函数推求系统的输出。·瞬时单位线(纳西单位线),利用流域的降雨和前期输岀与当前输岀建立关系的