流域水文模拟

一、概念

       流域水文模拟是对流域上发生的水文过程进行模拟，建成数学模型，在计算机上实现。把流域看成一个系统，已知其输入，要求其输出。在推算中要把系统的状态，即流域上发生的水文过程，模拟计算出来。输入是降雨过程，不包括融雪、水质、泥沙等，因此建立的是降雨径流流域模型，系统的输出是流域出口断面的流量过程。另一个输入是流域的蒸散发能力，其对应输出是流域实际的蒸散发，这样就构成了一个完整的流域水量平衡计算系统。这个系统的状态，就是土壤湿度，河槽与地下水的蓄量，等等。

       水文模型有多种类别，有确定性模型与不确定性模型。确定性模型又分为黑箱子模型与概念性模型，我们要用的是概念性模型，也就是要对流域上发生的水文过程进行模拟，是具有物理概念的模型，或可称为白箱子模型。

二、水文方法概述

概念性模型之前，在应用水文学方面，采用着几种类型的方法：1）数学物理方法； 2）单位线法；3）经验相关；4）概化推理

2）单位线法

参见： 单位线法推求流域出口洪水过程

三、水文模拟技术

       水文模拟的方法是对上述四种方法取长补短并结合起来而形成的。所谓模拟，就是把客观条件加以简化，把次要的与偶发的因素去掉，保留主要的与基本的规律部分，根据这种条件建立起有物理意义的方程式或逻辑判断式，进行计算。

概念性模型必然是一个数学模型，能够在计算机上实现，模型与计算机的思路是完全一致的。 模型的计算步骤与方法，称为结构，相当于计算机的程序，可以用框图或流程图表示。在模型结构中， 需要有一定的参数以具体规定流域的水文特性，这也就相当于计算机程序中需要读进的常量。有了结构域参数之后，流域的水文规律与水文特性就完整地描述出来了，只要有输入，就可以计算出相应的输出。至于模型的状态，则是变量，它完全可以由模型推算出来，不是实测量。

        模型就是结构加参数，水文模拟的目的，就在于确定模型的结构和参数。 结构是根据我们对水文规律的认识而构造出来的， 参数是流域的水文特性，是一些原则上可以实测的水文资料。因此，要决定模型的结构和参数，不一定要有实测的水文资料，只要有地貌地质等方面的资料就可以了。但通常我们都利用实测水文资料来检验结构与参数，并常用优选方法来推求模型的参数，这是一种鉴别性质的方法，用以弥补其他资料之不足。

        模型的计算方案不但完全客观，而且完全同意，没有内部矛盾。模型要模拟过程，因此都采用时段递推的格式，一年是各天加起来的，一次是各时段加起来的，其间不存在过程划分上的矛盾。计算方法对任何时段都一律，不会产生推理上的矛盾，只有做到这一点，才使得模型具有普遍意义， 其结构可通用于广大地区，其参数具有区域规律性。模型不只是一种工具，而且代表了水文规律，具有科学性。

        已知的只有降雨和径流两端，中间过程概无实测资料，因此，不论黑箱子模型也好，经验相关也好，概念模型也好，都是一回事，应用精度也都差不多，只有测出中间过程，进行严格的数学物理方法计算，才能提高水平。概念性模型中的物理概念都是虚拟的，没有经过实测证明的，因此任何方法只要精确度高就行，不必追究其客观规律性与科学性。