中科院地理所自然地理学考博水文学试题及参考答案整理1_流域水文模型

'一、流域水文模型简述流域水文模型的类型及其应用问题水文模型的基本类型有哪些？各有哪些作用?论述流域水文模型的类型及其特征？二、流域产流流域产流过程及其方式有哪些？我国南北方流域产流过程及其方式冇哪些不同?二、径流形成影响径流形成的主要因素有哪些？气候变化及人类活动如何影响流域径流形成？试述河川径流屮的基流分割主要方法及研究基流的意义。径流形成的基本原理及其影响条件。四、下渗影响下渗的因素由哪些？五、蒸发能力何为流域的蒸发能力？干旱和湿润地区的实际蒸发和蒸发能力之间冇什么联系和区别？实际蒸发与蒸发能力z间有什么联系和区别，如何计算?六、水文循环如何理解水资源可再生（可更新）性？其意义是什么？试述水量转化及其在水资源评价•11的应用。试述流域水文循环过程及其科学问题。论述流域水文循环和水量转化过程及其在水资源评价中的应用? 七、水文学科理论你认为生态水文学的科学问题冇哪些水文学的基础理论问题水文学与水资源学的关系八、人类活动对水文影响试述人类活动的水文效应及其研究方法？气候变化及人类活动如何影响流域径流形成？九、水资源特点及开发利用论述中国水资源开发利用问题及其对策。论述中国水资源的时空分布特点及其开发利用对策？十、区域水文分析流域地下水的补给來源、地下水径流、地下水排泄，以及地下水动态的影响因索？如何理解湖泊、沼泽的水量平術与调节作用？十一、新技术方法 、试题简述流域水文模型的类型及其应用问题水文模型的基本类型有哪些？各有哪些作用？论述流域水文模型的类型及具特征？水文模型的分类水文模型分为物理模型和数学模型两类。物理模型是一种比尺或比拟模型模拟，前者将研究对象的原型按一定的比例在实验室内建成物理模型，先对模型进行观测分析，然后根据相似律再对■原型的物理过程进行定性或定量分析，后者是以一些物理量來比拟水的某些特性的模型。数学模型则首先针对人们已掌握的流域径流形成的物理机制，应用物理定律建立其数学描述方程式,然后用数学方法时行求解,从而获得各种情况下流域降雨与径流之间的定量关系。数学模型又可分为确定性模烈和随机模型两类。确定性模型是描述水文现彖必然规律的数学结构；随机模型描述水文现象随机性规律的数学结构。确定性模型可分为集总式和分散式模型两种，前者忽略水文现象的空间分布差异。物理模型比尺模拟比拟模拟水文模型数学模型确泄性模型集总式模型分散式模型随机模型数注模型相对丁•物理模型的优点：1、数学模型的所有条件都可以山原型所观测的数据总接给出，不受比尺的限制，即数学模型无相似律问题。2、数学模型的边界及其它条件既可严格控制，也可随时按实际需要改变。3、数学模型的通用性强，只要研制出一种适合的软件就可用于解决不同的实际问题。4、数学模型具有理想的抗干扰能力，只耍条件不变，重复模拟可得到完全相同的结果，不会因人、因地5、数学模型的研制费用相对便宜，运行处理费用更加便宜。流域水文模型的分类流域水文模型以流域为研究对象，对流域内发牛•降雨径流这一特定的水文过程进行数学模拟，即把流域上的降用过程，模拟计算出流域出口断而的流量过程。从流域水文模型的发展和应用来看，流域水文模型属于数学模型，可分为确定性模型和随机模型，我们通常所说的是指确定性模型。从反映水文运动物理规律的科学性和复杂性程度而言，流域水文模型通常被分为三人类：系统模型（即黑箱模型，back-boxmodel）、概念性模型（conceptualmodel）、物理模型 （physically-basedmodel）。系统模型将所研究的流域或区间视作一种动力系统，利用输入（一般指南量或上游干支流来水）与输出（一般指流域控制断面流量）资料，建立某种数学关系，然后可由新的输入推测输出。系统模型只关心模拟结果的精度，而不考虑输入一输出之间的物理因果关系。系统模型和线性的和非线性的，时变的和时不变的，单输入单输出的，多输入单输出的，多输入多输岀的等多种类型。代表性模型有：总径流线性响应模型（TLR）、线性振扰动模型（LPM）、以及神经网络（ANN）等。概念性模型利用一些简单的物理概念和经验公式，如下渗Illi线、汇流单位线、蒸发公式、或有物理意义的结构单元，如线性水库、线性河段等，组成一个系统来近似地描述流域水文过程。代表性模型冇：美国的斯坦福模型（SWM）、口本的水箱模型（Tank）、我国的新安江模型（XJM）等。物理模型依据水流的连续方程和动最方程来求解水流在流域的时间和空间的变化规律。代表模型有SHE模型，DBSIN模型等。从反映水流运动的空间变化能力而言,水文模型可分二类为：集总式模型（lumpedmodel）和分布式模型（distributedmodel）0集总式模型认为流域表面上各点的水力学特征是均匀分布的，对流域表面上的任何一点上的降l*j,其下渗、渗漏等纵向水流运动都是相同和平行的，不和周围的水流发生任何联系，即不存在水平运动。集总模型把全流域当作一个整体來建立模型，即对流域参数进行均匀处理。分布式模型认为流域表面上的各点的水力学特征是非均匀分布的，水流在流域表面上的分布并不均匀，应将流域划分为很多小单元，在考虑水流在每个小单元体纵向运动时，也要考虑各个单元z间的水量的横向交换。分布式水文模型nJ分为松散型和耦合型两类。前者假定每个单元面积对整个流域响应的贡献是互不影响的，可通过每个单元的叠加來确定整个流域响应；后者是用一•组微分方程及具定解条件构成的定解问题，必须通过联立求解才能确定整个流域的响应。概念性分布式流域水文模型多是松散的，具有物理基础的分布式流域水文模型有耦合型的也有松散型的。概念性分布式流域水文模型解算方法一般比较简单，但反映径流形成机制不够完善。具冇物理革础的耦合型分布式流域水文模型，虽然在描述径流形成过程吋物理概念清楚，但解算比较闲难，甚至不一定有稳定解，介于两者间的具有物理结构的分布式流域水文模型是近期值得开发的一种分布式流域水文模型。另外，介于集总式模型和分布式模型之间，还有一种所谓的半分布式模型，其典型代表是以地形为水文过程空间变界性基础的TOPMODEL模型。集总式流域水文模型的缺陷集总式流域水文模型的最棊本特征是将流域作为一个整体来模拟其径流的形成过程。就模型结构而言，现冇集总式流域水文模式绝大多数都是由概念性元素按径流形成过程组合而构成的。1、构成模型的概念性元素一般只能模拟水文现象的宏观农现，而不能涉及水文现象的木质或物理机制。因此，现冇集总式流域水文模型的结构对径流形成过程的描述是近似的,其至是粗略的，所包含的参数人多数缺乏明确的物理意义。 2、将事实上呈空间分布状态的降雨输入当成模型的集总输入，这显然与流域径流形成是分散输入、集总输出的实际情况不符。3、冇些模型虽然设法考虑下染面条件空间分布不均对径流形成过程的影响，但由于采用的是统计分布曲线，因而无法同吋考虑降雨空间分布的影响。4、模型包含的参数一般都冇多于2个甚至于十几个要通过率定方法來确定，即由实测水文气象资料反求。这种称为反问题的数学问题，在理论上完全依赖于目标函数、约束条件的拟定和实测水文气象资料条件,会出现界参同效现象。因此很难保证解的唯一性和合理性。流域水文模型发展中的问题及展望半个世纪以来，一方面是传统模型继续发挥着重要作用，另一方面是新的流域水文模型不断出现，其普适性却无法解决，理论基础研究进展缓慢。究竟是什么原因导致流域水文模型的发展遭遇到这种闲境呢？1、模型缺乏中间观测资料的检验：冃前水文模型的中间过程（如土壤水、壤中流、地下水）参数基木上山个别实验小流域实测资料或经验关系先确定取值范围，其最终率定则要服从模型输出结果（降雨径流关系）的精度需要，这势必影响对提示水文规律的中问复杂过程的研究。比如许多概念性模型都有分制各层径流的模型，也输出一些中间成果，如十-壤含水量等，但是没冇流域的实测资料，加上调参的唯一检验是总径流过程线，很难说明中间成果接近流域实际；对分布式流域水文模型，虽模型参数都有物理意义，但由于存在同样的问题，只能从理论上而无法从实践上证明其必然优势。再加上物理模型的复杂性，在一些中小流域，系统模型和概念性模型依然得到广泛的应用。因此改进和利用遥感、雷达等先进的技术获得准确和直接的中间水文过程资料，然后依据这些资料分析和检验复杂的水文规律，而不是主要用总径流过程线来调试参数，进而从水文物理结构而不是单纯的数学物理公式或参数优化方面來推动流域水文模型的发展，是水文模型发展要解决的迫切问题。2、降用径流资料的课差和还原问题：人部分流域降用径流资料由于测量技术受到限制,英精度可能无法真实的反映真实水文现象。其次是由于人类活动的影响会导致某些水文因素的变化，使历史资料无法直接为现状资料统一应用，而无论是修正历史历史资料还是还原现状资料都冇一定的难度，从而影响水文模型的参数率定和应用。在依靠先进测量技术不断提高水文数据质量的同时，加强气候变化和人类活动对水文过程影响的理论研究，利用获取的信息对原资料进行修匸和还原，是解决水文模型资料的关键。3、水文时空尺度问题：不同时间和空间尺度的水文系统规律通常冇很大的差异。表现在流域水文模型上则为一些小尺度的流域实验获得的参数往往不能直接应用到大流域的水文模拟，不同吋间尺度的模型变量或参数也往往不能通过简单叠加或分解进行转换。水文尺度问题也是造成应用水文模型层出不穷，普适性模型难于研制和实践的主要原因之一。因此，解决尺度问题，探索不同尺度模型变量或参数之间的转换规律，是建立普适性水文模型和实现水文模型与大气环流等其它模型进行耦合的关键。4、参数不确定性问题：两场不同的降南可能导致同一个模型输出两组不同的参数值;就是同一场降i*j,由于目标函数模式的不同，模型参数取值也往往不同，这势必影响流域水文模型输出结果的可靠性，不利于模型的发展和广泛应用。解决参数不确定性问题，一是加强具冇物理基础的分布式水文模型的研究，更加合理 的模拟和描述水文过程，不断缩小模型和原型的差界。二是利用和不断充实已有的水文数据库，进行参数不确定性分析，在明确物理意义的基础上，提高参数的梢度。水文模型的发展方向1、3S应用研究2、水文过程物理规律研究3、水文尺度研究4、与其它系统模型耦合研究'