分布式水文模擬模型在流域水資源管理中的應用

摘要：為了促進我國的流域水資源管理綜合效益的提升，需要根據分布式流域水文模擬模型展開分析，以實現對其內部模式總體結構的深入應用，促進其特點的深入了解，保證流域水資源管理綜合效益的提升。為了實現對流域水文模擬模型的有效應用，需要流域水資源的相關管理人員做好相關的分析工作。

關鍵詞：水文模擬；管理應用；研究深化；探究

1 關于分布式降雨徑流模擬模型及其 TOPMODEL模型的分析

1.1 國外的分布水文模式的發展歷史比較長的，其經歷了一個比較長的歷史發展階段，逐漸實現了該模型分析理論系統的健全。該模型的研究理論起源于一篇關于物理基礎數值模擬理論的文章。隨著時代經濟的不斷發展，美國的關于SWAT模型的理論體系不斷得到健全，出現了THALES模型模式，該模式是一種分布式的參數模型，其具備一定的矢量高程數據。隨著經濟模式的不斷深化，國際科學經濟技術的不斷發展，其分布式水文模式誕生，該模式實現了對各個環節的綜合比如空間參數校準、河流演算環節等。無論是PRM模型還是SLURP模型其都屬于分布式水文模型。比較典型的地表分布式水文模擬模型包括SWAT模型及其TopModel模型。

TopModel模型的發展是符合時代的發展潮流的，該模式是以變源產流是基礎條件的。通過對地形空間變化的深入了解，來實現其結構模式的優化，促進其DEM推求地形指數的有效應用。在地形指數應用過程中，可以通過對相關數據信息的應用，來剖析流域水文的循環現象，實現其水流趨勢的深入分析，該模式可以實現對相關環節的水源面積變動情況的模擬。TOPMODEL模型結構和概念比簡單，優選參數少，充分利用了容易獲取的地形資料，而且與觀測的物理水文過程有密切聯系。模型已被應用到各個研究方面，并不斷發展、改進，反映了降雨徑流模擬的最新思想。但TopModel并未考慮降水、蒸發等因素的空間分布對流域產匯流的影響。

1.2 SWAT模式是一種應用范圍比較廣泛的流域水文模型，該模式具備比較常的物理機制性，在某些發達國家中實現了廣泛的普及，比如加拿大及其相關北美洲地區。該模式通過對相關空間數據信息的應用，促進其各個流域各個水文運作過程的模擬，比如化學物質的變化情況等。通過對模式的應用，促進其流域離散化環節的優化，實現其蒸發環節、降水環節等的優化，從而深入剖析人類行為和流域水文循環之間的關系。通過對該SWAT運作模式的研究，實現對流域情況的有效模擬，以滿足日常工作的需要。SWAT模擬的流域水文過程被分為兩大部分：陸面部分，它控制著每個流域內主河道的水、沙、營養物質和化學物質等的輸入量；水循環的水面部分。它決定水、沙等物質從河網向流域出口的輸移運動。SWAT 采用現代Windows 界面，是一個模型和GIS 的綜合型系統，它模擬了水和化學物質從地表到地下含水層再到河網的運動過程，可以用于幾千平方英里的流域盆地的水質水量模擬。它適用于具有不同的土壤類型、不同的土地利用方式和管理條件下的復雜大流域。

2 關于分布式地下水模擬模型的分析

地下水文模擬模型的范圍是比較廣泛的，比較常見的物理模型、數值模型等。通過對數值模擬模型的應用，實行對地下水文物理過程的有效模擬，其具備相當高的精度型，具備很好的應用效果，它是目前地下水文模擬系統的重要一個組成部分。數值模擬模式分為兩種模式分別是有限單元法及其有限差分法。這兩種模式具備各自的應用特跌，目前來說，在國際上應用比較廣泛的地下水數值模擬模型主要有FeFlow、ModFlow等模式，每一種模式都應用于特定的場景，以實現日常工作的穩定運行。ModFlow是一套專門用于孔隙介質中三維地下水流數值模擬的模型。自ModFlow問世以來，它已經在全美甚至在全世界范圍內，在科研、生產、環境保護、城鄉發展規劃、水資源利用等許多行業和部門得到了廣泛的應用，成為最為普及的地下水運動數值模擬的計算軟件。ModFlow主要采用三維有限差分方法進行模擬，ModFlow不僅可以用于模擬孔隙介質地下水的運動，而且可以用來解決裂隙介質中的地下水流動問題。經過合理的概化，ModFlow還可以用來解決空氣在土壤中的流動。

通過對 ModFlow程序結構的優化，以滿足日常工作的需要，它是一種應用效益比較高的地下水流數值模擬軟件，其應用范圍是比較廣泛的，這與其自身的優勢是分不開的，其順應了低地下水流數值模型的發展局勢，具備比較強大的實用性。其包含了以下的內容，比如離散方法的應用、程序設計結構的模塊化應用等。通過對矩形網格的應用，來保證ModFlow工作模式的穩定發展，促進工作環節的優化。因而對于處理復雜地質體中的地下水三維滲流場模擬方面存在著不足，沒有有限元三角剖分靈活多變。Feflow是由德國Wasy水資源規劃系統研究所研制開發的地下水模型軟件包。它采用有限元法進行復雜二維和三維穩定/非穩定水流和污染物運移模擬。Feflow的有限元方法允許用戶快速構建模型來精確地進行復雜三維地質體的地下水流及運移分析，在這方面其功能要強于ModFlow。

3 關于流域水循環綜合模擬模型的分析

3.1 隨著知識經濟時代的不斷發展，各種計算機應用技術、科學理論體系不斷發展，其促進了水文模式研究方法的進步，從而促進相關流域整體水循環模擬系統的健全，滿足了現實工作的需要。其流域內水循環系統具備一定的規律性，比如其大氣降水運動、地層水運動、地下滲流運動等。通過對其地下水運作環節的模擬，來促進流域整體水循環模擬環節的優化。只有保持其處理方案的健全，才能實現其處理方式的優化，保證水循環模型的精度的提升。下面以歐洲的SHE模型為例介紹整體水循環模擬模型在流域水資源管理中的應用。SHE模型是一個典型的整體分布式水循環模擬模型。在SHE模型中，流域在平面上被劃分成許多矩形網格，這樣便于處理模型參數、降雨輸入以及水文響應的空間分布性；在垂直面上，則劃分成幾個水平層，以便處理不同層次的土壤水運動問題。SHE模型為研究人類活動對于流域的產流、產沙及水質等影響問題提供了理想化的工具。

為了促進河道流模式的有效應用，需要掌握其必要的運作資料，實現其流域整體水循環模式環節的穩定發展，如果不具備合理的資料運作基礎，是很難促進其整體水循環模擬體系的穩定發展的。這需要實現其MMS模式的有效應用。從根本上而言，MMS是一套相互匹配的子程序，它們可以被一起編譯，以表征一個特定流域。這些子程序被稱為模塊，分別描述降雨、蒸騰、地表漫流、地下水、日射、蒸發、融雪、河川徑流和森林生長。

3.2 通過對這些模型的應用，來滿足日常工作的需要，許多的水文模型都具備一系列的工作側重點。在模型應用過程中，要要以實現決策要求為目的，促進其各個模型的有效應用，促進其各個適用范圍的優化。實現對相關模型結構特點的深入了解，保證其適應性的提升。要針對模型的相關運作條件，保證其良好狀態的保持，促進其現實工程的開展。滿足實際場景對于模型的數據信息的需要，實現其相關信息采集方案的優化，促進流域水文模式的穩定應用，保障流域水文模型的有效開發。模型對不同數據源獲取信息的能力。大多數流域水文模型軟件具有數據輸入能力，以盡量減少數據輸入的工作量。模型對用戶的要求。用戶必須有什么樣的專業知識和技能才能成功運用模型？用戶群有這些技能嗎？用戶需要運行一段系統才能掌握運轉它的必要技能嗎？通過檢視模型的用戶界面通常能夠得到這些問題的答案，用戶界面越完善，學習曲線越短；在線幫助越好，所需專門技能就越少。

4 結束語

流域水文模擬模型的有效應用，離不開其流域數據的有效收集，只有促進這兩者的有效協調，才能滿足日常工作的需要。