水文模型的構(gòu)建和發(fā)展是水資源規(guī)劃和洪水預(yù)報的重要課題之一。地理信息系統(tǒng)、遙感、數(shù)字高程模型等相關(guān)支撐技術(shù)的普及使得水文模型迅速發(fā)展起來,從集總式水文模型逐漸擴展到分布式水文模型�；跀�(shù)字高程模型的分布式水文模型能夠充分反映流域下墊面分布的空間異質(zhì)性,因此,其流域水文模擬更接近于真實的物理過程。本文以山坡水文學理論的蓄滿產(chǎn)流機制為出發(fā)點,展開了對山區(qū)流域降雨徑流模擬的研究,以此建立分布式三水源產(chǎn)匯流模型。另外,在綜合考慮水文氣象觀測資料易獲取性以及流域下墊面水文要素空間異質(zhì)性的基礎(chǔ)上,采用美國古德溫河實驗性流域上游的子流域作為研究區(qū)域,進行模型架構(gòu)準確性及可行性的驗證。主要研究內(nèi)容及成果如下:首先,針對研究流域進行數(shù)字地形分析,以數(shù)字高程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)提取流域的地形數(shù)字特征,包括流向分析、河網(wǎng)水系的提取以及流域離散化。在流域離散化時采用自然子流域劃分結(jié)合考慮代表性單元面積、集總模擬單元的方法以及細分陰、陽坡來滿足模擬尺度的需要。研究流域的數(shù)字化使得離散化坡面單元的數(shù)據(jù)也同時完成自動匹配,這在很大程度上實現(xiàn)了參數(shù)的空間離散化,也為模型的應(yīng)用提供所需的參數(shù)支撐。其次,流域降雨徑流模型中的坡面產(chǎn)匯流模式根據(jù)連續(xù)方程和達西公式,對坡面流徑流成分的產(chǎn)流量進行計算。引入圣維南方程組簡化的運動波模式,推導出坡面流近似的偏微分方程。對每一單元坡面以不同的二次多項式表達并利用特征線法模擬坡面匯流的過程。從整體來看,每一離散單元坡面分別建立的坡面產(chǎn)匯流模型充分考慮了非飽和側(cè)向壤中流對坡面流形成和發(fā)展的影響,對構(gòu)建物理機制嚴謹?shù)牧饔蚪涤陱搅髂Ｐ途哂兄匾饬x。再次,河道匯流模式則根據(jù)水流特性采用改進后的馬斯京根-康吉法進行河道演算,以協(xié)調(diào)各坡面離散單元水文子過程與主河道的匯合,由此構(gòu)成完整的分布式三水源產(chǎn)匯流模型。最后為了驗證模型適用性,選取研究流域典型的降雨過程進行次洪過程模擬,采用確定性系數(shù)、相關(guān)系數(shù)以及徑流量、峰值、峰現(xiàn)時間三者的相對誤差來評定模擬精度。本研究的特色之處在于所建模型不但適用于單一坡面的徑流分析,且能夠應(yīng)用于一般流域以進行降雨徑流過程的模擬;此外,通過公式的詳細推導,闡明使用坡面二次多項表達式的限制。總體來說,分布式產(chǎn)匯流模型能夠精確模擬流域內(nèi)部各位置點的徑流情形,因此能夠為防洪設(shè)計提供參考依據(jù)。
【學位單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P334.92
【部分圖文】：

演算時采用改進后的馬斯京根－康吉法（Ｍｕｓｋｉｎｇｕｍ－Ｃｕｎｇｅ?ｍｅｔｈｏｄ），最后將研究流??域與所建分布式水文模型耦合進行模型適用性和可行性的驗證。論文總體框架及??研究技術(shù)路線詳見圖１－１，具體分為六個部分，各章節(jié)內(nèi)容如下：??第一章首先闡述選題背景，進而明確研究的方向，對山區(qū)流域產(chǎn)匯流機制展??開概述，最后確定論文的研究目標與研究內(nèi)容。??第二章根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部國家泥沙實驗室對研究區(qū)域美國密西西比河支流古??德溫河流域的研究報告所提供的流域概況信息，研究分析古德溫河流域下墊面條??件及降雨時空分布等情況。??第三章充分了解分布式水文模型的技術(shù)支持，包括ＧＩＳ提供空間數(shù)據(jù)信息分??析的技術(shù)，ＲＳ提供獲取下墊面數(shù)據(jù)資料的技術(shù)以及ＤＥＭ數(shù)據(jù)規(guī)范化的表達，便??于結(jié)合ＧＩＳ技術(shù)進行空間數(shù)據(jù)的存儲等方面尚技術(shù)手段。本章的研究以對ＤＥＭ資??料進行數(shù)字地形分析，提取古德溫河流域的數(shù)字河網(wǎng)水系展開，并探討流域離散??化的多種方法。??第四章針對山區(qū)小流域“蓄滿產(chǎn)流”模式下的分布式三水源產(chǎn)匯流模型的建??模過程深入研究，對流域水文過程作一定的合理概化以及單元產(chǎn)流成分劃分，并??利用連續(xù)方程和達西公式進行上層土壤未飽和與上層土壤飽和兩種情況下的產(chǎn)??流量計算

?積河谷，經(jīng)過約克納河（ＹｏｃｏｎａＲｉｖｅｒ），形成了古德溫河流域，其位置及其邊界??如圖２－１所示。??古德溫河實驗性流域最初在１９７７年建立，是為了用于進行河道侵蝕，泥沙??輸運移與流域水文等方面的廣泛研究。古德溫河流域初步分為１４個嵌套的子流??域，在每個子流域的排水出口處均設(shè)置了流量測量水槽。這些測流點的排水范圍??從１．６３至２１．３９ｋｍ２不等。圖２－２顯示了古德溫流域河網(wǎng)水系的細致劃分，圖２－３??是其對應(yīng)的數(shù)字高程圖。同時，在流域內(nèi)外均勻設(shè)置了?２９個標準雨量計。每個??測量部位的數(shù)據(jù)由使用儀器和微機ＶＨＦ無線電遙測系統(tǒng)組成的電子數(shù)據(jù)采集系??統(tǒng)負責收集，暫時儲存，最后傳送到國家沉降實驗室的中央計算機中。??１３??

圖２－２古德溫河流域示意圖??
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本文編號：2873404