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1、现代水文模型现代水文模型 主讲教师：主讲教师： 曾小凡曾小凡 zengxiaofan 孙怀卫孙怀卫 huaiweisun 赵娜赵娜 na.zhao.2011 第一第一章章 绪论绪论 第二章第二章 水循环过程与原理水循环过程与原理 第三章第三章 降雨和入渗过程降雨和入渗过程 第四章第四章 蒸散发过程模拟蒸散发过程模拟 第五章第五章 产汇流过程模拟产汇流过程模拟 第六章第六章 水文模型评估水文模型评估 第一篇第一篇 水文模型基础（水文模型基础（8课时）课时） Curious about If “雨一直下” What will happen？ 降雨径流过程降雨径流过程 降雨到达下垫面后，在截留、填洼
2、、土壤持水、下渗和蒸散发降雨到达下垫面后，在截留、填洼、土壤持水、下渗和蒸散发 等因素作用下的余额等因素作用下的余额产流过程产流过程 产生的径流从流域各处向流域出口断面汇集的过程产生的径流从流域各处向流域出口断面汇集的过程汇流过程汇流过程 基本要素基本要素（降水、土壤、下渗）（降水、土壤、下渗） 本章主要内容 1.1 降雨的类型降雨的类型 一、按降雨的成因分类一、按降雨的成因分类 气旋雨气旋雨随着气旋或低压过境而产生的雨。随着气旋或低压过境而产生的雨。 气旋雨气旋雨 非锋面雨非锋面雨（气压向低压区辐合引起气流上升产生降雨）（气压向低压区辐合引起气流上升产生降雨） 锋面雨锋面雨 暖锋雨暖锋雨 冷
3、锋雨冷锋雨 基本要素（降雨) 降水：降水：水分以各种形式从大气到达地面统称降水。包水分以各种形式从大气到达地面统称降水。包 括雨、雪、露、霜、冰雹等。括雨、雪、露、霜、冰雹等。 气团气团物理属性水平分布比较均匀的大范围空气团。物理属性水平分布比较均匀的大范围空气团。 锋面锋面两种性质不同的气团之间狭窄而倾斜的过渡带。两种性质不同的气团之间狭窄而倾斜的过渡带。 锋在空间是倾斜的，且向冷空气一侧倾斜。锋在空间是倾斜的，且向冷空气一侧倾斜。 暖锋雨：暖锋雨：冷暖气团相遇时，暖湿气团推动锋面向冷气团一侧移冷暖气团相遇时，暖湿气团推动锋面向冷气团一侧移 动。峰后暖空气一方面向冷空气方向推进，同时又沿锋面
4、缓动。峰后暖空气一方面向冷空气方向推进，同时又沿锋面缓 慢上升，在上升过程中冷却而产生降雨。因暖锋坡度很小，慢上升，在上升过程中冷却而产生降雨。因暖锋坡度很小， 一般为一般为1:150，故暖锋雨降雨面积大、雨强小、历时长。，故暖锋雨降雨面积大、雨强小、历时长。 附：附：锋面雨的形成锋面雨的形成 基本要素（降雨) 暖锋雨的形成示意图暖锋雨的形成示意图 暖气团暖气团 冷气团冷气团 基本要素（降雨) 冷锋雨：冷锋雨：冷暖气团相遇时，冷燥气团楔入到暖湿冷暖气团相遇时，冷燥气团楔入到暖湿 气团之下，使暖湿气团上升冷却而产生降雨。气团之下，使暖湿气团上升冷却而产生降雨。 根据移动速度可分为缓行冷锋和急型冷
5、锋。根据移动速度可分为缓行冷锋和急型冷锋。 1)缓行冷锋的降水与暖锋相似；缓行冷锋的降水与暖锋相似； 2)急行冷锋移动较快，坡度较大，约为急行冷锋移动较快，坡度较大，约为1:70，故，故 降水范围小、雨强大、历时短。降水范围小、雨强大、历时短。 基本要素（降雨) 冷锋雨的形成示意图冷锋雨的形成示意图 冷气团冷气团 暖气团暖气团 缓行冷锋缓行冷锋 急行冷锋急行冷锋 暖气团暖气团 基本要素（降雨) 冷气团冷气团 对流雨对流雨地面受热升温，下层空气膨胀上升和上层空气地面受热升温，下层空气膨胀上升和上层空气 形成对流运动。下层暖湿空气上升到高空遇冷凝结形成形成对流运动。下层暖湿空气上升到高空遇冷凝结形
6、成 降雨。多发生在夏季午后，强度大、面积小、历时短。降雨。多发生在夏季午后，强度大、面积小、历时短。 地形雨地形雨暖湿气团在运动过程中遇山岭障碍时，在沿山暖湿气团在运动过程中遇山岭障碍时，在沿山 坡上升过程中逐渐变冷凝结成雨。地形雨多在迎风坡上。坡上升过程中逐渐变冷凝结成雨。地形雨多在迎风坡上。 台风雨台风雨由热带海洋上的风暴带到大陆的雨。灾害性天由热带海洋上的风暴带到大陆的雨。灾害性天 气，常发生在浙、闽、粤、台湾等沿海省份。气，常发生在浙、闽、粤、台湾等沿海省份。 基本要素（降雨) 二、按降雨强度及过程特征分类二、按降雨强度及过程特征分类 1.暴雨暴雨历时短、强度大、笼罩面积不大。历时短、
7、强度大、笼罩面积不大。 气象方面规定：日降雨量气象方面规定：日降雨量 50mm 暴雨；暴雨； 日降雨量日降雨量100mm 大暴雨；大暴雨； 日降雨量日降雨量200mm 特大暴雨。特大暴雨。 主要影响小流域洪水。主要影响小流域洪水。 2.暴雨型霪雨暴雨型霪雨历时较长历时较长、强度变化大强度变化大。 影响区域洪水影响区域洪水。 3.霪雨霪雨历时很长历时很长、强度小强度小、笼罩面积大笼罩面积大。 影响大流域洪水影响大流域洪水。 基本要素（降雨) 降水要素：降水要素：降水量、降水历时和时间、降水强度、降水面积降水量、降水历时和时间、降水强度、降水面积 降水量过程线降水量过程线 降水量累积曲线降水量累积
8、曲线 等雨量线等雨量线 降水强度与历时曲线降水强度与历时曲线 降雨深与面积关系曲线降雨深与面积关系曲线 降雨深与面积和历时曲线降雨深与面积和历时曲线 1.2 降水特征的描述降水特征的描述 基本要素（降雨) 时间时间 时段降雨时段降雨 累积降雨累积降雨 13:42 0 0 14:00 11.5 11.5 14:30 33.5 45.0 15:34 31.9 76.9 17:00 1.6 78.5 18:10 2.2 80.7 123456 0 10 20 30 40 50 降水量过程图降水量过程图 降水量（ mm）降水量（ mm） 时 段时 段 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 1
9、00.0 120.0 1213141516171819 时间时间 降水量(mm)降水量(mm) 累积降水量过程线累积降水量过程线 时间时间 累积降雨累积降雨 时段降雨时段降雨 13:00 0 0 14:00 11.5 11.5 15:00 60.0 48.5 16:00 77.0 17.0 17:00 78.5 1.5 18:00 80.7 2.2 0 20 40 60 80 012345678 时时 间间 降水量(mm)降水量(mm) 降雨强度与历时曲线降雨强度与历时曲线 时时 间间 累积降雨累积降雨 时段降雨时段降雨 13:00 0 0 14:00 11.5 11.5 15:00 60.0
10、 48.5 16:00 77.0 17.0 17:00 78.5 1.5 18:00 80.7 2.2 历历 时时 累积降雨累积降雨 雨雨 强强 1 48.5 48.5 2 65.5 32.8 3 77.0 25.7 4 79.2 19.6 5 80.7 16.1 6 80.7 13.4 等雨量线的做法类似于地形图等高线的做法。等雨量线的做法类似于地形图等高线的做法。 等雨量所表示的降水分布与实际降水分布的符合程度取决于：等雨量所表示的降水分布与实际降水分布的符合程度取决于： (1) 雨量站位置雨量站位置(是否为雨情控制点是否为雨情控制点)； (2) 雨量站数目雨量站数目 某流域内有7个雨量站
11、，根据各站6小时雨量资料绘出其等雨量线。 90 70 50 40 110 120 80 98 65 62 47 36 附：附：区域平均降水量计算区域平均降水量计算 常用计算方法：常用计算方法： 算术平均法：算术平均法：适用于面积不大，地形起伏不大，站点适用于面积不大，地形起伏不大，站点 较多且布设较均匀的流域。计算简便。较多且布设较均匀的流域。计算简便。 泰森多边形法：泰森多边形法：适用于降雨分布不均，站点较少，面适用于降雨分布不均，站点较少，面 积不大的流域。在确定各站的权重后也很简便，且精度积不大的流域。在确定各站的权重后也很简便，且精度 较好。缺点是在各场降雨中把雨量站权重视为固定，与较
12、好。缺点是在各场降雨中把雨量站权重视为固定，与 实际情况不完全一致。实际情况不完全一致。 等雨量线法：等雨量线法：适用于面积大、站点密的流域。理论上适用于面积大、站点密的流域。理论上 较完善，但每次降雨都需绘制等雨量线，并计算权重，较完善，但每次降雨都需绘制等雨量线，并计算权重， 工作量大。工作量大。 距离平方倒数法距离平方倒数法 基本要素（降雨) 泰森多边形法泰森多边形法 A1 A2 A3 A4 A5 A6 (1) 连三角形；(2) 作三角形各边的垂直平分线; (3) 以交点连线及与流域边界相交的垂直平分线构成单元面积； (4) 量出各单元面积，总面积A=(A1+A2+A3+A4+A5+A6
13、) (5) 计算单元面积权重及流域平均雨量 各子块权重 i =A i /A P= i P i 基本要素（降雨) 等雨量线法等雨量线法 A2 A6 90 70 50 40 A1 A3 A4 A5 110 总面积A=(A1+A2+A3+A4+A5+A6) 各子块权重i =A i /A P= i *P i 基本要素（降雨) 距离平方倒数法距离平方倒数法 基本要素（降雨) (1) 划分矩形网格；划分矩形网格； (2) 计算网格处雨量：其周计算网格处雨量：其周 围临近雨量站按距离平方围临近雨量站按距离平方 的倒数插值的倒数插值; (3) 计算平均雨量：算术平计算平均雨量：算术平 均法；均法； 优点：显然
14、改进了站与站优点：显然改进了站与站 之间的雨量呈线性变换的之间的雨量呈线性变换的 假设。整个计算过程虽较假设。整个计算过程虽较 其他方法复杂，但十分便其他方法复杂，但十分便 于用计算机处理。于用计算机处理。 附：附：降水资料的一致性检验和插补降水资料的一致性检验和插补 一、降水资料的一致性鉴别一、降水资料的一致性鉴别 由于雨量站位臵、雨量计高度或轴向、仪器设备和观测 方法等的改变，会使降水量资料产生系统偏差。对系统偏差， 可采用“双累积分析方法”进行分析和修正。 如分析 站降水资料的前后一致性 邻近多站平均累积年降水量(mm) 站 累 积 年 降 水 量 (mm) 85年 基本要素（降雨) 二
15、、非一致降水资料的改正二、非一致降水资料的改正 站 累 积 年 降 水 量 (mm) 邻近多站平均累积年降水量(mm) 至95年的 累积雨量 B C 85年 A KB KC 说明自说明自1985年起，年起， 站站 逐年测到的降水量比原逐年测到的降水量比原 来观测条件下观测到的来观测条件下观测到的 降水量减小了降水量减小了KC / KB倍，倍， 为保持降水量资料的一为保持降水量资料的一 致性，可将致性，可将85年后观测年后观测 的雨量按的雨量按KB / KC的系数的系数 进行改正。进行改正。 基本要素（降雨) 1. 算术平均法：算术平均法： PA = (P1+P2+Pn) /n 适用条件 适用条
16、件：插补站多年平均降水量与附近站多年平均插补站多年平均降水量与附近站多年平均 降水量相差降水量相差10%。 某站大多数资料都有，部分时间因仪器故障或其它原因某站大多数资料都有，部分时间因仪器故障或其它原因 缺测，为保持资料的完整性，以利于水文预报或水文分析计缺测，为保持资料的完整性，以利于水文预报或水文分析计 算时使用，需要对缺测资料进行插补。如算时使用，需要对缺测资料进行插补。如A站站1950年至今的年至今的 雨量系列中，缺雨量系列中，缺1957、1958、1961年降雨资料，需要插补。年降雨资料，需要插补。 基本要素（降雨) 三、降水资料的插补三、降水资料的插补 2. 等雨量线法等雨量线法 对短历时降水量，由于空对短历时降水量，由于空 间分布不均，插补站降水间分布不均，插补站降水 量与附近站降水量之间的量与附近站降水量之间的 相关关系较差，从等雨量相关
