【正文】 本研究區(qū)域，選擇HG[37]法計(jì)算蒸散發(fā)，HarGreaves公式的三種表現(xiàn)形式：=(T+)[] (514) (單位是langleys/day, 1langley=1cal/cm3)=(T+)[ ] (515) (單位是MJ/(m2day))T是日平均氣溫，是太陽入射輻射，是日蒸散發(fā)(mm)。對(duì)于一個(gè)特定的植被類型和及其葉面指數(shù)LAI，都有一個(gè)特定的臨界降雨量，時(shí) 降雨完全被截留；=時(shí) 截留量達(dá)到最大值()；時(shí) 截留量在最大值()上不變。泰森多邊形法假設(shè)氣象要素的空間變化只發(fā)生在邊界上，而在邊界內(nèi)部都是均質(zhì)的，這是該方法的弱點(diǎn)。 降雨分布模型降雨的時(shí)空分布對(duì)流域產(chǎn)流特征影響很大。，利用一些簡(jiǎn)單的物理概念對(duì)復(fù)雜的水文物理過程進(jìn)行概化。在ArcView的視圖目錄表中激活DEM，從[Surface]菜單中選擇 [Area Volume Statistics]命令，在對(duì)話框中，輸入計(jì)算要求的水位高程，再選擇Below，即可得到水位高程以下的體積，即為此水位的庫容。但在實(shí)際應(yīng)用中，權(quán)值矩陣是一個(gè)地表產(chǎn)流均值矩陣，因?yàn)槟Ｐ偷哪康闹饕怯?jì)算地表經(jīng)流，所以其均值為地表水深。根據(jù)集水面積矩陣，找出沒有被標(biāo)記流域號(hào)的具有最大集水面積的柵格，按照前面的方法追索下去直到?jīng)]有子流域可以追索為止。因?yàn)槟壳癉EM的垂向分辨功能不是太強(qiáng),在DEM中大山谷的底部幾乎是平坦的,自動(dòng)識(shí)別程序不能將其劃為山谷的一部分,這樣就會(huì)丟掉很重要的地形特征信息；②這種方法無法克服DEM中錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的干擾,并會(huì)導(dǎo)致山谷延伸到太高的地方而與自然現(xiàn)象不符的結(jié)果；2. 網(wǎng)格流向法網(wǎng)格流向法也就是將流向連續(xù)的柵格中心點(diǎn)連接成線，并將這種方法分三步:首先、根據(jù)D8法成生流向矩陣,確定每一單元的排水方向，將水流單元相互連接在一起形成河網(wǎng)；其次、利用排水方向計(jì)算匯集到每一單元的所有排水單元的總數(shù)；最后、選擇一個(gè)排水面積閾值,所有排水單元總數(shù)超過該閾值的單元都作為河網(wǎng)的一部分(如圖411)；這種方法其中有一個(gè)重要假定就是:所生成的河網(wǎng)是源于完全不透水和無植被區(qū)域上空間分布均勻的降雨事件，這個(gè)假定非常重要,因?yàn)樽匀唤缰械乇聿⒉皇峭耆煌杆蜔o植被的；又由于DEM的精度影響，所以根據(jù)這種假定生成計(jì)算河網(wǎng)與實(shí)際河網(wǎng)不盡相同,該方法是以水流在地表沿著坡度最大線流動(dòng)為基礎(chǔ)的。，0，l，2，4，…，128的每一柵格，檢查對(duì)中心柵格有最大落差值的相鄰柵格。圖46 33網(wǎng)格D8法是通過將柵格單元x的8個(gè)鄰域柵格編碼，水流方向便可以用其中的某一值來確定，柵格方向編碼（如圖47）如下：圖47 D8法水流方向編碼圖如果柵格x的水流流向左邊，則其水流方向被賦值為16。 平地起伏算法平地起伏算法是利用在小平地上附加高程值的方法人為地將小平地改造成斜坡，平地起伏算法的基本步驟如下:，并將其小平地標(biāo)記去掉；掃描小平地的所有柵格點(diǎn)，將滿足下列條件的柵格點(diǎn)的小平地標(biāo)記去掉:①帶有小平地標(biāo)記；②與其相鄰的柵格中，存在不帶小平地標(biāo)記的柵格點(diǎn)；③相鄰柵格中，不帶小平地標(biāo)記的柵格點(diǎn)的高程值低于帶小平地標(biāo)記的柵格點(diǎn)高程。預(yù)處理算法包括：；。計(jì)算地面最大坡度的常見的計(jì)算方法有兩種：擬合曲面法和直接解法。(Hillslop)的劃分將分布式水文模型的最小計(jì)算單元落腳于一個(gè)矩形坡面，是分布式水文模型中關(guān)于流域離散的又一種常用方法。逐點(diǎn)插入法建立Delaunay三角網(wǎng)的算法主要分為兩步：首先要生成一個(gè)包括所有離散數(shù)據(jù)點(diǎn)的凸殼，再利用該凸殼生成一個(gè)初始的三角網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)之上，逐個(gè)加入其它離散點(diǎn)，生成最終的三角網(wǎng)。已經(jīng)證明Delaunay三角剖分網(wǎng)符合“三角剖分最小內(nèi)角為最大”的圖形優(yōu)化準(zhǔn)則。生成的三角網(wǎng)，可能存在大量的狹長(zhǎng)的三角形，其幾何結(jié)構(gòu)不強(qiáng)，并不是最優(yōu)三角網(wǎng)。它已從傳統(tǒng)的攝影測(cè)量發(fā)展為新興的信息產(chǎn)業(yè)，就攝影測(cè)量學(xué)科而言，它已從經(jīng)典的攝影測(cè)量發(fā)展為攝影測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺，它是從多角度攝影圖像進(jìn)行自動(dòng)化三維量測(cè)和制圖的技術(shù)。：通過遙感立體像對(duì)，根據(jù)視差模型自動(dòng)選配左右影像，用攝影測(cè)量的方法建立空間高程立體模型，量取密集高程數(shù)據(jù)，建立數(shù)字高程模型。不規(guī)則三角網(wǎng)由連續(xù)的三角面組成，三角面的形狀和大小取決于不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)點(diǎn)，或節(jié)點(diǎn)的位置和密度。如圖33所示:圖33 等高線等高線通常被保存為一個(gè)有序的坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)序列，認(rèn)為是一條帶有高程值屬性的簡(jiǎn)單多邊形或多邊形弧段。規(guī)則網(wǎng)格GRID一般指正方形，也可以是矩形、三角形等規(guī)則網(wǎng)格，是將區(qū)域空間分為規(guī)則的柵格單元，每個(gè)柵格單元對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)值，用數(shù)學(xué)方法表示為一個(gè)矩陣，在計(jì)算機(jī)中則是以一個(gè)二維數(shù)組來存貯的，柵格模型中每個(gè)柵格單元或數(shù)組的一個(gè)元素都對(duì)應(yīng)一個(gè)高程值。在滿足一定精度的條件下,可用離散數(shù)字的形式在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行描述,并用數(shù)字計(jì)算的方式進(jìn)行各種分析，DEM作為地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),已在測(cè)繪、地質(zhì)、土木工程、水利、建筑等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。流域內(nèi)由于河流切割，形成河崗相間的地貌特征，按其形態(tài)可歸為低山丘陵、剝蝕殘丘或傾斜平原。庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)500年一遇,相應(yīng)洪峰流量11800m3/s，應(yīng)下泄流量3820m3/s；水庫校核標(biāo)準(zhǔn)5000年一遇，相應(yīng)洪峰流量20400m3/s，相應(yīng)下泄流量6120m3/s，；。本文的研究整體思路可用圖(11)表示： 圖11 論文的整體思路 論文內(nèi)容本文目的是構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、物理意義明確、實(shí)用的、基于DEM柵格的分布式水文物理模型，并結(jié)合實(shí)際情況將參數(shù)模型改進(jìn)和優(yōu)化，將此模型應(yīng)用于平頂山燕山水庫流域的洪水入庫預(yù)報(bào)模擬，最后用1998年燕山水庫流域內(nèi)兩次洪水進(jìn)行驗(yàn)證。由于國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)發(fā)展較慢，對(duì)分布式水文模型的研究也一度中斷。 國(guó)外研究現(xiàn)狀Freeze和Harlan(1969，英國(guó)) [3]最早提出了具有物理基礎(chǔ)的分布式流域模型的概念和用途，其基本思想是嘗試尋找一個(gè)通用的模型結(jié)構(gòu)，描述林冠截留、土壤入滲、坡面匯流等水文過程；1974年，英國(guó)Leeds大學(xué)的地理系Kirkby教授提出TOPMODEL分布式水文模型的思想，他的學(xué)生Beven成功編寫了TOPMODEL[4]水文模型程序。本文在對(duì)數(shù)字高程模型的表示方法和構(gòu)建方法闡述后，在流域地形圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字化和矢量化，并添加地形特征線生成高精度TIN，得到流域DEM，并進(jìn)行柵格地形數(shù)據(jù)的提取，然后通過建立柵格單元的水文模型對(duì)河南平頂山燕山水庫流域進(jìn)行洪水過程線模擬和入庫量計(jì)算，取得了令人滿意的結(jié)果。 Geographic Information。因?yàn)榉植际剿哪Ｐ团c現(xiàn)代計(jì)算機(jī)緊密相聯(lián)，所以它必然更具有生命力。關(guān)鍵詞：數(shù)字高程模型；分布式水文模型；地理信息；流域；柵格單元；等時(shí)流線；流量積累 AbstractWith developing more quickly in digitalization in modern society, The Distributed Hydrology Model founded on Digital Elevation Models are being more and more important in water conservancy, It avoids the way of the Accustomed Hydrology Model on many years of hydrological statistical data, but on geographic information and other interrelated experimental data in one drainage area, it breathe a new power into water conservancy. Because the Distributed Hydrology Model relates to the modern puter, it will have strong vital force.Making use of this model I have a taste in Yan Shan Reservoir watershed in He Nan Province: I start on the information of the surface in this area, give every grid cell the proper parameters by distilling them from the map of how the people use soil and the map of soil type in this area?？傊?，分布式水文模型有著很大的優(yōu)勢(shì)。 分布式水文模型國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展分布式水文模型的建模思想起始于20世紀(jì)70年代，80年代中期開始，隨著電子計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)論的成熟，世界各國(guó)對(duì)水文模型開展了大規(guī)模的研究，同時(shí)提出了很多實(shí)用的水文模型，流域水文模型可分為確定性模型和隨機(jī)(統(tǒng)計(jì))模型，在實(shí)際應(yīng)用中，流域水文模型一般是指確定性水文模型。通過分布式水文模型，研究者們不僅可以更深入地了解水文循環(huán)在不同時(shí)間和空間尺度上的演變過程和演變規(guī)律，而且還可以構(gòu)建用于研究大氣與土壤相互作用、土坡侵蝕、泥沙運(yùn)動(dòng)、環(huán)境變化、水質(zhì)模擬等的綜合平臺(tái)。由于水利信息及地形、地質(zhì)條件的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)量大，因此，建立分布式水文模型關(guān)鍵是對(duì)地形數(shù)據(jù)和下墊信息的獲取、處理以及對(duì)基于柵格單元的水文模型的構(gòu)建。 圖21 燕山水庫地理位置 燕山水庫概況 燕山水庫建成后，可使澧河的防洪標(biāo)準(zhǔn)由5年一遇提高到20年一遇，結(jié)合其它防洪工程運(yùn)行，使沙河干流防洪標(biāo)準(zhǔn)由10～20年一遇提高到50年一遇。燕山水庫流域洪水一般是由暴雨形成的，并具有漲落陡、洪峰高等特點(diǎn)。表(22) 初滲率覆蓋類型初滲率(mm)農(nóng)田森林、灌木林荒草地作物耕地城鎮(zhèn)用地 0（本文取值） 曼寧系數(shù)曼寧系數(shù)[14]也就是地表的粗糙程度系數(shù)，也叫糙率系數(shù)。如可用等高線表示DEM，也可用其它的地形特征線來是表達(dá)地面高程的重要信息，如山脊線、谷底線、海岸線及坡度變換線等；當(dāng)然也可結(jié)合點(diǎn)、線、面來表示DEM。柵格DEM的一個(gè)缺點(diǎn)就是不能準(zhǔn)確表示地形的結(jié)構(gòu)和細(xì)部，在不改變柵格大小的情況下，難以表達(dá)復(fù)雜地形的突變現(xiàn)象，為避免這些問題，可采用附加地形特征數(shù)據(jù)，如地形特征點(diǎn)、山脊線、谷底線、斷裂線，以描述地形結(jié)構(gòu)；另一個(gè)缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量過大，尤其是在地形平坦的地方，因?yàn)椴捎昧私y(tǒng)一分辨率，所以存在大量的數(shù)據(jù)冗余，給數(shù)據(jù)管理帶來了不方便，通常要進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)。（TIN）模型不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated Irregular Network, TIN）是通過不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)點(diǎn)生成的連續(xù)三角面來逼近地形表面。不規(guī)則三角網(wǎng)與規(guī)則柵格方法不同之處在于隨地形起伏變化的復(fù)雜性而改變采樣點(diǎn)的密度和決定采樣點(diǎn)的位置，具有多分辨率的特性。航攝法的形成是在航空攝影測(cè)量技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)之上建立的。但是該方法也存在許多問題：首先，原始資料的成本太高，如果研究地區(qū)有航片，可以購買航片，如果沒有航片，臨時(shí)航飛代價(jià)太高；其次，對(duì)軟硬件要求較高，因?yàn)楹狡尜A量很大，所以對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求較高。Voronoi多邊形網(wǎng)具有以下特征：它必定是度數(shù)為三的正則圖，即任意一個(gè)Voronoi多邊形的頂點(diǎn)或任意Voronoi多邊形網(wǎng)的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，必有三條邊與它連接，這些邊是相鄰三個(gè)Voronoi多邊形兩兩拼接的公共邊。如何快速、高效地構(gòu)建Delaunay目前,流域離散的方法主要有三種[23]：?jiǎn)卧W(wǎng)格(Grid)、山坡(Hillslop)和自然子流域(Subwatershed)。本文采用網(wǎng)格的化分方法，將燕山水庫流域化分為500m*500m的柵格，提取的柵格高程如圖(41)，由圖上數(shù)據(jù)可以看出，,柵格柵格高程的變化區(qū)間不大。三階差分計(jì)算方法：不同的常見的商用GIS軟件中采用的不同算法。如果沒有潛在的出流點(diǎn)，或者存在任何洼地集水區(qū)域的邊界柵格，它的高程低于最低的潛在出流點(diǎn)，那么擴(kuò)大窗口，重復(fù)步驟2；。目前，應(yīng)用最廣泛的單流向法是D8法。這里假定計(jì)算區(qū)域是另一更大數(shù)據(jù)區(qū)域的一部分；，計(jì)算其對(duì)8個(gè)鄰域柵格的距離權(quán)落差值；，執(zhí)行以下步驟：①如果最大落差值小于0，則賦以負(fù)值以表明此柵格方向未定(這種情況在經(jīng)洼地填充處理的DEM中不會(huì)出現(xiàn))；②如果最大落差值大于或等于0，且最大值只有一個(gè)，則將對(duì)應(yīng)此最大值的方向值作為中心柵格處的方向值； ③如果最大落差值大于0，且有一個(gè)以上的最大值，則在邏輯上以查表方式確定水流方向。識(shí)別谷點(diǎn)法就是通過比較網(wǎng)格的高程與相鄰網(wǎng)格高程以識(shí)別谷點(diǎn)。如圖413就是一個(gè)簡(jiǎn)單的46水流方向矩陣形成的一個(gè)小流域，紅色箭頭表示水流方向流向流域外。其基本方法是：以規(guī)則柵格表示的數(shù)字地面高程模型每點(diǎn)處有一個(gè)單位的水量，按照自然水流從高處流往低處的自然規(guī)律，根據(jù)區(qū)域地形的水流方向數(shù)字矩陣計(jì)算每點(diǎn)處所流過的水量數(shù)值，沒有另外柵格水量注入的，其流水累積量為0；有另外一個(gè)柵格的流水注入的其流水累積量為1；有另外2個(gè)柵格的流水注入的其流水累積量為2；以此類推……，便可得到該區(qū)域水流累積數(shù)字矩陣，如圖415便是由一個(gè)簡(jiǎn)單的水流方向矩陣產(chǎn)生的區(qū)域水流累積數(shù)字矩陣，為了方便，我們也把河網(wǎng)示意圖放在中間。但是，由于地形地勢(shì)的復(fù)雜性，隨著水位不同其值是變化的，傳統(tǒng)水庫庫容計(jì)算方法成果生產(chǎn)周期長(zhǎng)，精度低且數(shù)據(jù)更新困難。，用數(shù)學(xué)物理方法對(duì)水文現(xiàn)象進(jìn)行模擬，依據(jù)物理學(xué)質(zhì)量、動(dòng)量與能量守恒定律以及產(chǎn)匯流的特性，推導(dǎo)出描述地表徑流和地下徑流的微分方程組。對(duì)柵格地表、地下層的匯流計(jì)算是分別進(jìn)行產(chǎn)匯流演算的，二層之間相互聯(lián)系、又相互獨(dú)立。，這種方法只能用在雨量站稠密的流