第1章 绪论 1
1.1 流域水文模型 1
1.2 分布式水文模型 2
1.3 全球变化与分布式水文模型 6
1.3.1 气候变化与分布式水文模型 8
1.3.2 LUCC研究与分布式水文模型 9
1.3.3 PUB研究与分布式水文模型 10
1.4 关键技术和科学问题 11
1.4.1 数字流域的构建 11
1.4.2 物理过程的描述 12
1.4.3 水文要素时空变化的精确描述 12
1.4.4 水量、能量耦合计算 12
1.4.5 空间尺度问题 13
1.4.6 降尺度分析技术 13
1.5 本书研究内容和结构 13
第2章 空间数据分析方法 16
2.1 空间数据的统计特征描述 16
2.1.1 空间数据的传统统计学特征 16
2.1.2 数据的空间统计学特征 18
2.1.3 精度统计 19
2.2 空间数据插值技术 20
2.2.1 插值方法 21
2.2.2 由插值技术带来的不确定性及评价方法 23
2.3 空间数据的聚合方法 24
2.4 实例研究 25
2.4.1 DEM的聚合 25
2.4.2 DEM插值 34
2.4.3 降雨插值 38
第3章 基于DEM的流域特征提取 47
3.1 数字高程模型 47
3.1.1 数字高程模型的定义 47
3.1.2 DEM数据源及格式 48
3.2 基本地形因子的数学计算方法 50
3.2.1 坡度和坡向 51
3.2.2 地形起伏特征 54
3.2.3 地形曲面 55
3.3 数字流域地形特征提取 56
3.3.1 水流流向判断 56
3.3.2 数字水系提取 60
3.3.3 分布式子流域统计特征 66
3.4 基于ArcHydro的数字河网提取 69
3.4.1 ArcHydro模块及工具集 69
3.4.2 ArcHydro水文模块命令 70
3.4.3 ArcHydro数字流域信息提取实例 72
第4章 多源信息提取流域特征方法研究 78
4.1 标量河道法理论 78
4.2 标量河道矢量化方法研究 80
4.2.1 源头追索模型 80
4.2.2 深泓演进模型 83
4.2.3 两种方法比较 88
4.3 标量河道法的应用与比较 88
4.3.1 引入自然水系前后比较 89
4.3.2 同类方法比较 92
4.4 小结 95
第5章 集水面积阈值研究 96
5.1 流域汇流对阈值的敏感性 96
5.1.1 汇流时间对阈值的敏感性 96
5.1.2 流域坦化作用对阈值的敏感性 102
5.2 常用阈值确定方法分析 106
5.3 根据数字化的实际水系确定阈值 109
5.3.1 河网密度和河源密度 109
5.3.2 水系分形和分维数 110
5.3.3 实际水系处理 112
5.3.4 阈值选取 114
5.4 阈值空间分布规律的初步分析 116
5.5 小结 119
第6章 空间分辨率与取样方式对DEM流域特征提取的影响 120
6.1 流域特征的提取 121
6.2 空间分辨率对DEM流域特征提取的影响 122
6.2.1 平均取样的空间分辨率分析 122
6.2.2 中心取样的空间分辨率分析 125
6.3 取样方式对DEM流域特征提取的影响 128
6.4 DEM的信息熵评价 131
6.5 分辨率改变与信息损失 135
6.6 小结 136
第7章 DEM分辨率的变化对径流模拟的影响 138
7.1 研究进展 138
7.2 不同分辨率DEM对提取的流域水文特征的影响 140
7.3 基于DEM的分布式水文模型 143
7.3.1 模型结构 143
7.3.2 分布式水文模型中网格划分和数据资料、参数的处理 148
7.3.3 模型参数的率定和验证 149
7.4 DEM分辨率对径流模拟的影响 152
7.4.1 水文参数相同时DEM分辨率变化对径流模拟的影响 152
7.4.2 水文参数变化时DEM分辨率变化对径流模拟的影响 154
7.5 小结 159
第8章 降雨的时间和空间变化对径流模拟的影响 161
8.1 相关研究 161
8.1.1 降雨的空间变化 161
8.1.2 雷达应用 161
8.2 水文模型 162
8.3 数据资料和研究方法 163
8.3.1 流域和输入数据 163
8.3.2 降雨特征分析 163
8.3.3 降雨资料处理 165
8.4 降雨空间变化对模拟结果的影响 169
8.4.1 雨量计密度变化的影响 169
8.4.2 雷达测雨空间变化的影响 172
8.5 降雨时间分辨率变化对径流模拟的影响 177
8.6 小结 179
第9章 考虑土壤水再分布的混合产流模型 180
9.1 产流模型 180
9.1.1 入渗研究概述 181
9.1.2 土壤水及其数学描述 182
9.1.3 模型设计方案 184
9.2 土壤水垂向运动数学模型 185
9.2.1 差分方案 186
9.2.2 三对角方程组的自动求解 188
9.2.3 土壤特性 190
9.2.4 四种边界条件 191
9.3 蓄满／超渗混合产流模型 194
9.3.1 冠层截留计算 194
9.3.2 产流计算 197
9.3.3 敏感土层厚度与空间步长 198
9.3.4 模型产流特性分析 200
9.4 模型检验 201
9.4.1 数学模型的定性检验 201
9.4.2 数学模型的定量检验 201
9.5 小结 204
第10章 土壤热传导模型 205
10.1 土壤热特性描述 205
10.1.1 比热容 205
10.1.2 热导率 206
10.1.3 导温率 207
10.2 土壤热流及求解 207
10.2.1 解析解与土壤温度变化特性 208
10.2.2 数值解概述 209
10.2.3 求解方法的选择 210
10.2.4 上边界条件 212
10.2.5 模型验证 213
10.3 关于水热耦合的讨论 215
10.3.1 温度对土壤水的影响 215
10.3.2 土壤水对温度的影响 216
10.4 地表热通量对蒸发能力的影响 216
10.5 小结 218
第11章 流域蒸散发分布式计算 219
11.1 蒸发模型 219
11.1.1 概述 219
11.1.2 陆面蒸发的直接计算 220
11.1.3 陆面蒸发的间接计算 221
11.2 参照蒸散发量计算方法 222
11.2.1 FAO的ET0计算方法 222
11.2.2 在中国的适应性分析 225
11.2.3 参照蒸散发计算的检验 226
11.3 实际蒸散发计算 228
11.3.1 植被系数校正 228
11.3.2 土壤系数校正 229
11.4 蒸发的空间分布研究 230
11.4.1 算法 231
11.4.2 单元辐射量校正 232
11.4.3 校正公式的敏感性分析 234
11.4.4 实用性检验 235
11.5 模型的下渗－蒸发机理检验 237
11.6 小结 240
第12章 概念性逐网格汇流模型 241
12.1 空间描述与汇流架构 241
12.1.1 地表水汇流 241
12.1.2 壤中流汇流 243
12.1.3 地下水汇流 243
12.2 逐单元概念性地表水汇流模型 245
12.2.1 逐单元水流描述 245
12.2.2 过境水的概化处理 246
12.2.3 汇流框架 248
12.2.4 尺度与单元滞蓄作用 249
12.3 模型的检验与讨论 250
12.3.1 模型特性分析 252
12.3.2 次洪模拟应用分析 254
12.3.3 拓展前景 257
12.3.4 逐网格的慢速径流汇流模型 259
12.4 小结 259
第13章 基于圣维南方程组的逐网格汇流演算 260
13.1 圣维南方程组及其求解 260
13.1.1 圣维南方程组 261
13.1.2 圣维南方程组的简化 262
13.1.3 圣维南方程组求解 265
13.2 数字流域上的坡面汇流 272
13.2.1 坡面汇流的数学描述 272
13.2.2 单坡面汇流 274
13.2.3 串联坡面汇流 277
13.3 数字流域上的河道汇流 279
13.3.1 Muskingum-Cunge法 279
13.3.2 数字水系中的汇流演算 280
13.4 逐网格流域汇流 281
13.4.1 数字流域中汇流网络的概化 281
13.4.2 流域栅格计算排序 283
13.4.3 全流域逐网格汇流 284
13.5 次尺度的时空迭代步长选择 285
13.5.1 坡面汇流的次尺度迭代步长选择 286
13.5.2 河道汇流的次尺度迭代步长选择 288
13.6 小结 292
参考文献 293