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第1篇 概述1

第1章　流域水循环研究的意义1

1　资源环境问题与可持续发展理念1

2　水资源研究领域面临的重要科学问题1

2.1 下垫面变化影响流域产汇流和水资源演变的量化方法1

2.2 全球气候变化对我国水资源开发利用的影响2

2.3 生态需水量的计算方法2

2.4 平原区地下水超采问题2

2.5 城市洪水与资源环境问题和水循环系统的改善对策3

2.6 人类活动影响下的水资源动态评价方法3

3.2 国家水文水资源基础数据库整备4

3.1 以维持健全的流域水循环系统为现代水管理理念4

3　流域水循环研究的意义4

3.3 实验室建设5

3.4 分布式计算机模拟系统开发5

第2章　分布式流域水文模型6

1　水文模型的发展历程回顾6

2　流域水文模型的分类7

3　分布式物理模型的模拟方法9

4　代表性模型介绍10

4.1 MIKE SHE模型10

4.2　IHDM模型13

4.3 TOPMODEL模型16

4.4　SWMM模型21

4.5　SWAT模型25

5.1 空间尺度与水文变量及参数的空间变异性32

5　存在的主要问题32

5.2 时间尺度与水循环的动力学机制的描述33

5.3 流域水循环全要素过程的动态耦合模拟33

5.4 土壤水评价与植被生态耗水过程计算33

5.5 天然水循环与人工侧支循环的耦合模拟34

5.6　参数估计与模型校验34

5.7 不确定性问题34

5.8　数据不足问题34

第3章　陆面过程模型36

1　概述36

2 陆面模型的发展和SVATS模型37

2.2 第二代陆面模型（SVATS模型）38

2.1 第一代陆面模型（“水桶”模型）38

2.3 第三代陆面模型（新SVATS模型）39

3　代表性模型介绍40

3.1 BATS模型40

3.2　SiB模型45

3.3　ISBA模型46

3.4　VIC模型48

4　陆面模型研究中的关键问题51

4.1　参数估算51

4.2 网格内不均匀性（尺度问题）51

4.3 径流与土壤水分的横向分配影响53

1 流域水循环系统与水平衡方程55

第4章　水循环要素过程模拟方法55

第2篇　水循环模拟基础55

2　降水及其空间展布57

2.1 降水机制57

2.2 降水观测数据的空间展布方法57

3　蒸散发61

3.1 水蒸气61

3.2 大气边界层63

3.3 日蒸散发65

3.4 短时段蒸散发67

3.5 区域尺度蒸散发68

4　入渗与土壤水运动68

4.2 土壤水运动方程69

4.1　土壤水特性69

4.3　入渗模型71

5　地表径流73

5.1 产流机制73

5.2 地表径流计算方法74

6　地下水运动74

6.1　基本方程74

6.2　Boussinesq方程74

7　坡面汇流与河道汇流75

7.1 坡面汇流75

7.2 河道汇流75

8.1 降雪和积雪水当量估算76

8.2 融雪量计算76

8　积雪融雪76

9　人工侧支循环77

第5章　能量交换过程模拟方法78

1　能量循环与平衡方程78

1.1 地球能量循环78

1.2 植物体能量循环78

1.3 地表能量平衡方程79

2　短波放射80

2.1 日短波放射量80

2.2 小时短波放射量80

2.3 短波放射反射率81

3.2 向下和向上长波放射量82

3.1 长波净放射量82

3 长波放射82

4　潜热通量83

5 显热通量83

6　地中热传导与地表温度83

6.1 热扩散方程83

6.2 日或月平均尺度84

6.3 日内时间尺度84

第6章　地理信息系统、遥感和数字流域86

1　地理信息系统86

1.1 地理信息系统的概念86

1.2 地理信息系统的发展87

1.3 地理信息系统在分布式水文模型研究中的应用90

2.1 遥感技术基础91

2　遥感技术91

2.2 遥感技术在流域水循环模拟中的应用概况94

2.3 黄河流域水循环要素遥感反演示例97

3　数字流域102

3.1 基于DEM的河网水系生成和流域划分102

3.2 基于DEM和数字化河湖网的流域划分104

3.3 流域编码技术（Pfafstetter规则）109

第3篇 WEP模型和GBHM模型111

第7章　WEP模型的原理111

1　概述111

2　模型结构112

2.1 垂向结构112

2.2　平面结构113

3　模拟方法115

3.1 水循环系统各要素过程的模拟115

3.2 能量循环过程的模拟123

3.3 空气动力学阻抗与植被群落阻抗125

3.4 土壤水分吸力关系与非饱和导水系数127

3.5 模拟步骤及GIS技术的应用127

4 与集总式水资源调配模型的耦合129

5　WEP模型主要特点小结131

第8章 WEP模型在日本与韩国流域水循环研究中的应用133

1　研究背景133

2　在日本海老川城市流域水循环再生计划中的应用134

2.1 流域水循环系统再生计划项目134

2.2 基础数据处理135

2.3　参数估算137

2.4　模型验证138

2.5　模型应用139

3　在日本谷田川流域水循环保护计划中的应用142

3.1 模型验证143

3.2　敏感性分析146

3.3　模型应用148

4 日本东京都水收支研究149

5　在韩国汉城清溪川流域水循环再生计划中的应用150

第9章 WEP模型在我国西北内陆河黑河流域水资源调配中的应用152

1　概述152

2.1 流域概况及研究范围154

2　流域概况与基础数据信息整备154

2.2 基础数据信息整备155

2.3 流路网的构建及流域划分164

3　参数估算与模型校验170

3.1　参数估算170

3.2　模型验证173

4　在水资源调配中的应用177

4.1 水收支及水循环要素时空变化分析178

4.2　径流预报180

4.3 土壤墒情预报与积雪量预报185

4.4 山前小河流径流和地下水侧渗量的模拟与预报187

4.5 未来下垫面变化条件下的流域水收支预测189

4.6 黑河全流域的分布式水循环模拟计算190

5　小结194

第10章　WEP模型在我国黄河流域水资源演变规律研究中的应用196

1　概述196

2　流域概况与基础数据信息处理197

2.1　流域概况197

2.2 基础数据信息收集199

2.3 包含空间拓扑信息的计算单元划分与编码199

2.4 降水及相关气象要素的时空展布205

2.5 下垫面要素信息的综合处理212

2.6 社会经济要素的空间展布214

2.7 用水数据的时空展布215

3.1　参数估算218

3　参数估算与模型校验218

3.2　模型验证221

4　黄河流域水资源动态评价227

4.1 现状水资源评价方法227

4.2 全口径水资源动态评价方法227

4.3 黄河流域水资源评价229

5　黄河流域水资源演变规律分析233

5.1 水资源历史演变规律分析233

5.2 未来水资源演变预测234

5.3 各项人类活动对于黄河流域水资源演变影响的定量计算235

6　小结236

第11章　GBHM模型及应用238

1　概述238

2　流域地貌特征与水文过程239

3　流域地貌特征在水文模拟中的应用241

4　GBHM模型的建立241

4.1 GBHM模型的结构241

4.2 坡面产汇流计算244

4.3 河道网编码及河道汇流计算246

5　水文模拟及模型参数率定247

6　模型检验248

6.1　检验流域248

6.2　检验结果249

7　模型应用253

7.1 应用流域和资料情况253

7.3　模拟结果和讨论254

7.2　水库调节254

8　小结258

第12章　分布式水文模型未来发展及应用259

1 “模型空间”概念及替代“蓝本”260

2　组件式模型库系统260

3　多尺度观测实验与尺度转化研究262

4　水文气象耦合模拟263

5　缺乏观测资料流域的水文预测（PUB）265

6　分布式水文模型的应用前景267

6.1 水资源动态评价与调配管理267

6.2 分布式洪水预报与流域整体防洪268

6.3 土壤侵蚀、面源污染与流域生态环境268

参考文献269