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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