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耦合水文過程的地表水動力數(shù)值模擬方法及應(yīng)用(精) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030710277
- 條形碼：9787030710277 ; 978-7-03-071027-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
耦合水文過程的地表水動力數(shù)值模擬方法及應(yīng)用(精) 本書特色
本書從多個角度介紹模型的實(shí)際應(yīng)用效果，讀者通過學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，可實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬程序的編寫，為解決實(shí)際工程問題提供借鑒
耦合水文過程的地表水動力數(shù)值模擬方法及應(yīng)用(精) 內(nèi)容簡介
本書系統(tǒng)介紹基于Godunov格式的有限體積數(shù)值求解方法。首先，闡述地表水文水動力物理過程、數(shù)學(xué)控制方程與有限體積求解格式；重點(diǎn)介紹二維淺水方程的數(shù)值求解方法，包括HLLC近似黎曼求解器計算通量、底坡源項(xiàng)法計算底坡源項(xiàng)、顯隱式法計算摩阻源項(xiàng)；通過靜水重構(gòu)等方法來實(shí)現(xiàn)全穩(wěn)條件和干濕邊界處理。其次，介紹水文產(chǎn)流的表征，通過下滲和蒸騰蒸發(fā)等過程計算凈雨量來表征；詳細(xì)介紹城市流域管網(wǎng)排水過程的明流與壓力流模擬方法及其與地表徑流模型的耦合方式，以及模型二階精度格式和顯卡加速計算方法。*后，介紹模型在城市與流域雨洪過程模擬、江河洪水管理等方面的應(yīng)用。 本書可作為水利、市政、環(huán)境、海洋、港口航道等領(lǐng)域的科研人員與工程技術(shù)人員的參考書，也可供高等院校水利工程、給水排水工程及流體力學(xué)等相關(guān)專業(yè)本科生和研究生參考。
耦合水文過程的地表水動力數(shù)值模擬方法及應(yīng)用(精) 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 地表水文水動力主要物理過程及數(shù)學(xué)表達(dá) 3
1.2.1 降水產(chǎn)流過程及其控制方程 4
1.2.2 地表匯流過程及其控制方程 6
1.3 水文水動力過程數(shù)值模型分類與介紹 10
1.3.1 水文模型 10
1.3.2 水動力模型 12
參考文獻(xiàn) 14
第2章 基于Godunov格式的有限體積數(shù)值求解方法及通量計算 18
2.1 淺水方程常用數(shù)值求解方法 18
2.2 通量計算 22
2.2.1 Godunov格式 22
2.2.2 近似黎曼求解器 24
2.3 時間步進(jìn)方法 27
2.4 邊界條件 28
2.4.1 開邊界條件 29
2.4.2 閉邊界條件 30
參考文獻(xiàn) 31
第3章 底坡源項(xiàng)及摩阻源項(xiàng)處理方法 33
3.1 底坡源項(xiàng)處理方法 33
3.2 摩阻源項(xiàng)處理方法 36
3.2.1 分裂點(diǎn)隱式法 36
3.2.2 顯隱式法 38
參考文獻(xiàn) 42
第4章 干濕交替過程模擬方法 44
4.1 全穩(wěn)條件 45
4.2 靜水重構(gòu)法 45
4.3 干濕邊界處理 48
參考文獻(xiàn) 52
第5章 二階精度格式 55
5.1 一維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格TVD格式 56
5.2 二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格TVD格式 57
5.2.1 二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格TVD格式Ⅰ 57
5.2.2 二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格TVD格式Ⅱ 59
5.2.3 二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格TVD格式Ⅲ 60
5.3 MUSCL重構(gòu) 63
參考文獻(xiàn) 68
第6章 水文過程耦合模擬 69
6.1 蒸騰蒸發(fā)過程模擬 69
6.2 植被截留過程模擬 72
6.3 下滲過程模擬 74
6.4 凈雨量計算方法 77
參考文獻(xiàn) 79
第7章 城市管網(wǎng)排水過程模擬方法 80
7.1 管網(wǎng)排水水動力過程及其控制方程 81
7.2 管網(wǎng)排水水動力模擬計算 85
7.3 管網(wǎng)排水過程與地表徑流過程耦合模擬 88
7.4 無管網(wǎng)資料區(qū)管網(wǎng)排水過程概化模擬算法 90
7.4.1 道路等效排水方法 91
7.4.2 雨水井等效排水方法 91
參考文獻(xiàn) 94
第8章 水動力模型加速技術(shù) 95
8.1 加速算法簡介 95
8.2 CPU加速技術(shù) 97
8.3 GPU加速技術(shù) 98
8.4 GPU相對于CPU優(yōu)勢 100
8.5 GPU加速技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程 101
8.5.1 基于GPU計算技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程 101
8.5.2 基于CUDA架構(gòu)的GPU計算 104
8.6 計算加速效果 105
8.6.1 基于GPU加速的并行計算平臺搭建 105
8.6.2 基于GPU并行計算的加速效果對比分析 106
參考文獻(xiàn) 111
第9章 洪水演進(jìn)過程模擬算例 113
9.1 莫珀斯洪水演進(jìn)過程數(shù)值模擬 113
9.1.1 研究區(qū)概況 113
9.1.2 模型設(shè)置及模擬結(jié)果分析 115
9.2 托斯大壩潰壩洪水演進(jìn)過程數(shù)值模擬 118
9.2.1 研究區(qū)概況 118
9.2.2 模型設(shè)置及模擬結(jié)果分析 119
9.3 小峪河洪水演進(jìn)數(shù)值模擬及成因分析 122
9.3.1 研究區(qū)概況 122
9.3.2 模型設(shè)置及模擬結(jié)果分析 129
9.4 金沙江白格堰塞湖潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值模擬 134
9.4.1 研究區(qū)概況 134
9.4.2 模型設(shè)置及模擬結(jié)果分析 136
9.5 唐家山堰塞湖潰壩洪水演進(jìn)高性能數(shù)值模擬 140
9.6 馬爾巴塞大壩潰壩洪水演進(jìn)過程高性能數(shù)值模擬 144
參考文獻(xiàn) 147
第10章 流域雨洪過程模擬 149
10.1 理想V型流域雨洪過程模擬 149
10.2 實(shí)驗(yàn)流域雨洪過程模擬 152
10.3 王茂溝流域雨洪過程模擬 154
10.4 赫爾莫薩流域雨洪過程模擬 157
10.5 寶蓋寺流域雨洪過程模擬 160
參考文獻(xiàn) 164
第11章 城市內(nèi)澇過程模擬 166
11.1 陜西省西咸新區(qū)灃西新城內(nèi)澇模擬 166
11.1.1 地表水文水動力模型實(shí)例分析 166
11.1.2 管網(wǎng)排水水動力模型實(shí)例分析 172
11.2 寧夏回族自治區(qū)固原市內(nèi)澇模擬 178
11.2.1 研究區(qū)域概況 178
11.2.2 模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 179
11.2.3 模擬結(jié)果分析 181
參考文獻(xiàn) 183
彩圖
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 地表水文水動力主要物理過程及數(shù)學(xué)表達(dá) 3
1.2.1 降水產(chǎn)流過程及其控制方程 4
1.2.2 地表匯流過程及其控制方程 6
1.3 水文水動力過程數(shù)值模型分類與介紹 10
1.3.1 水文模型 10
1.3.2 水動力模型 12
參考文獻(xiàn) 14
第2章 基于Godunov格式的有限體積數(shù)值求解方法及通量計算 18
2.1 淺水方程常用數(shù)值求解方法 18
2.2 通量計算 22
2.2.1 Godunov格式 22
2.2.2 近似黎曼求解器 24
2.3 時間步進(jìn)方法 27
2.4 邊界條件 28
2.4.1 開邊界條件 29
2.4.2 閉邊界條件 30
參考文獻(xiàn) 31
第3章 底坡源項(xiàng)及摩阻源項(xiàng)處理方法 33
3.1 底坡源項(xiàng)處理方法 33
3.2 摩阻源項(xiàng)處理方法 36
3.2.1 分裂點(diǎn)隱式法 36
3.2.2 顯隱式法 38
參考文獻(xiàn) 42
第4章 干濕交替過程模擬方法 44
4.1 全穩(wěn)條件 45
4.2 靜水重構(gòu)法 45
4.3 干濕邊界處理 48
參考文獻(xiàn) 52
第5章 二階精度格式 55
5.1 一維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格TVD格式 56
5.2 二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格TVD格式 57
5.2.1 二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格TVD格式Ⅰ 57
5.2.2 二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格TVD格式Ⅱ 59
5.2.3 二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格TVD格式Ⅲ 60
5.3 MUSCL重構(gòu) 63
參考文獻(xiàn) 68
第6章 水文過程耦合模擬 69
6.1 蒸騰蒸發(fā)過程模擬 69
6.2 植被截留過程模擬 72
6.3 下滲過程模擬 74
6.4 凈雨量計算方法 77
參考文獻(xiàn) 79
第7章 城市管網(wǎng)排水過程模擬方法 80
7.1 管網(wǎng)排水水動力過程及其控制方程 81
7.2 管網(wǎng)排水水動力模擬計算 85
7.3 管網(wǎng)排水過程與地表徑流過程耦合模擬 88
7.4 無管網(wǎng)資料區(qū)管網(wǎng)排水過程概化模擬算法 90
7.4.1 道路等效排水方法 91
7.4.2 雨水井等效排水方法 91
參考文獻(xiàn) 94
第8章 水動力模型加速技術(shù) 95
8.1 加速算法簡介 95
8.2 CPU加速技術(shù) 97
8.3 GPU加速技術(shù) 98
8.4 GPU相對于CPU優(yōu)勢 100
8.5 GPU加速技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程 101
8.5.1 基于GPU計算技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程 101
8.5.2 基于CUDA架構(gòu)的GPU計算 104
8.6 計算加速效果 105
8.6.1 基于GPU加速的并行計算平臺搭建 105
8.6.2 基于GPU并行計算的加速效果對比分析 106
參考文獻(xiàn) 111
第9章 洪水演進(jìn)過程模擬算例 113
9.1 莫珀斯洪水演進(jìn)過程數(shù)值模擬 113
9.1.1 研究區(qū)概況 113
9.1.2 模型設(shè)置及模擬結(jié)果分析 115
9.2 托斯大壩潰壩洪水演進(jìn)過程數(shù)值模擬 118
9.2.1 研究區(qū)概況 118
9.2.2 模型設(shè)置及模擬結(jié)果分析 119
9.3 小峪河洪水演進(jìn)數(shù)值模擬及成因分析 122
9.3.1 研究區(qū)概況 122
9.3.2 模型設(shè)置及模擬結(jié)果分析 129
9.4 金沙江白格堰塞湖潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值模擬 134
9.4.1 研究區(qū)概況 134
9.4.2 模型設(shè)置及模擬結(jié)果分析 136
9.5 唐家山堰塞湖潰壩洪水演進(jìn)高性能數(shù)值模擬 140
9.6 馬爾巴塞大壩潰壩洪水演進(jìn)過程高性能數(shù)值模擬 144
參考文獻(xiàn) 147
第10章 流域雨洪過程模擬 149
10.1 理想V型流域雨洪過程模擬 149
10.2 實(shí)驗(yàn)流域雨洪過程模擬 152
10.3 王茂溝流域雨洪過程模擬 154
10.4 赫爾莫薩流域雨洪過程模擬 157
10.5 寶蓋寺流域雨洪過程模擬 160
參考文獻(xiàn) 164
第11章 城市內(nèi)澇過程模擬 166
11.1 陜西省西咸新區(qū)灃西新城內(nèi)澇模擬 166
11.1.1 地表水文水動力模型實(shí)例分析 166
11.1.2 管網(wǎng)排水水動力模型實(shí)例分析 172
11.2 寧夏回族自治區(qū)固原市內(nèi)澇模擬 178
11.2.1 研究區(qū)域概況 178
11.2.2 模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 179
11.2.3 模擬結(jié)果分析 181
參考文獻(xiàn) 183
彩圖
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耦合水文過程的地表水動力數(shù)值模擬方法及應(yīng)用(精) 節(jié)選
第1章緒論 1.1研究背景 水循環(huán)是多環(huán)節(jié)的自然過程，全球性的水循環(huán)涉及蒸發(fā)、大氣水分輸送、地表水和地下水循環(huán)及多種形式的水量貯蓄。通過水文水動力過程，大氣水、地表水、土壤水及地下水相互轉(zhuǎn)化，形成一個不斷更新的動態(tài)水系統(tǒng)。地表水作為水系統(tǒng)的重要組成部分，形成了河流、湖泊、沼澤和海洋等陸面水體，是人類用水的重要來源之一，也是各國水資源的主要組成部分，滿足了社會經(jīng)濟(jì)活動的需求，并實(shí)現(xiàn)了水生態(tài)系統(tǒng)功能。 研究地表水文水動力過程，對于人類揭示自然奧秘、研究氣候變化及適應(yīng)策略、開發(fā)利用水及水能資源、發(fā)展航運(yùn)、開展洪澇災(zāi)害管理、進(jìn)行水生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面意義重大。相關(guān)工程和非工程措施的開展，均需地表水文水動力學(xué)為其提供量化依據(jù)和決策支撐。地表水文水動力學(xué)的常規(guī)研究方法包括理論分析、實(shí)驗(yàn)觀測和數(shù)值模擬。20世紀(jì)中葉以前，受科技條件限制，水文水力學(xué)發(fā)展主要依靠理論分析和實(shí)驗(yàn)觀測[1]。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和數(shù)值計算方法的日趨完善，使用數(shù)值計算手段模擬水文水動力過程成為可能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)系統(tǒng)驗(yàn)證過的基于物理過程的數(shù)值模型可精確計算水文水動力過程，模擬各變量的空間時間演變特性。與物理模型相比較，數(shù)值模型可以在短時間內(nèi)構(gòu)建完成并便捷計算不同條件下的結(jié)果，且可更加精細(xì)地描述物理過程，故應(yīng)用范圍越來越廣泛。 20世紀(jì)50年代中期，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，“流域水文模型”的概念**次被提出，科研人員開始把流域水文循環(huán)的各個環(huán)節(jié)作為一個整體來研究[2]，促進(jìn)了水文模型的發(fā)展[3]。傳統(tǒng)水文模型通常采用簡化模型來計算地表徑流過程，如運(yùn)動波法或水文概化法[4-5]。然而，這些忽略動態(tài)項(xiàng)的模型可能無法可靠地表征物理過程，在復(fù)雜的降水徑流條件下，特別是在復(fù)雜地形中常見的逆坡或臨界流狀態(tài)，會產(chǎn)生不合理的模擬結(jié)果[6-7]。此外，這些簡化模型也無法可靠地計算重要的水力學(xué)變量，如流速、水深等，會降低模型精度且限制模型的應(yīng)用范圍，如對動力過程要求較高的流場計算場景[8]。Gomez等[9]指出二維動力波模型（也稱為全水動力模型）可能是精確模擬地表徑流過程的唯一選擇。全水動力模型具有良好的數(shù)值逼近潛力，在降水徑流和洪水演進(jìn)過程模擬中表現(xiàn)極佳。2010年至今，二維全水動力模型得到了長足發(fā)展，特別是基于有限體積法的近似黎曼求解器（Riemann solver），由于能夠有效處理流場中的不連續(xù)問題而得到廣泛關(guān)注。全水動力模型對數(shù)據(jù)要求高、計算過程復(fù)雜且耗時長，故在流域和城市尺度上的應(yīng)用受到限制。鑒于此，目前水文水動力數(shù)值模型的發(fā)展分為兩支，流域尺度采用簡化水動力方法計算匯流過程的水文模型來計算水文過程，江河湖庫等水系尺度采用全水動力模型來模擬水動力演變。實(shí)際應(yīng)用中，針對不同問題，選用不同模型。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在流域尺度上進(jìn)行水文水動力精細(xì)模擬的需求越來越大，如海綿城市建設(shè)中雨洪過程的計算，流域生態(tài)治理中污染物遷移和水土流失過程的模擬，因此迫切需要發(fā)展大尺度高分辨率基于全水動力法的水文水動力模型。具體實(shí)踐時，可通過在水文模型中采用全水動力法計算匯流過程和洪水演進(jìn)過程，或是在水動力模型中耦合水文過程，兩者均可實(shí)現(xiàn)水文水動力過程精細(xì)模擬的目標(biāo)。例如，韓超等構(gòu)建了嘉興市河網(wǎng)水文水動力耦合模型，研究了區(qū)域降水對嘉興河網(wǎng)洪水過程的影響，同時為區(qū)域防洪排澇工作提供了參考；楊帆等[11]基于Infoworks-ICM軟件構(gòu)建了蘇南運(yùn)河沿線精細(xì)化水文水動力模型，為運(yùn)河沿線平原河網(wǎng)地區(qū)防洪排澇、預(yù)報預(yù)警、防汛調(diào)度決策、工程建設(shè)效果評估等應(yīng)用領(lǐng)域提供了技術(shù)支撐；余富強(qiáng)等[12]建立了福建省泉州市梅溪流域高分辨率水文水動力模型，為中小流域洪水治理提供了決策支持。 目前已有的全水動力模型過度簡化或忽略了產(chǎn)流過程中的水文過程，如下滲、蒸騰蒸發(fā)和植被截留過程[13-14]。對于蒸騰蒸發(fā)過程，短歷時模擬過程中計算結(jié)果可能對此過程的忽略或簡化不敏感，但在長歷時模擬過程中，此過程構(gòu)成水量損失的重要組成部分，過度簡化和忽略將造成較大的計算偏差[15-16]；對于植被截留過程，降水初期雨水全部截留于枝葉表面，隨著雨量的增大，截留量逐漸穩(wěn)定于*大穩(wěn)定截留量并貫穿降水徑流過程始終，是降水初損的重要部分；因下滲過程機(jī)理非常復(fù)雜且占降水損失的大部分，應(yīng)基于物理過程詳細(xì)考慮。此外，洼地蓄存是產(chǎn)流過程的另一個影響因素，也應(yīng)予以考慮，進(jìn)而提升模型的可靠性。 耦合水文過程的全水動力模型模擬精度在很大程度上取決于輸人數(shù)據(jù)的質(zhì)量[17]。數(shù)字高程模型（digital elevation model，DEM）是*重要的空間輸人數(shù)據(jù)集之一[18]，是表征流域水系、坡度、流向等的決定性因素。通常而言，模型數(shù)據(jù)分辨率越高，地形表達(dá)越逼真，模擬結(jié)果越準(zhǔn)確[19-20]。例如，DEM數(shù)據(jù)分辨率低可能導(dǎo)致坡度變形，進(jìn)而影響模擬結(jié)果質(zhì)量[21]。然而，高分辨率數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致出現(xiàn)大量的計算單元或節(jié)點(diǎn)。例如，1km2的研究區(qū)域，若DEM數(shù)據(jù)分辨率為1m，則會產(chǎn)生100萬個計算單元，產(chǎn)生很大的計算負(fù)擔(dān)。在合理平衡計算精度和效率方面，已有較多方法，其中圖形處理器（graphics processing unit，GPU）并行加速計算技術(shù)對高分辨率水文水動力模型的模擬計算效率提升顯著[22]。 1.2地表水文水動力主要物理過程及數(shù)學(xué)表達(dá) 流域徑流過程一般可分為產(chǎn)流和匯流兩個主要過程，如圖1-1所示。當(dāng)降水事件開始后，一部分水在分子力、毛管力和重力的作用下通過地面滲人地下，另一部分被地表植被截留，*終經(jīng)蒸騰蒸發(fā)過程回到大氣中，*終剩余的凈雨量在地表產(chǎn)生徑流，這個過程為產(chǎn)流過程。若降水持續(xù)，凈雨匯集形成地表漫流，沿地形坡度流動，一部分水會被洼地蓄存，一部分水匯集到河流后，在重力的作用下沿河床流動形成明渠流，這個過程為匯流過程。 圖1-1流域徑流過程 陸地水文主要物理過程從水文水動力角度劃分，水文過程為全局過程，而水動力則是其中的子過程之一（圖1-2）。水文過程分為產(chǎn)流過程、匯流過程、下滲及地下水流動過程，其中涉及的各種流動形式則稱為水動力過程。其中，水文過程包括：地表產(chǎn)流過程，即采用簡單代數(shù)方法計算降水量減下滲量和蒸騰蒸發(fā)及填洼量；地表匯流過程，即采用水文概念模型或水動力模型模擬凈雨匯集過程；地下徑流過程，即采用達(dá)西方程或理查德方程模擬雨水在下墊面土壤中的流動過程。水動力過程包括：地表漫流過程，即根據(jù)水流運(yùn)動特性選用運(yùn)動波、擴(kuò)散波或動力波[即淺水方程（shallow water equations，SWEs）]法；明渠流動過程，即采用動力波法模擬明槽、河網(wǎng)水系的水流集中運(yùn)動；管網(wǎng)排水過程（城市流域），即采用一維圣維南（Saint-Venant）方程或有壓流方程模擬管網(wǎng)明流和壓力流過程。由于本書主要介紹地表水動力過程，尚未耦合地下水動力過程，地下水動力過程模擬未在書中體現(xiàn)。 圖1-2陸地水文主要物理過程 1.2.1降水產(chǎn)流過程及其控制方程 產(chǎn)流是指降水量扣除損失形成凈雨的過程。產(chǎn)流理論*早是由Horton提出，他指出降水產(chǎn)流受兩個基本條件控制：一是降水強(qiáng)度需超過地表下滲量；二是包氣帶土壤含水率需超過田間持水量。產(chǎn)流理論闡明了均質(zhì)包氣帶產(chǎn)流的物理?xiàng)l件。芮孝芳在此基礎(chǔ)上著眼于研究影響降水-徑流關(guān)系的因素，自然界的產(chǎn)流按是否受到降雨強(qiáng)度的影響分為蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流[23]。蓄滿產(chǎn)流是降水量在滿足田間持水量之前不產(chǎn)流，所有的降水都被土壤吸收，降水量在滿足田間持水量之后，所有的降水（扣除同期蒸騰蒸發(fā)量）都產(chǎn)流；超滲產(chǎn)流是指同期的降水量大于同期植被截留量、填洼量、蒸騰蒸發(fā)量及下滲量等的總和，多余出來的水量產(chǎn)生了地面徑流[24]。在產(chǎn)流過程中，各個物理過程的相互作用是非常重要的，須予以詳細(xì)考慮。 在降水過程中，雨量損失主要在下滲過程、植被截留過程和蒸騰蒸發(fā)過程。下滲過程極其復(fù)雜且下滲量在雨量損失中占比*大，也是國內(nèi)外學(xué)者一直關(guān)注的研究重點(diǎn)。下滲是產(chǎn)流過程中的重要組成部分，降水除去下滲、蒸騰蒸發(fā)和洼地蓄存的損失部分后形成凈雨，進(jìn)人匯流階段。相比蒸騰蒸發(fā)和填洼，下滲在產(chǎn)流過程中影響*大，因此下滲模型也是產(chǎn)流模型中的重要部分[25]。目前，已有大量的下滲模型被開發(fā)，如Kostiakov模型、Philip模型、Horton模型和Green-Ampt模型[26]，其中Horton模型通過下滲實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為下滲過程是個消退的過程，且消退的速率與該時刻的下滲率到穩(wěn)滲率的變化量成正比。Horton公式是從實(shí)驗(yàn)中得到的純經(jīng)驗(yàn)性方程，雖然下滲機(jī)理的研究正在向物理過程型轉(zhuǎn)變，但由于使用簡便，Honton公式至今仍然在許多研究領(lǐng)域應(yīng)用；Green-Ampt模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，建立起一種具有一定物理基礎(chǔ)的反映下滲速度與水勢梯度之間關(guān)系的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀reen-Ampt模型物理意義明確、表達(dá)式簡單且參數(shù)較少，應(yīng)用廣泛。Mein等[27]證明了Green-Ampt模型方程對均勻和非均勻降水情況的良好應(yīng)用性。Philip模型下滲公式得到了田間下滲實(shí)驗(yàn)資料的驗(yàn)證，具有重要的應(yīng)用價值，但該公式是在半無限均質(zhì)土壤、初始含水率分布均勻、有薄層積水的條件下求得的，因此只適用于積水條件下一維垂直下滲的情況，具有一定的局限性[28]。Green-Ampt模型控制方程為（1-1）式中，fp為土壤下滲速率，cm/min；Ks為飽和導(dǎo)水率，cm/min；d為土壤表層積水深度，cm；Ls為濕潤鋒深度，cm；毛管吸力，cm。 目前，參考作物蒸騰蒸發(fā)量計算的標(biāo)準(zhǔn)方法為聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）推薦的Penman-Monteith公式。該公式需要凈輻射、土壤熱通量、溫度、風(fēng)速、相對濕度及飽和水氣壓差等氣象數(shù)據(jù)，實(shí)際中常因缺乏完備的氣象資料而難以被廣泛應(yīng)用[29]。Hargreaves方法[30]是FAO推薦的蒸騰蒸發(fā)速率計算方法，應(yīng)用廣泛。該方法所需氣象資料簡單，僅包括計算時段內(nèi)的平均*高、*低氣溫，如SWMM模型及MIKE模型等商業(yè)軟件中也使用此方法來計算蒸騰蒸發(fā)速率。Hargreaves方法是基于每日*高氣溫及*低氣溫對蒸騰蒸發(fā)速率進(jìn)行估算，控制方程為 （1-2） （1-3） 式中，E為蒸騰蒸發(fā)速率，mm/d；Ra為大氣上界太陽輻射，MJ/（m2 d），可根據(jù)維度計算或由FAO提供的大氣層頂輻射表查出；為汽化潛熱，MJ/kg2；Tr為計算時段內(nèi)的*高氣溫與*低氣溫之差，℃；Ta為計算時段內(nèi)的平均氣溫，℃。 大尺度植被截留降水定量模擬與分析是揭示氣候變化和人類活動綜合作用下區(qū)域水沙變化機(jī)制的重要研究內(nèi)容[31]。不管是在流域還是在綠化率較高的城市計算區(qū)域，降水再分配的首*環(huán)節(jié)就是植被截留，其中大部分降水首先被植被截留，剩余的小部分降水沿著主干向下流動并參與匯流過程，影響到達(dá)地面的降水量空間分布，因此合理考慮植被截留，才能正確模擬土壤下滲、產(chǎn)流等水循環(huán)過程[32-34]。植被截留降水過程受到諸多因素的影響，主要包括降水量、降水特性、植被冠層特征、雨前植被冠層濕潤程度、氣象條件等[35-36]。植被截留模型主要分為統(tǒng)計模型、概念模型和解析模型，但很多模型受限于研究方法及模型參數(shù)的獲取，如Horton模型[37]、Rutter模型[38]、Liu模型[39]和Gash解析模型[40-41]等，其中A.PJ.DE ROO模型基于葉面積指數(shù)和降水量對植被截留進(jìn)行估算，而隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，包括葉面積指數(shù)在內(nèi)的陸面區(qū)域參數(shù)獲取成為可能。植被截留公式如式（1-4）～式（1-6）所示： （1-4） （1-5） （1-6） 式中，Sv又為累積截留量，mm；Smax為*大存儲容量，mm；為修正系數(shù)；Pcum為累積降水量，mm；LAI為葉面積指數(shù)。 洼地蓄存是產(chǎn)流計算的另一個影響因
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