高等水文学答案2008-2009

一.土壤主要包括哪些热学性质？简述其物理意义5分。土壤作为一种多孔介质，可用那些指标来表征其分形特征？3分 1.土壤的焓h（或温度）。土壤系统能量的一种度量，取决于温度

2.土壤的比定容热容Cv。单位体积的土壤，在温度增减1℃时所吸收或释放的热量，单位： J.

和热导率k

.

）通过的热

3.土壤的热流密度

–单位时间传导的能量称为热流量；单位面积上的热流量称为热流密度：单位热导率是在单位厚度（1cm）土层，温差为1°C时，每秒钟经单位断面（1量焦耳数。单位是J∕(4.土壤的热扩散率

)

土壤热扩散率是指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘米距离内1°C的温度梯度下，每秒流入1

土壤断面面积的热量，使单位体积（1

）土壤所发生的温度变化。其大小等

于热导率与土壤的比定热容之比 5.土壤表面的反照率

–从土壤表面反射的光与到达土壤表面的入射光之比。与土壤质地、土壤含水量等有关。 多孔介质分形特征： 孔隙曲度分维

孔隙谱维数 P

孔隙面积分维数

孔隙和颗粒分布分维数

二.野外观测蒸发的主要方法有哪些2分？与传统的水文与气象观测蒸发相比较，遥感观测蒸发有哪些特点？5分

–蒸渗仪(Lysimeter) –波文比系统(Bowen Ratio System) –涡度相关仪(Eddy covariance method) –闪烁通量仪（LAS） ? 遥感技术不能直接测量蒸散发，但比起传统的气象学和水文学方法，遥感技术有两方面重要作用：

– 首先,遥感技术提供了外推站点测量或将经验公式应用到更大区域的方法，包括气象资料极其稀少的地区;

– 其次,遥感资料可以用于计算能量和水分平衡中的变量，如辐射、温度等。因此，利用遥感方法计算区域尺度上的日蒸散发量能得到更准确的结果。 三.影响降水的主要因素有哪些？5分

1.大气环流是主要的因素，还有涡动输送以及水汽输送

2.地理位置的影响。降雨量的多寡取决于空气中水气含量的高低，空气中水汽含量的高低取决于气温和离海洋的远近。因此，一般情况下，东南沿海地区降水充沛，而西北内陆地区降水缺乏。当气温较高时，地面海水体的蒸发强烈，空气中水汽含量相对较高，因此，降水较多。一般而言，赤道的降水较其他地区多。

3.地形的影响。通过气流的屏障作用与抬升作用对降水的强度与时空分布发生影响的。瑞士有一个经验公式，降雨和高程的关系

为高h处的降雨量山麓处的降雨量h距离山麓处的高度为平均坡度

4森林对降雨的影响极为复杂，至今还存在不同的看法。有的认为增加，有的认为减少，还有的认为影响不大。总体说，森林对降水的影响肯定存在，至于影响的程度，是增加还是减少，还有待于进一步研究。并且与森林面积、林冠的厚度、密度、树种、树龄以及地区气象因子、降水本身的强度、历时等特性有关。

5.水体的影响。水域对降水的影响，总体来说减少降雨量。迎风的库岸地带降雨增加。 6.人类活动的影响，如植树造林，修建水库，围湖造田、疏干沼泽等

7.城市化的影响。物理机制1）城市热岛效应2）城市阻碍效应3）城市凝结核效应 四. 简述你所了解的目前与水循环有关的水文学研究问题

1.BAHC计划发展和验证一维土壤-植被-大气传输（SVAT）模式、陆面特征与通量的区域尺度研究、生物圈与水圈相互作用的全球多样性、天气发生器计划。2.AVIM模型进一步研究、3.SVTGM模型研究、4.中日陆地生态系统对世界系统响应。5.国际地圈生物圈计划（IGBP）如何在充分理解地球系统的结构与功能的基础上，辨识地球系统中可能被人类活动改变的关键成分和功能，确定地球系统中人类可以忍受和不可忍受的环境阈值? 6.“全球水系统计划（GWSP）”作为ESSP的四个联合计划之一，主要回答人类活动和环境因子作用下全球水循环系统变化的幅度，人类活动影响水循环系统的主要机理，以及水循环系统对全球变化的响应与适应程度等问题。7.气候变化对陆地水循环影响研究的问题8.中国西部流域水循环研究进展与展望9.全球能量和水循环实验（GEWEX）10.GAME(亚洲季风区实验)目标。 五.分布式流域水文模型和集总式流域水文模型的最主要区别是什么

集总式模型认为流域表面上各点的水力学特征是均匀分布的，对流域表面任何一点上的降雨，其下渗、渗漏等纵向水流运动都是相同和平行的，不和周围的水流运动发生任何联系，因此整个流域被当作一个单元体，只考虑水流在单元体的纵向运动。分布式模型认为流域表面上各点的水力学特征是非均匀分布的，水流在流域表面上分布并不均匀，应将流域划分为很多个小单元，在考虑水流在每个单元体内的纵向运动时，也要考虑各个小单元之间水量的横向交换。一般说，系统模型和概念性模型都是集总式模型，而物理模型都是分布式模型。 总之，系统的输入、输出或其参数不存在空间变化的系统称其为集总系统，由此建立的模型称其为集总式流域水文模型。反之，为分布式流域水文模型。可以这样理解，中小流域的降雨～径流可视为集总系统，分布系统可以看作由许多子系统组成，每个子系统可以是一个集总系统。 六．下图代表某一局部地形的数字高程模型。每个栅格为10m×10m正方形，高程单位为m。请先根据确定性最陡坡度法画出每个栅格的流向，然后计算出每个栅格上的集水面积单宽集水面积。请写出计算过程。15分

和

Y 30m

方 127m 134m 141m 向 20m

124m 116m 118m 10m

120m 106m 97m

0 10m 20m 30m

X方向 计算见笔记

七.何谓Nash线性扰动模型（LPM）？其基本假定是什么3分？建立线性扰动模型的基本步骤是什么？7分

80年代后，J.E.纳什等建立了一种独特的多输入～单输出系统，即输入与输出都采用某种定义的离均差作为变量，离均差类似一种扰动现象，故称线性扰动模型（LPM）。 基本假定是1）若某年第d天的输入正好等于该天的季节均值,则输出等于该天相应的输出季节均值

,即

。

2）任何一天的输入离均差（即第d天的实验值减去该天的季节均值）与相应的输出离均差之间存在线性关系，即

式中x=基本步骤是：

y= 。

1.确定模型的总体结构+ i=1,2,……,n （1）

式中

｝d=1,2,…,365,1,2,… （2）

。

2.计算光顺化的季节均值

3.利用式（2）求出逐年逐月的输出扰动项序列和输入扰动项序列 4. 利用式（1）计算脉冲响应函数

5.一旦这种脉冲响应函数已经求得，便可利用式（1）由降雨的扰动值去推求相应的出流扰动值 由此计算出

系列

八．在流域水文模型建模中，目标最佳拟合的准则常具体化为一个目标函数。试列出优选新

安江三水源产流模型参数的目标函数具体表达形式，并在目标函数中列出待优选的模型参数，说明其模型参数的含义。10分

决定产流量在水源上和时间上的分配, 与降雨过程及流域条件的关系密切,所用计算公式如下:

MM = WM × (1 + B) ÷ (1 - IM) A = MM × [1 - (1 - W ÷WM

]

当 P - K×EM ≤ 0 , 则 R = 0 ; 否则 当 P - K×EM + A < MM , 则

R = P - K×EM - WM + W + M ×[1 - ( P - K×EM + A) ÷MM

当 P - K×EM + A ≥MM , 则 R = P - K×EM - WM + W

式中 , MM 为流域最大点蓄水容量; R 为产流量。k—流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。

有如下参数:WM 为流域平均最大张力水容量; 分为上层UM ,下层LM 与深层DM 三层。 WM也就是流域张力水最大缺水量,表示流域的干早程度。在我国南方约为100mm ,北方半湿润地区约为170mm,UM包括植物截留 ,在缺林地可取 5mm ,多林地可取20mm。LM常取为60～90mm。 据实验,在此范围内蒸散发大约与土湿成正比。DM=WM—UM—LM。 B —张力水蓄水容量曲线的指数 。它反映流域上蓄水容量分布的不均匀性。一般流域面积越大 ,不均匀性就越显著 ,因此B 值就越大。

IM 为不透水面积的比例。在天然流域此值很小,约为0.01～0.02 。 ,城镇地区则可能很大 遥感监测土壤水分的主要方法

– Gamma射线技术–热惯量模式(热红外方法) 土壤水分光谱法 –气象法–植被水分生理法–能量平衡法–微波遥感方法 新安江三水源模型参数的目标函数的模型参数

1蒸散发 K 蒸散发能力折算系数 UM上层张力水容量 ,LM 下层张力水容量 ,C深层蒸散发系数2.产流 WM 张力水容量 ,B张力水蓄水容量曲线的方次 ,IM不透水面积的比例3. 分水源 SM表层土自由水容量,EX表层土自由水蓄水容量曲线的方次KG表层土自由水蓄水库对地下水的出流系数 ,KI表层土自由水蓄水库对壤中流的出流系数4.汇流(用滞后演算法) CG地下水库的消退系数,CI下层壤中流的消退系数,L河网汇流滞后演算法中的滞后时间,CS河网蓄水的消退系数