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数字流域与数字水文模型的集成研究
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基于SWAT模型的黄水河流域水文模拟研究.pdf76页
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姓名:张 晓丽
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学 院:人 口、资源 与环境 学院 单位代 码 10445
分 类 号 P343.1
研究生 类别 全日制 硕士
硕 士 学 位 论 文
论文题目: 基于 SWAT 模 型 的 黄 水河 流 域 水 文
模拟研究学科专业名称自然地理 学
申请人姓名
指导教师 吴泉源 教授
论文提交时间2010 年 6 月 8 日 独
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知, 除了文中特别加以标注和致谢的地方外, 论文中不包含其他人已经发表或撰写
过的研究成果, 也不包含为获得 (注: 如没有其他 需要特别声明的, 本
栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做
的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名: 导师签字:
学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书
本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解
学校 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 , 有 权 保 留 并 向国
家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘, 允许论文被查阅和借阅。 本人授权 学校 可
以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 可以采用影印、 缩印或扫描等
复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书)
学位论文作者签名: 导师签字:
2010 年 6 月 8 日签字日期:2010 年 6 月 8 日山东师 范大 学硕 士学 位论 文
中文摘要 I
ABSTRACT III
1.1 分布式流域水 文模拟 研 究的背景 及综述 1
1.1.1 分布式流域水文 模拟 研究的背 景 1
1.1.2 分布式流域水文 模型 综述 1
1.2 SWAT 模型的研究综述 6
1.2.1 选择 SWAT 模型的依据 6
1.2.2 SWAT 模型在流域尺
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水文模型课程论文95
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分布式流域水文模型
本文论述了分布式流域水文模型的一般结构和研制思路，并提出了相应的数学物理方程，对于分布式流域水文模型的应用研制具有一定指导意义。
指出数值计算，GIS，雷达测雨和卫星云图等技术的进步为分布式流域水文模型的发展及实际应用提供了条件，论述分布式流域水文模型的结构有概念性和具有物理基础之分，也有耦合式和非耦合式之分，为了确定分布式流域水文模型的参数，对现有几种建立产汇流参数与自然地理因子之间的理论关系的途径进行了初步分析。
流域水文模型的研制是水文科学中最重要的分支之一。其中包括集总式和分布式流域水文模型，分布式流域水文模型的种类很多，在我国的研究和应用比较普遍。那棱格勒河是柴达木盆地最大的一条河流，正确评价该河流的水文情况，对开发柴达木盆地盐湖资源具有十分重要的意义。应用分布式流域水文模型理论，对适用于那棱格勒河流域的水文循环动力学模型的类型进行选择，通过分析对比，选择出最适合本地区特殊条件的TOPKAPI模型，以便于探讨该地区水文循环的特点与规律，从而阐明盐湖区各类水体间的相互补给关系。
引用信息熵对不同分辨率DEM的信息量进行分析，对影响水文模拟的两个重要参数――径流路径和汇流平均坡度对DEM信息熵的敏感性进行评价，并在同一组模型参数下对DEM分辨率变化对径流模拟的影响进行分析，研究结果表明：径流总量、洪峰、水文响应时间对DEM分辨率的变化是非常敏感的。随着DEM分辨率的降低径流量减少，洪峰衰减，水文响应时间提前。
本文列出了当今世界上比较流行的15个流域水文模型。对现行概念性集总式流域水文模型的结构和参数的特点进行了评论，指出了这类流域水文模型存在的主要缺陷。对新一代流域水文模型，即分布式流域水文模型，尤其是其中具有物理基础的分布式流域水文模型，进行了较为深入的分析，指出其之所以优于集总式流域水文模型的主要原因。最后对流域水文模型进一步发展所必须具备的理论和技术条件做了初步讨论。
分布式流域水文模型比较客观地描述实际水文过程，但需要强大的数据库支持。这一特点为地理信息系统（GIS）在分布式流域水文模型的研究与应用提供了可能，反过来又推动水文模型的发展。目前。基于GIS的分布式流域水文模型的研究已成为水文学研究的热点。本文总结了分布式流域水文模型的优越性，综述了GIS在分布式流域水文模型中的应用及二者集成方式研究与应用的进展，讨论了当前研究中存在的问题，指出了今后的研究方向。
根据流域降雨径流的基本过程，以蓄满产流理论为基础，建立了一个网格型松散结构的分布式流域水文模型。模型将流域离散为包含河道与不包含河道两种类型的单元格，以协克里金方法插值得到空间离散的降雨输入，考虑的产汇流物理过程包括降雨、植被截留及蒸散发、单元格产流、单元格汇流及河网汇流。模型结构简单，参数较少，在充分利用植被覆盖类型图及土地利用类型图的基础上，能够获得大部分参数的选用值。通过在长江三峡区间沿渡河流域的实际应用，模型计算成果令人满意。
以数字流域平台为依托,提出了一整套分布式实时洪水预报方案构建的方法.以自然流域为单位划分单元面积,通过流域解构,将流域离散成产汇流分区的集合,解决了流域下垫面的空间变异性和模型参数的空间分布;通过流域全程解析,将产汇流分区解析为水文模拟分区,完成了流域离散与水文模型的耦合;通过流域离散单元的拓扑重构,建立了水文模拟分区间的水力联系,构建了实时洪水预报方案的体系结构.将提出的方法应用于长江上游流域、珠江流域和闽江流域等多个流域的洪水实时预报方案编制中,结果表明,该方法能较好地体现出分布式流域水文模型在实时洪水预报中的实际应用,研制的软件系统实用性和通用性强,较好地满足了实际防洪决策会商的技术要求.
分布式流域水文模型从DEM数据中提取河流．由于地图数据的比例尺、DEM网格的分辨率等原因，生成的河流可能与真实的河流不重合，流域内的径流可能汇集不到出口断面．必须对DEM数据进行处理。目前GIS软件中常用的处理方式是将河流经过的网格高程普遍降低．这种方法还不够理想。理想的DEM数据处理方法应满足以下原则：修改后生成的河流与真实的河流重合．流域内的径流能够汇入河道到达流域出口断面；DEM数据中网格的高程来自实测地图．最能代表网格的高程．只是由于对网格高程的插值滤掉了一些地形细节，因此高程修改的网格数目应达到最小。基于这个原则，提出DEM数据修改方法，平滑掉河流经过的凸起网格并且填充流域内的洼地，修改最少的网格高程，使由DEM数据生成的河流能够与真实的河流重合，达到模拟真实的径流流动路径的目的。
金月芽期刊网 2015　　摘 要：教学质量的影响因素众多，对于某一具体课程来说，这些影响因素影响的程度和深度并不相同。在阐述流域水文模型课程教材" />
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论文发表、论文指导
周一至周五
9：00&22：00
浅析流域水文模型教师教学质量提高的探讨
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘 要：教学质量的影响因素众多，对于某一具体课程来说，这些影响因素影响的程度和深度并不相同。在阐述流域水文模型课程教材使用、教案编写、师生沟通与教学目的的基础上，结合教学经验，从保持教材的融合与更新、采取多样化的教学方法、充分利用现代教育技术、教师对教案的掌握、提高实验教学质量、教师与学生之间的交流、教学与科研相长等方面提出对提高流域水文模型教学质量的建议。 中国论文网 /2/view-4953974.htm　　关键词：教学质量；流域水文模型；水循环 　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：X（3-02 　　随着中国大学招生规模的日益扩大，如何提高大学教学质量已经成为高校教学研究的重要课题之一。课堂教学是大学教育的基本环节，它不仅是教师传授知识的主要形式，也是培养大学生思维方式的重要途径。大学课堂教学质量，直接关系到大学生综合素质的提高。笔者从事东北农业大学水文与水资源工程流域水文模型课程的教学工作已经两年，在讲授过程中积累了一些经验和认识。结合这两年的教学实践，在浅析水循环和预报技术的基础上，从保持教材的融合与更新、采取多样化的教学方法、充分利用现代教育技术、教师对教案的掌握、提高实验教学质量、教师与学生之间的交流、教学与科研相长等方面阐述对提高流域水文模型课程教学质量的体会。 　　（一）保持教材的融合与更新 　　教材管理工作与教学工作都围绕着同一个主题，就是培养社会主义建设德才兼备的合格人才。教材是教师教和学生学的主要凭借，是教师进行教学，搞好教书育人工作的具体依据，是学生获得系统知识、发展智力、提高思想品德觉悟的重要工具。在教学实践中，教材是知识的重要载体和媒介，对提高教学质量和培养学生的创新能力等具有重要意义。衡量一本教材质量的高低，首先要看其对实验教学有无针对性、适应性和实践性，能否启发学生的学习积极性和创造性，能否使学生在学习过程中感觉到所学内容看得见、摸得着，能否激发学生的学习兴趣，最大限度地调动他们的学习积极性和主动性。以流域水文模型课程为例，该课程目前缺乏一本系统完整而较新的教材，笔者以《流域水文模型》（谢平）为主，同时融合《分布式水文模型》（熊立华）、《分布式流域水文模型原理与实践》（贾仰文）、《水文模型》（徐宗学）及最近发表的关于水循环及水文模型相关的资料撰写教学内容，这样既能保证教学内容的完整性和系统性，同时也能保证教学内容的与时俱进，保持与社会发展需求的同步性。 　　（二）采取多样化的教学方法，激发学生主动学习的热情 　　在流域水文模型教学过程中采用多种教学方法相结合的方式，不同的内容采用不同的教学方法。对相对简单的基本概念和原理，主要采用传统板书和讲授的方式进行教学，便于学生跟随教师思路，理解掌握课程知识点。对于某些抽象的概念，仅仅依靠板书和讲授的方式是难以让学生理解掌握的，如产流机制、蓄水容量曲线、水箱结构等，则采取多媒体辅助教学进行相应的动画演示，实验图片分析等，给学生以直观的感受，这样使得非常抽象的概念变得十分具体而容易接受。课堂教学中，积极采用启发式、互动式教学。每一个知识点都应该由特定的问题引出，吸引学生的注意力的同时诱导其主动的思考。将教师主讲与课堂讨论紧密结合起来，并就每节课的重点难点布置相应的习题，增加学生学习的主观能动性，同时也加深学生对课堂知识的理解。设立学习联络邮箱，将每堂课的重点、难点、相应的思考题发送到联络邮箱里，利于学生在课下进行课程的预习、复习及自我检查。学习联络邮箱架起了教师和学生勾通的桥梁，鼓励学生多思考、多建议、多提问，增强学生敢想、敢问及敢于动手实践的信心和勇气。 　　（三）充分利用现代教育技术 　　要应用现代教育技术构建创造教育的新模式，我们首先要摆脱把信息技术设备仅仅作为一种播放工具，用来传授知识的观念，而要把它作为学生的认知工具，通过学生的参与，培养学生的创造思维，提高学生的创造能力[1～2]。现代教育技术在构建新型教学模式中扮演着重要的角色：利用多媒体信息集成技术，创设和展示有意义的情境，提高学生的求异和洞察能力。要使学生全身心投入学习活动，就必须让学生面临对他们个人有意义的或有关的问题。在制作流域水文模型的课件时利用大容量存储技术压缩课件，提供多样化的图和文档资源，利用图形化交互界面技术描述水文循环，为课堂建造良好的学习环境。利用信息组织结构的超链接连接技术，建造符合学生联想方式的超文本信息组织结构。建立水文模型的降雨径流模拟实验环境时，利用VB与Arcgis相结合形成动态演示模型，通过输入必要的调试参数，或者通过学生交互操作，进行模拟不同情况下的产流与汇流机制实验，进行分析比较，学习科学探究的能力。 　　（四）提高对教案的熟悉程度 　　课堂教学是教育教学中普遍使用的一种手段，它是教师给学生传授知识和技能的全过程，它主要包括教师讲解，学生问答，教学活动以及教学过程中使用的所有教具，这就需要教师仔细认真地备课，设计好每一节课的具体流程和安排。教案是教师备课工作的最后一个环节[3]。撰写完教案后，课堂教学便有“案”可依，教学质量的提高便有了前提保证。但教学质量的提高关键在于如何借助教案将教学内容通俗易懂而又生动地传授给学生，充实丰富学生的知识和启迪学生的思维，实现教学目的。在这一过程中，教师对教案的熟悉程度发挥着重要作用。如在讲授流域水文模型中如何描述降雨的空间分布，坡面汇流的计算方法（如单位线法、地貌单位线法和数值计算法等）时，由于以前做博士论文及科研项目一直在做这方面因此十分的熟悉，因此课堂讲授时可以把基本问题的由来及发展趋势讲解的非常透彻，可以直接面对学生讲解，从学生的眼神中了解学生的接受程度，及时调整讲授速度和处理学生注意力不集中等问题。另外，在讲解一些难于理解的复杂问题比如坡面汇流和河道汇流的时，由于对教案的熟悉，可以根据学生的理解程度，进行深入浅出的讲解，适当地多绘制一些图形和公式解释，从而高效地提高每一节课的教学质量。
　　（五）提高实验教学质量 　　如何加强实验教学管理，确保教学质量，培养创新型人才，是值得我们认真思考的问题[4]。为了加强实验教学质量，首先是学生技能的培养，必须通过学生自身的实践，让学生有更多机会进行实际操作，这是培养技能的关键，以往实验课都是教师先讲解实验的原理、方法、步骤，然后学生模仿操作，这样会导致学生实际独立操作的时间减少，更重要的是不利于学生思考能力的培养。为此我们把实验项目分为三类：一类是基本模块程序（比如面雨量计算、河道汇流、坡面汇流）编制，课前交代给学生，然后上机学生进行编程实现，我在一般协助，学生做答后，根据学生的完成情况我再进行讲解，第一类是模块组合，根据我讲解水文模型的构建原则，之后学生根据我的设计思路，组装水文模型。第三类启发式实验，是我与学生一起编程，互相启发和互相借鉴，共同设计水文模型，并编制水文模型的计算程序。在实验教学中注意培养学生的观测能力和思维能力，以提高学生动手操作能力，编程能力，Excel绘图能力，及利用水文模型解决问题能力。 　　（六）注重与学生的沟通 　　沟通是一门艺术。一次成功的沟通，就是一次成功的教育。教育的问题在很大程度上是沟通的问题。教育中如果缺乏沟通，则学生的“心事”教师永远也猜不明白，而教师的“柔情”学生永远不懂。双方都互相埋怨并都在苦恼中，教师失望，学生伤心。其实，“通”则“不痛”，“痛”则“不通”。通过沟通，让教师走进学生的心灵世界，也让学生真正理解教师。通过沟通，才能彻底拆除妨碍情感交流的墙，才能形成良好的教育网络，才能促进教育目标的顺利实现。在讲授流域水文模型第一节时，笔者首先从地球上的水循环讲起，并同时与学生相互沟通，进行引导，使他们能参与进来，就每一部分水循环的情况进行描述，之后询问学生描述每一部分水运动可以用什么模型进行描述，这样使学生对水循环及这门课程有一个初步的了解。进而在讲解每一水文模型时，都从水循环讲起，不断与他们沟通，最后使学生对水文模型的认识达到设计水文模型的程度。模型讲解完之后与学生探讨本节课讲授的水文模型可以做一些什么，优势在哪里，培养他们的科研能力。在与学生的不断讨论之中，一些在课堂上不善于发言、比较羞涩的学生，渐渐融入课堂中。 　　（七）教学与科研相长 　　教师要具有以教学传授知识、以科研创新知识的本领，尤其是在高校从事专业课教学的老师。教学和科研的关系是辨证统一、互相促进的，教学工作常常会激发科研的热情，教学中会发现一些不清楚的东西，课后就会去研究它。我的一些新的想法有很多就是在讲流域水文模型课中突然激发出来的；而科学研究的成就又能促进教学水平的提高，不断地把新的研究成果和思路贯彻到教学中，这样即使常年讲一门课也能做到常讲常新。 　　参考文献： 　　[1] 孟祥增.现代教育技术[M].济南：山东人民出版社，2003. 　　[2] 周晓霞.多媒体技术在分析化学教学中的运用[J].教育与职业，2013，（18）：148-149. 　　[3] 莫春姣，何新凤.教案编写及其评估指标体系的研制[J].教育与职业，2007，（23）. 　　[4] 强化实验教学管理提高实验教学质量的措施[J].实验室科学，2013，（1）：62-64. 　　[责任编辑 陈丽敏]
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