流域分布式水文学原理及应用

前言

第1章　水文学及水循环

第2章　水文模型

第3章　分布式水文模型的构建

第4章　多源数据信息利用

第5章　基于DEM的流域特征提取

第6章　分布式水文模型参数率定及其应用

第7章　暴雨洪水预报

第8章　土壤含水量变化规律研究

第9章　气象-水文耦合模式研究

第10章　水文-气象双向耦合模型在大尺度与中尺度区域的应用

第11章　水文尺度问题研究

第12章　流域分布式水文模型的应用前景

参考文献

本书首先介绍了水文模型的发展概况、分类，集总式和分布式水文模型的优劣以及分布式水文模型的主要应用领域。其次重点阐述了分布式水文模型的构建及组成，其中包括土壤水文模型、陆地水文模型、地下水水文模型和地表水、地下水耦合模型四个部分。再次讨论了分布式水文模型结合DEM模型的流域特征提取、模型参数的率定方法及分布式水文模型在洪水预报和土壤大孔隙流中的应用。接着又探讨了大气模型和分布式水文模型的耦合，并将耦合模型应用于单场暴雨、多场暴雨的洪水预报以及大中尺度区域。最后指出了水文模型存在的尺度问题以及水文参数和网格的空间变异性等问题。

本书可供水文学、水资源、水文地质、气象、水利工程等学科的科研人员、大学教师、高年级本科生和研究生，以及从事水资源管理工作的技术人员参考和使用。

水文学是研究地球上水的起源、循环及分布，水与物理、生态环境之间的相互作用及水对人类活动的响应等规律，以及应用这些规律为人类服务的知识体系。水文学是地理科学、水利科学与工程等专业的基础课程。流域水文学以流域为研究的基本对象，介绍流域尺度的水文过程、分析方法及工程应用等基础知识。

水文现象具有确定性和随机性，水文过程的描述方法也有确定性方法和统计方法两大类。确定性方法认为，水文过程遵循质量守恒、能量守恒和动量守恒定律，流域水量平衡、蒸发、下渗、地表与地下径流等水文过程的数学物理描述都是这三大守恒定律的具体应用。根据水文现象的随机性，概率与数理统计方法广泛应用于水文分析与工程水文设计。流域水文学力求体现对自然规律的认识，从不同时间和空间尺度讲解水文循环的现象、过程和原理，揭示流域水量平衡的基本规律。本书系统介绍了流域水文学的方法论，力求做到从原理到方法的自然过渡，注重科学与工程的结合，在保持水文学经典内容的基础上适当体现水文学的一些前沿发展，做到经典与前沿相结合。

早在1938年，清华大学土木工程系水利组就开设了水文学课程，并培养了一批我国早期的水文学家。1952年，清华大学成立水利工程系，工程水文学是本科生的专业基础课程。长期以来，水文学课程坚持课堂教学与实践教学相结合，强调基础理论知识，重视培养学生分析和解决工程实际问题的能力。20世纪50年代，黄万里教授讲授工程水文学课程并编写了《工程水文学》（电力工业出版社，1957年）教材，廖松教授参加了全国高等学校教材《工程水文学》（水利电力出版社，1987年）的编写，王燕生教授主持了全国高等学校教材《工程水文学（第2版）》（中国水利水电出版社，1992年）的编写。

为了适应水利学科及中国水利事业发展的新形势，从2004年开始，清华大学水利水电工程系对工程水文学课程的教学内容进行调整，启动编写水文学新教材，并同步启动了精品课程建设。2005年，将原来的工程水文学课程（48学时）调整为水文学系列课程，包括水文学原理与应用（Ⅰ）（32学时）、水文学原理与应用（Ⅱ）（32学时）及工程水文设计（16学时）。水文学原理与应用（Ⅰ）的主要授课内容为流域水文学，水文学原理与应用（Ⅱ）的主要授课内容为地下水文学。水文学原理与应用课程在2008年被评为清华大学精品课，在2009年被评为北京市精品课程和国家精品课程。

本书主要由杨大文编写与统稿，杨汉波和雷慧闽参与了部分内容的编写，全书由张思聪校稿。本书在编写过程中，得到了多位教师的热情帮助，清华大学水利水电工程系水文水资源研究所的多名研究生参与了资料的收集、整理和编写工作，特此感谢。虽然本书在编写过程中做了大量的工作，但是书中难免存在一些问题，希望广大师生及读者在使用过程中提出宝贵意见和建议，以便今后进一步完善。

编者2014年5月于清华园

本书为高等学校水文水资源专业及水利水电工程专业的通用教材。

全书共12章，主要内容包括：地球上水的分布及循环，降水，积雪与融雪，蒸发，降雨下渗及土壤中的水分运动，河川径流，流域产汇流分析及水文模型，流域水文预报，水文统计分析方法，设计年径流，设计洪水等。全书系统介绍了流域水文学的基本概念、原理和方法，包括流域水文基本过程、流域水文计算方法和工程水文设计三大部分。

本书内容安排重视从原理到方法的自然过渡，注重科学与工程的结合，在保持经典内容的基础上体现水文学的新进展。 本书可供高等院校相关专业的师生使用，也可作为相关专业科研人员和工程技术人员的参考书。

全书共分15章，主要内容有：绪论，河流和流域特征，降水，植物截留与填洼，土壤水，下渗，蒸发与散发，产流机制研究，流域产流，河槽洪水演算，流域汇流，湖泊与水库，冰川与融雪径流，数字流域，数字水文。

本书不仅适用于水文学与水资源工程专业本科“水文学原理”课程教学使用，也可作为需要学习“水文学原理”课程的地学类、水利水电类、国土资源与环境类、农业和林业类相关专业的本科教材，对需要了解水文学知识的各专业研究生和科技人员也有参考价值。