学文网【摘要】随着流域生态水文模型应用水平的不断提高，研究其进展情况凸显出重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了流域生态水文特征。在探讨常用的流域生态水文模型及其特点的基础上，以MIKESHE模型为实例进行深入研究。
【关键词】流域生态；水文模型；研究；进展
一、前言
作为与流域生态密切相关的一项重要工作，水文模型在近期得到了长足的发展和应用。研究流域生态水文模型的进展，能够更好地把握其动向，从而为良好利用打下基础。本文从介绍生态水文模型的相关内容着手本课题的研究。
二、生态水文模型概述
1.水文模型的概念
水文现象是一种非常复杂的现象，它不仅受降雨特性的影响，还受流域下垫面、人类活动等因素的影响。因此，多年来水文学者一直在不断的探索和研究，以便揭示水文现象及其发展变化规律。但是，至今仍有许多问题尚未解决。在没有完全搞明水文发展的规律之前，通过建立模型对水文过程进行模拟（试验），不失为一种可取的途径。仿照原型制造模型称为“模拟”，模拟工作首先要制作一个“模型”。对于水文问题来讲，模型可认为是描述一种现象转化为另一现象的工具。
2.水文模型的分类
按模型的性质和建模技术来分，可分为以下几种：
实体模型：包括比例尺模型和单项因素试验模型；类比模型：依另一种现象的物理性质类比水文现象的物理性质，以便于观测或形象化。例如根据渗流的达西定律和欧姆定律之间的相似性进行类比的电模拟模型等；模拟模型：模拟模型也称数学模型，即运用数学方法模拟水文现象的模型。
（一）确定性模型：以水文现象的因果关系作为基础，来建立水文模型。它又可分为：a水动力学模型。采用水动力学方程及能量守恒定律等水力学方法对水文现象进行概化模拟；b概念性模型。以水文现象的物理概念和机制为基础对水文过程进行模拟；c黑箱模型（神经网络模型ANNM）。采用网络结构和算法对水文内在规律进行模拟。
（二）统计（随机）模型：它是以水文现象的统计规律为基础进行水文模拟的模型。包括随机水文学、频率分析计算等。
三、流域生态水文特征
流域湿地的景观地貌系统的各类自然要素是形成水文生态功能的基础，随着自然要素连续性的日渐破损和丢失必然会导致生态功能的故障，导致周围生态环境发生巨大的改变。景观变化结果不仅改变了景观的空间结构，而且影响景观中能量分配和物质循环，最为明显的是流域景观结构破坏严重影响水的自然循环过程，使整个水文生态系统平衡被打破，从而加剧了城市涝灾的发生[1]。
近年来，越来越严重的水环境问题与洪涝灾害引起人们对流域生态问题的关注，促进了景观生态学在流域水文生态学科的应用，开展了对流域景观结构变化及其对流域水文过程影响的研究。事实上，随着城市化的加速发展，我国各地出现的洪涝灾害趋于频繁化和重创化的形势，均与流域景观结构的变化有关，主要表现在上游林地、农田和滩地等滞洪、消能空间减少和中下游用于调蓄的湖泊面积减少等方面。
目前我国城市面临的生态失调、生物多样性与景观美学特色丧失，地质灾害与水涝灾害等生态环境问题，反映了大规模的城市化建设缺乏科学的理念与技术方法，严重干扰了城市原有的景观生态系统，特别是流域范围内不合理开发和利用以及传统的水利工程措施如加固堤岸、裁弯取直、修筑水坝等。
然而，城市流域的“城市化”是必然趋势，因此，如何维持和提高城市流域的自然属性与景观质量价值来确保人类生存的安全与稳定，是人们期待解决和发展的长远目标。城市河道既来源于自然，又必须回归自然。
四、常用的流域生态水文模型及其特点
1.包顿模型
该模型在澳大利亚、新加坡等国有着广泛的应用，它是由澳大利亚的包顿于1966年研制成功的一个以日为计算时段的流域水文模型，在干旱和半干旱地区较为适用。该流域水文模型是常用的水文模型中最简单的一个。在模型中共设截留层、上土壤层、排水层和下土壤层4个蓄水层，用以模拟流域的蓄水、排水剖面，然后在各层分别设置一个最大可能蓄水量，用以控制模型的蒸发、下渗和径流。该模型缺点是未设置地下水结构，径流只有地面径流。
2.第Ⅳ号斯坦福流域水文模型
该模型是世界上研究最早，影响力最大的流域水文模型，它是一种用数学方法模拟水文物理现象的模型。该模型的建立为以后许多模型的建立发展提供了基础。此模型的特点是物理概念明确，模型结构严谨，层次鲜明。在小流域中采用集总模型方式，对大流域，采用分块模型方式。
3.萨克拉门托模型
简称“SAC”模型，SAC模型类似于斯坦福模型，它是一个连续模拟模型，该模型始用于美国大利福尼亚州萨克拉门托河而得名。它是在第Ⅳ号斯坦福流域水文模型基础上改进和发展的。1973年研制成功了日流量模拟程序，在此基础上于1975年又进一步提出了6h时段模拟程序。
4.水箱模型
该模型由日本菅原正在20世纪60年代初提出，水箱模型又叫坦克模型，在后来的不断发展中成为世界各国广泛采用的流域水文模型。水箱模型是一种概念性径流模型，把流域当作数个组合的蓄水容器，容器中的蓄水量看做流域蓄水量，并以容器中的蓄水深度为参数来计算流域的降雨、径流关系及其汇流过程。在模型的应用中，它将复杂的降雨转化为径流的过程，简单归纳为流域的蓄水与出流的关系进行模拟，因此，该模型具有一定的灵活性，适应性强，在各种大小流域以及各种气候、地形都可以应用，只要多设置水箱就可以，此外，水箱模型操作也较简单。
五、案例分析――MIKESHE模型
1.MIKESHE概述
MIKESHE模型最早在1982年由丹麦液压研究所开发，基于物理的确定性的分布式模型系统。几乎可以模拟所有的水文过程。1998，美国农业工程学会会议上提交了几分评估材料，MIKESHE模型也凭借其广泛的适用性和可编辑性也在此引起了整个学会的注意。
2.典型运用
MIKESHE最初是为欧洲的水资源管理和环境保护的用户设计的。直至目前，MIKESHE已经比较广泛的运用于高校，研究机构，咨询公司。作为一个强大的，地下水、地表水、排水和蒸发的，可综合运用于模型和环境的模型，MIKESHE几乎能模拟所有水文过程，主要运用于：流域综合水文；地表水和地下水的综合利用；灌溉管理和和干旱治理；湿地治理和修复；河流径流；泛滥平原管理；地下水引起的洪水；土地利用和气候变化；养分过程和管理；地下水治理。用户可对其中一个过程进行***研究，还可根据各自具体的需求调整模型。
3.MIKESHE研究进展
网格尺度：Vázquez研究发现，就河流的流量，既有的数据和模型的结构来看，600m的格网间距对于一个586km2的流域来说是最佳尺度。
自动校准：Henrik研究发现，与手动的专家校准相比，平衡的Pareto最佳方案能更好的模拟径流，甚至地下水位。Christin，Roverta等也研究表明模型的自动校准具有相当重要性。
六、结束语
通过对流域生态水文模型研究进展的相关分析，我们可以发现，在当今条件下，其模型的应用和研究颇具水平，有关人员应该从流域水文的客观实际出发， 利用优势条件，对流域生态水文模型做出合理掌握与分析。
参考文献：
[1] 尚宗波，高琼.流域生态学―生态学研究的一个新领域[J].生态学报.2011（03）：468-471.
[2] 傅伯杰，陈利顶，马克明.景观生态学原理及应用[J].科学技术.2011（01）：88-89.
[3] 王紫雯，程伟平.城市水涝灾害的生态机理分析和思考[J].浙江大学学报.2012（05）：84-87.
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