面向水文集成建模环境的空间离散方法统一表达与实现

摘要

目前国内外研究人员开发了大量水文模型，这些模型得到了广泛的研究和应用。但由于建模的思路不同，模型在基本假设、概化方式、适用范围等方面各有特色，没有一种模型能够适用于所有情况。因此，面对具体问题时，常常需要根据研究目标修改或集成不同的模型，建立合适的水文模型。集成建模环境是模型集成的技术平台，能够有效提高建模效率。但水文模型的空间离散方法多种多样，空间离散单元之间关系复杂，如何实现不同离散方案之间的模型集成，保证空间离散单元的准确交互，是集成建模环境面临的关键问题之一。
　　本文以克服不同离散方法带来的模型集成障碍为目标，对水文模型空间离散方法在水文集成建模环境中的表达与实现方法进行了研究。本文所做的主要工作包括:
　　(1)模拟单元计算依赖关系分析
　　在归纳总结常用水文模型的空间离散方案的基础上，从地形因素以及数值求解方法出发，分析了空间离散单元的计算依赖关系的影响因素，将离散单元间的计算依赖关系分为独立型、单向型和紧密型三种类型。
　　(2)水文建模离散方案空间匹配分析
　　从空间离散方案类型、尺度、维度的角度，将水文集成建模中离散方案的空间匹配总结为三种情形，并对每种情形常用的空间匹配方法及其特点进行了归纳总结。
　　(3)提出了面向集成建模环境的空间离散方法统一描述方案
　　在(1)、(2)的基础上，提出了空间离散方法统一描述方案的概念模型。基于Node-Link的思路，提出了面向集成建模环境的水文模型空间离散方法统一描述方案。该方案包括空间离散和空间匹配两部分，前者对模拟单元之间的计算依赖关系进行了描述，后者则描述了不同离散方案之间的数据转换方法。
　　(4)原型系统与案例验证
　　在原有工作基础之上搭建了原型系统，针对最优演算次序，模块交互等关键性问题设计并实现了相关类库;以GSFLOW为案例模型，Sagehen流域为研究区域，对所提出的统一描述方案及建成的原型系统进行了验证。
　　研究结果表明，本文提出的统一描述方案能够较好地把握不同空间离散方法及其交互的特点，具有良好的扩展性，建成的集成建模环境原型系统能够有效应对采用不同空间离散方法的水文模型的集成，具有较高的可用性。

目录

声明

论文说明

摘要

图索引

表索引

第1章 绪论

1．1 选置背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 水文模型的空间离散方法

1．2．2 典型集成建模环境

1．2．3 水文模型中空间离散方案的描述与实现

1．2．4 集成建模环境中空间离散方案的描述与实现

1．2．5 存在的问题

1．3 研究目标和研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 研究方法与技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术路线

1．5 论文组织

第2章 面向水文模拟的集成建模

2．1 水文模型与空间离散

2．1．1 水文模型及特征

2．1．2 空间离散

2．2 水文集成建模

2．2．1 水文模型集成

2．2．2 水文集成建模环境

2．3 本文依托的水文集成建模环境

2．3．1 整体架构

2．3．2 建模流程

2．4 本章小结

第3章 水文集成建模环境下空间离散的统一描述方案

3．1 概述

3．2 空间模拟单元

3．3 模拟单元的计算依赖关系

3．3．1 影响因素

3．3．2 类型

3．4 离散方案的空间匹配

3．5 统一描述方案

3．5．1 概念模型

3．5．2 基于XML的统一描述方案

3．5．3 统一描述方案的特点

3．6 适用性探讨

3．6．1 复杂流域

3．6．2 人工设施

3．7 本章小结

第4章 空间离散统一描述方案在集成建模环境中的实现

4．1 模拟单元的演算次序

4．2 模块化的水文过程

4．2．1 模型解构

4．2．2 模块结构

4．3 模拟单元交互

4．3．1 变量标记

4．3．2 变量存储

4．3．3 变量连接

4．4 本章小结

第5章 原型系统及案例应用

5．1 原型系统设计

5．1．1 系统设计目标

5．1．2 系统开发环境

5．1．3 系统功能设计

5．2 案例应用

5．2．1 模型简介

5．2．2 模型解构

5．2．3 研究区域与模型数据

5．2．4 空间离散及统一描述

5．2．5 模型模拟与结果分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 问题与展望

附录

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢