2.3　分布式水文模型的基础理论

2.3.1　水平衡基本理论

降雨-径流过程即降雨到达地面后的再分配过程，对该过程准确模拟要依托于准确的水平衡计算。水平衡的准确模拟是实现高精度降雨-径流计算的基础，对于流域尺度的长期水平衡模拟，其水平衡计算是在时间序列上不断累积的过程，水文过程的计算量是巨大的，对计算的准确度要求非常严格。常用的对流域尺度时间和空间上水平衡进行计算的方法，是采用传统而简易的水平衡公式[式（2.1）]。

式中：ΔW为蓄水量变化；P为降雨量；ET为蒸散发；R为地表径流量。

在降雨-径流计算过程中，式（2.1）中的每一项表现为在每个栅格（计算的空间步长）上的水分收支的增量。水平衡计算要依托于准确可用的降雨数据，同时式（2.1）中蒸散发ET作为水平衡计算的一个主要因子，对其准确地估算是实现水平衡准确推求的前提。

2.3.2　流域尺度上同精度模拟

在流域尺度上，以降雨-径流过程为例，分布式水文模型可以对计算期间内任意时间点上的任意断面的降雨-径流进行模拟和计算。对于大尺度流域，在流域尺度上实现同等精度的模拟尤为重要，这是实现分布式水文模型在流域尺度上实用性和计算效率的保证，其具体体现在每一个计算单元（栅格或水流方向上的单位步长）上的模拟精度是相同的。

2.3.3　耦合陆面过程的模拟计算

对于一个大尺度流域，流域的各区域之间可能存在气象和地形上较大的差异，模型应该包括流域内既存的各种水文过程，如降雨、蒸发、融雪、截留、地表径流、表层土壤水分、表层以下不饱和带水量变化、地下水补给和出流，陆面过程如输沙、养分及污染物的输移也应包含在模型当中，对每个成分模拟的精度都制约着模型的功能。

2.3.4　灵活选择的时间和空间步长

分布式水文模型应该具有适应于不同时间步长水文数据计算的功能，即模型计算的时间步长可以基于基础数据时间序列的要求而灵活选择；同时，基于稳定数值计算的要求，模型可以根据不同的流域尺度选取合适的空间步长或同一流域选取不同的空间步长计算的要求。流域尺度最小（某一级子流域的坡面长度或河道长度）部分控制着空间步长尺度的选择，另一方面，分布式水文模型的功能适应性也反映在用户的要求和计算机的计算能力方面。

2.3.5　物理性参数设置

分布式水文模型不同于其他水文模型的一个显著标志是其物理属性，即分布式水文模型基于流域的实际地形、土壤、植被、水文等特性筛选并率定模型参数，以物理性参数驱动模型计算。由于大尺度流域的地形、土壤物性等存在空间上的差异性，大尺度流域的流域分级（基于主流及各级支流的连接关系）又相对复杂，层次较多，而各级流域的参数一般具有时间和空间上的分异性，从而导致物理性分布式水文模型需要大量的参数。对分布式水文模型的参数进行准确的率定一直是一项相对难于实现的工作，也是近年来从事水文模型研发的工作者在努力解决的问题。

2.3.6　易与卫星遥感和地理信息系统数据连接

遥感技术和地理信息系统技术对分布式水文模型的发展和进步起到了显著性的促进作用，特别是地理信息系统技术的快速发展，对促进分布式水文模型研究的进步所起的作用具有划时代意义。遥感信息和全球以及区域性数据库是必要的流域基础数据，分布式水文模型应具备易与遥感和地理信息系统数据库对接的功能。

2.3.7　兼顾用水系统

对于大尺度流域，人类的生产活动分布广泛，其用水系统对流域水资源的自然分配过程产生影响，如地表径流的拦蓄工程、灌溉取水、生活用水等，影响着流域水资源的分布、转移、补给等各环节。灌溉用水、工业用水、市政对水资源管理的对策等应该被考虑到模型当中，因为这些因素改变着流域的水文过程和水平衡。

2.3.8　面向用户友好的交互界面

当前，发展中国家对于各种尺度的流域，尤其是大尺度流域模拟的需求很大，而这些国家和地区往往缺乏基础数据，模型应具有世界范围内的通用性，可以被任何一个地方的专业人员所使用，所以分布式水文模型平台应该具有很好的交互式功能界面和基于实际应用中遇到问题时提供快捷解决方案的功能。