Примеры к лекции 2 по МГП

Курс «Моделирование гидрологических процессов»

Концептуальные модели

Концептуальные модели – это модели, в основу которых положены различные концепции описания физических процессов формирования стока и их описания математическими уравнениями

Модель Сакраменто

Резервуарная модель

Модель HBV

Модель Сакраменто (1)

Модель Сакраменто была разработана в Национальной службе погоды США в Сакраменто, штат Калифорния

Она включает алгоритм расчета влажности почвы для получения значений объемов нескольких компонентов речного стока

В модели используется достаточно простой подход к преобразованию входных данных в гидрограф стока

Структура модели Сакраменто

Модель Сакраменто (2)

Почвенная толща разделена на две части — верхнюю зону и нижнюю зону, каждая из которых имеет емкости для капиллярной и свободной воды

Капиллярная вода тесно связана с почвенными частицами и извлекается из почвы только в процессе испарения

		Гравитационная вода
	стекает		в	процессе
	дренирования			вертикально
Структура модели Сакраменто	вниз	и в	горизонтальном
	направлении.

Модель Сакраменто (1)

Размеры емкостей для капиллярной и гравитационной воды в каждой зоне рассматриваются в качестве модельных параметровВода, поступившая в

зону, суммируется с запасом капиллярной влаги до тех пор, пока не превысит капиллярную влагоемкость; излишек воды в этом случае идет на пополнение запаса свободной воды

Структура модели Сакраменто

Модель Сакраменто (3)

Размеры емкостей для капиллярной и гравитационной воды в каждой зоне рассматриваются в качестве модельных параметров

Вода, поступившая в зону, суммируется с запасом капиллярной влаги до тех пор, пока не превысит капиллярную влагоемкость; излишек воды в этом случае идет на пополнение запаса свободной воды

Структура модели Сакраменто

Модель Сакраменто (4)

			Одна		часть		осадков
		любого		вида		немедленно
		поступает			в	русловую
		систему		в	виде		прямого
		стокa
		Гравитационная					вода в
		верхней		зоне		расходуется
		либо	на	внутрипочвенный
		сток, либо на фильтрацию в
		нижнюю			зону.			Если
		пополнение влаги в верхней
		зоне происходит быстрее ее
		истощения,			излишек			воды
		расходуется						на
		поверхностный сток
		Свободная вода в нижней
	Структура модели Сакраменто	зоне		перераспределяется
		между		первичной				и

вторичной ёмкостями

Расчетные уравнения (2)

Фильтрация из верхней зоны в нижнюю зону определяется по уравнению

PRATE - percolation rate - скорость фильтрации (просачивания)

PBASE - скорость, с которой будет происходить фильтрация в случае насыщения нижней зоны и при неограниченном запасе влаги в верхней зоне. Она рассчитывается как сумма запасов свободной воды в первичной и вторичной емкостях, каждый из которых умножается на свой коэффициент оттока

RDC - отношение дефицита влаги нижней зоны к влагоемкости, т.е. если RDC = 0, тогда нижняя зона полностью насыщена, а если RDC = 1, то она полностью сухая

ZPERC — параметр модели, который определяет диапазон изменений скорости фильтрации

REXP — параметр модели, определяющий форму кривой зависимости между максимальным и минимальным значениями скорости фильтрации, указанными выше

UZFWC — содержание свободной влаги в верхней зоне. UZFWM — влагоемкость верхней зоны

Основные компоненты расчета

Вышеуказанное уравнение является стержнем всей модели. Оно управляет движением воды во всех частях почвенного профиля

Скорость суммарного испарения оценивается при помощи метеорологических переменных и по данным водных испарителей

Пять составляющих речного стока рассчитываются в модели:

-три компонента стока верхней зоны (склоновый, поверхностный и внутрипочвенный) суммируются и преобразуются в единичный гидрограф (рассмотрим позже)

-два компонента нижней зоны — первичный и вторичный базисный сток — непосредственно добавляются к гидрографу оттока, полученному по трем другим составляющим

Предусмотрен также расчет результирующего гидрографа стока с переменными расчетными коэффициентами.

Резервуарная модель

Модель разработана в Национальном исследовательском центре по предотвращению стихийных бедствий в Токио, Япония

В модели почвенная толща представляется в виде системы резервуаров, расположенных один над другим

Предполагается, что все осадки поступают в самый верхний резервуар

Каждый резервуар имеет одно выпускное отверстие на дне и одно или два боковых отверстия

Вода, вытекающая через донное отверстие любого из резервуаров, поступает в следующий нижележащий резервуар

Вода, вытекающая из резервуара через боковое отверстие (боковой сток), рассматривается как входной импульс по отношению к русловой системе

Из самых верхних резервуаров каждого ряда дополнительно предусмотрен боковой сток непосредственно в русловую сеть

Количество и размер резервуаров, а также расположение выходных отверстий являются параметрами модели