Модели «осадки-сток»

Модели «осадки-сток» представляют водосбор как систему концептуальных резервуаров и потоков, которые преобразуют осадки в речной сток, обеспечивая экономные симуляции и прогнозы.

Definition

Модели «осадки-сток» — это математические модели, часто концептуальные и сосредоточенные, которые симулируют преобразование осредненных по водосбору осадков (и эвапотранспирации) в речной сток через структуру резервуаров и потоков с калиброванными параметрами.

Scope

Эта тема охватывает сосредоточенные (lumped) и полураспределенные концептуальные модели «осадки-сток», их структуру взаимосвязанных резервуаров, их параметры и входные данные, а также их использование в симуляции и прогнозировании. Она дополняет более пространственно явные физически обоснованные модели, а также темы калибровки и неопределенности.

Core questions

• Как концептуальные модели представляют накопление воды в водосборе и сток?
• Какие входные данные и параметры требуются для моделей «осадки-сток»?
• В чем различия между сосредоточенными, полураспределенными и распределенными подходами?
• Где оперативно используются модели «осадки-сток»?

Key concepts

• Концептуальные резервуары и потоки
• Сосредоточенные против полураспределенных моделей
• Учет влажности почвы
• Параметры и входные данные модели
• Симуляция и прогнозирование речного стока
• Модели HBV и Сакраменто

Key theories

Концептуальное моделирование «резервуар-поток»

Водосборы представляются взаимосвязанными концептуальными резервуарами (для влажности почвы, грунтовых вод, маршрутизации), чье поведение «наполнение-перелив», откалиброванное по данным, воспроизводит наблюдаемый речной сток с относительно небольшим числом параметров.

Оперативные концептуальные модели

Модели, такие как HBV и модель учета влажности почвы Сакраменто (Sacramento Soil Moisture Accounting model), являются примерами концептуального моделирования «осадки-сток», принятого для оперативного прогнозирования стока и симуляции водных ресурсов.

Clinical relevance

Концептуальные модели «осадки-сток» являются основными инструментами оперативного прогнозирования стока, планирования водохранилищ и водоснабжения, а также исследований воздействия климата и землепользования, предлагая практический баланс между точностью и требуемыми данными и вычислениями.

History

После появления единичного гидрографа, цифровые концептуальные модели водосбора начали развиваться с 1960-х годов, включая Стэнфордскую модель водосбора (Stanford Watershed Model), модель Сакраменто (Sacramento model) и HBV; эти модели «резервуар-поток» стали стандартом для оперативного прогнозирования и позднее были расширены до полураспределенных и распределенных форм.

Key figures

• Keith J. Beven
• Sten Bergstrom
• Robert J. C. Burnash

Seminal works

• beven2012
• bergstrom1976
• burnash1973

Frequently asked questions

Что такое концептуальная модель «осадки-сток»?

Это модель, которая представляет водосбор с помощью небольшого набора взаимосвязанных концептуальных резервуаров и потоков, вместо того чтобы решать полную физику в пространстве; ее параметры калибруются таким образом, чтобы симулированный речной сток соответствовал наблюдениям.

Почему используют сосредоточенную модель вместо детальной распределенной?

Сосредоточенные концептуальные модели требуют значительно меньше входных данных и вычислений и часто так же точны для прогнозирования стока на выходе, поэтому они остаются популярными для прогнозирования и планирования, особенно там, где отсутствуют детальные пространственные данные.