流域水文模拟大作业
2.3问题与挑战
水文尺度问题自20世纪90年代初被正式提出来以后，在水文科学中一直受到国内外学者的广泛关注和重视。水文科学的理论研究与实践证明，不同时间和空间尺度的水文系统规律通常有很大的差异。不同尺度的水文循环机理是不相同的，水文模型的结构也就不尽相同，如何考虑流域水文过程的时空不均匀性和变异性是尺度问题的关键，影响这种不均匀性和变异性的主要因素有流域地形、植被覆盖、土壤及降雨、蒸发等气候因素，而采用新技术如GIS、RS，获取更多的信息源是水文模型发展的一个趋势。由于尺度问题的存在，就涉及到这些信息源的时空分辨率问题。因此，对尺度问题的研究可以确定采集信息源的分辨率，如DEM的空间分辨率、遥感数据源的时空分辨率等，而分辨率的不同直接影响着水文模型的模拟精度。不同的尺度对数据源的时空分辨率有不同的要求，但就具体的一般流域尺度而言，如果流域的时空不均匀性和变异性大，对反映这些特性的信息源的精度就有更高的要求，这里又同时涉及到计算机的处理能力问题。由于水文变量时空分布的不均匀性和水文过程转换的复杂性，水文尺度问题和不同尺度之间水文信息转换的研究还远没有取得成熟可靠的结果，尺度问题还远未得到解决。因此，在分布式水文模型开发中，无论是从宏观综合还是微观研究，尺度问题始终是关注和研究的焦点。
由于没有足够的输入数据，限制了分布式水文模型模拟的精度。水文循环过程的高度非线性和复杂性，及其与时空尺度的高度相关性，使得不论是普适的还是特殊目的的分布式水文模型都需要大量的观测数据或水文过程参数，不仅包括降水、气温、DEM、地质、土壤、植被等大量的自然环境要素和数据，而且还有复杂的地下水、水库调节和运用、农业灌溉、污染物排放等人类活动对径流影响的数据。虽然已经积累了大量的站点观测数据和遥感数据，但是与分布式水文模型尺度相匹配的观测数据尚难以满足模型开发的需求，而且随着人类活动对自然水文循环的影响不断加深，使得有观测资料地区又发展成为了新的缺资料或无资料地区。因此，如何解决建模过程中数据需求问题和多源数据的同化与利用问题成为水文模型研究的难点之一，主要体现在空间属性数据的尺度问题、与人类活动相关的数据获取与数据同化问题。另一方面，大气环流模型的不断开发，为水文模型提供了可选择的数据源。水文模型和大气模式中模拟的资料互相应用，可以取得较好的结果。而大气环流模型不适合模拟边界层的变量如蒸散发和径流，它没有包括陆地水循环中水体的水平方向运动，对蒸散发的模拟完全是根据垂直方向的水量平衡。因此，加强水文模型与大气环流模型的耦合研究，仍然是今后水文模型研究的热点。此外，水文循环是一个多过程相互嵌套的高度复杂的系统，随着水文信息观测技术
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和计算机计算性能的发展，分布式水文模型模拟程度和能力不断提高，但是仍然回避不了不确定性问题。缺乏或忽视对这些不确定性的深入分析，将无法为决策者提供充分的客观信息，并有碍于提高对水文过程和机理的认知与把握。因此，如何降低模型以及参数估计的不确定性是未来水文模型研究的另一个重点领域。
水循环深刻地影响着全球生态系统的结构和演变，影响着自然界中一系列的物理、化学和生物过程，也影响着人类社会的进步和人民的生产生活，在地圈-生物圈-大气圈的相互作用中占有显著的地位。因此，水文模型不仅在水循环研究领域有着重要的地位，在与水循环有关的其他系统的模拟研究中，水文模型也发挥着重要作用。目前，水文模型除了在水资源评价、地表水污染、水环境预测中有较好的应用外，在农业灌溉、水土流失、地下水污染、土地利用变化影响、生态系统健康评价、气候变化影响等方面的研究及应用都有待加强。加强水文模型与其他系统模型的耦合研究，以充分利用水文模型的研究成果是值得深入研究的工作。另外，水循环过程的物理规律是对水文过程进行准确描述的基础，而目前还远未完全掌握，这也限制了水文模型的发展。因此，充分利用新技术和新手段，加强水文物理规律的研究仍是今后水文模型研究的重点内容之一。
构造合理、功能强大的分布式水文模型是分析水文过程的强有力工具。开发一个成熟的分布式水文模型需要花费大量的时间、财力及人力。从国内外已开发的一些通用性较强、产汇流机制比较完整的分布式水文模型来看，这种水文模型应具有以下特征:(1)具有模拟所有重要水文过程及其相互作用功能，可进行短期和长期模拟；(2)模型参数和输入输出灵活且时空可变；(3)合理的模型求解算法。运行分布式水文模型需要花费大量的时间，使用并行计算处理是减少运行时间的有效选择之一；(4)具有良好的前处理、后处理及与GIS集成的功能，GIS是进行模型设计、模拟结果分析的强有力工具，模型应具有基于GIS的数据输入、管理和操作等功能；(5)灵活、模块化程序设计，具有一定的可扩展性；(6)为实现复杂系统模型的参数率定与模型检验，模型应具有参数反演及灵敏性分析功能，可运用随机方法进行参数时空不确定性、输入输出的不确定性分析；(7)易于移植，可运行于UNIX、Windows和Linux等多个操作平台；(8)易于使用，具有友好的图形界面。随着经济和社会的快速发展，人类对有限的水资源的需求日益增加，建立具有很强物理机制、可以模拟水循环中各种水文过程及其相互作用的分布式水文模型是今后的研究发展方向，将为水资源综合管理提供强有力的支撑。
过去几十年来，我国广大水文工作者前赴后继、孜孜不倦，结合我国国民经济建设的重大需求和水文科学发展的迫切要求，在水文模型的开发、研究和应用方面，开展了大量卓有成效的研究工作，取得了很多可喜可贺的成就。在概念性水文模型开发和应用
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方面，先后出版了赵人俊先生和袁作新先生的专著。近年来，在分布式水文模型方面，则先后有多本很好的专著问世，这些成果的出版和发表，大大缩短了我国与世界发达国家在水文模型研究和开发方面的差距，相信我国广大水文工作者今后一定会戒骄戒躁、奋起直追，为国际水文科学和水文模型的发展做出自己应有的贡献。
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