3.1.4.1　常见分布式模型

自Freeze等提出分布式水文模型的概念以来，分布式水文模型有了广泛的研究和应用。目前，较为常见的分布式水文模型有：美国的SWAT模型、AGNPS模型、WEPP模型，荷兰的LISEM模型等，丹麦的MIKE SHE模型。

SWAT模型能够利用GIS和RS提供的空间数据信息，模拟地表水和地下水水量与水质和复杂大流域中的径流成分，并能长期预测土地管理措施对具有多种土壤、土地利用和管理条件的大面积复杂流域的水文、泥沙和农业化学物质产量的影响，该模型适用于多个事件的洪水过程的模拟，也比较适用于面向水资源管理的长时段的分布式水文过程模拟，还能用于非点源污染、水土流失、土地利用和农业管理等方面的研究。SWAT模型是嵌套在ARCVIEW中的一个模块，可以直接应用ARCVIEW和ARCGIS中的数据，并使用VB或其他高级语言进行二次开发；对于不同的流域，在应用SWAT时需对模型的数据库部分进行修改，尤其需要建立用户自己的土壤属性数据库。但SWAT模型也有其局限性，如SWAT只能以年、月或日为计算步长，难以模拟黄土高原短急性阵雨的降雨产沙情况。

AGNPS模型用来对氮、磷元素等土壤养分流失的预测，并对农业地区的水质问题以重要性为顺序进行排列，同时对次暴雨径流和侵蚀产沙过程进行模拟。该模型的研究重点是河流水质，主要研究对象是多级固体颗粒及附着的氮、磷营养元素。由于模型按一定尺度均等划分分室，所以计算时需输入的数据很多，需借助GIS等其他工具进行整理。

WEPP模型即美国水蚀预报模型，实际上是USDA推出的用以替代USLE的新一代土壤侵蚀预测模型。它的核心是基于坡面、在不同土壤、管理方式、气象条件下的水蚀过程，适合于研究环境系统变化对水文及侵蚀过程的影响，包括气候变化、水文过程及产沙之间的相互作用，可模拟非规则坡形的陡坡、土壤、耕作、作物及管理措施对侵蚀的影响等，也可以模拟土壤侵蚀的时空变异规律，由于WEPP模型涉及众多的子模型和参数，因此模型的实用性受到限制。而且WEPP模型在总体上预测的精确性是严重不足的。考虑到黄土和黄土高原的特殊性，在对模型的机理过程没有进行调整之前，这种“不理想”应该是不出乎预料的，所以WEPP在黄土地区的应用应该十分谨慎。

LISEM模型对总的泥沙输移比具有较好的预报结果，能较好地预报泥沙在河流谷底线内沉积的位置。但不能很好预报不同作物类土壤侵蚀率的变化，对有大量植被覆盖的地块预报侵蚀率过高。该模型原则上可以应用于中国黄土高原地区小流域的土壤侵蚀模拟，但是对高强度降雨和低强度降雨事件需要分别单独校准，甚至可能对每次降雨事件都需要重新校准。(www.daowen.com)

MIKE SHE模型被广泛应用于地表水、地下水以及与它们之间的动态交互作用有关的水资源和环境问题，包括流域规划、供水、灌溉和排水、污染源和环境问题、生态评价等，该模型可模拟三个主要水文过程（地表径流、非饱和流和地下水流）的各部分以及它们之间的相互作用，与其他程序相比更具优势。MIKE SHE模型的缺点是对资料完备性和详细度要求较高，不适用于资料基础较差的流域整体水循环模拟分析。

3.1.4.2　分布式模型在中国水土保持效应研究中的应用

国内的分布式水文模型研究起步较晚，近年来也取得了一定进展。GBHM模型考虑了下垫面的空间变化对流域水文循环过程的影响及空间不均匀性，且考虑的因素较充足，与SHE模型相比，对单元尺寸不要求太小，计算量大大减少，适合于大尺度流域完整水文过程的模拟计算。时变增益水文模型（DTVGM）是将集总式的时变增益非线性水文模型（TVGM）与DEM结合，它既有分布式水文概念性模拟的特征，同时又具有水文系统分析适应能力强的优点，能够在水文资料信息不完全或者有不确定性干扰条件下完成分布式水文模拟与分析，但目前在工程实践中应用较少，尚需要进一步检验与完善。沈晓东等提出的GIS支持下的动态分布式降雨径流模型实现了基于栅格DEM的坡面产汇流和河道汇流的数值模拟，但仍有许多难点需逐步解决，模拟精度有待提高。郭生练等提出的基于DEM的分布式水文模型描述了网格单元的截留、蒸散发、下渗、地表径流、地下径流、融雪等水文过程，在每一个网格上用地形高程来建立地表径流之间的关系，但因资料条件难于满足，在实际应用中受到限制。随后郭生练等又建立了基于GIS的分布式月水量平衡模型，该模型优选参数少、易于率定检验、便于在无资料地区推广应用，但模拟效果精度不高，且对小流量进行模拟是非常困难的。

将国外开发的分布式水文模型，进行数据平台的改建和某些功能的二次开发后，应用于我国水土保持实践中，是目前我国分布式模型开发应用的一个热点。清华大学、北京师范大学、中国科学院地理所、北京林业大学等单位，都在进行这方面的工作，并已有人采用SWAT软件进行黄土高原地区水土保持现象的模拟和分析。贺维以山西吉县蔡家川流域为研究对象，应用SWAT模型对该区降雨—径流进行模拟研究，重点探讨流域下垫面变化和降雨径流的响应关系；研究结果证实SWAT模型适用于黄土区。武思宏采用SWAT模型，依据蔡家川流域的径流产沙模拟结果，深入分析了嵌套流域的径流、输沙特征及水沙运移时空协同变化规律。研究结果证实：农地对黄土区的径流产沙相对贡献率最大，荒草地次之；蔡家川流域降水因子对泥沙的影响要大于对径流的影响，植被因子对产沙的影响要远大于对径流的影响。

从上述对水文分布式模型的归纳和总结可知，国外分布式水文模型（尤其是SWAT、MIKE SHE等）框架结构已经发展得相当成熟，已在国内工程实践中得到了广泛的应用，可以在研究过程中借鉴和学习。黄土高原地形破碎，降雨稀少，水土流失十分强烈。选择适用于黄土高原地区的国外分布式水文模型，并对之进行整合和开发，使模拟结果尽可能地与原型现象相符，是一项非常有意义的工作。