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第一章 绪论1

1.1 水文循环与水文系统的概念1

1.1.1 水文循环的概念1

1.1.2 系统的涵义与系统方法3

1.1.3 水文系统的概念及分类5

1.2 近代水文科学的发展与挑战8

1.2.1 现代水文学的发展8

1.2.2 全球变化与水文循环问题13

1.2.3 人类活动对水循环水资源的影响14

1.3 水文系统的非线性问题16

第二章 水文非线性系统描述与识别26

2.1 水文非线性系统描述26

2.1.1 非线性水动力学数学模型27

2.1.2 水文非线性系统理论模型29

2.1.3 概念性水文模型33

2.1.4 分布式水循环模型34

2.2 水文非线性系统识别原理37

2.2.1 水文系统识别的概念37

2.2.2 水文系统识别问题的分类40

2.2.3 水文非线性系统识别的误差准则44

2.2.4 水文非线性系统识别的若干原则46

2.3 水文非线性系统识别的技术实现50

2.3.1 技术实现原理与一般问题50

2.3.2 “确定性”识别问题的最优化方法50

2.3.3 “随机性”识别问题的估计方法69

2.4 水文非线性系统模型可识别性分析87

2.4.1 水文模型可识别性的描述88

2.4.2 水文模型可识别性准解析方法98

2.4.3 水文模型可识别性的组合判断102

2.4.4 水文模型可识别性实例分析与应用107

第三章 Volterra泛函模型与水文非线性模拟117

3.1 Volterra非线性系统理论模型117

3.1.1 非线性系统积分方程模型117

3.1.2 非线性系统微分方程模型121

3.1.3 非线性微分方程与Volterra级数的联系125

3.2 Volterra非线性系统“离线”识别127

3.2.1 核函数正交逼近的最小二乘方法128

3 2.2 非线性模型结构参数识别方法137

3.2.3 应用与分析举例140

3.3 Volterra非线性系统“在线”识别145

3.3.1 “在线”识别问题的性质145

3.3.2 实时递推最小二乘算法147

3 3.3 非线性卡尔曼滤波在线估计算法151

第四章 水文时变增益与非线性扰动系统模型153

4.1 一种时变增益水文非线性模型及其应用153

4.1.1 水文时变与实时预报问题153

4.1.2 时变增益的水文非线性系统模型155

4.1.3 时变增益水文参数模型的“离线”识别157

4.1.4 时变增益模型的“在线”识别及水文实时预报158

4.1.5 应用与检验160

4.2 水文非线性扰动模型及应用164

4.2.1 非线性扰动模型的结构关系164

4.2.2 产流的描述165

4.2.3 流域汇流的一种非线性扰动模型167

4.2.4 NLPM—API模型的识别168

4.2.5 应用举例169

4.3.1 人工神经网络（ANN）简介173

4.3 ANN水文非线性系统模型173

4.3.2 ANN与水文系统的联系175

4.3.3 B-P网络结构的数学表达177

4.3.4 一种信息码ANN方法及其在水文预报中的应用178

第五章 集总式水文非线性概念性模型185

5.1 流域雨洪非线性问题与变动单位线模型185

5.1.1 纳希梯级水库概念的瞬时单位线模型186

5.1.2 流域雨洪非线性问题189

5.1.3 变动单位线模型192

5.2 流域均匀非线性梯级模型200

5.3 Volterra概念性模型204

5.3.1 Volterra概念性模型计算204

5.3.2 Volterra概念性模型参数识别207

第六章 水文水资源概念性模型216

6.1 平原水网区的水均衡关系216

6.2 流域水文水资源模型结构220

6.3 流域系统入流量的计算222

6.3.1 降水与灌溉水222

6.3.2 蒸发与流域净人流量223

6.4 透水面积上地面蓄积环节的计算224

6.4.1 流域入渗能力Fp(ti)及其面积分配曲线224

6.4.2 流域的实际下渗量Fa(ti)227

6.4.3 地面蓄积产流量R′s2(ti)计算228

6.5 透水面积土壤水蓄积环节计算229

6.5.1 土壤蒸发E3(ti)计算229

6.5.2 入渗补给Up(ti)计算232

6.5.3 土湿W(ti)的递推计算233

6.5.4 潜水蒸发Eg(ti)计算234

6.6 地下水蓄积环节计算236

6.6.1 建立地下水蓄积Sg～Kg非线性关系238

6.6.2 地下水位Hg(ti)的递推计算241

6.6.3 地下蓄积量Sg和出流量Qg计算242

6.7 流域不透水面积（F1）产流量计算243

6.7.1 不含灌溉水影响的直接径流量Rs1(ti)243

6.7.2 含灌溉水影响的直接径流量Rss(ti)244

6.8 流域透水面积产流量计算244

6.9 流域地面汇流计算246

6.9.2 动力调蓄方程与汇流模型247

6.9.1 地表水系统水量平衡关系247

6.10 流域年水资源量的分析计算248

6.10.1 流域降水总量SUMP248

6.10.2 流域总蒸发量TE249

6.10.3 流域总灌溉水量TIR249

6.10.4 流域总潜水蒸发量SEG249

6.10.5 流域总入渗补给量SUP250

6.10.6 受灌水影响的流域水资源总量TRGI及水量平衡的约束关系250

6.10.7 流域净水资源总量TRG估算252

6.11 水文水资源概念性模型的应用与分析254

6.11.1 汉川径流实验区洪西垸流域概况255

6.11.2 模型参数及其率定261

6.11.3 参数率定的优化方法263

6.11.4 模型参数识别结果266

6.11.5 成果的分析与检验268

第七章 分布式水文循环模型288

7.1 流域数字高程模型（DEM）288

7.1.1 DEM基本知识289

7.1.2 基本地形因子的坡度和坡向计算291

7.1.3 DEM在水文中的应用292

7.2 基于DEM的分布式水文模拟方法298

7.2.1 建模的基本思路299

7.2.2 模型的基本结构300

7.2.3 分布式输入模块301

7.3 TOPMODEL模型320

7.3.1 模型的物理机制321

7.3.2 模型的基本假设322

7.3.3 模型方程的推导324

7.3.4 TOPMODEL模型的计算机流程330

7.3.5 地形指数计算331

7.3.6 模型参数333

7.3.7 模型的改进及应用实例334

7.3.8 几个问题的讨论340

7.4 SWAT分布式流域模型341

7.4.1 SWAT模型结构基本框架341

7.4.2 SWAT水循环的陆面部分模拟344

7.4.3 SWAT水循环的水面部分模拟347

7.4.4 SWAT模型的主要计算公式348

7.5 分布式时变增益水文模型（DTVGM）351

7.5.1 DTVGM模型的概念与结构352

7.5.2 DTVGM的产流模型356

7.5.3 DTVGM的汇流模型362

7.5.4 DTVGM系统开发365

7.6 黄河马连河流域应用实例372

7 6.1 马连河流域概况372

7.6.2 马连河流域DEM374

7.6.3 马连河流域分布式水文模型376

7.7.1 黑河流域基本概况386

7.7 西部干旱地区黑河流域应用实例386

7.7.2 流域资料收集393

7.7.3 模型应用与结果分析394

7.8 华北地区北京市水源地潮白河流域应用实例406

7.8.1 华北地区水资源与环境问题406

7.8.2 潮白河流域基本概况409

7.8.3 潮白河流域分布式水文循环模型411

7.8.4 环境变化下水科学问题的挑战419

参考文献423