水文水资源软件：MIKE SHE二次开发_（2）.水文循环基本原理.docx

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水文循环基本原理

1.水文循环的定义和组成

水文循环，又称水循环或水循环系统，是指地球上的水在大气、地表、土壤和地下之间不断运动和转换的过程。水文循环包括蒸发、凝结、降水、径流、下渗、蒸腾等多个环节，这些环节相互作用，形成了一个动态的水循环系统。水文循环对于维持地球上的生态系统、水资源管理和水文模型的建立具有重要意义。

1.1蒸发

蒸发是指水从液态转变为气态的过程。在水文循环中，蒸发主要发生在地表水体（如湖泊、河流、海洋）和土壤水分中。蒸发的速率受多种因素的影响，包括气温、湿度、风速和太阳辐射等。在MIKESHE软件中，蒸发模型是水文模拟的重要组成部分之一，用于计算地表水体和土壤水分的蒸发量。

1.2凝结

凝结是指水汽在冷却条件下转变为液态水的过程。凝结通常发生在大气中，当空气中的水汽含量超过饱和点时，水汽会凝结成水滴，形成云和雾。在水文循环中，凝结是降水的前奏，通过凝结形成的水滴最终可能降落地表。

1.3降水

降水是指从大气中降落到地表的水，包括降雨、降雪、冰雹等。降水是水文循环中的重要环节，其量和分布直接影响地表水文过程。在MIKESHE软件中，降水输入是模型运行的基础数据之一，通常需要从气象站或其他数据源获取。

1.4径流

径流是指降水在地表流动并最终汇入河流、湖泊或海洋的过程。径流可以分为地表径流、壤中流和地下径流。地表径流主要发生在地表坡度较大的地区，壤中流是指水分在土壤中流动，而地下径流是指水分在地下含水层中流动。在MIKESHE软件中，径流模型用于模拟不同类型的径流过程及其对水文系统的影响。

1.5下渗

下渗是指降水或地表水通过土壤表面进入土壤层的过程。下渗速率受土壤类型、土壤湿度、降水强度等因素的影响。在MIKESHE软件中，下渗模型用于计算水分进入土壤的量，并模拟土壤水分的动态变化。

1.6蒸腾

蒸腾是指植物通过叶片将水分蒸发到大气中的过程。蒸腾是植物生长和水分循环的重要环节，通过蒸腾作用，植物可以吸收土壤中的水分并将其释放到大气中。在MIKESHE软件中，蒸腾模型用于模拟植物的蒸腾作用及其对水分平衡的影响。

2.水文循环的数学模型

水文循环的数学模型是通过数学方程和算法来描述和模拟水文循环各环节的过程。这些模型可以用于预测和分析水文现象，为水资源管理和环境保护提供科学依据。在MIKESHE软件中，水文循环的数学模型是核心部分，涵盖了地表、土壤和地下水的综合模拟。

2.1蒸发模型

蒸发模型用于计算地表水体和土壤水分的蒸发量。常见的蒸发模型包括Penman-Monteith模型、Priestley-Taylor模型和Hargreaves-Samani模型等。MIKESHE软件中采用的蒸发模型可以根据用户需求进行选择和定制。

2.1.1Penman-Monteith模型

Penman-Monteith模型是国际上广泛使用的蒸发模型，其基本公式如下：

E

其中：

Et

Δ是饱和蒸汽压与温度的关系（单位：kPa/°C）

Rn

G是土壤热通量（单位：MJ/m2/day）

γ是湿度常数（单位：kPa/°C）

u2

T是日平均气温（单位：°C）

es

ea

2.1.2代码示例

以下是一个使用Python实现Penman-Monteith模型的示例代码：

#导入必要的库

importmath

#定义Penman-Monteith模型的函数

defpenman_monteith(delta,rn,g,gamma,u2,t,es,ea):

计算潜在蒸散量(E_t)

参数:

delta(float):饱和蒸汽压与温度的关系(kPa/°C)

rn(float):净辐射(MJ/m2/day)

g(float):土壤热通量(MJ/m2/day)

gamma(float):湿度常数(kPa/°C)

u2(float):2米高度处的风速(m/s)

t(float):日平均气温(°C)

es(float):饱和蒸汽压(kPa)

ea(float):实际蒸汽压(kPa)

返回:

float:潜在蒸散量(mm/day)

numerator=0.408*delta*(rn-g)+gamma*(900/(t+273))*u2*(es-ea)

denominator=delta+gamma*(1+0.34*u2)

e