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无资料流域径流预测：集成过程、地域与尺度

Runoff Prediction in Ungauged Basins:Synthesis across Processes,Places and Scale
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内容简介

本书致力于无资料流域的径流预测(PUB)研究，即在没有径流观测数据的位置预测径流。作为对水文研究“碎片化”困境的回应，本书的目标是集成不同过程、地域和尺度的PUB研究成果，采用比较研究的方法从世界范围内众多流域的相似和相异中进行学习，书中对用于PUB研究的方法开展了比较评价(“盲”测试)，并给出了水文诠释。本书阐明了PUB研究的现状，并可作为一个基准评判PUB研究的未来进展。本书提出了一个新的科学框架以促进PUB乃至整个水文科学的研究。书中所提出的集成方法建立在国际众多研究者的集体经验上，他们受到国际水文科学协会PUB倡议的鼓舞而参加这样一个学界的共同计划。本书对有助于PUB研究的科学、技术和社会因素提出了见解，并基于集成研究对PUB和水文学整体的预测、科学和学界方面进行了推荐。

编辑推荐

在世界上绝大多数无资料流域进行径流预测，对工程应用如排水和防洪设施的设计、径流预报以及水资源分配和气候影响分析等流域管理任务是非常重要的。

本书综合了数十年来世界各地的缜密分析研究，构建了一个完整的流域水文学的研究路径，为水文学者们提供了一个在发达国家和发展中国家均适用的一站式资源，通过对气候和景观特征的梯度进行比较分析，将独立的、基于站点的研究结果集中起来。书中涉及的研究课题包括径流区域分析和流量过程预测所需数据、流量历时曲线、流路与停留时间、年径流与季节性径流以及洪水等。

书中列举了许多案例研究，并在后一章给研究者和从业者提出了建议。

本书的作者均为参与过声望卓著的国际水文科学协会(International Association of Hydrological Sciences，IAHS)无资料流域径流预测(Predictions in Ungauged Basins，PUB)计划的国际专家。对于水文学、水文地质学、生态学、地理学、土壤科学和环境与土木工程等领域的学术研究者以及从事无资料流域径流预测相关工作的专业人员来说，本书可以称为一个关键资源。

作者简介

本书的翻译是清华大学水利系田富强博士带领的团队集体努力的成果。田富强，清华大学副教授，首批国家青年科学基金获得者，主要研究领域为变化环境下的水循环规律和水资源管理，主要研究成果包括干旱区膜下滴灌棉田水盐综合调控技术、基于代表性单元流域的分布式水文模型、中长期径流预报系统等，发表学术论文100多篇，SCI论文50多篇，SCI引用600余次，获大禹水利科技一等奖1项(排名及时)， 担任《Hydrol. Earth Syst. Sci.》编辑、国际灌排委员会生物能源工作组主席。

本书原著参与贡献的有130位，其中GÜNTER BLÖSCHL是维也纳技术大学水文学教授，担任水资源系统中心主任、水利工程与水资源管理研究所所长。他发表了大量水文学和水资源相关的著述，并曾担任本领域好的十个学术期刊的编委和副主编。Blöschl教授为美国地球物理联合会会士和德国科学与工程院院士，曾是国际水文科学协会(IAHS)无资料流域径流预测(PUB)计划的主席，并被选为欧洲地球科学联合会主席。最近他获得了欧洲研究理事会(ERC)的高等研究经费资助(Advanced Grant)。

MURUGESU SIVAPALAN是伊利诺伊大学土木与环境工程系、地理与地理信息科学系教授。他是国际水文科学协会(IAHS)无资料流域径流预测(PUB)计划的首任主席。他在国际期刊上发表了大量流域水文学方向的文章，现在担任欧洲地球科学联合会期刊《Hydrology and Earth System Sciences》的执行编辑。Sivapalan教授还获得了欧洲地球物理学会的John Dalton勋章、国际水文科学协会的国际水文学奖以及美国地球物理联合会的水文科学奖和Robert E. Horton勋章。他也是澳大利亚政府的百年勋章获得者，并被荷兰代尔夫特理工大学授予荣誉博士学位。

THORSTEN WAGENER是布里斯托大学土木工程系水与环境安全学教授。他是国际水文科学协会副主席，是《Hydrology and Earth System Sciences》以及其他几本专业期刊的编委及副主编。Wagener博士曾获得DAAD(德意志学术交流中心)奖学金、IEMSS事业起步奖、《Journal of Environmental Modeling and Software》论文奖、美国国家环境保护局(EPA)事业起步奖、美国土木工程师协会Walter Huber土木工程研究奖、Alexander von Humboldt基金会研究奖学金以及大学水资源理事会教育与公共服务奖。

ALBERTO VIGLIONE是维也纳技术大学的水文学者。2004—2007年间，他在都灵理工大学水力学系完成了题为《无资料地区水文学变量预测的无监督统计方法》的博士论文研究。他已经独立发表或合作发表了很多水文学领域特别是以基于统计和基于过程两种视角研究洪水以及流域的水文特性等方面的论文。Viglione博士开发了R语言环境下的区域频率分析和降雨-径流模拟软件。这个软件现在可以在线使用。他也是一些著名学术期刊的审稿人，参与了意大利、奥地利和一些其他欧洲国家的关于水文学和洪水频率分析的一系列研究项目。

HUBERT SAVENIJE是荷兰代尔夫特理工大学的水文学教授和水资源部主任。他还是《Hydrology and Earth System Sciences》和《Physics and Chemistry of the Earth》期刊的主编。他是国际水文科学协会(IAHS)主席当选人，也是无资料流域径流预测(PUB)计划的主席。Savenije教授在专业期刊上发表了大量论文，并且是联合国教科文组织水教育学院(UNESCO-IHE, Institute for Water Education)的副院长。他还是欧洲地球科学联合会(EGU)以及IAHS的国际水资源系统委员会前任主席。他获得了众多奖项，其中最为著名的是欧洲地球科学联合会的Henry Darcy勋章和Batch奖。

目录

简要介绍

摘要

译者前言

本书贡献者名单

序

前言

第1章 绪 论 - 1 -

1.1 进行径流预测的原因 - 1 -

1.2 无资料流域径流预测的难点 - 3 -

1.3 水文学研究的“碎片化” - 4 -

1.4 无资料流域的径流预测：应对水文学研究的碎片化 - 5 -

1.5 本书的目标：集成不同过程、地域和尺度 - 6 -

1.6 阅读此书的方式和收获 - 10 -

第2章 无资料流域径流预测的集成框架 - 11 -

2.1 流域是复杂系统 - 11 -

2.2 比较水文学和达尔文方法 - 15 -

2.3 从比较水文学到无资料流域径流预测 - 21 -

2.4 无资料流域径流预测的评估 - 23 -

第3章 无资料流域径流预测的数据采集方案 - 27 -

3.1 需要数据的原因 - 27 -

3.2 层次化数据获取 - 28 -

第4章 过程写实：水分流路与储存 - 50 -

4.1 预测：出于正确原因而有效 - 50 -

4.2 水分流路和储存的过程控制 - 52 -

4.3 根据响应特性推断水分流路和储存 - 54 -

4.4 无资料流域水分流路和储存的估计 - 60 -

4.5 在无资料流域水文预测中应用水分流路和储存信息 - 63 -

4.6 要点总结 -65 -

第5章 无资料流域年径流量预测 - 66 -

5.1 我们拥有的水量 - 66 -

5.2 年径流：过程和相似性 - 67 -

5.3 无资料流域年径流预测的统计方法 - 77 -

5.4 基于过程方法预测无资料流域的年径流 - 84 -

5.5 比较评估 - 87 -

5.6 要点总结 - 94 -

第6章 无资料流域季节性径流预测 - 95 -

6.1 我们能够拥有水的时间 - 95 -

6.2 季节性径流：过程和相似性 - 97 -

6.3 无资料流域季节性径流预测的统计方法 - 109 -

6.4 基于过程方法预测无资料流域的季节性径流 - 113 -

6.5 比较评估 - 116 -

6.6 要点总结 - 123 -

第7章 无资料流域流量历时曲线预测 - 124 -

7.1 我们拥有水的时间有多长？ - 124 -

7.2 流量历时曲线：过程及相似性 - 125 -

7.3 无资料流域流量历时曲线预测的统计方法 - 134 -

7.4 基于过程方法预测无资料流域的流量历时曲线 - 138 -

7.5 比较评估 - 141 -

7.6 要点总结 -147 -

第8章 无资料流域低流量的预测 - 149 -

8.1 流域的干旱程度 - 149 -

8.2 低流量：过程和相似性 - 150 -

8.3 无资料流域低流量预测的统计方法 - 156 -

8.4 基于过程方法预测无资料流域的低流量 - 163 -

8.5 比较评估 - 165 -

8.6 要点总结 - 171 -

第9章 无资料流域的洪水预测 - 172 -

9.1 洪水有多大？ - 172 -

9.2 洪水：过程和相似性 - 173 -

9.3 无资料流域洪水预测的统计方法 - 183 -

9.4 基于过程方法预测无资料流域的洪水 - 190 -

9.5 比较评估 - 197 -

9.6 要点总结 - 203 -

第10章 无资料流域流量过程的预测 - 205 -

10.1 径流动态 - 205 -

10.2 径流动态：过程和相似性 - 206 -

10.3 无资料流域流量过程预报的统计方法 - 215 -

10.4 基于过程方法预测无资料流域的流量过程 - 218 -

10.5 比较评估 - 237 -

10.6 要点总结 - 243 -

第11章 PUB实践：案例研究 - 245 -

11.1 考虑实践应用的无资料流域的预测 - 245 -

11.2 从印度Krishna流域长期径流模式中得到的水文启示 - 247 -

11.3 中国湟水流域年平均径流的预测 - 252 -

11.4 基于指标法绘制俄罗斯西伯利亚流域的年径流深 - 255 -

11.5 加拿大大草原径流年际变化空间分布的预测 - 259 -

11.6 南非和莱索托的季节径流预测及其不确定性 - 263 -

11.7 美国东北地区环境流量的确定 - 267 -

11.8 加拿大安大略湖水电开发的连续低流量过程模拟 - 271 -

11.9 意大利中部水电项目的径流历时曲线估算 - 274 -

11.10 奥地利实施欧盟防洪法 - 278 -

11.11 《澳大利亚降雨和径流》指导手册修正以改进洪水预测 - 282 -

11.12 通过掌握径流模式来预测一个智利安第斯山脉的流域的水文过程线 -286 -

11.13 法国ephemeral流域径流频率 - 290 -

11.14 水文过程线预测数据缺乏的问题解决，赞比亚Luangwa流域 - 294 -

11.15 加纳遥感湖水水位信息对径流模拟的支持 - 300 -

11.16 美国西南部城市径流预测模型的改进 - 304 -

11.17 预测径流帮助津巴布韦实现千年发展目标 - 308 -

11.18 澳大利亚全国用水审计的径流量预测 - 316 -

11.19 湄公河平原径流量分布预测 - 320 -

11.20 在瑞典执行欧盟水框架指令(EU Water Framework Directive) - 324 -

11.21 总结 - 330 -

第12章 集成的成果 - 331 -

12.1 从集成中学习 - 331 -

12.2 集成过程、区域和尺度 - 333 -

12.3 集成牛顿法和达尔文法 - 343 -

12.4 集成和科学共同体 - 349 -

第13章 推荐 - 353 -

13.1 无资料流域前进的径流预报&mi

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