全 文 ：　　收稿日期: 1999-05-20
基金项目: “九五”国家林业科技攻关专题( 96-007-04-06)“生态林业工程效益观测与评价技术研究”部分内容
作者简介: 于澎涛( 1970-) ,女(蒙古族) ,内蒙古开鲁人,助理研究员.
　　文章编号: 1001-1498( 2000) 04-0431-08
分布式水文模型在森林水文学中的应用
于　澎　涛
(中国林业科学研究院 森林生态环境研究所,北京　100091)
摘要: 在探讨森林水文模型发展历史的基础上, 着重分析了分布式水文模型的理论基础、类型和特
点。与传统的集总式模型相比, 分布式水文模型考虑了流域内部各地理要素的空间异质性, 可以反
映流域内部水文过程的时空变化,从而更加准确地预测自然和人为因素对流域水资源和水环境的
影响, 为流域的科学管理提供可靠的决策依据。景观生态学可以作为分布式模型进一步发展的理论
基础,地理信息系统 ( GIS)技术可以为分布式模型的实现提供技术支持 ,在此基础上, 分布式水文
模型有望解决森林水文学中长期面临的尺度转换问题。
关键词: 分布式水文模型; 森林水文功能 ; 流域管理; 尺度转换; 空间异质性
中图分类号: S715　　　　文献标识码: A
　　森林水文学在不同水平上研究森林的水文作用:毛管或分子水平、单株树木水平、生态系
统水平、流域水平和全球水平[ 1]。根据水文过程之间的联系,建立水文模型,模拟和预测森林的
水文功能,是森林水文学研究的主要内容[ 2]。
森林流域水文模型主要有黑箱式、集总式、分布式 3种类型[ 3, 4] , 黑箱式模型是最早的水文
模型,它把流域看成黑箱,不考虑其内部结构和过程,只考虑其输入和输出。随着对森林流域水
分循环过程认识的深入,黑箱模型逐步被集总式模型所取代。集总式模型的重要前提是假定系
统内的植被、土壤、地形、地貌等在空间上是完全均质的, 在此基础上考虑流域内各个水文过程
之间的联系[ 3]。80年代以来,地理要素的空间异质性对水文过程的影响逐渐得到重视,并开展
了以此为基础的分布式水文模型的研究[ 2～5]。分布式模型充分考虑了地理要素的空间差异性,
可以为预测流域内部自然和人为因素的局部变化带来的流域水文过程变化服务。随着计算机
技术和地理信息系统( GIS)技术的发展,分布式模型正逐步成为流域管理和水资源管理的重
要手段[ 2, 4, 7, 8 ]。
本文分析了集总式模型的局限性,着重阐述了分布式模型的理论基础、结构和特点,并举
例说明不同时空尺度和地理条件下分布式模型的构建方法,在此基础上探讨了分布式模型的
未来发展与应用前景。
1　森林水文模型的比较
1. 1　集总式水文模型( lumped models)的局限性
集总式模型仍然是水文预报中广泛采用的手段 [ 3, 6]。它把整个流域看成一个单元, 不考虑
影响水文过程的气候条件和下垫面条件的时空差异,如 10 mm 的降水是在全流域均降 10
林业科学研究　2000, 13( 4) : 431～438
For est R esear ch 　　 　　
mm,还是只在 1/ 3的面积上降了 30 mm,集总式模型不予区分。
集总式模型通常根据长期观测获得的大量数据来拟合、确定模型的参数值。该参数值只能
表达流域的平均状况。如常用的地貌瞬时单位线 ( the geomo rphic instantaneous unit
hydr ograph, GIU H)模型就是一种集总式模型。它假定降水均匀地分布在流域内,将流域划分
为一系列的集水面和河道, 集水面和河道组合成一条条降水汇流路径。流域的径流过程线由汇
流路径和汇流时间决定。通过计算降水在每条路径上的概率分布(分布概率的大小是降水汇流
路径的集水面大小的函数) ,降水经过每条路径到流域出口所需的时间(汇流时间) , 可以用积
分求得流域出口的水文过程线, 达到预报的目的 [ 9]。
集总式模型虽然考虑流域内的水文过程之间的内在联系, 却没有考虑流域内部的空间异
质性, 这就使得集总式模型不能反映和预测流域内局部发生的自然变化和人为活动(如造林、
火灾、砍伐等)对该流域水文状况和水资源的影响。
1. 2　分布式模型( physically-based distributed models)的优点和作用
分布式模型是根据物质和能量守恒定律,基于地理要素的概念模型 [ 3]。它认为植被、土壤、
地貌等地理要素综合影响流域的水文过程。模型把流域分成一系列的单元,每个单元内部各地
理要素是相对一致的, 单元之间有水分的流动和交换。根据各种地理要素对水文过程的影响机
制,把地理要素作为模型的参数,建立外部因素与水文过程的数量关系。
由于分布式模型考虑了流域内部的空间差异性,所以在预测土地利用变化对流域水资源
和水环境的影响、污染物的迁移扩散、水土流失等方面具有集总式模型所不具有的优势 [ 3] , 能
够反映流域内局部变化对环境和资源的影响,从而有效地预测和评价流域的管理行为对环境、
资源的影响, 达到指导林业生产等人为活动的目的[ 2]。
2　分布式模型的一般结构
　　降水经树冠截留, 到达地表,然后入渗。当土壤饱和后或者降水强度超过土壤入渗能力后,
形成径流。径流分为地表径流和地下径流。地下饱和径流遵循达西定律( Darcy’s Law ) [ 3] ,地
表径流通常根据动力波理论 [ 3]计算。
假设水总是沿最陡的方向流动。在 GIS 的支持下,根据地面数字高程模型( DEM )和数字
化的河网,把流域分成一系列的栅格(单元) ,径流经栅格汇入河道,形成流域径流过程线。下面
仅以地下径流沿栅格单元的流动(山坡水文模型) ,介绍 GIS 支持下的分布式模型的基本结
构。
地下径流是土壤饱和后产流,栅格的含水量为[ 14] :

i, t=
i, t- 1+ ( P i, t+ Qi- 1, t- 1- Qi, t- 1)
t
w x i
其中:
i, t表示第 i个栅格在 t时刻的含水量(以水的深度表示) , P i, t是 t时刻栅格 i 中水的净输
入量(垂直方向的净输入量) , Qi, t是 t 时刻地下径流的流出量,
t是计算的时间步长, w 是栅格
的宽度, x i 是栅格的长度。
栅格的流出量由含水量决定,其数量为:
Qi, t=
k
i, tw s i, t

432 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 13卷
其中: Q i, t是栅格 i在 t时刻的流出量, K 为土壤饱和水传导率,
为土壤空隙度, s i, t是栅格 i和 i
+ 1之间的水压力比降, 其计算公式如下:
S i, t=
[ Z i+ (
i, t /
) ] - [ Z i+ 1+ (
i+ 1, t /
) ]
x i
其中: Z i 是栅格 i的地面高度,
x i 是栅格 i和 i+ 1中心点间的距离。
在坡顶时, Q 0, t= 0;最靠近河道的栅格的水压力比降 S i, t= ( Zi- Z s ) /
x ,其中 Z s为河道的
高度。对于地表径流, 可以用类似的连续方程的差分解法来求解水在地表的流动。
3　分布式水文模型的类型
　　SHE ( Systeme Hydr olog ique Europeen )、SWAM ( A gricultural Resear ch Service Small
Watershed M odel)、IHDM ( Institute of Hydrolo gy Dist ributed M odel)是在欧洲和美国逐步发
展起来的流域水文模型[ 3]。随着计算机技术的发展,已经形成了大型的软件。近年来,一些学者
开始尝试将水文模型与 GIS 技术结合,进行二次开发, 形成不同的专业模型[ 4, 8]。由于研究的
侧重点不同,所考虑的影响因素有所不同,在构造分布式模型时,对流域水文过程作了不同程
度的简化,形成不同尺度(时间、空间)上的针对不同问题的分布式模型。
3. 1　短时间尺度模型
短时间尺度模型预测几小时至几十小时等短时间内的水文过程。由于地下径流流速比较
缓慢,在短时间内没有明显的变化, 所以短时间尺度模型把地下水径流作为背景值, 主要针对
一次降水事件引起的地表径流和壤中流以及由此引起的水土流失等。
ANSWERS 模型( areal non-point source w atershed env ironment r esponse simulat ion)属
于该类模型。Connolly 等 [ 10, 11]使用经过改进的 ANSWERS 在澳大利亚北部昆士兰的一个植
被为草地、面积 9. 6 hm 2的流域,把 ANSWERS 径流模型、Green-Ampt下渗模型和 Grasp 生
长模型结合起来, 综合考虑降水、植被、地貌和土壤对径流的影响, 预测从降水到降水后 3 h 内
径流过程线, 预测值与观测值的相关系数为 0. 82。降水强度越大, 预测结果与实际越接近。地
表状况,特别是植被覆盖,影响洪峰的流量以及流域内产流量的空间分布。研究表明不同的植
被空间分布格局影响其生态功能,植被在流域内均匀分布对洪峰的消减作用比斑块状分布明
显。
3. 2　长时间尺度流域模型
长时间尺度模型主要是针对比较缓慢的过程或者是渐变的过程而建立的水文模型,如污
染物的扩散, 植物的生长发育过程对水文过程的影响等。下面以 3种不同的地理条件下的分布
式模型为例, 介绍长时间尺度流域模型的构建方法。模型的单元划分和模型的构建是依照引起
流域空间差异的主导因子进行的。在高山地区,海拔高度的变化是地理分异的主导因子;在低
平地,地理条件的空间差异小,积水厚度成为水文过程的控制因子;在土壤类型一致、土地利用
方式和格局相同的地区,地形的起伏变化是主导因子。
3. 2. 1　 RHESSys 模型—— 高山模型　RHESSys ( regional hydroeco logical simulation
sy stem)模型 [ 12]根据景观结构和景观过程, 把植物的水文功能与植物的生长发育结合起来, 构
成一个具有反馈机制的完整的系统, 进行水文和环境预测。
RHESSys 模型包括植物/水文模型、森林生长模型( FOREST -BGC)、植物碳-氮分配模型
433第 4 期　　　　　　　　　于澎涛: 分布式水文模型在森林水文学中的应用
( C-N 模型) 3部分,其操作过程如下:
首先依据海拔高度,将山坡坡面从上到下分为一系列的湿度带,每个湿度带有一定的湿度
指数和一定的植被特征,如叶面积指数( LAI)和根系深度等。
森林的生长与立地的水分条件密切相关,同时, 森林又通过树冠影响着生态系统的水分平
衡,如蒸发、蒸腾、截留。树冠的光合作用及其水文作用都与 LAI 有关, LAI成为植物的生长和
其水文作用的连接纽带。
FOREST -BGC 模型把整个森林冠层看成一片大叶子,控制蒸腾速率和碳固定的速率, 对
光合作用进行模拟。C-N模型预测净光合量在植物体内的再分配,来推求叶面积指数( LAI)的
变化。
在每个湿度带内,应用 FOREST -BGC 模型,在当地的水分平衡条件下,计算每日树冠的
净光合量和氮循环,然后运行 C—N 模型,计算 LAI,根据 LA I推断水文过程的变化。
在坡面上研究产流和水分沿坡面的再分配等,坡面的空间分布和组合构成整个流域。
RHESSys 模型只考虑叶面积的变化,没有进一步区分植物种类和植被类型。植物的生长
是一个缓慢的过程,因此,该模型无法预测短时间的变化。区域水分状况在坡面的分异与海拔
高度的变化密切相关, 所以,该模型比较适合海拔高、高差比较大, 垂直分异比较明显的流域。
3. 2. 2　FLATWOODS 模型——低平地模型　为了计算的方便,水文模型通常假定地下各个
层位的地形变化与地表的地形变化一致,致使模型在地表地形平坦而地下有一定起伏的区域
无法使用,如滨海平原。FLATWOODS模型[ 13]针对地表平坦的特点, 不是假定地下的层位与
地表相平行, 而是对不同层位的地形变化加以区分,用地表的积水厚度确定水分在地表的流
动,地下不同层位的积水厚度和该层位的坡度决定水分在该层次的侧向流动。该模型适于海
滨、冲积平原等地形平坦区域的水文研究,它可以连续预测地下水深度的日变化、蒸发量和流
域内土壤湿度的分布。
3. 2. 3　Ythan 流域水文模型——均质流域模型　该模型在苏格兰北部的 Ythan 河流域建
立,这一地区的土地利用方式、土壤特性、植被状况非常一致, Ythan 模型假定与土壤、植被有
关的水文参数, 如土壤饱和传导率、土壤孔隙度等在全流域内是相同的,只考虑流域内地形的
空间差异对汇流的影响。
常见的分布式水文模型以一定的分辨率(精度)把流域分成一定数量的单元,以单元为单
位,研究流域内水从一个单元到另一个单元的流动过程, 计算流域内所有单元对流域水文过程
的作用。Ythan 流域水文模型[ 14]不同于通常的分布式水文模型,它根据单元与河道间的距离
和坡度对单元进行了分类, 然后计算每类单元的水文状况,流域的水文过程线由汇入河道的各
类单元与该类单元的数量决定。
以上 3个模型是针对不同的地理条件建立的,并不能概括复杂多样的地理条件,对于具体
区域应该考虑区域的特殊性,根据其它地理条件来构建模型。但是,分布式模型的基本思路是
一致的。
4　分布式模型在森林水文学中的应用
4. 1　分布式模型在森林水文学中的应用现状
森林的水文作用是森林水文学的主要研究内容,目前森林水文学研究多采用定位观测和
434 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 13卷
定点观测的方法, 建立经验公式和模型,对流域或者更大区域的森林水文作用的估测和评价只
能采用把点上获得的经验公式和模型进行简单外推的方法。由于森林及其生态环境的时空差
异性,经验公式没有考虑森林水文作用的过程和机理,使得在单点上或者是依据某一种植被状
况建立的模型无法直接外推。分布式模型的引入解决了这一技术难题,成为预测和评价森林采
伐和经营活动的影响的行之有效的方法和手段,许多学者尝试在不同的地区和不同的条件下
应用分布式模型进行森林水文学的研究。
Sun 等[ 13]应用分布式森林水文模型 FLATWOODS 研究了美国佛罗里达州的 Gator
Nat ional Forest ( GNF)和 Bradfor d Forest 两地的森林水文作用。该模型将低湿地森林的水文
过程分为 3个部分:蒸发亚系统、不饱和水流和地下水流动亚系统,并把流域分成一系列的栅
格单元。模型以 1 d为时间步长, 根据输入的日气候指标和观测数据(输入的参数包括日降水
量、日平均温度、地理纬度、蒸发系数和降水截留的经验系数等 5个与气候有关的参数,栅格的
大小、土地利用方式、海拔高度等流域参数, 有关的土壤参数和植被参数及初始状况) ,预测流
域内每个栅格点日水位、蒸发散、流域的日径流量和每个土层的水分含量等, 预测结果与观测
结果吻合得很好。根据 GNF 流域 1992～1995年 3 a间 130多个浅水井的每 2周 1次的水位
观测数据进行研究。该流域在 1994年 4月 5日至 5月 31日间进行了森林的采伐, 因此 1992、
1993年的数据反映的是采伐前的状况, 1994年 6月至 1995年 5月反映的是森林采伐后的状
况。用 1992年(多雨年份)和 1993年(干旱年份)的数据检验模型后,然后用模型预测的 1994
年 1月 1日至 1994年 5月 31日间的地下水位与实际观测值的相关系数为0. 96。1994年 5月
森林皆伐后, 低湿地植被自然更新, 1995年 6 月在高地上播种了加勒比松( P inus car ibaea
Morelet ) ,这种经营活动对森林的叶面积指数的影响非常明显,对土壤表层的结构亦有一定的
影响,但土壤结构的变化难以定量化,因此,忽略了对土壤表层的影响,根据植被状况把高地上
叶面积指数调整为0. 1,低湿地上叶面积指数调整为0. 5。模型参数经过调整后, 1994年 6月 1
日至 1995年 5月 31日的预测结果与观测值间的相关系数为 0. 82。
Ythan 模型是针对流域内土地利用方式比较一致的特点而开发的分布式水文模型。Dunn
等[ 14 ]应用该模型研究苏格兰北部的 Ythan河流域的水文作用, 用 1992年的观测数据确定流
域的饱和水传导系数、土壤孔隙度、土壤最小蓄水量与坡度的比例系数、快速反应流的域值和
快速反应流汇入河道的距离等系数,待参数确定后,预测 1993年和 1994年的流域径流,预测
结果与观测结果的相关系数分别为 0. 81和 0. 82,这表明 Ythan模型在土地利用状况和流域
特征比较一致的情况下是行之有效的。
4. 2　景观生态学与分布式模型的未来发展
分布式模型考虑了空间异质性, 但是没有对空间异质性本身的内在规律进行探讨。因此,
在实际操作中存在着主观性。单元的大小是每个研究都必须首先解决的问题。目前,研究者多
根据研究区域的大小和资料的空间分辨率(详实程度)来确定该研究的基本单元的大小。Wood
提出了流域的基本表现面积( representat ive elementary area, REA )的概念[ 15] ,即流域产流时
面积达到一定大小,径流与降水量的比值以及单位面积上的径流量等径流特性不再随面积的
增加而变化,该面积即为最小表现面积, 其大小主要由地貌条件决定, 降水强度和土壤条件也
是影响 REA 大小的重要因素。然而, REA 并不稳定,有些学者对 REA 提出质疑,认为不是流
域的特性[ 16]。
435第 4 期　　　　　　　　　于澎涛: 分布式水文模型在森林水文学中的应用
景观生态学以异质性的地表为研究对象[ 17]。景观单元的划分是一个层系系统。景观单元
内部的要素之间具有相对的一致性。各景观单元之间则存在着差异性。在不同的尺度上探讨
的对象不同。因此,在建立分布式模型时, 单元的划分应该以研究对象的景观生态学特性为基
础,在适当的尺度上进行。
4. 3　分布式模型与尺度转换的可行性探讨
森林水文监测只能在点上进行。如何用点上的监测数据来准确反映流域或者更大区域尺
度上的水文规律,也就是通常所说的尺度转换( U pscaling )问题, 在森林水文学中一直没有得
到很好的解决。
由于分布式模型需要高分辨率的数据资料,所以目前多用于小流域,利用空间插值获得数
据。在大尺度范围内运用的半分布式水文模型则可以看作是分布模型的一个变型。
半分布式模型根据某一个与水文有密切关系的地表特性,如地表覆盖,把流域分成大小合
适的亚单元( ag gregated simulat ion areas, ASA) ,然后把亚单元作为模拟的最小单位来研究、
预测, 而不是像分布式模型对每一个可能的点(如果使用遥感影像数据,点的多少与分辨率有
密切的关系, 每一个像元都可以作为分布式模型的点)进行预测。
SLU RP( semi-dist ributed hydrolog ical model )模型是一种典型的半分布式水文模型 [ 18]。
它首先建立区域内各种植被类型的水分平衡特征, 然后依据每个 ASA 内各种植被类型的面
积比例来计算该 ASA 产生的径流量。径流沿每个 ASA 到流域出口,形成河川径流。
半分布式模型不是分辨率比较低的分布式模型。在分布式模型中,假设每个单元内部是均
匀一致的,不再考虑其内部的差异性。半分布式模型对 ASA 内的主导要素(如植被)的差异性
进一步的区分,但只是简单考虑其数量比例,而没有考虑其空间位置。
半分布式模型并没有能够解决不同尺度上的转换问题。以景观生态学理论为基础,根据不
同尺度生态过程的差异性和联系所建立的分布式水文模型有望成为未来解决尺度转换问题的
有效手段。GIS中的无级比例尺地图技术等手段也将为尺度转换问题的解决提供技术支持。
首先, 在 GIS 支持下,依据景观生态学的级秩理论, 根据景观的生态过程和生态特征, 将
研究区域的景观划分为一系列不同尺度等级的单元。其中,高级单元由一定数量的低级单元按
一定的空间格局组合而成, 低级单元之间的物质循环和能量流动形成了高级单元内部的生态
过程,高级单元间的物质循环和能量流动是更高一级单元的内部过程。最低一级单元的生态过
程与地貌、植被等自然要素的内在联系和数量关系由观测数据来确定,并建立基于自然要素的
模型。然后,以此模型为基础,根据更高一级尺度单元上的生态过程和特征,建立更高一级单元
的基于自然要素的模型,从而实现尺度转换。
参考文献:
[ 1]　Black P E .Research is sues in fores t hydrology [ J] . Journ al of the Amer ican Water Resour ce Associat ion, 1998, 34( 4) :
723～728.
[ 2]　 Sw an son R H. Forest hydrology issu es for the 21st century: A consul tant
s view point [ J] . Journal of the American
Water Resources As sociat ion, 1998, 34( 4) : 755～763.
[ 3]　Anderson M G. Hydr ological Forecast ing [ M ] . New York: J oh n Wiley & Sons , 1985.
[ 4 ] 　 Colosimo C , Mendicino G. GIS for dist rib uted Rainfall-r unoff Modeling [ A ] . In : Vijay P. Sin gh, Fiorent ino M .
Geograph ical Inform at ion Systems in Hydrology [ M ] . Neth erlands : Kluw er Academic Publ ishers, 1996. 195～235.
436 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 13卷
[ 5]　Beven K. Ch angin g ideas in hydr ology- Th e case of phys ically -b ased models [ J] . Journal of Hydrology, 1989, 105: 157
～172.
[ 6]　长江流域规划办公室.水文预报方法[ M ] .北京:水利出版社, 1982.
[ 7]　Rasamee S. GIS and h ydrologic model ling for the management of small w atersheds [ J ] . IT C Journ al , 1994, 4: 343～
348.
[ 8]　Henrik R S ,Kjelds J T , Deck ers F, et al. Applicat ion of GIS in hydrological and hydraulic model ling: DLIS and M IKEl l-
GIS [ A ] . Hydro GIS 96: Appl icat ion of Geographic Information S ystem s in Hydrology and Water Resources
Managem ent ( Proceedings of th e Vienn a Conference, April 1996) . IAHS Publ. No. 235, 1996.
[ 9]　Kw an T L. Generatin g design hydrographs by DEM ass isted geom orphic runof f sim ulation : a cas e study [ J ] . Journal of
the American Water Resources As sociat ion, 1998, 34( 2) : 375～384.
[ 10]　Connolly R D, Silbu rn D M, Ciesiolk a C A A. Dist ributed param eter hydrology model ( ANSWERS ) applied to a ran ge
of catchment scales usin g rainfal l s imulator data. Ⅲ. Appl icat ion to a spat ial ly complex catchmen t [ J ] . Journal of
Hydrology, 1997, 193: 183～203.
[ 11]　Connolly R D, Ciesiolk a C A A, Silburn D M , et al. Dist ributed parameter hydrolog y model ( ANSWERS) appl ied to a
ran ge of catchmen t s cales us ing rainfall simu lator data. Ⅳ. Evaluat ing pasture catchment hydrology [ J] . Journal of
Hydrology, 1997, 201: 311～323.
[ 12]　Mackay D S, Band L E. Fores t ecos ystem process es at th e w atersh ed scale: Dynamic coupl ing of dis tr ibuted hydrology
an d canopy grow th [ J] . Hydrological Process es , 1997, 11: 1197～1217.
[ 13]　 Sun Ge, Riekerk H, Comerford N B. Model ing the fores t hydrology of wet land-upland ecos ystems in Florida [ J ] .
Journal of the Am erican Water Resources Associat ion, 1998, 34( 4) : 827～840.
[ 14]　Dunn S M, McAlister E, Ferr ier R C. Development and appl icat ion of a dis t ributed catchment-scale hydrological model
for the River Ythan, NE Scot land [ J] . Hydrological Proces ses , 1998, 12: 401～416.
[ 15]　Wood E F, Mu rugesu S , Beven K. Similarit y and scale in catchment storm respon se [ J] . Review s of Geophysics, 1990,
28( 1) : 1～18.
[ 16] 　Ying F, Bras R L. On th e concept of a repres entat ive elem entary area in catchm ent run of f [ J ] . Hydr ological
Processes, 1995, 9: 821～832.
[ 17]　R 福尔曼, M 戈德罗恩.景观生态学[ M ] .肖笃宁,张启德,赵羿,等译.北京:科学出版社, 1990.
[ 18]　Geof f K. Integrat ion of forest ecos ystem and climat ic models w ith a hydrologic model [ J] . J ournal of th e American
Water Resources Associat ion , 1998, 34( 4) : 743～753.
437第 4 期　　　　　　　　　于澎涛: 分布式水文模型在森林水文学中的应用
Application of Physically-based Distributed
Models in Forest Hydrology
YU P eng -tao
( Res earch Ins titute of Forest Ecology, En vironmen t and Protect ion, CAF, Beijin g　100091, China)
Abstract: Based on a review on the development of forest hydrolog ical model, the theoret ical
base, types and characterist ics of the phy sically-based dist ributed model ( PBDM ) w as
pr esented. T here are three types of for est hydrolog ical models, i. e. , black box models,
lumped models and PBDMs. T he black box models w ere set up only acco rding to input and
output to the w ater shed. T he st ructur es of lumped models based on the hydrolog ical
pr ocesses in the w atershed. Compared to the black box model and the lumped model , the
PBDM has consider ed the spatial heter ogeneity in the w atershed and dist inguished w ith
dif ferent cells and flow pathw ay s, therefore can expr ess the hydrolog ical processes in bo th
spat ial and chronological dimensions. PBDM can be served as a too l for a bet ter prediction o f
the natur al and anthropolo gical impacts on the w ater resour ces and environment in a definite
w atershed for the purpose of making scient ific decisions in the w atershed management . T he
author suggested that landscape eco log y could make a theo ret ical basis and GIS could give a
technical support to the PBDM. T he long puzzled problem o f upscaling in forest hydrolog y
can expect to be so lved w ith the landscape eco logy and GIS supported PBDM .
Key words : physically-based dist ributed model ( PBDM ) ; hydr olog ical funct ion of forest ;
w atershed management ; upscaling ; spat ial hetero geneity
438 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 13卷