通常情况很多水文数据需要绘制成图形展示更形象，今天我们通过新安江水文模型数据来绘图，开始之前我们先简单介绍一下：新安江水文模型实现原理是什么？可以解决哪些问题？需要输入哪些数据，同时能够输出哪些数据？
1、新安江水文模型实现原理
新安江模型是一个常用的降雨径流模型，主要用于模拟中小流域的水文过程。该模型基于水文循环的基本原理，核心是模拟降雨后水在流域内的转化与分配。模型分为三个层次：上层、下层和地下，分别用于模拟不同土壤层的水分运动。
模型的基本原理：
降雨入渗机制：模型将流域分为蒸发区、产流区和壤中流区，根据降雨量以及土壤水分饱和度决定降雨的去向（径流或渗流）。
径流分配：模型根据流域特性和降雨量将降雨转化为表面径流、壤中流和地下径流，最终汇集到河道中。
蒸发蒸腾损失：模型中包含蒸发与蒸腾损失过程，这一部分影响了有效降雨量的大小。
河道汇流：经过降雨入渗和径流分配，最终通过河道汇流计算出流域出口的流量过程线。
2、新安江模型的适用场景
该模型适用于：
-
模拟中小流域的洪水过程。
-
水资源规划、洪水预报等。
-
评估流域水文过程中的洪峰流量、洪水量等水文要素。
3、输入数据
要运行新安江模型，通常需要以下数据：
降雨量：流域的逐时或逐日降雨数据。
蒸发量：逐时或逐日蒸发量数据。
流域面积：流域的基本地理信息。
土壤含水量：初始土壤的含水状况。
地形和土壤类型参数：用于描述流域地形、坡度和土壤的参数。
4、输出数据
新安江模型输出的数据主要包括：
流域出口处的径流量：通常是逐时或逐日的流量过程线。
洪峰流量：模拟洪水时段的最大流量。
径流系数：用于分析降雨转化为径流的效率。
5、用Java语言编写新安江模型
Java语言可以通过面向对象的方式实现新安江水文模型，主要包含以下模块：
降雨径流转化模块：基于降雨数据和流域参数，计算径流。
蒸发蒸腾模块：根据输入的蒸发数据，计算蒸发损失。
河道汇流模块：根据径流数据，计算河道的汇流过程。
输出模块：将流量过程线、洪峰流量等结果输出并保存。
参考水文模型文章：
6、使用JFreeChart绘制图形
pom文件引入jar包
<dependency>
<groupId>org.jfree</groupId>
<artifactId>jfreechart</artifactId>
<version>1.5.3</version> <!-- 确保选择最新的稳定版本 -->
</dependency>
<!-- JFreeChart UI library (for ApplicationFrame and other UI components) -->
<dependency>
<groupId>org.jfree</groupId>
<artifactId>jfreechart-ui</artifactId>
<version>1.0.1</version> <!-- 确保选择与jfreechart兼容的版本 -->
</dependency>
<!-- Optional: JCommon library (JFreeChart 的支持库) -->
<dependency>
<groupId>org.jfree</groupId>
<artifactId>jcommon</artifactId>
<version>1.0.24</version> <!-- 确保匹配的版本 -->
</dependency>
你可以用JFreeChart库来绘制流量过程线图和降雨量柱状图，示例代码如下：
import org.jfree.chart.ChartFactory;
import org.jfree.chart.ChartPanel;
import org.jfree.chart.JFreeChart;
import org.jfree.chart.plot.PlotOrientation;
import org.jfree.chart.ui.ApplicationFrame;
import org.jfree.data.category.DefaultCategoryDataset;
public class XinAnJiangModelTu extends ApplicationFrame {
public XinAnJiangModelTu(String title) {
super(title);
JFreeChart lineChart = ChartFactory.createLineChart(
"流域出口流量过程线",
"时间", "流量 (m³/s)",
createDataset(),
PlotOrientation.VERTICAL,
true, true, false);
ChartPanel chartPanel = new ChartPanel(lineChart);
chartPanel.setPreferredSize(new java.awt.Dimension(800, 600));
setContentPane(chartPanel);
}
private DefaultCategoryDataset createDataset() {
DefaultCategoryDataset dataset = new DefaultCategoryDataset();
// 模拟的数据，实际数据应由新安江模型的计算结果提供
dataset.addValue(200, "流量", "1小时");
dataset.addValue(300, "流量", "2小时");
dataset.addValue(400, "流量", "3小时");
dataset.addValue(350, "流量", "4小时");
dataset.addValue(320, "流量", "5小时");
return dataset;
}
public static void main(String[] args) {
XinAnJiangModelTu chart = new XinAnJiangModelTu("新安江水文模型输出图");
chart.pack();
chart.setVisible(true);
}
}
7、集成到水文模型代码
import org.jfree.chart.ChartFactory;
import org.jfree.chart.ChartPanel;
import org.jfree.chart.JFreeChart;
import org.jfree.chart.plot.PlotOrientation;
import org.jfree.chart.ui.ApplicationFrame;
import org.jfree.data.category.DefaultCategoryDataset;
public class XinAnJiangModelTotal extends ApplicationFrame {
// 模型参数和数据同上...
// 模型参数
private double Sm = 80; // 饱和产流容量 (mm)
private double ex = 1.5; // 产流指数
private double Kg = 0.4; // 地下径流消退系数
private double Ki = 0.3; // 壤中流消退系数
private double Cs = 0.15; // 壤中流系数
private double Cg = 0.85; // 地下径流系数
private double Imp = 0.05; // 不透水面积比例
private double Wm = 120; // 最大蓄水容量 (mm)
// 初始化降雨和蒸发数据
private double[] rainfall = {10, 5, 15, 20, 0, 5, 0, 10}; // 每日降雨量
private double[] evaporation = {2, 3, 4, 2, 1, 3, 2, 3}; // 每日蒸发量
private int n = rainfall.length; // 时间步长
// 存储各项结果的数组
private double[] Qs = new double[n]; // 壤中流
private double[] Qg = new double[n]; // 地下径流
private double[] R = new double[n]; // 总径流
// 初始流域水储存量
private double W = 50; // 初始水储存量 (mm)
public void runModel() {
for (int t = 0; t < n; t++) {
// 更新流域蓄水量
W += rainfall[t] - evaporation[t];
// 防止水储存超过最大容量或小于0
if (W > Wm) {
W = Wm;
} else if (W < 0) {
W = 0;
}
// 计算地表径流
double Rs = 0;
if (W > Sm) {
Rs = Cs * (W - Sm); // 计算地表径流
}
// 壤中流和地下径流计算
double Ri = Ki * W; // 壤中流
double Rg = Kg * W; // 地下径流
// 总径流计算
R[t] = Rs + Ri + Rg;
// 记录壤中流和地下径流
Qs[t] = Ri;
Qg[t] = Rg;
// 更新蓄水量
W -= (Rs + Ri + Rg);
}
}
public XinAnJiangModelTotal(String title) {
super(title);
}
public void displayResults() {
//日\降雨\蒸发\总径流\土壤流量\地面流量
System.out.println("Day\tRainfall\tEvaporation\tTotal Runoff\tSoil Flow\tGround Flow");
System.out.println("日\t 降雨\t 蒸发\t 总径流\t 土壤流量\t 地面流量");
for (int t = 0; t < n; t++) {
System.out.printf("%d\t%.2f\t\t%.2f\t\t%.2f\t\t%.2f\t\t%.2f\n",
t + 1, rainfall[t], evaporation[t], R[t], Qs[t], Qg[t]);
}
}
// 新增方法：创建数据集
private DefaultCategoryDataset createDataset() {
DefaultCategoryDataset dataset = new DefaultCategoryDataset();
// 将每种结果添加到数据集中
for (int t = 0; t < n; t++) {
dataset.addValue(rainfall[t], "Rainfall", Integer.toString(t + 1));
dataset.addValue(evaporation[t], "Evaporation", Integer.toString(t + 1));
dataset.addValue(R[t], "Total Runoff", Integer.toString(t + 1));
dataset.addValue(Qs[t], "Soil Flow", Integer.toString(t + 1));
dataset.addValue(Qg[t], "Ground Flow", Integer.toString(t + 1));
}
return dataset;
}
// 新增方法：创建图表
private JFreeChart createChart(DefaultCategoryDataset dataset) {
return ChartFactory.createLineChart(
"XinAnJiang Model Results", // 图表标题
"Day", // X轴标签
"Value (mm)", // Y轴标签
dataset, // 数据集
PlotOrientation.VERTICAL, // 图表方向
true, // 是否显示图例
true, // 是否使用工具提示
false // 是否生成URLs
);
}
// 新增方法：显示图表
public void showChart() {
DefaultCategoryDataset dataset = createDataset();
JFreeChart chart = createChart(dataset);
ChartPanel chartPanel = new ChartPanel(chart);
chartPanel.setPreferredSize(new java.awt.Dimension(800, 600));
setContentPane(chartPanel);
// 创建和显示窗口
this.pack();
this.setVisible(true);
}
public static void main(String[] args) {
XinAnJiangModelTotal model = new XinAnJiangModelTotal("XinAnJiang Hydrological Model");
model.runModel(); // 运行模型
model.displayResults(); // 输出结果
// 显示图表
model.showChart();
}
}
8、输出结果
结构化数据；
图形结果如下：
绘图可参考：https://www.genban.org/teach/teach-63362.html
9、整体实现步骤：
-
建立模型类：创建包含输入参数（如降雨量、蒸发量等）和输出结果的类结构。
-
实现算法：根据新安江模型的原理，编写计算各层径流量的函数。
-
绘制图形：通过JFreeChart库，绘制径流过程线或柱状图，展示模型计算结果。
到此，用java语言JFreeChart库来绘制水文图形完成。
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