河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型1概述概述2 2新安江模型的基本原理新安江模型的基本原理3 3新安江模型的结构新安江模型的结构 蒸散发计算蒸散发计算 产流量计算产流量计算 水源划分水源划分 汇流计算汇流计算4 4 新安江模型的参数新安江模型的参数 模型参数的物理意义模型参数的物理意义 模型参数的率定模型参数的率定 河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12流域水文模型可分为物物理理模模型型、概概念念性性模模型型和和系系统统模模型型。在水文预报中，概念性模型和系统模型应用较多，此处主要介绍概念性流域水文模型。概概念念性性流流域域水水文文模模型型属于数学模型，它与物理模型相比，具有许多优点：一是它的所有条件均可由原型观测资料直接给出，不受比尺的限制，即数学模型无相似律问题；二是它的边界条件及其它条件可严格控制，也可随时按实际需要改变；三是它的通用型较强，只要研制出一种适用的应用软件，就可用来解决不同的实际问题；四是它具有理想的抗干扰性能，只要条件不变，重复模拟可以得到相同的结果，不会因人、因地而异；五是它的研制费用相对较低。因此，流域水文模型的研制和应用受到水文学家和水文工作者的普普遍重视。河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12世界上第一个流域水文模型Stanford模型出现在20世纪60年代，目前全世界已提出数以百计的流域水文模型。主要包括由美国天气局V. T. Sitten提出的API模型、N. H. Crawford和R. K. Linsley提出的斯坦福模型以及R. J. C. Bernash等提出的萨克拉门托模型，日本国立防灾科学研究中心菅原正已教授提出的水箱模型，丹麦技术大学提出的NAM模型，以及原华东水利学院赵人俊教授提出的新安江模型。这些概念性水文模型对流域的降雨径流过程进行了较为细致的模拟。由于这些模型具有较好的结构形式和良好的模拟预报精度，因此在洪水实时预报中得到广泛地应用。本文主要介绍国内应用最为广泛的新安江三水源模型。 河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12原华东水利学院的赵人俊教授于1963年初次提出湿润地区以蓄满产流为主的观点，主要根据是次洪的降雨径流关系与雨强无关，而只有用蓄满产流概念才能解释这一现象。上个世纪70年代国外对产流问题展开了理论研究，最有代表性的著作是1978年出版的山坡水文学，它的结论与赵人俊先生的观点基本一致：传统的超渗产流概念只适用于干旱地区，而在湿润地区，地面径流的机制是饱和坡面流，壤中流的作用很明显。20世纪70年代初建立的新安江模型采用蓄满概念是正确的。但对于湿润地区，由于没有划出壤中流，导致汇流的非线性程度偏高，效果不好。80年代初引进吸收了山坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。 新安江模型的基本原理新安江模型的基本原理河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型是分散性模型，可用于湿润地区与半湿润地区的湿润季节。当流域面积较小时，新安江模型采用集总模型，当面积较大时，采用分块模型。它把全流域分为许多块单元流域，对每个单元流域作产汇流计算，得出单元流域的出口流量过程。再进行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量过程。把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域的总出流过程。新安江模型的基本原理新安江模型的基本原理河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12该模型按照三层蒸散发模式计算流域蒸散发，按蓄满产流概念计算降雨产生的总径流量，采用流域蓄水曲线考虑下垫面不均匀对产流面积变化的影响。在径流成分划分方面，对三水源情况，按“山坡水文学”产流理论用一个具有有限容积和测孔、底孔的自由水蓄水库把总径流划分成饱和地面径流、壤中水径流和地下水径流。在汇流计算方面，单元面积的地面径流汇流一般采用单位线法，壤中水径流和地下水径流的汇流则采用线性水库法。河网汇流一般采用分段连续演算的Muskingum法或滞时演算法，但它一般不作为新安江模型的主体。新安江模型的基本原理新安江模型的基本原理河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12概念性模型的结构应该反映客观水文规律，参数应该代表流域的水文特征，把模型设计成为分散性的，主要是为了考虑降雨分布不均的影响，其次也便于考虑下垫面条件的不同及其变化。降雨分布不均，不但对汇流产生明显的影响，而且对产流也产生明显的影响。如果采用集总性模型，应用面平均雨量来进行计算，误差可能很大，而且是系统性的。新安江模型的基本原理新安江模型的基本原理新安江模型按泰森多边形法分块，以一个雨量站为中心划一块。这种分法便于考虑降雨分布不均，不考虑其它的分布不均。 河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12 新新安安江江模模型型的的流流程程图图见见图图。图图中中输输入入为为实实测测降降雨雨P和和实实测测蒸蒸散散发发能能力力EM，输输出出为为流流域域出出口口断断面面流流量量Q和和流流域域蒸蒸散散发发量量E。方方框框内内是是状状态态变变量量，方方框框外外是是常常数数常常量量。模模型型主主要要由由四四部部分分组组成成，即即蒸蒸散散发发计计算算、产产流量流量计计算、水源划分和算、水源划分和汇汇流流计计算算。河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12蒸散发计算蒸散发计算蒸散发计算蒸散发计算 新新安安江江三三水水源源模模型型中中的的蒸蒸散散发发计计算算采采用用的的是是三三层层蒸蒸发发计计算算模模式式，输输入入的的是是蒸蒸发发器器实实测测水水面面蒸蒸发发和和流流域域蒸蒸散散发发能能力力的的折折算算系系数数K K，模模型型的的参参数数是是上上、下下、深深三三层层的的蓄蓄水水容容量量WUMWUM、WLMWLM、WDMWDM( (WM=WUM+WLM+WDM WM=WUM+WLM+WDM ) )和和深深层层蒸蒸散散发发系系数数K K。输输出出的的 是是 上上 、 下下 、 深深 各各 层层 的的 流流 域域 蒸蒸 散散 发发 量量EUEU、 ELEL和和ED(E=EU+EL+ED ED(E=EU+EL+ED ) )。计计算算中中包包括括三三个个时时变变参参量量，即即各各层层土土壤壤含含水水量量WUWU、WLWL和和WD(W=WU+WL+WDWD(W=WU+WL+WD) )。以以上上的的WMWM、E E、W W分分别别表表示总的流域蓄水容量、蒸散发量、土壤含水量示总的流域蓄水容量、蒸散发量、土壤含水量 新安江模型的结构新安江模型的结构河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12蒸散发计算原理蒸散发计算原理蒸散发计算原理蒸散发计算原理 各各层层蒸蒸散散发发的的计计算算原原则则是是，上上层层按按蒸蒸散散发发能能力力蒸蒸发发，上上层层含含水水量量蒸蒸发发量量不不够够蒸蒸发发时时，剩剩余余蒸蒸散散发发能能力力从从下下层层蒸蒸发发，下下层层蒸蒸发发与与蒸蒸散散发发能能力力及及下下层层含含水水量量成成正正比比，与与下下层层蓄蓄水水容容量量成成反反比比。要要求求计计算算的的下下层层蒸蒸发发量量与与剩剩余余蒸蒸散散发发能能力力之之比比不不小小于于深深层层蒸蒸散散发发系系数数。否否则则，不不足足部部分分由由下下层层含含水水量量补补给给,当当下下层层水水量量不不够够补补给给时时，用用深深层层含含水水量量补补充充。( (上层以蒸散发能力蒸发,直到上层水分耗尽,才蒸发下层;下层土壤蒸散发量与剩余蒸散发能力(流域蒸散发能力与上层蒸散发量之差)及下层土壤实际含水量成正比。)新安江模型的结构新安江模型的结构河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12蒸散发计算蒸散发计算蒸散发计算蒸散发计算河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12产流量计算产流量计算产流量计算产流量计算 产产流流量量计计算算系系根根据据蓄蓄满满产产流流理理论论得得出出的的。所所谓谓蓄蓄满满，是是指指包包气气带带的的含含水水量量达达到到田田间间持持水水量量。在在土土壤壤湿湿度度未未达达到到田田间间持持水水量量时时不不产产流流，所所有有降降雨雨都都被被土土壤壤吸吸收收，成成为为张张力力水水。而而当当土土壤壤湿湿度度达达到到田田间间持持水水量量后后，所所有有降降雨雨(减减去去同同期期蒸蒸发发)都都产产流流。作作产产流流计计算算时时，模模型型的的输输入入为为PE，参参数数包包括括流流域域平平均均蓄蓄水水容容量量WM和和抛抛物物线线指指数数B；输输出出为为流流域域产产流流量量R及及流流域域时时段段末末土土壤壤平平均均蓄水量蓄水量W。新安江模型的结构新安江模型的结构河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构产流量计算产流量计算产流量计算产流量计算 一一般般说说来来，流流域域内内各各点点的的蓄蓄水水容容量量并并不不相相同同，新新安安江江三三水水源源模模型型把把流流域域内内各各点点的的蓄蓄水水容容量量概概化化成成一一条条抛抛物线，即物线，即河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构产流量计算产流量计算产流量计算产流量计算流域蓄水容量曲线流域蓄水容量曲线流域蓄水容量曲线流域蓄水容量曲线 河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构产流量计算产流量计算产流量计算产流量计算河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构水源划分水源划分水源划分水源划分 三三水水源源新新安安江江模模型型用用自自由由水水蓄蓄水水库库结结构构以以解解决决水水源源划划分分问问题题。按按蓄蓄满满产产流流模模型型求求出出的的产产流流量量R，先先进进入入自自由由水水蓄蓄量量，再再划划分分水水源源。此此水水库库有有两两个个出出口口，一一个个底底孔孔形形成成地地下下径径流流RG，一一个个边边孔孔形形成成壤壤中中流流RSS，其其出出流流规规律律均均按按线线性性水水库库出出流流。由由于于新新安安江江模模型型考考虑虑了了产产流流面面积积FR问问题题，所所以以这这个个自自由由水水蓄蓄水水库库只只发发生生在在产产流流面面积积上上，其其底底宽宽FR是是变变化化的的，产产流流量量R进进入入水水库库即即在在产产流流面面积积FR上上，使使得得自自由由水水蓄蓄水水库库增增加加蓄蓄水水深深，当当自自由由水水蓄蓄水水深深S超超过过其其最最大大值值SM时时，超超过过部部分分成成为为地地面面径径流流RS。模模型型认认为为，蒸蒸散散发发在在张张力力水水中中消消耗耗，自由水蓄水库的水量全部为径流自由水蓄水库的水量全部为径流。河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构水源划分水源划分水源划分水源划分河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构水源划分水源划分水源划分水源划分 底底孔孔出出流流量量RG和和边边孔孔出出流流量量RSS分分别别进进入入各各自自的的水水库库，并并按按线线性性水水库库的的退退水水规规律律流流出出，分分别别成成为为地地下下水水总总入入流流TRG和和壤壤中中流流总总入入流流TRSS。并并认认为为地地面面径径流流的的坡坡地地汇汇流流时时间间可可以以忽忽略略不不计计。所所以以地地面面径径流流可可认认为为与与地地面面径径流流的的总入流相同总入流相同。 由由于于产产流流面面积积FR上上自自由由水水的的蓄蓄水水容容量量还还不不能能认认为为是是均均匀匀分分布布的的，即即SM为为常常数数不不太太合合适适，要要考考虑虑SM的的面面积积分分布布。这这实际上就是实际上就是饱和坡面流的产流面积不断变化的问题饱和坡面流的产流面积不断变化的问题。河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构水源划分水源划分水源划分水源划分 模模仿仿张张力力水水分分布布不不均均匀匀的的处处理理方方式式，把把自自由由水水蓄蓄水能力在水能力在产流面积上产流面积上的分布也用一条抛物线来表示的分布也用一条抛物线来表示 河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构水源划分水源划分水源划分水源划分流域自由水蓄水容量曲线流域自由水蓄水容量曲线流域自由水蓄水容量曲线流域自由水蓄水容量曲线 河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构水源划分水源划分水源划分水源划分 S S为为流流域域自自由由水水蓄蓄水水容容量量曲曲线线上上的的自自由由水水在在产产流流面面积积上的平均蓄水深；上的平均蓄水深；AU AU 为为S S 对应的纵坐标。对应的纵坐标。 产流面积上的平均蓄水容量深产流面积上的平均蓄水容量深( (SMF)SMF)为为 S S 在自由水蓄水容量曲线上在自由水蓄水容量曲线上S 相应的纵坐标相应的纵坐标U为为河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构水源划分水源划分水源划分水源划分 显显然然，SMMF和和SMF都都是是产产流流面面积积FR的的函函数数，而而产产流流面面积积是是变变量量，故故此此无无法法确确定定。这这里里假假定定SMMF与与产产流流面面积积FR及及全全流流域域上上最最大大一一点的自由水蓄水容量点的自由水蓄水容量SMM的关系仍为抛物线分布的关系仍为抛物线分布 流流域域的的平平均均自自由由水水容容量量SMSM和和抛抛物物线线指指数数EXEX对对于于一一个个流流域域来来说说是是固固定定的的，属属于于模模型型率率定定的的参参数数。已已知知SMSM和和EXEX，就可以得到就可以得到SMMFSMMF? ?。 应该是得到应该是得到SMM？河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构水源划分水源划分水源划分水源划分 已已知知上上时时段段的的产产流流面面积积FR0和和产产流流面面积积上上的的平平均均自自由由水水深深S0，根根据据时时段段产产流流量量R，计计算算时时段段地地面面径径流流RS、壤壤中中流流RSS、地地下下径径流流RG及本时段产流面积及本时段产流面积FR和和FR上的平均自由水深上的平均自由水深S的步骤是的步骤是河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构水源划分水源划分水源划分水源划分 已已知知上上时时段段的的产产流流面面积积FR0和和产产流流面面积积上上的的平平均均自自由由水水深深S0，根根据据时时段段产产流流量量R，计计算算时时段段地地面面径径流流RS、壤壤中中流流RSS、地地下下径径流流RG及本时段产流面积及本时段产流面积FR和和FR上的平均自由水深上的平均自由水深S的步骤是的步骤是河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12水源划分水源划分水源划分水源划分 在在对对自自由由水水蓄蓄水水库库作作水水量量平平衡衡计计算算中中，有有一一个个差差分分计计算算的的误误差差问问题题，常常用用的的计计算算程程序序，把把产产流流量量放放在在时时段段初初进进入入水水库库，而而实实际际上上它它是是在在时时段段内内均均匀匀进进入入的的，这这就就造造成成了了向向前前差差分分误误差差。这这种种误误差差有有时时很很大大，要要设设法法消消去去。处处理理的的方方法法是是：每每时时段段的的入入流流，按按5mm为为一一段段分分成成G G段段，并并取取整整数数，各各时时段段的的G G值值都都可可不不同同，也也就就是是把把计计算算时时段段分分成成G G段段，即即以以为为时时段段长长t/Gt/G 进进行行计计算算。这这样样，差差分分误误差差就就很很小小了了。当当时时段段长长改改变变后后，出出流流系系数数KSSKSS和和KGKG要要作作相相应应的改变。的改变。 新安江模型的结构新安江模型的结构河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12水源划分水源划分水源划分水源划分 河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12水源划分水源划分水源划分水源划分 河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构汇流计算汇流计算汇流计算汇流计算 流域汇流流域汇流流域汇流流域汇流计算包括坡地和河网两个汇流阶段。计算包括坡地和河网两个汇流阶段。 坡坡坡坡地地地地汇汇汇汇流流流流是是指指水水体体在在坡坡面面的的汇汇集集过过程程，水水流流不不但但发发生生了了水水平平运运动动，而而且且还还有有垂垂向向运运动动。在在流流域域的的坡坡面面上上，地地面面径径流流的的调调蓄蓄作作用用不不大大，地地下下径径流流受受到到大大的的调调蓄蓄，壤壤中中流流所所受受调调蓄蓄介介于于两两者者之之间。间。 河河河河网网网网汇汇汇汇流流流流是是指指水水流流由由坡坡面面进进入入河河槽槽后后，继继续续沿沿河河网网的的汇汇集集过过程程。在在河河网网汇汇流流阶阶段段，汇汇流流特特性性受受制制于于河河槽槽水水力力学学条条件件，各各种种水水源源是是一一致致的的，新新安安江江三三水水源源模模型型中中的的河河网网汇汇流流，仅仅指指各各单单元元面面积积上上的的水水体体从从进进入入河河槽槽汇汇至至单单元元出出口口的的过过程程。而而不不包括单元出口到流域出口处的河网汇流阶段包括单元出口到流域出口处的河网汇流阶段。河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构坡地汇流计算坡地汇流计算坡地汇流计算坡地汇流计算 新新安安江江三三水水源源模模型型中中把把经经过过水水源源划划分分得得到到的的地地面面径径流流RS直直接接进进入入河河网网，成成为为地地面面径径流流对对河河网网的的总总入入流流TRS。壤壤中中流流RSS流流入入壤壤中中流流水水库库，经经过过壤壤中中流流蓄蓄水水库库的的消消退退(壤壤中中流流水水库库的的消消退退系系数数为为KKSS)，成成为为壤壤中中流流对对河河网网总总入入流流TRSS。地地下下径径流流RG进进入入地地下下蓄蓄水水库库，经经过过地地下下蓄蓄水水库库的的消消退退(地地下下蓄蓄水水库库的的消消退退系系数数为为KKG)，成为地下水对河网的总入流成为地下水对河网的总入流TRG。河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构坡地汇流计算坡地汇流计算坡地汇流计算坡地汇流计算 河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构 河网汇流计算河网汇流计算河网汇流计算河网汇流计算 新新安安江江三三水水源源模模型型中中用用无无因因次次单单位位线线模模拟拟水水体体从从进进入入河河槽槽到到单单元元出出口口的的河河网网汇汇流流。在在本本流流域域或或临临近近流流域域，找找一一个个有有资资料料的的、面面积积与与单单元元流流域域大大体体相相近近的的流流域域，分分析析出出地地面面径径流流单单位位线线，就就可作为初值应用。可作为初值应用。 由由于于单单位位线线确确定定较较为为困困难难，经经常常采采用用滞滞后后演演算算法法进进行行河河网网汇汇流流计算。即计算。即河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构流域汇流计算流域汇流计算流域汇流计算流域汇流计算 流流域域汇汇流流计计算算的的输输入入是是单单元元上上的的地地面面径径流流、壤壤中中流流、地地下下径径流流及及计计算算开开始始时时刻刻的的单单元元面面积积上上壤壤中中流流流流量量和和地地下下径径流流量值。输出为单元出口的流量过程。流流量值。输出为单元出口的流量过程。河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12新安江模型的结构新安江模型的结构不同时段长度的转化不同时段长度的转化不同时段长度的转化不同时段长度的转化 一一般般情情况况下下，模模型型的的出出流流系系数数都都是是按按日日模模型型给给定定的的。但但是是，进进行行实实时时洪洪水水预预报报时时，计计算算时时段段都都小小于于24h。另另外外，在在模模型型计计算算中中，为为了了消消除除非非线线性性的的影影响响，减减少少计计算算时时段段过过长长所所引引起起的的误误差差，模模型型的的水水源源划划分分中中又又用用5mm净净雨雨作作为为一一个个量量级级，进进一一步步作作分分步步长长计计算算。那那么么模模型型的的出出流流系系数数和和消退系数都必须作出相应的变化。消退系数都必须作出相应的变化。河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12不同时段长度的转化不同时段长度的转化不同时段长度的转化不同时段长度的转化 设模型计算所取时段长为设模型计算所取时段长为t t(h)，R R为为t t内的净雨。内的净雨。 计计算算步步长长内内的的壤壤中中流流蓄蓄水水库库的的消消退退系系数数KKSSDKKSSD和和地地下下蓄蓄水水库库的的消退系数消退系数KKGDKKGD与相应的日模型消退系数与相应的日模型消退系数KKSSKKSS、KKGKKG的关系为的关系为 计计算算步步长长内内流流域域自自由由水水蓄蓄水水库库的的壤壤中中流流出出流流KSSD和和KGD与与其其日模型中的出流系数日模型中的出流系数KSS和和KG的关系为的关系为河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12参数的物理意义参数的物理意义参数的物理意义参数的物理意义 ( (参数可根据其物理意义，分为参数可根据其物理意义，分为参数可根据其物理意义，分为参数可根据其物理意义，分为4 4类类类类) ) (1) 蒸散发参数蒸散发参数蒸散发参数蒸散发参数：K、WUM、WLM、C K为为蒸蒸散散发发能能力力折折算算系系数数，是是指指流流域域蒸蒸散散发发能能力力与与实实测测水水面面蒸蒸发发值之比。此参数控制着总水量平衡，因此，对水量计算是重要的。值之比。此参数控制着总水量平衡，因此，对水量计算是重要的。 WUM为为上上层层蓄蓄水水容容量量，它它包包括括植植物物截截留留量量。在在植植被被与与土土壤壤很很好好的的流流域域，约约为为20mm；在在植植被被与与土土壤壤颇颇差差的的流流域域，约约为为56mm。 WLM为下层蓄水容量。可取为下层蓄水容量。可取6090 mm。 C为为深深层层蒸蒸散散发发系系数数。它它决决定定于于深深根根植植物物占占流流域域面面积积的的比比数数，同同时时也也与与WUMWLM值值有有关关，此此值值越越大大，深深层层蒸蒸散散发发越越困困难难。一一般般经经验验，在在江江南南湿湿润润地地区区值值C约约为为0.150.20左左右右，而而在在华华北北半湿润地区则在半湿润地区则在0.090.12左右。左右。新安江模型的参数新安江模型的参数河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12(2) 产流量参数产流量参数产流量参数产流量参数：WM、B、IMP WMWM为为流流域域蓄蓄水水容容量量，是是流流域域干干旱旱程程度度的的指指标标。找找久久旱旱以以后后下下大大雨雨的的资资料料，如如雨雨前前可可认认为为蓄蓄水水量量为为0，雨雨后后可可认认为为已已蓄蓄满满，则则此此次次洪洪水水的的总总损损失失量量就就是是WMWM。一一般般分分为为上上层层WUMWUM、下下层层WLMWLM和和深深层层WDMWDM。在南方约为在南方约为120mm，北方半湿润地区约为北方半湿润地区约为180mm。 B B为为蓄蓄水水容容量量曲曲线线的的方方次次。它它反反映映流流域域上上蓄蓄水水容容量量分分布布的的不不均均匀匀性性。一一般般经经验验，流流域域越越大大，值值C C也也越越大大。在在山山丘丘区区，很很小小面面积积(几几平平方方公公里里)的的为为0.1左左右右，中中等等面面积积(300平平方方公公里里以以内内)的的为为0.20.3左右，较大面积左右，较大面积(数千平方公里数千平方公里)的值为的值为0.30.4左右。左右。 IMPIMP为为不不透透水水面面积积占占全全流流域域面面积积之之比比。可可找找干干旱旱期期降降小小雨雨的的资资料料来来分分析析，这这时时有有一一很很小小洪洪水水，完完全全是是不不透透水水面面积积上上产产生生的的。求求出出此洪水的径流系数，就是此洪水的径流系数，就是IMPIMP。 新安江模型的参数新安江模型的参数河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12 (3) 水源划分参数水源划分参数水源划分参数水源划分参数：SM、EX、KSS、KG SM为为流流域域平平均均自自由由水水蓄蓄水水容容量量，本本参参数数受受降降雨雨资资料料时时段段均均化化的的影影响响，当当用用日日为为时时段段长长时时，一一般般流流域域的的SM值值约约为为1050mm。当当所所取取时时段段长长较较少少时时，SM要要加加大大，这这个个参参数数对对地地面面径径流流的的多少起着决定性作用，因此很重要。多少起着决定性作用，因此很重要。 EX为为自自由由水水蓄蓄水水容容量量曲曲线线指指数数，它它表表示示自自由由水水容容量量分分布布不不均均匀性。通常匀性。通常EX取值在取值在11.5之间。之间。 KSSKSS为为自自由由水水蓄蓄水水库库对对壤壤中中流流的的出出流流系系数数，KGKG为为自自由由水水蓄蓄水水库库对对地地下下径径流流出出流流系系数数，这这两两个个出出流流系系数数是是并并联联的的，其其和和代代表表着着自自由由水水出出流流的的快快慢慢。一一般般来来说说，KSS+KG=0.7KSS+KG=0.7，相相当当于于从从雨雨止止到到壤中流止的时间为壤中流止的时间为3天。天。 新安江模型的参数新安江模型的参数河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12 (4) 汇流参数汇流参数汇流参数汇流参数：KKSS、KKG、CS、L KKSS为为壤壤中中流流水水库库的的消消退退系系数数。如如无无深深层层壤壤中中流流时时，KKSS趋趋于于零零。当当深深层层壤壤中中流流很很丰丰富富时时，KKSS趋趋于于0.9。相当于汇流时间为相当于汇流时间为10天。天。 KKG为为地地下下水水库库的的消消退退系系数数。如如以以日日为为时时段段长长，此此值值一般为一般为0.980.998，相当于汇流时间为，相当于汇流时间为50500日。日。 CS为为河河网网蓄蓄水水消消退退系系数数，L为为滞滞时时，它它们们决决定定于于河河网网地地貌貌新安江模型的参数新安江模型的参数河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12模型参数率定模型参数率定模型参数率定模型参数率定 新新安安江江模模型型的的参参数数按按照照物物理理意意义义分分为为4层层，上上面面已已作作了了介介绍绍。参参数数的的率率定定可可以以按按照照蒸蒸散散发发产产流流分分水水源源汇汇流流的的次次序序进进行，各类参数基本上是相互独立的。按照以下次序率定参数。行，各类参数基本上是相互独立的。按照以下次序率定参数。新安江模型的参数新安江模型的参数河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12日模型日模型日模型日模型 (1) 定出各参数的初始值。定出各参数的初始值。 (2) 比比较较多多年年总总径径流流。这这是是最最基基本本的的水水量量平平衡衡校校核核。如如有有误误差差， 要要首首先先修修改改K值值，K是是影影响响蒸蒸发发计计算算最最大大的的参参数数，对对于于某某些些北北方方河河流流，夏夏季季植植物物茂茂盛盛，而而冬冬季季则则有有封封冻冻。冬冬季季蒸蒸发发不不可可能能用用E601观观测测，则应考虑把分为冬、夏各月定为不同的数值。则应考虑把分为冬、夏各月定为不同的数值。 (3) 多多年年总总水水量量基基本本平平衡衡后后，再再比比较较每每年年的的径径流流，看看很很干干旱旱的的年年与与湿湿润润年年份份有有无无系系统统误误差差。如如有有应应调调整整、和和。减减小小将将使使少少雨雨季季节节的的蒸蒸发发减减少少，而而对对于于很很干干旱旱的的季季节节则则无无影影响响。的的作作用用与与此此相相仿仿。加加大大值值将将使使很很干干旱旱的的季季节节的的蒸蒸散散发发增增大大，而而对对于于有有雨雨季季节节则则无无此此影影响响。在在北北方方半半湿湿润润地地区区可可以以找找到到干干旱旱年年份份与与湿湿润润年年份份之之间间的的系系统统误误差差，而在南方湿润地区则不易找到。而在南方湿润地区则不易找到。 新安江模型的参数新安江模型的参数参数的率定参数的率定参数的率定参数的率定河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12(4) 如如上上述述差差别别并并不不明明显显，则则应应比比较较年年内内干干旱旱季季与与湿湿润润季季之之间间的的差差别别。在在南南方方，主主要要是是伏伏旱旱季季的的蒸蒸散散发发计计算算是是否否正正确确的的问问题题。如如伏伏旱旱以以后后的的初初次次洪洪水水具具有有系系统统误误差差，例例如如，各各年年中中这这种种洪洪水水的的计计算算值值都都偏偏大大，则则应应调调整整WUM、WLM和和值值C，使使基基本本符符合合。如如果果在在计计算算中中发发现现值值在在久久旱旱后后W出出现现负负值值，则则应应加加大大WM，不不改改变变WUM和和WLM。在在计计算算中中当当为负值时以零处理是不对的，它破坏了产流量计算的前提。为负值时以零处理是不对的，它破坏了产流量计算的前提。 新新安安江江模模型型是是蓄蓄满满型型，只只要要蒸蒸散散发发计计算算基基本本正正确确了了，产产流流总总量量的的精精度度也也就就有有保保证证了了。一一般般流流域域，有有80%左左右右的的年年份份的的年年径径流流误误差差在在7%以下是可能做到的。以下是可能做到的。(5) 比比较较枯枯季季地地下下径径流流。如如有有系系统统偏偏大大偏偏小小，则则应应调调整整、，调调整整地地下下径径流、壤中流的比重。如有系统偏快偏慢，则应调整，以改变汇流速度流、壤中流的比重。如有系统偏快偏慢，则应调整，以改变汇流速度新安江模型的参数新安江模型的参数参数的率定参数的率定参数的率定参数的率定( (日模型日模型日模型日模型) )河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12 日日模模与与次次模模的的时时段段长长不不同同，参参数数值值不不全全部部可可以以通通用用，但但K、WM、WUM、WLM、B、IMP、EX、C与与时时段段长长无无关关，可可以以通通用用，SM、KG、KSS、KKG、KKSS与时段长有关，不可以通用。与时段长有关，不可以通用。调调试试时时通通常常以以洪洪水水总总量量、洪洪峰峰值值及及峰峰现现时时间间按按允允许许误误差差统统计计合合格格率率最最高高为为目目标标函数。函数。(1) 比比较较洪洪水水径径流流总总量量。影影响响计计算算次次洪洪径径流流总总量量的的主主要要因因素素除除降降雨雨外外显显然然是是流流域域初初始始含含水水量量W0，但但当当已已确确定定的的情情况况下下，可可通通过过调调整整水水源源的的比比重重来来影影响响计计算算次次洪洪径径流流量量，可可调调整整SM和和KG，两两个个参参数数数数值值越越大大，地地下下径径流流的的比比重重越越大，使次洪径流量减少。大，使次洪径流量减少。(2) 比比较较洪洪峰峰值值。洪洪峰峰流流量量主主要要由由地地面面径径流流和和壤壤中中流流组组成成，主主要要取取决决于于SM、KKSS、CS等等参参数数，当当SM确确定定后后，调调整整KKSS和和CS等等参参数数，尤尤其其CS是是对对洪洪峰起着很大的作用。峰起着很大的作用。(3) 如果流量过程现出现整体的提前，主要调整如果流量过程现出现整体的提前，主要调整L。新安江模型的参数新安江模型的参数参数的率定参数的率定参数的率定参数的率定( (次模型次模型次模型次模型) )河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12河河海大学水资源环境学院黄国海大学水资源环境学院黄国如如第四章第四章 新安江流域水文模型新安江流域水文模型2002.12