第二章新安江流域水文模型
60年代初，河海大学(原华东水利学院)水文系赵人授等开始研究蓄满产流模型，配合一定的汇流计算，将模型应用于水文预报和水文设计。1973年，他们在对新安江水库做人库流量预报的工作中，把他们的经验归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。模型可用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节径流模拟和计算。
最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下径流。80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱模型中，用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模型，提出了三水源新安江模型，模型可以模拟地面径流、壤中流、地下径流。1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。三水源新安江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流过程精度不够理想。在新安江三模型中增加慢速地下水结构就成为四水源新安江模型。
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。分块模型把流域分成许多块单元流域，对每个单元流域做产、汇计算，得到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，就求得了流域出口的总出流过程。
划分单元流域的主要目的是处理降雨分布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨分布比较均匀．并有一定数目的雨量站。其次尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处理问题，并便于利用已有的小流域水文资料。如果流域内有大中型水库，则水库以上的集水面积即应作为一个单元流域。因为各单元流域的产汇、流计算方法基本相同，以下只讨论一个单元流域的情况。
2.1新安江两水源模型
1．模型结构和参数
新安江两水源模型的产流子模型采用蓄满产流模型，蒸发计算采用三层蒸发计算模型。利用稳定下渗率FC将径流划分为地面径流和地下径流两种水源。地面径流采用单位线汇流，地下径流采用一次线性水库汇流。模型把流域面积划分为透水面积和不透水面积两部分，不透水面积上的降水在满足蒸发后将直接转化为地面径流。透水面积上将发生下渗，下渗的水量一部分存储于土壤层，后期耗于蒸发；满足了流域土壤蓄水容量后的下渗水量才能转化为径流。
不透水面积用参数IMP表示，它是用流域内不透水面积占全流域面积的百分比表示的。新安江模型的输出是流域出流过程t
Q～和流域蒸散发过程t
E～，输入则为时段降雨量P、蒸发皿观测蒸发量EI。
新安江两水源模型共有9个参数，一条单位线。
K——流域蒸发折算系数，是流域蒸散发能力与蒸发皿蒸发量之比；
C——深层蒸散发系数；
IMP——不透水面积占全流域面积的百分比，％；
W——流域平均蓄水容量(指张力水)，mm；
m
WUM——流域平均上层蓄水容量, mm；
WLM——流域平均下层蓄水容量, mm；
B——蓄水容量曲线指数；
mm/；
FC——稳定下渗率h
KKG——地下水消退系数；
UH——单位线。
模型结构如下图所示：
图0 新安江两水源模型结构示意图
图中方框内标注为状态变量，方框外标注的是模型参数。
2．模型参数的调试
当模型初定后就可上机调试，在调试的过程中，应注意各参数的径流响应特征，以及参数之间相依性的影响，以便调试能有目的地顺利进行。以下简介的调试技术可供参考。
流域蒸发折算系数K的调试，对一个具体流域来说，此参数完全靠优选。调试此参数主要考察年径流模拟误差，当年径流模拟误差达最小时，此值最优，但个别参数的最优并不表示模型总体最优。根据现有经验，年径流模拟误差控制在5％～8％左右就可以了。
W的调试，一般根据实测的降雨径流资料分析或经验选流域平均蓄水容量
m
取后，适当微调即可。经验选定后，此值调试范围不大，比较容易确定。通常在W可选80～150mm左右，江淮一带约在110mm左右,燕山东北东南方湿润地区
m
部地区，选150mm左右。
流域平均上层蓄水容量WUM，一般取10～20mm，流域平均下层蓄水容量WLM一般取60～90mm。
蓄水容量曲线指数的调试，B表示流域蓄水容量分布的不均匀性，当全流域蓄满后，这个参数就不起作用了，因此，应该选取流域没有达到蓄满的那些洪水点据作为调试的依据。此值一般在0.2～0.5之间取值。注意B值与
W值之间有
m
相依性，二者对径流模拟的结果相互有影响。
稳定下渗率FC的调试，FC对水源划分起决定性作用，但至今对FC的研究还不充分，目前可对FC作一些简单处理，如果FC取为一个常数使模拟效果不好时，可考虑FC作为变动参数。考察FC是否合适主要观察地下径流的模拟精度。
地下水消退系数KKG的调试，主要观察洪水退水段的拟合精度。
不透水面积参数IMP对模型拟合精度影响很小，一般取0～0.05。
2.2新安江三水源模型
一、新安江三水源模型结构
新安江三水源模型包括4个计算环节：流域产流计算；径流的划分；蒸散发计算；汇流计算。流域的产流计算和蒸散发计算与新安江二水源模型相同，水源划分则完全不同，因此汇流计算也不相同。新安江三水源模型结构示意图如下
二、新安江三水源模型流域产流计算
新安江模型产流部分的计算是蓄满产流模式， 蓄满产流指在流域包气带土湿满足田间持水量以前不产流，所有的降雨都被土壤吸收；而在土湿达到田间持水量之后，所有的降雨（除去同期的蒸散发）都产流。在产流后，流域包气带土壤的下渗能力为稳定下渗率，下渗的水分成为地下径流和壤中流，超蓄的部分成为地面径流。考虑到流域内各点的蓄水容量并不相同，实际产流时常常是在部分面积上产流，新安江模型引入流域蓄水容量曲线来刻划流域内各点蓄水容量的不均匀性，把流域内各点的蓄水容量概化成如图2.3所示的一条抛物线（也可概化成其它函数形式），其方程为：
b
mm m W W F f ???? ??--='11 （2-1） 式中： FR F
f =为产流面积； 'm W ——是点蓄水容量,mm ；
f ——是蓄水容量小于等于蓄水量'm
W 的全部点的面积,2Km ； F ——是单元流域面积, 2Km ；
b ——是蓄水容量曲线指数。
mm W ——是流域内点最大蓄水容量,mm ；其与流域平均蓄水容量M W 的关系为: ()M mm W b W ?+=1 （2-2） 引入蓄水容量曲线后，在降雨过程中，只有在满足了包气带蓄水容量的面积上才可能产生径流，其余面积上不产生径流。扣除蒸发后的有效降雨量e P 中，未转化为净雨产流量R 的水分通过下渗进入流域包气带土层，补充土层蓄水量W 。引入流域蓄水容量曲线后的产流计算式为：
当mm e W a P <+时为部分面积产流
b mm e M M e W a P W W W P R +???? ?
?+-?++-=1101 （2-3）
当mm e W a P ≥+时为全流域面积产流 0W W P R M e +-= （2-4）
????
?????????? ??-+?=+b M mm W W W a 11011 （2-5） 三、新安江三水源模型水源划分
1．不考虑自由水蓄水容量分布不均匀的划分方法
求得的产流量R 包括地面径流RS 、壤中流RI 和地下径流RG 三部分。新安江三水源模型用一个自由水蓄水库解决水源划分，自由水蓄水库有两个出流孔，底孔为地下径流RG 出流孔，边孔为壤中流RI 出流孔。新安江模型考虑了产流面积（e P R FR /=）的变化，自由水蓄水库实际只发生在产流面积上，其底宽为产流面积FR ，显然它是随时间变化的。产流量R 进入水库即在产流面积上产生e P 的径流深，也就是自由水蓄水库所增加的蓄水深，当自由水蓄水深S 超过其最大值m S 时，超过部分成为地面径流RS 。壤中流RI 和地下径流RG 按线性水库出流，其出流系数分别为KI 和KG 。底孔出流量RG 和边孔出流量RI 分别进入各自的水库，并按线性水库的退水规律流出，分别成为地下水出流QG 和壤中流出流QI 。模型认为蒸散发在张力水中消耗，自由水蓄水库的水量全部为径流。水源划分示意图见图3。水源划分计算式为：
地面径流计算式：
当m e S S P >+0 m e S S P RS -+=0 （2-6） 当m e S S P ≤+0 0=-RS （2-7） 壤中流计算式： S KI RI ?= （2-8）
地下径流计算式： S KG RG ?= （2-9） 注意每步计算时应将自由水蓄水库的蓄量S 折算为当前时段产流面积上的深度。
2.考虑自由水蓄水容量分布不均匀的划分方法
流域自由水蓄水容量实际上也是不均匀的，作为图3表示的水源划分方法的改进，人们引入流域自由水蓄水容量分布曲线来刻化自由水蓄水量的不均匀性，其线型与流域蓄水容量曲线类似，曲线见图4，曲线方程如下式。
bx mm m S S F f ???? ??--='11 （2-10）
式中： FR F
f =为产流面积； 'm S ——是点自由水蓄水容量；
f ——是自由水蓄水容量小于等于蓄水量'm
S 的全部点的面积； F ——是单元流域面积；
bx ——是自由水蓄水容量曲线指数。
mm S ——是流域内点最大自由水蓄水容量；与流域平均自由水蓄水容量M S 的关系为：
()M mm S bx S ?+=1 （2-11）
由于认为在产流面积上才有自由水，因此，产流面积FR 上的点最大自由水蓄水容量Smmf 是随产流面积FR 变化而变化的，见图4。对当前时段，已知FR ，则将其代人（2-10）得
bx mm S Smmf F f FR ???? ??--==11 （2-12）
从（2-12）解出Smmf 得： ()??
????--?=bx mm FR S Smmf 111 （2-13） 同样，在产流面积FR 上的自由水平均蓄水容量Smf 与该面积上的点最大自由水蓄水容量Smmf 的关系为：
()Smf bx Smmf ?+=1 （2-14）
在划分水源时，产流面积上的只有在满足了蓄水容量的水库面积上才可能产生地面径流RS ；其余面积上不产生地面径流。进入水库的水分扣除地面径流量RS 后，剩余的补充水库蓄水量S ，这时的水源划分计算式为：
⑴地面径流出流
当Smmf Au P e <+时为部分面积产流
bx e e Smmf Au P Smf S Smf P RS +???
? ??+-?++-=1101 （2-15）
当Smmf Au P e ≥+时为全流域面积产流 0S Smf P RS e +-= （2-16）
式中：
1.0 FR 'FR
0S ——为计算时段初的自由水蓄水库的蓄水量（用产流面积上的平均深度表示）；
Au ——为计算相应于0S 的自由水蓄水库前期影响入流量，由下式计算；
????
?????????? ??-+?=+bx Smf S Smmf Au 11011 （2-17） 进入水库的水分扣除地面径流量RS 后，剩余的补充水库蓄水量S ：
RS P S S e -+=0 （2-18）
自由水蓄水库的时段入流量为时段产流量R ，但由（2-3）或（2-4）计算的产流量R 是用流域平均水深表示的水量，应将R 折算为产流面积上表示的水深。可以证明R 折算为产流面积上表示的水深值恰为流域有效降雨值e P ，证明如下：
f F R /?为R 折算为产流面积上表示的水深，根据降雨～径流关系的性质，水文学原理中已经证明相对产流面积F f /与产流量?R 之间有关系：
e
P R F f = （2-19） 从此式可看出e P f F R =?/
⑵壤中流出流： S KI RI ?= （2-20）
⑶地下径流出流： S KG RG ?= （2-21） 由于S ，e P 都是产流面积上的深度表示的水量，计算所得RS 、RI 、RG 应折算回全流域深度表示的水量，即：RS 、RI 、RG 在当前时段计算结束后应乘F f /。 蒸散发计算
四、流域蒸散发计算
蒸散发模型不考虑面上分布的不均匀性，但可考虑土湿垂向分布的不均匀性，根据需要采用两层或三层蒸散发模型计算流域蒸发量。两层蒸散发模型将土层分为上、下两层，各层蓄水容量分别为WUM 、WLM （WLM W WUM M -=）。流域土层下渗蓄水和蒸散发计算过程按下述原则进行：降雨先补充上层，上层蓄满后再补充下层；蒸发时先蒸发上层，上层蓄水量蒸发殆尽后再蒸发下层。
1.两层蒸散发模型的计算式如下：
⑴Ep WU P ≥+：Ep EU =，0=EL ，EU E =
⑵ Ep WU P <+： WU P EU +=，()WLM WL EU Ep EL /?-=，EL EU E +=
式中：
P ——是流域降雨量，mm ；
Ep ——是流域蒸散发能力，mm ；
生态环境 2006, 15(6): 1391-1396 https://www.doczj.com/doc/d712957338.html, Ecology and Environment E-mail: editor@https://www.doczj.com/doc/d712957338.html, 基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（KZCX-SW-446） 作者简介：赵少华（1980－），男，博士研究生，主要研究方向为农业生态及遥感水文生态。Tel: +86-311-85814806; E-mail: zshyytt@https://www.doczj.com/doc/d712957338.html, *通讯作者 遥感水文耦合模型的研究进展 赵少华1, 2，邱国玉1，杨永辉2 *，吴 晓1，尹 靖1 1. 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室//北京师范大学资源学院，北京 100875； 2. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心//河北省节水农业重点实验室，河北 石家庄 050021 摘要：遥感水文的耦合模型在目前生态环境领域，特别是在水资源的应用和管理中其作用日益重要，具有大流域尺度上快速应用、实时动态监测等优点。结合国内外近年来取得的研究成果，文章综述了遥感水文耦合模型的研究进展。首先介绍了遥感技术在水文学中的应用，讨论了它的分类发展概况，接着介绍了几种主要的遥感水文耦合模型及其应用实例，包括SCS （Soil Conservation Services ）模型、SiB2（Simple Biosphere Model version 2）简化生物圈模型、SRM （Snowmelt Runoff Model ）融雪径流模型以及SWAT （Soil and Water Assessment Tool ）模型，最后展望了遥感水文耦合模型未来的发展趋势，指出尺度问题上的时空变异性仍是其发展的关键，与GIS （Geographic information system ）及其他空间技术的相结合是其未来发展的重要方向，从而为水文学、水资源的预测评价等研究提供参考。 关键词：遥感；水文；径流；流域 中图分类号：P338.9 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）06-1391-06 水文模型是以水文系统为研究对象，根据降雨和径流在自然界的运动规律建立数学模型，通过电子计算机快速分析、数值模拟、图像显示和实时预测各种水体的存在、循环和分布，以及物理和化学特性[1]。通过对各种参数的计算，水文模型可以对河流、流域、径流以及水体等进行监测预报、水资源调度等。然而随着社会的发展和科学技术的不断进步，对水文模型的功能要求也越来越多，也越来越高，从单纯的流域某控制断面的洪水预报到全流域的洪水、水资源调度，导致模型的框架结构越来越复杂。地理信息技术和遥感技术的发展更是大力促进了水文模型的应用和发展。对于遥感在水文模拟中的应用，Schultz [2]举出了利用多光谱Landsat 卫星数据估算模型参数、利用NOAA 红外卫星数据作为模型的输入量来计算历史的月径流量以及应用雷达测雨数据于分布式模型中来实时预报洪水的三个例子。水文模型需要大量的空间数据，通过遥感技术可以为其提供DEM （数字高程模型）、土地覆盖/利用、降雨、地表温度、土壤特性、LAI （叶面积指数）和蒸散发等资料[3-5]。 遥感水文的耦合模型是流域水文模型发展的一个重要方向，有广阔的发展前景。简单来说，遥感水文耦合模型就是与遥感信息相结合的水文模型，模型中可以直接或间接地应用遥感资料，通过遥感水文耦合模型可以在更大范围内更准确地估算流域的水文概况、水体变化监测、洪水过程监测 预报等。然而目前国内外对遥感水文耦合模型的研究还不多，还没有对该方面的研究做系统深入的报道，本文正是基于此目的，综述了近年来遥感水文耦合的模型在国内外取得的研究成果，分别讨论了它的分类发展概况、几种主要的遥感水文耦合模型及未来的发展趋势，以期为水资源、水文学的预测评价研究等提供参考。 1 遥感技术在水文学中的应用 遥感技术在水文学中的应用大致可分为两个方面：一是直接运用：如降雨量变化的估算[6]、水体（湖泊、湿地等）面积变化的推算[7-10]、冰川和积雪的融化状态监测以及洪水过程的动态监测等（其中监测洪水过程的动态最具有代表性）。如Zhang 等[11]在长江的汉口段流域上，提出利用高分辨率的QuickBird 2 卫星影像资料估算河流流量的方法，该法通过与河流宽度－水位及遥测水位－流量关系曲线耦合来测量河流水面宽度变化，从而准确评估其流量。二是间接运用：利用遥感资料推求有关水文过程中的参数和变量。通常是利用一些统计模型和概念性水文模型、经验公式等，结合遥感资料来获取诸如径流、水质（如全氮TN 、全磷TP 、悬浮物SS 、化学需氧量COD 、生物需氧量BOD 等）、 土壤水分等水文变量[12] ，如对径流的估算，可通过估算降雨、截流、蒸散发和土壤蓄水量等参数来进行[13]。对于全球或区域尺度上的蒸发估算，遥感技术不仅具有对大面积地面特征信息同时快捷获得
2新安江流域水文模型 60年代初，河海大学(原华东水利学院)水文系赵人俊等开始研究蓄满产流模型，配合一定的汇流计算，将模型应用于水文预报和水文设计。1973年，他们在对新安江水库做入库流量预报的工作中，把他们的经验归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。模型可用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节径流模拟和计算。 最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下径流。80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱模型中，用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模型，提出了三水源新安江模型，模型可以模拟地面径流、壤中流、地下径流。1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。三水源新安江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流过程精度不够理想。在新安江三模型中增加慢速地下水结构就成为四水源新安江模型。 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。分块模型把流域分成许多块单元流域，对每个单元流域做产、汇计算，得到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，就求得了流域出口的总出流过程。 划分单元流域的主要目的是处理降雨分布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨分布比较均匀。并有一定数目的雨量站。其次尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处理问题，并便于利用已有的小流域水文资料。如果流域内有大中型水库，则水库以上的集水面积即应作为一个单元流域。因为各单元流域的产汇、流计算方法基本相同，以下只讨论一个单元流域的情况。 新安江模型包括4个计算环节：蒸散发计算；流域产流计算；径流划分；汇流计算。4个计算环节分别概化了流域降雨径流的主要产、汇流物理过程。 2.1流域蒸散发计算 各种水源的蒸散发计算模型均可采用两层蒸发模型或两层蒸发模型，一般根据实际情况选用。原则是在模拟径流精度相同的情况下，尽量采用参数少的两层蒸散发模型。蒸散发模型不考虑面上分布的不均匀性，但可考虑土湿垂向分布的不均匀性。 两层蒸散发模型将土层分为上、下两层，各层蓄水容量分别为WUM、WLM
东南大学交通学院 桥涵水文资料整理 指导老师：许崇法 姓名：郭赵元 学号：21710131
目录 第一章新安江模型 (3) 1.1 新安江模型简介 (3) 1.2 新安江模型的基本原理 (3) 1.3 新安江模型结构 (4) 第二章陕北模型 (6) 2.1陕北模型简介 (6) 2.2 陕北模型结构 ............... .. (7) 2.3 模型评述 (8)
第一章新安江模型 1.1新安江模型简介 新安江模型始建于 1973 年，采用蓄满产流的概念，以土壤含水量达到田间持水量后才产流，是个分布式的概念性模型，30 多年来在我国湿润与半湿润地区有广泛应用，并发展改进为三水源的以及其他多水源的模型。 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。 1.2新安江模型的基本原理 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。 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。 新安江模型的流程图见图。图中输入为实测降雨P和实测蒸散发能力EM，输出为流域出口断面流量Q和流域蒸散发量E。方框内是状态变量，方框外是常数常量。模型主要由四部分组成，即蒸散发计算、产流量计算、水源划分和汇流计算。
新安江模型评述 宫兴龙1 （1.东北农业大学水利学院、黑龙江、哈尔滨 150030） 摘要： 针对目前对新安江模型构建的机理和使用条件不是十分清楚的情况 （目的）， 本文从新安江模型的面雨量算法的适用性、蓄水容量曲线的选取、产流机制、产流方法、汇流机理和汇流方法等六方面对新安江模型进行深入的分析。 （方法） 对目前新安江模型使用情况进行汇总和归纳出新安江使用情况。 （方法） 文章介绍了近年来新安江模型在结构、理论方法及应用等方面取得的进展，认为新安江模型是一个不断发展的模型理论体系。 （结论） 本文可以为应用新安江模型给提供参考，也为评述水文模型提供了方法。 （意义） 关键词：新安江模型；产流；汇流；模型应用 英文名称 GONG xinglong1 （1．School of Water Conservancy and Construction Northeast Agricultural University，Haerbin，150030）Abstract: Key words: 1.引言 1973年，河海大学赵人俊教授领导的研究组在编制新安江入库 1作者简介(小5黑)：姓名（出生年份-），性别，××省××市（县）人，职务，学历。主要从事××××方面研究。E-mail：
洪水预报方案时，汇集了当时在产汇流理论方面的研究成果，并结合大流域洪水预报的特点，设计了国内第一个完整的流域水文模型—新安江流域水文模型，以下简称新安江模型。最初研制的是二水源新安江模型，80年代中期，借鉴山坡水文学的概念和国内外产汇流理论的研究成果，提出了三水源新安江模型。 （简要叙述一下模型的构建过程） 新安江被水文学家和学者广泛的应用和改进[1]。 （说明模型应用比较广泛、模型非常重 要或模型对学科有指导意义等） 虽然新安江模型被广泛的使用，但很多学者在应用时新安江模型时，对该模型构建的机理和使用条件认识不是十分清楚，在应用常常出现效果不好情况，针对这种情况本文对新安江模型构建和使用情况进行了一个深入的分析。 （发现模型构建上问题或使用问题， 本文采用什么方法进行处理， 得到的结果是什么样子） 2.蒸散发 新安江模型计算蒸散发是通过由水面蒸发推求流域蒸散发。 常用的水面蒸发有热量平衡法、空气动力学法、混合法、水量平衡法和经验公式法。 由于一个流域的水面蒸发应用公式法计算蒸发比较困难，传统的求水面蒸发是利用仪器进行观测，举例（）， 站点设置要求 3.面雨量计算 由点雨量推求面雨量传统方法，泰森多边形法、算术平均、等雨量线法、距离倒数法等，雨量站设定的要求。 现代方法——降雨空间分布的测定——雷达测雨， 一般新安江模型采用泰森多边形，泰森多边形对雨量站要求？ 如果选取算术平均对雨量站要求？ 4.产流 产流机制有蓄满产流和超渗产流等两类。传统的新安江模型使用蓄
新安江模型的应用 张利茹 河海大学水文水资源学院，南京（210098） 摘要：新安江降雨径流模型应用在梁辉水库上，采用2002年至2006年五年的降雨和蒸发资料对该流域进行日模和次模的模拟，得出的结果还比较满意。为了找出新安江模型的敏感性参数，本文在其他研究人员的基础上，选出公认的比较敏感的参数，把它们的值分别变成初始值的80%、90%和110%（CG除外）后进行模拟计算，得出的结果证实了学者们的说法。 关键词：新安江模型，梁辉水库，敏感性分析 1. 新安江模型简介 新安江模型始建于1973年，采用蓄满产流的概念，以土壤含水量达到田间持水量后才产流，是个分布式的概念性模型，30多年来在我国湿润与半湿润地区有广泛应用，并发展改进为三水源的以及其他多水源的模型【1】。几十年来，很多专家和学者都致力于新安江模型的应用和发展上，发表了数以百计篇文章(像赵仁俊，1992；程等人，2002)，但很少有用一个实际例子来研究新安江模型参数的敏感性问题的，实际上，新安江模型参数的命感性分析会有助于该模型的更广泛的应用，例如，对于无资料的地区或是资料不全的地区，参数的敏感性分析将显得更加有用。 2. 新安江模型结构 新安江模型是分散性的模型，常按泰森多边形法把全流域分成许多单元流域，产流部分采用蓄满产流模型，另增加了流域不透水面积占全流域面积之比的参数IMP。蒸发部分采用三水源蒸散发模式。河道洪水演算采用马斯京根法。地面径流的汇流采用经验单位线，并假定每个单元流域上的无因次单位线相同，简化结构。地下径流的汇流采用线性水库。对每一个单元流域作汇流计算，求得单元流域出口流量过程。再进行出口以下的河道洪水演算，得出流域出口的流量过程。把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域出口的总出流过程[2]。新安江模型流程图如图1。 基于概念型降雨径流蓄满产流的新安江模型，其参数可大致划分为四种类型，如下述：（1）蒸散发。此部分的参数包括K、C、WUM、WLM。 K：流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。它反映蒸发皿蒸发量与流域蒸发能力的差别，也反映蒸发皿蒸发量对全流域（高程差）的代表性问题，对具体流域来说，以优选为宜，即选模拟径流误差最小时的K值。夏天其值一般取1.3～1.5，冬天一般取1.0。 C：深层蒸散发系数。它决定于深根植物占流域面积的比值，同时也与WUM+WLM
新安江模型程序C++代码 以下是类的声明： class XinanjiangModel { private: // FORCING double *m_pP; // 降水数据 double *m_pEm; // 水面蒸发数据 // long m_nSteps; // 模型要运行的步长(一共m_nSteps步) long steps; // OUTPUT double *m_pR; // 流域内每一步长的产流量(径流深度) double *m_pRs; // 每一步长的地表径流深(毫米) double *m_pRi; // 每一步长的壤中流深（毫米） double *m_pRg; // 每一步长的地下径流深(毫米) double *m_pE; // 每一步长的蒸发(毫米) double *m_pQrs; // 流域出口地表径流量 double *m_pQri; // 流域出口壤中流径流流量 double *m_pQrg; // 流域出口地下径流量 double *m_pQ; // 流域出口的总流量 double m_U; // for 24h. U=A(km^2)/3.6/delta_t // SOIL double *m_pW; // 流域内土壤湿度 double *m_pWu; // 流域内上层土壤湿度 double *m_pWl; // 流域内下层土壤适度 double *m_pWd; // 流域内深层土壤湿度 double m_Wum; // 流域内上层土壤蓄水容量 double m_Wlm; // 流域内下层土壤蓄水容量
double m_Wdm; // 流域内深层土壤蓄水容量，WDM=WM-WUM-WLM // EVAPORATION double *m_pEu; // 上层土壤蒸发量（毫米） double *m_pEl; // 下层土壤蒸发量（毫米） double *m_pEd; // 深层土壤蒸发量（毫米） //runoff double *RF; // PARAMETER double m_Kc; // 流域蒸散发能力与实测蒸散发值的比 double m_IM; // 不透水面积占全流域面积之比 double m_B; // 蓄水容量曲线的方次，小流域（几平方公里）B0.1左右 // 中等面积（平方公里以内）.2~0.3，较大面积.3~0.4 double m_WM; // 流域平均蓄水容量（毫米）(WM=WUM+WLM+WDM) double m_C; // 流域内深层土壤蒸发系数，江南湿润地区：0.15-0.2， //华北半湿润地区：.09-0.12 double m_SM; //自由水蓄水容量 double m_EX; //自由水蓄水容量～面积分布曲线指数 double m_KG; //地下水日出流系数 double m_KI; //壤中流日出流系数 double m_CG; //地下水消退系数 double m_CI; //壤中流消退系数 double *m_UH; // 单元流域上地面径流的单位线 double m_WMM; // 流域内最大蓄水容量 double m_Area; // 流域面积 int m_DeltaT; // 每一步长的小时数 int m_PD; // 给定数据，用以判断是否时行河道汇流计算 public: XinanjiangModel(void); ~XinanjiangModel(void); // 初始化模型
新安江模型介绍： 三水源新安江模型蒸散发计算采用三层模型；产流计算采用蓄满产流模型；用自由水蓄水库结构将总径流划分为地表径流、壤中流和地下径流三种；流域汇流计算采用线性水库。模型结构： 模型计算： 在新安江模型中，流域蒸散发计算没有考虑流域内土壤含水量在面上分布的不均匀性，而是按土壤垂向分布的不均匀性将土层分为三层，用三层蒸散发模型计算蒸散发量。参数有流域平均张力水容量WM（mm），上层张力水容量UM(mm)，下层张力水容量LM(mm)，深层张力水容量DM(mm)，蒸散发折算系数KC和深层蒸散发扩散系数C。 具体计算为 若P+WU>=EP,则EU=EP,EL=0,ED=0; 若P+WU 新安江模型基本原理 1.1 新安江模型原理 原华东水利学院（现为河海大学）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》，它的结论与赵人俊教授的观点基本一 致：传统的超渗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 年代初引进了山坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。新安江三水源 模型流程图见下图 1.1。 图 1.1 三水源新安江模型流程图 新安江水文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、孔底的自由水蓄水库把总径流划分为饱和地面径流、 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 UH 或L ， CS 单元 面积 出流 KE XE IM WM B UM S KG LM C 不透水面积产流 RB 壤中总 入流QI CG 地下流 RG SM EX 2009年 笔试：1.简述新安江模型的水源划分模块2.稳定下渗率和超渗产流中的下渗率的区别3.影响迁移转化的因素有哪三类？4.一个关于发电站保证出力的计算题5.三性检验是什么？ 1.在实测径流量过程线分划径流对径流产汇流有什么作用？ 2.新安江二水源和三水源分别以什么方法划分 3.兴利库容计算 4.年调节水电站保证出力计算步骤 5.水体自净三个方面，并举例 6.水质。1.2.3维模型区别，各模型主要考虑因素 7.近年来某些地区经常发生百年一遇洪水，你的见解 （首先解释百年一遇意思，然后这是小概率事件，如果经常发生要质疑还是不是百年一遇，最后谈谈环境变化人为因素的影响） 8.水体耗氧主要表现在 9.水库特征水位及承担下，防洪任务时如何确定设计洪水位 面试中文题：1.S-P模型的三个假设条件是什么？2.水库的特征水位有哪些？从低到高按顺序说出3.谈谈对重力坝的了解（优缺点）4.径流的影响因素有哪些？5.武大水利水电学院主要研究哪三块内容？6.概率和频率的区别 面试口语：1.自我介绍2.谈谈对中国环境问题的了解3.谈谈对南水北调工程的了解4.对武大及武大本专业的认识6.对三峡的了解5.对广东水资源的了解，对广东情况的了解（咸潮） 2010年3 笔试： 1．近年来某些地区经常发生百年一遇的洪水，你的见解。 2．建立水文模型时，需获得大量流量雨量及蒸发的实测资料，试问这些资料对产汇流模块的具体作用是什么？ 3．简述新安江二、三水源划分模块。 4．逆时序法求兴利库容。 5．水库特征水位是什么？在水库下游有防洪要求时，如何确定设计供水位？ 6．水体耗氧主要表现在？ 7．水质一、二、三维模型区别？ 8．水体自净三个方面。 9．已知水电站的保证出力，求水电站在日负荷图中的工作位置。 口试： 1.你想在5年或10年后成为一个什么样的人？ 2.高铁的利弊？ 3.你最喜欢的运动？ 4.你最喜欢的电影/最不喜欢的电影？ 5.你为什么选择现在这个专业？ 6.你认为水利工作者必须具备的品质：责任心/勤奋……？ 7.你在课余时间做些什么？ 一新安江模型基本原理 1.1新安江模型原理 原华东水利学院（现为河海大学）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》，它的结论与赵人俊教授的观点基本一致：传统的超渗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年代初引进了山坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。新安江三水源模型流程图见下图1.1。 图1.1 三水源新安江模型流程图 新安江水文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、孔底的自由水蓄水库把总径流划分为饱和地面径流、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。模型中主要参数如表1.1所示。 表1.1 新安江（三水源）模型参数的定义 参数含义 K蒸散发能力折算系数 WM流域蓄水容量 UM上层蓄水容量 LM下层蓄水容量 C深层蒸散发系数 IM不透水面积占全流域面积之比 B蓄水容量曲线指数 SM流域自由水蓄水容量 EX自由水蓄水容量曲线指数 KI壤中水径流出流系数 KG地下水径流出流系数 CS地面径流消退系数 CI壤中水径流消退系数 CG地下水径流消退系数 N子河段数 KE子河段洪水波传播时间 XE子河段流量比重因子概念性模型的结构反应客观水文规律，参数应该代表流域的水文特征，把模型设计为分散性的，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 第八章新安江模型 8.1 概述 新安江模型是由原华东水利学院（现为河海大学）赵人俊教授等（赵人俊，1984）提出来的。从降雨径流经验相关图研究开始（华东水利学院水文系，1962），投入了水文预报教研室的十余位教师、研究生和上百的本科生前后经历了约20年才形成了蓄满产流概念、理论及其二水源新安江模型。之后提出三水源新安江模型（赵人俊，1984），并开始在水情预报和遥测自动化的实时洪水预报系统中开始大量应用，通过对模型的结构、考虑的因素不断改进和完善，发展至今已形成了理论上具有一定系统性、结构较为完善、应用效果较好的流域水文模型，并被联合国教科文组织列为国际推广模型而广为国内外水文学家所了解和应用。 新安江模型研究概括起来可以分为二水源新安江模型、三水源新安江模型和新安江模型改进研究三个阶段。 8.2 二水源新安江模型 二水源新安江模型包括直接径流和地下径流，产流计算用蓄满产流方法，流域蒸发采用二层或三层蒸发，水源划分用的是稳定下渗法，直接径流坡面汇流用单位线法，地下径流坡面汇流用线性水库，河道汇流采用马斯京根分河段演算法。 8.2.1 前期研究 降雨径流相关图是径流估计最早使用的方法之一。考虑前期气候指数的降雨径流相关 图是蓄满产流概念形成的基础，见图8-1。图中P为降雨量,R为径流深, ,0 a P为前期气候指 数。在实际应用中，要计算一次降雨所产生的洪水径流总量，为配合汇流计算，还需求出逐时段的净雨量。利用上述相关图推求时段净雨量的具体步骤如下。 （1）求本次降雨开始时的 ,0 a P; （2）按逐时段累积降雨量在关系图上查得累积径流量; （3）由相邻时段的累积径流量之差得时段净雨量。 第二章新安江流域水文模型 60年代初，河海大学(原华东水利学院)水文系赵人授等开始研究蓄满产流模型，配合一定的汇流计算，将模型应用于水文预报和水文设计。1973年，他们在对新安江水库做人库流量预报的工作中，把他们的经验归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。模型可用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节径流模拟和计算。 最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下径流。80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱模型中，用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模型，提出了三水源新安江模型，模型可以模拟地面径流、壤中流、地下径流。1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。三水源新安江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流过程精度不够理想。在新安江三模型中增加慢速地下水结构就成为四水源新安江模型。 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。分块模型把流域分成许多块单元流域，对每个单元流域做产、汇计算，得到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，就求得了流域出口的总出流过程。 划分单元流域的主要目的是处理降雨分布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨分布比较均匀．并有一定数目的雨量站。其次尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处理问题，并便于利用已有的小流域水文资料。如果流域内有大中型水库，则水库以上的集水面积即应作为一个单元流域。因为各单元流域的产汇、流计算方法基本相同，以下只讨论一个单元流域的情况。 2.1新安江两水源模型 1．模型结构和参数 新安江两水源模型的产流子模型采用蓄满产流模型，蒸发计算采用三层蒸发计算模型。利用稳定下渗率FC将径流划分为地面径流和地下径流两种水源。地面径流采用单位线汇流，地下径流采用一次线性水库汇流。模型把流域面积划分为透水面积和不透水面积两部分，不透水面积上的降水在满足蒸发后将直接转化为地面径流。透水面积上将发生下渗，下渗的水量一部分存储于土壤层，后期耗于蒸发；满足了流域土壤蓄水容量后的下渗水量才能转化为径流。 不透水面积用参数IMP表示，它是用流域内不透水面积占全流域面积的百分比表示的。新安江模型的输出是流域出流过程t E～， Q～和流域蒸散发过程t 输入则为时段降雨量P、蒸发皿观测蒸发量EI。 新安江两水源模型共有9个参数，一条单位线。 K——流域蒸发折算系数，是流域蒸散发能力与蒸发皿蒸发量之比； C——深层蒸散发系数； 第四章新安江流域水文模型 4.1 概述 流域水文模型可分为物理模型、概念性模型和系统模型。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。 概念性流域水文模型属于数学模型，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。 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。 4.2 新安江模型的基本原理 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 第八章新安江模型 8.1概述 新安江模型是由原华东水利学院（现为河海大学）赵人俊教授等（赵人俊，1984）提出来的。从降雨径流经验相关图研究开始（华东水利学院水文系，1962）,投入了水文预报教 研室的十余位教师、研究生和上百的本科生前后经历了约20年才形成了蓄满产流概念、理 论及其二水源新安江模型。之后提出三水源新安江模型（赵人俊，1984），并开始在水情预 报和遥测自动化的实时洪水预报系统中开始大量应用，通过对模型的结构、考虑的因素不断 改进和完善，发展至今已形成了理论上具有一定系统性、结构较为完善、应用效果较好的流 域水文模型，并被联合国教科文组织列为国际推广模型而广为国内外水文学家所了解和应用。 新安江模型研究概括起来可以分为二水源新安江模型、三水源新安江模型和新安江模型 改进研究三个阶段。 8.2二水源新安江模型 二水源新安江模型包括直接径流和地下径流，产流计算用蓄满产流方法，流域蒸发采用二层或三层蒸发，水源划分用的是稳定下渗法，直接径流坡面汇流用单位线法，地下径流坡面汇流用线性水库，河道汇流采用马斯京根分河段演算法。 8.2.1前期研究 降雨径流相关图是径流估计最早使用的方法之一。考虑前期气候指数的降雨径流相关 图是蓄满产流概念形成的基础，见图8-1。图中P为降雨量，R为径流深，F a,0为前期气候指 数。在实际应用中，要计算一次降雨所产生的洪水径流总量，为配合汇流计算，还需求出逐时段的净雨量。利用上述相关图推求时段净雨量的具体步骤如下。 （2）按逐时段累积降雨量在关系图上查得 累积径流量； （1）求本次降雨开始时的巳,0; （3）由相邻时段的累积径流量之差得时段净雨 量。 图8-1时段净雨量推求 新安江模型 新安江模型的流程图 图中输入为实测降雨P和实测蒸散发能力EM，输出为流域出口断面流量Q和流域蒸散发量E 。方框内是状态变量，方框外是常数常量。模型主要由四部分组成，即蒸散发计算、产流计算、水源划分和汇流计算。 变量符号说明： P，实测降雨（已知） E，流域蒸散发量（第一步计算已知） PE，降雨减去蒸发量（产流计算的输入） R，流域产流量（产流计算的输出） W，流域时段末土壤平均蓄水量，产流计算的输出 KC，蒸发折算系数 C，深层蒸散发折算系数 WM，流域总蓄水容量 B，抛物线指数 1蒸发量计算 各层蒸散发的计算原则是，上层按蒸散发能力蒸发，上层含水量蒸发量不够蒸发时，剩余蒸散发能力从下层蒸发，下层蒸发与蒸散发能力及下层含水量成正比，与下层蓄水容量成反比。要求计算的下层蒸发量与剩余蒸散发能力之比不小于深层蒸散发系数C。否则，不足部分由下层含水量补给，当下层水量不够补给时，用深层含水量补。 输入： （1）KC ，蒸发折算系数 （2）上、下、深三层的蓄水容量WUM 、WLM 和WDM （WM=WUM+WLM+WDM ） （3）C ，深层蒸散发折算系数 输出： （1）上、下、深各层的流域蒸散发量EU 、EL 和ED （E=EU+EL+ED ） -- 时段值 （2）上、下、深三层的含水量WU 、WL 和WD （W=WU+WL+WD ） -- 时段值 注：以上的WM 、E 、W 分别表示总的流域蓄水容量、蒸散发量、土壤含水量。 计算公式： EP=K×E 0（E 0，实测水面蒸发量，划分为时段值），WU 0日模拟合而来。 一阶段：当 P+WU ≧EP 时，EU=EP 、EL=0、ED=0，此时WU(t+1)=P(t)+WU(t)-EU(t) 二阶段：当 P+WU 新安江模型参数率定 1. 参数的物理意义新安江（三水源）模型的参数一般具有明确的物理意义，可以分为如下四类： 1）蒸散发参数：K、WUM、WLM、C K 为蒸散发能力折算系数，是指流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。此参数控制着总水量平衡，因此，对水量计算是十分重要的。WUM 为上层蓄水容量，它包括植物截留量。在植被与土壤比较发育的流域，约为20mm；在植被与土壤颇差的流域，约为5～6mm。WLM 为下层蓄水容量。可取60～90mm。 C 为深层蒸散发系数。它决定于深根植物占流域面积的比数，同时也与WUM+WLM值有关，此值越大，深层蒸散发越困难。一般经验，在江南湿润地区C 值约为0.15～0.20 左右，而在华北半湿润地区则在0.09～0.12 左右。 2）产流量参数：WM、B、IMP WM 为流域蓄水容量，是流域干湿程度的指标。一般分为上层WUM、下层WLM和深层WDM，约为120～180mm。B 为蓄水容量曲线的指数。它反映流域上蓄水容量分布的不均匀性。一般经验，流域越大，各种地质地形配置越多样，B 值也越大。在山丘区域，很小面积（几平方公里）的B 值为0.1 左右，中等面积（300 平方公里以内）的B 值为0.2～0.3 左右，较大面积（数千平方公里）的B 值为0.3～0.4 左右。IMP 为不透水面积占全流域面积之比，一般较小，取为0.01～0.05。 3）水源划分参数：SM、EX、KSS、KG SM 为流域平均自由水蓄水容量，本参数受降雨资料时段均化的影响，当以日为计算时段长时，一般流域的SM值约为10～50mm，当所选取的计算时段长较小时，SM要增大，这个参数对地面径流的多少起着决定性作用，因此十分重要。EX 为自由水蓄水容量曲线指数，它表示自由水容量分布不均匀性。通常EX 取值在1～1.5 之间。KSS 为自由水蓄水库对壤中流的出流系数，KG 为自由水蓄水库对地下径流出流系数，这两个出流系数是并联的，其和代表着自由水出流的快慢。一般来说，KSS+KG ＝0.7，相当于从雨止到壤中流止的时间为3 天。 4）汇流参数：CS、CI、CG；KE、XE CS 为河网蓄水消退系数。CI 为壤中流水库的消退系数。如无深层壤中流时，CI 趋于零。当深层壤中流很丰富时，CI趋于0.9。相当于汇流时间为10 天。CG 为地下水库的消退系数。如以日为计算时段长，此值一般为0.98～0.998，相当于汇流时间为50～500 天。KE 为河道汇流Muskingum法中洪水波在河段中的传播时间。X 为河道汇流Muskingum法中的流量比重系数。关键参数X 是一个反映扩散波在运 动过程中洪峰衰减、形状坦化的物理参数。5 . 0 X 是既体现Muskingum法物理意义又 满足其数值计算稳定性的统一条件。 2. 参数的率定新安江（三水源）模型的参数按照物理意义分为四层，上面已经分别作了介绍。参数的率定可以按照蒸散发～产流～分水源～汇流的次序进行，各类参数基本上是相互独立的。按照以下次序率定参数。 1）日模型日模型参数率定按照下述步骤进行：a. 设定各参数的初始值。b. 比较多年总径流。这是最基本的水量平衡校核。使计算的径流深误差不超过20％（规范规定）。如有误差，要首先修改K 值，K 是影响蒸发计算最大的参数。不确定系数及洪峰误差不管。K：在北方地区K 有可能大于1；WM：经验而言，长江流域约为120mm，三层组合一般有（20，70，30），（40，60，20），（20，80，20）等，北方地区WM较大。B、C 不需大改，一般B＝0.3&0.35，C＝0.15 c. 多年总水量基本平衡后，再比较每年的径流，看很干旱的年与湿润年份有无系统误差。如有，应调整WUM、WLM和C。减小WUM 将使少雨季节的蒸发减少，而对于很干旱的季节则无影响。WLM的作用与此相仿。加大C 值将使很干旱的季节的蒸散发增大，而对于有雨季节则无此影响。d. 比较枯季地下径流。如有系 新安江模型流域汇流参数规律研究 徐倩1，李致家1，陈向东2 1河海大学水文水资源学院，南京（210098） 2 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉（430072） E-mail ：xuqian_100@https://www.doczj.com/doc/d712957338.html, 摘 要：利用新安江模型日模、次洪模型，对黄山地区13个流域进行分析计算,得出每个流域的河网水流消退系数（CS ）与流域面积的经验关系。并利用数字高程模型（DEM ），应用Arcview 软件提取河长资料，得出了马斯京根汇流河段数与河长的经验关系。 关键词：新安江模型；河网水流消退系数；河长；经验关系 1 引言 三水源新安江模型概念清楚，结构简单，模型的参数决定于流域的气候、地质、地貌、土壤、植被等自然条件，因此是有地区规律的。直接根据流域的自然条件来确定模型的参数已有一些研究，如WM 、UM 、DM 、B 、C 等这些参数都给出了地区的大致取值范围[1]。但是对于新安江模型的汇流参数如CS （河网水流消退系数）、马斯京根参数与下垫面的关系研究较少。由于技术的限制，许多流域信息、特征不能及时准确地获得，地理信息特征无法准确地获得和使用，使得对于新安江模型与流域下垫面之间的关系研究较少。而数字高程模型（DEM ）的出现为对研究新安江模型与流域下垫面之间的关系提供了有利工具。本文对黄山地区的13个流域作了分析,利用遥感技术以及数字高程模型技术提取下垫面的地貌、河道与流域特征值，建立了新安江汇流参数与流域下垫面的关系。 2 流域汇流方法 流域汇流计算常用的方法有很多，等流时线、单位线、推理公式、滞后演算法等。这些方法对于有水文资料的流域可以实用，但要综合参数的地理规律用于缺乏水文资料的地区则还有困难。主要有两方面的原因，一是方法本身的缺陷，解不出具有地理规律的参数值，二是产流计算的模型失真，使得汇流研究的根据不可靠[2]。 应用新安江模型可以比较正确的求出蒸散发、产流与分水源这三个层次的参数。利用日模型就可以得出结果。但是对于汇流部分必须使用次洪模型，取较小的时段t ?。 新安江模型的汇流部分分为两个阶段[3]：第一阶段，单元面积的河网汇流，用单位线或滞后演算法。第二阶段，单元面积以下的河道汇流，常用Muskingum(马斯京根)[4]法。 本次研究单元面积河网汇流采用滞后演算法，计算公式为： ()(1)()(1)Q t Q t CS QT t L CS =?×+?×? (1) 式中Q ～为单元面积出口流量)/(3 s m ；CS ～为河网水流消退系数；L ～河网汇流滞时()h 。 单元面积以下河道汇流计算采用马斯京根分段连续演算法。计算公式为： 012()()(1)(1)Q t C I t C I t C Q t =×+×?+×? (2) 式中 ,Q I ～分别为出流和入流)/(3 s m 。 通过以此方法为基础，进行流域的产汇流演算。通过大量实测资料调试参数，从而建立参数与流域下垫面的关系。新安江模型原理
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