第四章 新安江流域水文模型

一、模型的结构与参数三水源新安江模型的流程图如图1所示.图1 三水源新安江模型流程图图1 中输入为实测雨量P ，实测水面蒸发EM ；输出为流域出口流量Q ，流域蒸散发E.方框内是状态变量，方框外是参数变量。

模型结构及计算方法可分为以下四大部分.1． 蒸散发计算用三个土层的模型，其参数为上层张力水容量UM ，下层张力水容量LM ，深层蒸散发系数C ，蒸散发折算系数K ，所用公式如下：当上层张力水蓄量足够时，上层蒸散发EU 为EM E EU ⨯=当上层已干，而下层蓄量足够时,下层蒸散发EL 为LM WL EM K EL /⨯⨯=当下层蓄量亦不足，要触及深层时，蒸散发ED 为EM K C ED ⨯⨯=2． 产流量计算据蓄满产流概念,参数为包气带张力水容量WM ，张力水蓄水容量曲线的方次B ，不透水面积的比值IM ，所用公式为)1/()1(IM B WM WM -+⨯=))/1(1()1/(1B W M W MM A +--=当0≤⨯-EM K P ，则R=0不然，则当MM A EM K P <+⨯-,B MM A EM K P W M W W M EM K P R ++⨯--⨯++-⨯-=1)/)(1(不然，则W WM EM K P R +-⨯-=式中 R ——产流量；MM ——流域最大点蓄水容量。

3． 分水源计算分三种水源，即地面径流RS 、地下径流RG 和壤中流RI 。

参数为表层土自由水蓄水容量SM ，表层自由水蓄水容量曲线的方次EX ，表层自由水蓄量对地下水的出流系数KG 及对壤中流的出流系数KI,所用公式为SM EX MS ⨯+=)1())/1(1()1/(1EX SM S MS AU +--⨯=)/())((EM K P EM K P IM R FR ⨯-⨯-⨯-=FR KG S RG ⨯⨯=FR KI S RI ⨯⨯=当 0,0=≤⨯-RS EM K P不然，当MS AU EM K P <+⨯-，则FR MS AU EM K P SM S SM EM K P RS EX ⨯+⨯--⨯++-⨯-=+))/)(1((1当MS AU EM K P ≥+⨯-，则FR SM S EM K P RS ⨯-+⨯-=)(4． 汇流计算地下径流用线性水库模拟，其消退系数为CG ，出流进入河网。

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<EP,则EU=P+WU;若WL>C*LM,则WL=(EP-EU)WL/LM,ED=0;若WL<C*LM且WL>=C*(EP-EU),则EL=C*(EP-EU),ED=0;若WL<C*LM且WL<C*(EP-EU),则EL=WL,ED=C*(EP-EU)-WL;水源划分中，本小组采用的是三水源划分。

三水源用自由水蓄水库结构解决水源划分问题，自由水蓄水库结构考虑了包气带的垂向调蓄作用，按蓄满产流模型计算出总径流量R，先进入自由水蓄水库调蓄，再划分水源。

模型参数调整：1蒸散发能力折算系数KCKC是影响产流量计算最为重要和敏感的参数，产流计算中KC控制着水量平衡，因此，对水量计算是最重要的。

KC主要反映流域平均高程与蒸发站高程之间差别的影响和蒸发皿蒸散发于陆面蒸散发间差别的影响。

在实际模拟计算中KC值往往变化很大，最后需经模型调试并验证后确定。

2流域平均张力水容量WM流域平均张力水容量WM表示流域干旱程度，分为UM,LM,DM。

根据经验，南方湿润地区WM约为120~150mm，半湿润地区WM约为150~200mm。

3流域蓄水容量—面积分布曲线指数BB值反映划分单元流域张力水蓄水分布的不均匀程度。

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，配合必然的汇流计算，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，把他们的体会归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。

模型可用于湿润地域和半湿润地域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，模型能够模拟地面径流、壤中流、地下径流。

1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，能够模拟地面径流、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样应用成效较好，但模拟地下水丰硕地域的日径流进程精度不够理想。

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，新安江模型采纳集总模型，当面积较大时，采纳分块模型。

分块模型把流域分成许多块单元流域，对每一个单元流域做产、汇计算，取得单元流域的出口流量进程。

再进行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量进程。

把每一个单元流域的出流进程相加，就求得了流域出口的总出流进程。

划分单元流域的要紧目的是处置降雨散布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨散布比较均匀。

并有一定数量的雨量站。

第二尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处置问题，并便于利用已有的小流域水文资料。

若是流域内有大中型水库，那么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、流计算方式大体相同，以下只讨论一个单元流域的情形。

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个计算环节别离概化了流域降雨径流的要紧产、汇流物理进程。

流域蒸散发计算各类水源的蒸散发计算模型都可采纳两层蒸发模型或两层蒸发模型，一样依如实际情形选用。

《流域水文模拟》结课报告新安江模型的原理、结构及应用、发展历程The principle, structure, application and development process of Xin anjiang Model作者姓名：孔旭学科、专业：水文学及水资源学号：21506149指导教师：王国利完成日期：2016年8月30日大连理工大学Dalian University of Technology摘要新安江模型是河海大学提出的一个概念性降雨径流模型，具有原创性，是我国为数不多的被国际上广泛认可的水文模型。

新安江水文模型在我国湿润与半湿润地区广为应用，取得了良好的效果。

经过近50年的发展，新安江模型已经从最初的专门从事水库入库洪水预报的单一功能模型发展为适合用于水文预报、水资源管理、水土资源评价、面源污染预测、气候变化和人类活动影响研究的多功能的水文模型；其部分参数已从靠经验率定发展为可以进行物理推求。

总之，新安江模型是一个不断发展的模型体系。

本文主要由三部分构成。

第一部分为新安江模型简介，回顾了新安江模型产生的历史背景和发展历程，介绍了新安江模型的基本原理和结构体系；第二部分讲述了新安江模型参数的物理意义及其率定；第三部分为新安江水文模型在英那河流域防洪规划编制当中的应用。

关键词：水文模型；新安江模型；洪水预报The principle, structure, application and development process of Xinanjiang ModelAbstractXin anjiang Model originally proposed by Hehai University is a conceptual rainfall runoff model and is also one of the few widely recognized international hydrological model in China. Xin anjiang hydrological model was widely used in our humid and semi-humid areas, and achieved good results.After nearly 50 years study, Xin anjiang model has been developed from the single-function of reservoir flood forecasting into multi-purpose model including hydrological forecasting, water resources management, water and soil resources evaluation, non-point source pollution prediction, climate change and human activities versatile hydrological model studies. And part of its parameters can be acquired through physical calculation instead of experience. In short, Xin anjiang model is an evolving model system.This paper consists of three parts. The first part is about the brief introduction of Xin anjiang model, which recalls the historical background and the development, as well as introduces the basic principles and architecture; the second part describes the physical meaning of Xin anjiang model parameters and calibration; the third part is about the application of Xin anjiang model in Ying Na River Basin flood control planning.Key Words: hydrological model; Xin anjiang model; Flood forecasting目 录摘 要 .............................................................. I Abstract .. (II)引 言 (1)1 新安江模型简介 (2)1.1 新安江模型起源 ............................... 错误!未定义书签。

《流域水文模拟》结课报告新安江模型的原理、结构及应用、发展历程The principle, structure, application and development process of Xin anjiang Model作者姓名：孔旭学科、专业：水文学及水资源学号：21506149指导教师：王国利完成日期：2016年8月30日大连理工大学Dalian University of Technology摘要新安江模型是河海大学提出的一个概念性降雨径流模型，具有原创性，是我国为数不多的被国际上广泛认可的水文模型。

新安江水文模型在我国湿润与半湿润地区广为应用，取得了良好的效果。

经过近50年的发展，新安江模型已经从最初的专门从事水库入库洪水预报的单一功能模型发展为适合用于水文预报、水资源管理、水土资源评价、面源污染预测、气候变化和人类活动影响研究的多功能的水文模型；其部分参数已从靠经验率定发展为可以进行物理推求。

总之，新安江模型是一个不断发展的模型体系。

本文主要由三部分构成。

第一部分为新安江模型简介，回顾了新安江模型产生的历史背景和发展历程，介绍了新安江模型的基本原理和结构体系；第二部分讲述了新安江模型参数的物理意义及其率定；第三部分为新安江水文模型在英那河流域防洪规划编制当中的应用。

关键词：水文模型；新安江模型；洪水预报The principle, structure, application and development process of Xinanjiang ModelAbstractXin anjiang Model originally proposed by Hehai University is a conceptual rainfall runoff model and is also one of the few widely recognized international hydrological model in China. Xin anjiang hydrological model was widely used in our humid and semi-humid areas, and achieved good results.After nearly 50 years study, Xin anjiang model has been developed from the single-function of reservoir flood forecasting into multi-purpose model including hydrological forecasting, water resources management, water and soil resources evaluation, non-point source pollution prediction, climate change and human activities versatile hydrological model studies. And part of its parameters can be acquired through physical calculation instead of experience. In short, Xin anjiang model is an evolving model system.This paper consists of three parts. The first part is about the brief introduction of Xin anjiang model, which recalls the historical background and the development, as well as introduces the basic principles and architecture; the second part describes the physical meaning of Xin anjiang model parameters and calibration; the third part is about the application of Xin anjiang model in Ying Na River Basin flood control planning.Key Words: hydrological model; Xin anjiang model; Flood forecasting目 录摘 要 .............................................................. I Abstract .. (II)引 言 (1)1 新安江模型简介 (2)1.1 新安江模型起源 ............................... 错误!未定义书签。

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。