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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。
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 KEXEIMWM BUM S KGLM C不透水面积产流RB壤中总 入流QICG地下流RGSM EX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，而且对产流也会产生明显的影响。
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。
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。
《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, ,0a 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,0aP;（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。
在这相关图应用过程中发现两个问题，一是前期气候指数不是一个物理量，二是关系不满足水量平衡方程。
为此，提出由土壤含水量W 来反应前期气候的湿润情况，点关系图(,)R f P W =，经大量的实践发现，在湿润地区W 曲线簇的上段均接近45°直线，若点绘成PE W +与R 关系（PE 是扣除雨期蒸发后的净雨量），则呈现如图8-2所示的关系。
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, ,0a 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。
P;（1）求本次降雨开始时的a,0（2）按逐时段累积降雨量在关系图上查得累积径流量;图8-1 时段净雨量推求（3）由相邻时段的累积径流量之差得时段净雨量。
在这相关图应用过程中发现两个问题，一是前期气候指数不是一个物理量，二是关系不满足水量平衡方程。
为此，提出由土壤含水量W 来反应前期气候的湿润情况，点关系图(,)R f P W =，经大量的实践发现，在湿润地区W 曲线簇的上段均接近45°直线，若点绘成PE W +与R 关系（PE 是扣除雨期蒸发后的净雨量），则呈现如图8-2所示的关系。
由图中可知，PE W +有一个临界值，当一次洪水的净雨量PE 与初始土壤含水量W 之和小于该临界值时，呈一组W 曲线簇；当PE W +超过临界值时，PE W +与R 关系为一条45°直线。
即大于该临界值的降雨量全部产生径流，表明此时全流域的土壤含水量已蓄满，由此形成蓄满产流概念。
8.2.2 蓄满产流蓄满产流是产流机制的一种概化。
其基本假设为：任一地点上，土壤含水量达蓄满（即达田间持水量）前，降雨量全部补充土壤含水量，不产流；当土壤蓄满后，其后续降雨量全部产生径流。
其计算式为R PE W WM =+- （8-1）式中 WM —流域平均蓄水容量，mm 。
蓄满产流机制比较接近或符合土壤缺水量不大的湿润地区。
在该类地区，一场较大的降雨常易使全流域土壤含水量达蓄满。
倘若一场降雨不能使全流域蓄满，或一场降雨过程中，全流域尚未蓄满之前，流域内也观测到有径流，这就是图8-2中的下部曲线簇情形。
这是由于前期气候、下垫面等的空间分布不均匀性，导致流域土壤缺水量空间不均匀的结果。
因为，在其他条件相同情况下，缺水量小的地方降雨后易蓄满，先产流。
因此，—个流域的产流过程在空间上是不均匀的，在全流域蓄满前，存在部分地区蓄满而产流。
—般可由流域蓄水容量曲线表征土壤缺水量空间分布的不均匀性。
流域蓄水容量曲线是将流域内各地点包气带的蓄水容量，按从小到大顺序排列得到的一条蓄水容量与相应面积关系的统计曲线，如图8-3所示。
图中纵坐标WM '为各地点包气带蓄水容量值，WMM 为其中最大值，一般都以mm 表示；横坐标α为面积的相对值/f F ，F 是全流域面积，f 为流域内包气带蓄水容量小于或等于WM '的面积，曲线所围的面积图8-2 PE W +与R 关系示意图WM 为全流域平均的蓄水容量。
包气带含水量中有一部分水量在最干旱的自然状况下也不可能被蒸发掉，因此上述的包气带蓄水容量是包气带中实际可变动的最大含水量，即包气带达田间持水量时的含水量与最干旱时含水量之差，也等于包气带最干旱时的缺水量，因此，流域蓄水容量曲线也反映了流域包气带缺水容量分布特性。
据大量经验分析，蓄水容量曲线可由如下指数方程近似描述11b WM WMM α'⎛⎫=-- ⎪⎝⎭（8-2） 其中：b 是常数，反映流域包气带蓄水容量分布的不均匀性，b 值越小表示越均匀，当b ＝0时表示流域内包气带蓄水容量均匀不变，而b 值越大表示越不均匀。
据上式，流域平均蓄水容量WM 为0(1)WMM WM dWM α'=-⎰ （8-3） 积分得1WMM WM b=+ （8-4） 一般情况下，降雨前的初始土壤含水量不为零。
这时，初始土壤含水量在流域上的分布直接影响降雨产流量值。
各次降雨前的初始土壤含水量分布是不相同的，但从多次平均的统计角度，认为分布规律也符合式（8-2）的变化。
如图8-4中斜线所示面积为流域平均的初始土壤含水量W ，最大值为a ，全流域中有比例为0α的面积上已蓄满，降在该部分的面积上雨量形成径流，降在比例为1-0α的面积上的降雨量不能全部形成径流，这些量表达为 图8-3 包气带蓄水容量曲线 图8-4 局部产流示意图011b a WMM α⎛⎫=-- ⎪⎝⎭（8-5） 0(1)a W dWM α'=-⎰ （8-6）积分式（8-6）得111b a W WM WMM +⎡⎤⎛⎫=--⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦ （8-7） 解上式得1111b W a WMM WM +⎡⎤⎛⎫⎢⎥=-- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（8-8） 如这时有扣除雨期蒸发后的时段雨量dPE （见图8-4），相应的产流量为dR 、损失量为dW 。
当dPE →0时，可求得土壤含水量为W 时的流域产流比例，即00dPE dRdPE α→===径流系数产流面积（%）（8-9） 由图8-4可知，在初始土湿为W 条件下，降雨量PE 的产流量可由下列计算式求得： 在全流域蓄满前为a PE a R dWM +'=⎰（ a PE +≤WMM ）积分上式得 1111b b a PE a R PE WM WM WMM WMM +++⎛⎫⎛⎫=--+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭由式（8-7），上式简化为 11b PE a R PE W WM WM WMM ++⎛⎫=+-+- ⎪⎝⎭（a PE +≤WMM ） （8-10）在全流域蓄满后为 R PE W WM =+- a PE +≥WMM （8-11）式（8-10）和式（8-11）是全流域蓄满前后的两个产流量计算公式。
在手工作业计算情况中，为应用方便，常用降雨径流相关图表示。
如图8-5所示，设W ＝0，第一时段降雨量为1PE ，如果1PE ＜WMM ，表示全流域未蓄满，为局部产流，1R 值可由式（8-10）算出（此时a ＝0），根据水量平衡可得土壤水分补充量，反映在图8-5（b ）上，即为点1（1PE ，1R ），该点与45°直线的间距即为1W ∆。
同理，设第二时段降雨量为2PE ，相应的产流量2R 和土壤水补充量2W ∆（如图8-5（a ）所示），仍按式（8-10）计算产流量，由累计降雨量12PE PE +算得产流量为12R R +，显然，2R 系2PE 形成。
这时，流域的土壤水分补充量为121212W W W PE PE R R ∆=∆+∆=+--在图8-5（b ）中是点2。
依此类推，可求得逐时段的R 和W ∆值。
当累计降雨量大于WMM ，全流域蓄满，土壤水分补充量为零，产流量按式（8-11）计算，反映在图8-5（b ）中呈平行于45°的直线段，两线的间距即为WM 。
类似地，对于不同初始土湿W ，可得以W 为参变量的降雨径流关系曲线簇。
绘制PE W R 关系曲线时，对于初始土湿0W ≠的曲线，先用式（8-8）求得a ，相应该W 参数量曲线的转折点（45°直线段与曲线的切点）用下式计算：PE WMM a =-大于该PE 的关系线呈45°直线。
当有了(,)R f PE W =关系曲线后，即可进行产流量计算，具体步骤如下。
图8-5 蓄水容量曲线转换为降雨径流关系示意图（1）根据前期实测降雨量和蒸散发计算模式，推算得本次降雨初始时的流域土湿W 。
（2）计算本次降雨的流域平均值P ，扣除雨期蒸发后得PE 值。
（3）查R W PE ~~图得产流量计算值R 。
8.2.3 流域蒸发蒸发是产流计算中的一个重要因素。
一方面，在雨期，雨间蒸发直接减少产流量；另一方面，在无雨期，由于蒸发消耗土壤中的含水量，导致降雨扣损W ∆的增大而间接减少产流量。
流域蒸散发没有实测资料，产流计算中常用简化的蒸散发模型模拟。
影响陆面蒸发的因素主要有气候和下垫面条件两大类。
气候因素，如温度、风速、湿度和太阳辐射等，是影响蒸发的直接动力因素；下垫面条件，如土壤含水量、土壤结构和植被等是影响蒸发的被动因素。
当土壤湿润，含水量大，供蒸发的水分充足时，影响蒸发的主要因素是气候，称这一蒸发为陆面蒸发能力P E ，气候）(f E p = （8-12）陆面蒸发能力虽然不同于水面或器皿蒸发，但两者间有较好的相似性。
由于器皿蒸发有观测资料，水面蒸发理论较为完善，即使没有水面蒸发实测资料也可用一些精度较高的理论公式计算，如彭门公式等。
这一器皿观测的实测资料值或理论公式计算的水面蒸发值，常用来估计流域蒸发能力。
w P E k E ⋅= （8-13）式中：w E 为器皿蒸发或水面蒸发；k 为折算系数。
如果式（8-13）反映器皿蒸发与流域蒸发能力的关系，k 则反映了1k 、2k 和3k 三个差异比例系数。
其中1k 为蒸发皿与大水体水面的蒸发比例系数，2k 为大水体水面与陆面的蒸发比例系数，3k 为蒸发皿位置与流域位置蒸发差异比例系数。
随着蒸发的继续，土壤含水量的减少，供蒸发的水份也越来越少，到供蒸发的水分不充足时（蒸发除受气候因素影响外，还受下垫面条件的影响），使得流域实际蒸发往往小于其蒸发能力。
这是由于土壤含水量减少，E /E p图8-6 蒸发与含水率关系上层毛管断裂，下层对上层的供水速度减慢，土壤含水量越少，供水速度越慢，最后，下层毛管也断裂，水份只能以水汽扩散的形式慢慢向上运动。
据大量的实验观测和分析检验，发现蒸发与土壤含水率θ间有如图8-6所示的关系。
图中E 为实际蒸发量。
由该图可知，蒸发与土壤含水量有明显的三阶段特征。
其中第一阶段的实际蒸发等于其蒸发能力，即为供水充分阶段；第二阶段为随土壤含水量减少而递减阶段，且图中曲线接近于直线，描述为)(1WDM W WDMWLM C C E E P ---=- WLM W WDM << （8-14） 第三阶段为扩散阶段，即C E E P =/ WDM W ≤ （8-15）式中：C 为扩散系数。
