新安江模型率定

段
Ⅲ
EL=C×(EP-EU)，ED=0 若WL<C×WLM 且 WL<C×(EP-EU) 则
EL=WL，ED=C×(EP-EU)-WL
Ⅰ上够蒸；Ⅱ上不够下够；Ⅲ上下都不够蒸深
产流计算
蓄满产流模式
降水在满足田间持水量以前不产流，所有的降水都被土壤所 吸收（补充张力水，用于蒸发）；降水在满足田间持水量以 后，所有的降水（扣除同期蒸发量，变为自由水）都产流。
输入：产流量R 参数：自由水蓄水容量SM
地下水出流系数KG 壤中流出流系数KI 输出：地面径流RS 壤中流RI 地下径流RG
水源划分
由于产流面积是不断变化的，而且在产流面积上自由水蓄水容 量分布也是不均匀的。因此，采用类似流域张力水蓄水容量面积 分布曲线的流域自由水蓄水容量面积分配曲线来考虑上述不均匀 性。所谓流域自由水蓄水容量面积分配曲线是指：部分产流面积 随自由水蓄水容量而变化的累计频率曲线
（7）EX：自由水蓄水容量面积分布曲线指数，反映流域自由 水蓄水分布的不均匀程度，大体反映了饱与坡面流产流面积的 发展过程。其值一般取1.0～1.5，由于不敏感且变幅不大，可取 定值1.5。
参数意义
（8、9）KG、KI：自由水蓄水库对地下径流与壤中流的出流 系数，是并联的。KG反映基岩与深层土壤的渗透性，KI反映表 层土的渗透性。KG+KI代表自由水出流的快慢，KG/KI代表地下 径流与壤中流之比（RG/RI），对具体流域一般都为固定值。
参数意义
（6）SM：流域平均自由水蓄水容量，反映表层土（即腐植 土层）的蓄水能力，植被越好土层越厚，值越大。但受降雨资 料时段均化影响明显，时段越短SM越大，因为时段越短越不容 易产生地表径流。其不但决定了地表径流的多少，影响洪峰形 态，且对地表径流与地下径流的比重起决定作用。

对新安江模型的改进摘要:在新安江模型的结构中增加了超渗产流模型,对新安江模型进行了改进,使得新安江模型的产流理论更加完善,可以用于湿润地区、半干旱半湿润地区及干旱地区。

把改进后的模型在半干旱半湿润的沂沭泗流域进行了验证和应用。

关键词:新安江模型超渗产流产流面积下渗模型1引言从产流机制上来讲,湿润地区是蓄满产流,干旱地区是超渗产流,而半干旱和半湿润地区则是蓄满和超渗产流两者皆有。

谈到流域水文模拟模型,国内对于湿润地区有新安江模型、干旱地区有陕北模型;国外模型大家比较熟悉的有萨克拉门托模型与坦克模型,两者皆可用于湿润和干旱地区。

与萨克拉门托模型和坦克模型相比,新安江模型的结构和参数的物理意义比较明确以及容易调试,故在国内水文预报中得到了普遍使用。

由于新安江模型的核心是蓄满产流模型,对于有超渗产流的半干旱半湿润地区或者湿润地区植被较差、土层较薄的地区,新安江模型的使用有些限制。

本文就是针对这一问题在新安江模型的结构中增加了超渗产流模型,对新安江模型进行了改进,使得新安江模型的产流理论更加完善,可以用于湿润地区、半干旱半湿润地区及干旱地区。

最后把改进后的模型在半干旱半湿润的沂沭泗流域进行了验证和应用。

2超渗产流模拟模型根据土壤含水量W大于田间持水量WT与否,雨强i大于下渗能力与否这两对条件,可以写出一组四个产流方程如下:当i>f,W<WT,RS=i-f,RG=0 (1)当i≤fc,W>WT,RS=0,RG=I (2)当i>fc,W>WT,RS=i-fc,RG=fc (3)当i<f,W<WT,RS=RG=0 (4)这是一个土层、一个地点完整的产流方程。

其中式(2)和式(3)是饱和情况下的超蓄产流,即在蓄满的条件下降雨全部产流,或者仅有地下径流或两者皆有;式(1)是超渗产流。

超蓄产流与超渗产流是相反的,但合起来就完整了。

本部分将简要地讨论超渗产流的模拟模型。

超渗(不蓄满)产流最简单的模型首推陕北模型。

用中国洪水预报系统率定丰良河洪水参数摘要：利用水利部“948”项目“交互式洪水预报系统”（也称“中国洪水预报系统”）平台，使用三水源新安江模型，对丰良河的棠荆水文站小流域洪水进行参数率定，并对率定结果进行分析，确定适合该小流域洪水特征的参数，增加模型洪水计算的拟合度。

得到较好的洪水预报方案。

关键词：小流域，中国洪水预报系统，丰良河，棠荆，参数引言应用新安江三水源模型对洪水预报方案进行参数率定，是目前使用较多的一种洪水预报方案制作方法。

但对小流域的洪水预报方案往往结果不太理想。

主要原因是小流域洪水特征是陡涨陡落，汇流时间快，预见期短，而且一般小流域水文站点稀少，雨量站点也相对不足，从而导致小流域的洪水预报能力相对薄弱。

笔者使用“948”项目的“中国洪水预报系统”软件，率定丰良河棠荆站的洪水预报方案，并对率定的参数进行分析、修改和评价。

丰良河是韩江一级支流，发源于兴宁市铁牛牯，于青溪流入丰顺境内，于黄金望楼汇白溪，于高园汇龙溪，流经广洋，在站口汇入韩江。

流域集水面积899km2，河长75km，平均坡降0.286％。

流域内的白溪和龙溪两条支流的集水面积超过100km2，流域内水力资源丰富，理论蕴藏量4.96万kw。

在下游广洋、站口河段两岸，土地低洼、加上受韩江顶托影响，常遭洪涝灾害威胁。

建国后经裁弯取顺，在黄金万亩洪泛区兴建了防洪治涝工程，大大改善了农业生产和人们生活条件。

棠荆站地处丰良河中段，位于丰顺县丰良镇，东经116°12′48″，北纬23°58′18″（该站位置见图1）。

集水面积267km2，河流全长75km，源头至棠荆站测验断面长33km。

是韩江中下游产汇流分析研究的代表站，用于研究粤东莲花山以南高山降水和丰良河各水文要素的特征关系，为二类精度水文站。

图1 棠荆站在流域中的位置示意图丰良河源头至棠荆站测验断面的汇流时间约4小时，棠荆站至丰良河出口传播时间约6小时。

由于测流断面基岩和卵石组成河床，河底高程多年基本保持不变，稳定性好，水位流量关系呈单一曲线。

三水源新安江模型在黄龙带水库洪水预报中的应用摘要:新安江模型是河海大学赵人俊等人提出的,广泛应用于我国潮湿与半潮湿地区,本文分析黄龙带水库的水文特征,重点介绍了新安江三水源模型在黄龙带水库洪水预报中的应用。

关键词:新安江模型黄龙带水库洪水预报黄龙带水库位于从化市东北部,坝址位于流溪河支流汾田水下游,坝址以上干流长度21km,是一座集防洪、灌溉、发电为一体的中型水库,最大库容9458万m3,集雨面积92.3km2。

流溪河流域,地处热带、亚热带季风气候区,水汽十分丰沛。

受冷暖空气的交替影响,天气复杂多变,暴雨、洪涝灾害频繁出现,而且时间跨度长。

每年从3月份起进入雷雨大风活跃期,4月份起进入前汛期,频频南下的冷空气与低纬暖湿空气相遇,常造成暴雨、大暴雨和雷雨大风,而后汛期的7—9月份则是热带气旋的活动盛期,直接导致大暴雨等灾害性天气的发生。

由于黄龙带水库流域面积小,河短流急汇流时间非常短,一般仅几小时,每当发生局地性强暴雨,会造成严重的洪水灾害。

用于洪水预报的水文模型有很多种,新安江模型是河海大学赵人俊等在1973年提出的,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,是分布式的概念性模型,30多年来在我国潮湿与半湿润地区有广泛应用,并发展改为三水源的以及其他多水源的模型。

本文将阐述新安江三水源模型在黄龙带水库流域洪水预报中的运用。

1 基础数据处理1.1 流域性质黄龙带水库流域面积不大,运用新安江模型进行计算时不进行流域分块,采用集总模型。

运用GIS的水文模块对黄龙带水库进行流域提取,以黄龙带水库坝址作为流域出口。

流域内包含三个雨量站,分别是:联星雨量站、枫木塱雨量站、黄龙带水库雨量站。

如图1所示。

1.2 雨量站数据处理采用泰森多边型方法对黄龙带水库流域内雨量站数据进行权重分配。

得到结果如表1所示。

1.3 流域年基流以及次洪前期影响流量处理以2006年为例,黄龙带水库2006年汛前最枯流量Qj为0.55立方米/秒,将其黄龙带水库流域2006年的河川基本流量。

3.1.3模型的参数及率定
（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4类：
1）蒸散发参数： 、 、 、
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，对水量计算是重要的。
为上层蓄水容量，它包括植物截留量。在植被与土壤很好的流域，约为20mm；在植被与土壤颇差的流域，约为5～6mm。
图3.1-4流域自由水蓄水容量曲线
产流面积上的平均蓄水容量深（ ）为
（3-12）
在自由水蓄水容量曲线上 相应的纵坐标 为
（3-13）
式中： 为流域自由水蓄水容量曲线上的自由水在产流面积上的平均蓄水深； 为 对应的纵坐标。
显然， 和 都是产流面积 的函数，是无法确定的变量。这里假定 与产流面积 及全流域上最大一点的自由水蓄水容量 的关系仍为抛物线分布
新安江模型主要由四部分组成：（1）蒸散发计算，蒸散发分为上层、下层和深层；（2）产流计算，采用蓄满产流概念；（3）水源划分，采用自由水蓄水库进行水源划分，水源分为地表、壤中、地下三种径流；（4）汇流计算，汇流分为坡面、河网汇流两个阶段。按线性水库原理计算河网总入流；河道汇流采用马斯京根分段连续演算法。
（3-33）
（3-34）
（3-35）
（3-36）
式中： 为单位转换系数， （ 为流域面积； 为时段长）， 为河网总入流（m3/s）。
b.河网汇流
河网汇流：TRS、TRI、TRG分别进入河网，经河网汇流形成单元面积的出口流量。
新安江三水源模型中用无因次单位线模拟水体从进入河槽到单元出口的河网汇流。在本流域或临近流域，找一个有资料的、面积与单元流域大体相近的流域，分析出地面径流单位线，就可作为初值应用。

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
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
资料年限
1981-2005 1980-2003 1983-1999 1990-1999 1980-2004 1987-2003 1983-1999 1980-2003 1986-1994 1980-2002 1987-1999 1986-1994 1987-2000
本次研究采用分辨率为90m的SRTM DEM数据，由美国航空航天局（NASA）、美国国 家图像测绘局（NIMA）以及德国与意大利航天机构共同合作完成[5]。经过对DEM数据的修 补、数据的截取以及相关处理后，可以得到各个流域的流域边界、利用泰森多边形法划分的 子流域图以及水系图。由于篇幅所限，仅列出屯溪流域的结果。见图1。
参数，使得模型参数率定过程简单化。对于优化模型参数率定过程很有意义。
4 结论
本文通过对 13 个流域应用新安江模型计算的结果，得出了两条关系曲线：（1）流域面

4.水文数学模型： 水文数学模型： 水文数学模型
• 水文数学模型是根据水文循环中各个环节的物理规律建立起 来的“数学系统”。一般文献中指的水文模型实际上是水文 数学模型。 • 根据下渗规律、蒸散发规律、河道洪水波运动规律等建立的 下渗模型、蒸散发模型、河道洪水演算模型都是水文模型， 但是，它们并不是流域水文模型。 • 流域水文模型是以一个流域作为基本的研究单元，以流域的 水文循环的整体过程作为模拟对象，将流域水文循环涉及到 的降水、蒸发、截留和下渗；产流、汇流，包括地表径流、 壤中流、地下径流的产、汇流，以及坡面调蓄和河网调蓄等 流域水文循环的环节或子过程有机地融合在一起，构成一个 完整、严密的数学系统。因此流域水文模型也是一种水文模 型，但是比一般水文模型更完整，结构更复杂，建立模型也 更为困难。
三、新安江模型 1.概述 概述
• 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。上世纪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。在新安江三水源模型中增加慢速地下水 结构就成为四水源新安江模型。
⑵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分布曲线 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 水容量概化成如图所示的一条抛物线（也可概化成其它函数 形式）。

基于GIS的乌江流域新安江模型参数率定同斌;张亮;曾适;熊金和【摘要】为了使新安江模型的运用更能真实反映流域的基本特征及产汇流机理,利用地理信息系统空间分析的功能,由数字高程模型导出乌江武隆以上流域的流域排水网,并在此基础上提取汇流长度及坡度等地形特征值.在地理信息系统平台上,计算出流域下垫面的植被、土壤、地貌等特征值,并将其与流域模型参数建立相关关系.结果表明,各流域模拟的确定性系数及模拟精度均较高.因此,预报结果更加合理,理论依据也更加可靠.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2011(042)006【总页数】4页(P106-108,113)【关键词】地理信息系统;数字高程模型;地形地貌特征值;新安江模型【作者】同斌;张亮;曾适;熊金和【作者单位】长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014;长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014;长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014;长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014【正文语种】中文【中图分类】P334.921 GIS在流域水文模型中的应用以GIS为平台，利用数字高程模型，推求出流域水网并模拟河网，据此由流域分水岭进行单元面积的划分，推求出平均汇流路径长度和坡度等流域下垫面地形特征值［1］。

结合新安江流域水文模型参数物理意义进行参数率定［2］，使流域上新安江模型的运用能更真实地反映流域的基本特征及产汇流机理，从而使预报结果更加合理化，理论依据更加可靠。

因此，GIS的运用可为数字流域模型的建设提供必要的技术和数据保障。

2 乌江武隆以上流域地形特征值的推求2.1 流域自然地理概况乌江是川江南岸最大的支流，集水面积87920km2，河长1030多千米，天然落差2120多米。

乌江水系呈羽状分布，河网密度较大，具名的一级支流 58条。

其中，流域面积大于300km2的有42条，大于1000km2的有16条。

第 １期
薄会娟， 等： 新安江模型参数的局部灵敏度分析
２ ７
型参数进行初步率定， 并模拟 本次 洪 。 水， 如图 ２ 在参数初步率定的基础 上， 采用 修正的摩 尔 斯 分 类 筛 选 法 对 表 ２中 所列参数的局部灵敏度进行 分析， 以 ５ ％ 为固定步长对某一参数值 进行扰 ０ ％ 、－１ ５ ％、 动， 分 别 取 其 值 的 －２ － １ ０ ％、 － ５ ％、 ＋ ５ ％、 ＋ １ ０ ％、 ＋ １ ５ ％和 ＋ ２ ０ ％， 而其他 参数 值固 定 不变。观察 参 数 的 变 化 对 径 流 总 量 和峰值 流 量 的 灵 敏 度 的 影 响， 如表 ２ 、 图３ 。 由表 ２ 、 图 ３看 出， 最灵敏的参 数是 Ｆ Ｃ和 Ｃ ｇ ， 其值均大于 １ 。 ｂ 对峰 值流量的 灵 敏 度 要 大 于 对 径 流 总 量 灵敏度， 对峰值流量的灵敏度 判别 因 ， 是 高 灵 敏 参 数， 而对于 子 要大于 １ 径流总量来说是灵敏参数。 Ｋ ｃ 和 ＷＭ 的灵敏度辨别 因 子 均 大 于 ０ ． ５ ， 都是 灵敏参数。 其他参数为不灵敏参数。 Ｍ、 由 两 种 方 法 可 以 得 出 ＷＵ ＷＬ Ｍ、 ＷＤ Ｍ 是不灵敏参数， 这与文献 １ ０ ］得 出 的 参 数 的 灵 敏 度 结 果 一 ［ ｃ 对地表径流影响很大； 增 致。 参数 Ｋ 大Ｋ ｃ 值 就 使 得 蒸 散 发 增 多， 净雨量 减少， 因而减少了地表径流。 参数 Ｆ Ｃ 是划分水源的， 增大 Ｆ Ｃ ， 地下径流 就 增大， 地面径流就 减少 了。 Ｃ ｇ的 增 大
２ ６
人 民 长 江
２ ０ １ ０年
气带土壤含水量达到 田 间 持 水 量 之 前 不 产 流， 之前的 降雨全部补充包气带缺水量， 蓄满后开始产流， 下渗的 雨量形成地下径流， 超渗的雨量形成地面径流。 利用稳定下渗率 Ｆ Ｃ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 下 渗 水 量 才 能 转 化 为 径流。不透水面积用参数 Ｉ ＭＰ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。 地面径流汇流所用的时段单位线的推求采用最小 二乘法， 即： 由降雨资 料 推 求 地 面 净 雨 过 程， 使得地面 净雨量与实测地面径流量相等。 新安江模型可分为 ４个层次： 第一层是蒸散发， 参 数有 Ｋ ｃ ， ＷＵ Ｍ， ＷＬ Ｍ， ＷＤ Ｍ， Ｃ ； 第 二 层 是 产 流， 参数包 ｂ ； 第三层是水源划分， 参数是 Ｆ Ｃ ； 第 四层是汇 括 ＷＭ， 流， 参数是 Ｃ ｇ 。 表 １是 新 安 江 两 水 源 模 型 主 要 参 数 的 物理意义。

三种水文模型的比较新安江模型是一个概念性水文模型，新安江水文模型在我国已经应用多年，且效果显著，随着水文学和信息技术的不断发展，萨克拉门托（SAC）模型、TOPMODEL模型也逐渐在我国得到应用。

本文主要从产流机制、适用范围、参数以及汇流过程对三种水文模型进行了对比和总结。

下面结合表格从几方面来具体说明三个模型的相同点和不同点。

从产汇流原理及计算模式来说，新安江模型在每个子流域先进行蒸散发和产流计算，计算出子流域总产流量后通过自由水蓄水库结构进行三水源划分，对已经划分好的三种水源（地表径流、壤中流、地下水径流）分别按照各自的退水规律进行汇流计算（比如采用线性水库），得到子流域出口流量过程，对子流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算（比如马斯京根法）得到子流域在全流域出口的流量过程，然后将每块单元流域在全流域出口的流量过程同时刻线性叠加，即得到全流域出口总的流量过程，因此综合来看，是一个总—分—总的计算模式。

SAC模型中流域被划分为透水、不透水及变动不透水面积三部分，透水面积为主体；在透水面积上，根据土壤垂向分布不均土层分为上下两层；根据水分受力特征，上下土层蓄水量分为张力水蓄量和自由水蓄量，自由水可以补充张力水，但张力水不能补充自由水，上下土层通过下渗曲线连接，下渗计算是整个模型的核心。

径流来源于永久不透水面积和可变不透水面积上的直接径流，透水面积和可变不透水面积上的地面径流，透水面积上的壤中流、浅层与深层地下水。

汇流计算分为坡面汇流和河网汇流两部分，计算出的直接径流和地面径流直接进入河网，而壤中流、快速地下水和慢速地下水可用线性水库模拟。

各种水源的总和扣除时段内的水面蒸发4E ，即得河网总入流。

河网汇流一般采用无因次单位线。

总的来看是一个分—总的过程。

新安江模型在每个子流域先进行蒸散发和产流计算，计算出子流域总产流量后通过自由水蓄水库结构进行三水源划分，对已经划分好的三种水源（地表径流、壤中流、地下水径流）分别按照各自的退水规律进行汇流计算（比如采用线性水库），得到子流域出口流量过程，对子流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算（比如马斯京根法）得到子流域在全流域出口的流量过程，然后将每块单元流域在全流域出口的流量过程同时刻线性叠加，即得到全流域出口总的流量过程，因此综合来看，是一个总—分—总的计算模式。

新安江模型在亭下水库洪水调度系统中的应用亭下水库洪水调度系统提升了洪水预报精确度，强化了亭下水库的安全稳定运行，增加了水库的综合效益。

本文以新安江模型为切入点，对其在定下水库洪水调度系统，特别是洪水预报子系统中的应用问题做出了较为详细的分析与阐述，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定意见与建议。

标签：新安江模型；亭下水库；洪水调度系统；洪水预报从理论上来说，水库的洪水调度系统是一个多目标、多阶段的检测与决策过程中，它需要兼顾水库所在流域上下游的防洪矛盾以及防洪工程与兴利之间的关系。

一般来说，洪水调度系统所指定的各项调度据侧在洪水过程的不同发展阶段也有着一定差异，这也正是我们和谐处理这些矛盾的出发点与归宿。

在全球经济一体化进程不断加剧与城市化建设规模持续扩大的推動作用下，水库以其防洪、蓄水、供水、发电等特殊性能在国民经济建设发展中所占据的地位日益关键，其洪水调度系统需要考虑的防洪因素也越来越多，诸多风险因素与误差因素会严重干扰到水库洪水调度系统的正常、高效运行，新安江模型作为我国最具世界影响力的水文模型，以其宽泛的适应能力与高效率的运算处理能力，已成为各类型水库洪水调度系统构建与优化中不可或缺的一大组成部分。

笔者现结合所供职的亭下水库实际水文情况与水质参数，就这一模型在亭下水库洪水调度系统中的应用情况谈一谈自己的看法与体会。

1 亭下水库基本概况亭下水库位于我国浙江省奉化市，是一座以防洪与灌溉为主，综合发电、供水、养殖以及旅游等职能的国家大二型水利工程。

亭下水库大坝坝顶长317m，坝顶高程93.05m。

坝顶设有6孔8m溢洪道，最大下泄流量3580m&sup3;/s。

亭下水库控制流域集水面积为176km&sup2;，属于多年调节型大型水利工程，是整个奉化江流域治理规范战略中的一项关键性工程。

2 亭下水库洪水调度系统的基本结构概述就亭下水库而言，整个洪水调度系统应用客户服务器进行开发与集成，水雨情信息采集子系统、洪水预报子系统、信息查询子系统以及洪水调度子系统这四大组成部分在网络数据库所提供的操作平台上实现洪水信息的往互式交换与输入输出。

《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 anddevelopment process of Xin anjiang Model作者姓名：孔旭学科、专业：水文学及水资源学号：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 processof Xin anjiang 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.............................................. 错误!未定义书签。

四种水文模型的比较摘要：水文模型是用数学的语言对现实水文过程进行模拟和预报，在进行水文规律的探讨和解决水文及生产实际问题中起着重要作用。

本文分别介绍了新安江模型、萨克拉门托（SAC）模型、SWAT模型以及TOPMODEL模型，并对这四种水文模型的蒸发计算、产流机制、汇流计算、适用流域、参数以及模型特点等不同方面进行了比较分析。

并结合对着4种模型之间的比较，作出了总结分析和展望。

关键词：新安江模型；SAC模型；SWA T模型；TOPMODEL模型；模型比较引言流域水文模型在进行水文规律研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。

新安江模型是一个概念性水文模型，1973年由赵人俊教授领导的研究组在编制新安江预报方案时，汇集了当时在产汇流理论方面的成果，并结合大流域洪水预报的特点，设计出的我国第一个完整的流域水文模型，至今仍在我国湿润和半湿润地区的洪水预报中得到广泛应用；萨克拉门托水文模型，简称SAC模型，是R.C.伯纳什（Burnash）和R.L.费雷尔（Ferral）以及R.A.麦圭儿（Mcguire）于20世纪60年代末至70年代初研制的，是一个连续模拟模型，模型研制完成时间相对较晚，其功能较为完善，兼有蓄满产流和超渗产流，广泛应用于美国水文预报中；SWAT模型是美国农业部农业研究中心研制开发的用于模拟预测土地利用及土地管理方式对流域水量、水质过程影响的分布式流域水文模型；TOPMODEL为基于地形的半分布式流域水文模型，于1979年由Beven和Kirkby提出，其主要特征是将数字高程模型（DEM）的广泛适用性与水文模型及地理信息系统（GIS）相结合，基于DEM数据推求地形指数，并以此来反映下垫面的空间变化对流域水文循环过程的影响，描述水流趋势。

本文对这四中水文模型从蒸发计算、产汇流计算、适用流域以及参数等方面进行分析比较，并得出结论。

1模型简介1.1新安江模型新安江模型是赵人俊等在对新安江水库做入库流量预报工作中，归纳成的一个完整的降雨径流模型。

2.1.4 汇流计算 对计算出的各种径流成分分别进行汇流计算。地表径流的坡地汇流可采用单位线法或线
性水库；壤中流汇流可采用线性水库或滞后演算法模拟；地下径流汇流可采用线性水库方法。 河道洪水演算可采用 Muskingum 方法或滞后演算法。
2.2 SWAT 模型原理
考虑流域内下垫面特性和气候因素的空间分布不均，SWAT 首先将整个研究区细分为 若干个子流域，对每个子流域分别进行模拟计算，再将各子流域的模拟结果叠加在一起作为 整个流域的模拟结果。子流域内的水文过程模拟可以分为两大部分，即坡面水文循环过程和 河道水文循环过程。前者控制每个子流域内主河道的水量，沉积物，氮和化学物质等的输入， 后者确定水、沙等从河网汇集到流域出口的过程[2]。
与新安江模型不同，SWAT 模型要求多种类型的资料输入。分列如下：
-3-

（1）地形资料：采用 NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）发布的 1°×1°DEM 地图。
（2）土壤及土地利用资料：分别采用 FAO（Food and Agriculture Organization）提供的 1°×1°的土壤图和 USGS（U.S. Geological Survey）提供的同精度的土地利用地图。
1．引言
新安江模型是河海大学赵人俊教授设计的、国内第一个完整的流域水文模型。新安江模 型可以进行日洪和次洪模拟，在我国应用广泛，积累了丰富的实践经验。
SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是由美国农业部（USDA）开发的流域尺 度的分布式模型，用于模拟预测在具有多种土壤类型、土地利用和管理条件的复杂大流域里， 土地管理措施对水、沙和化学物质的长期影响[1]。不同于采用回归方程来描述输入输出变量 间关系的传统模型，SWAT要求详细的流域信息，包括水、土壤特性、地形、植被、土地管 理措施等，并将物理过程与水循环、泥沙运动、氮循环等结合起来。因此，模型是基于物理 基础的

特卡罗 （ Ｃ Ｃ 理论 的 Ｓ Ｅ ＭＭ） Ｃ Ｍ—Ｕ Ａ算法 ， 通过双牌流域 以 １ｈ为时段 间隔
的３ ６场典型洪水数据对新安江模 型参数进行优选和不确定性 评估 。结果表 明， 该算法能很好地 推出新安 江
模型参数的后验概率 分布 ； 率定和检验结果 分析也表 明， 应用 Ｓ Ｅ Ｃ Ｍ—Ｕ Ａ算法对新安江模 型进行优选和不确
水预报 调度 系统 工 程 试 点 以来 ， 国大 中 型水 库 已 我 经积 累 了丰富 的水 情 自动测 报 系统 资料 ， 开展 短 为
要计 算每 个参 数集 的似然估 计 。下 面简 要介绍 其计
算方 法 。 新 安 江模 型作 为概 念 性 水 文 模 型 ， 以概 化为 可
［ 收稿 Ｅ期 ］ ２０ ０ ｔ ０ ８— ９—１ ； 回日期 ７修 ２０ ０ ８—１ ２—０ ３
近些 年来 ， 随着水 情测报 系统 的广泛 深入应 用 ， 特别是 １９ 年大洪水后国家防总进行全 国水库洪 ９８
５ ６９ １ ） 水利部公 益性行业 科研专项 （０ ８ １ １ ） 华北水 利水 电学院高层 次人才科 研启动资 助项 目 ２ ０ ００ ５ ； ［ 基金项 目］ 国家 自然科学基金（ ０７ ０ １ ；
定 评 估 是 有 效 和 可行 的 。
［ 关键词 ］ 新 安江模型 ； 参数率定 ； 不确定性评估 ；Ｃ Ｍ—Ｕ ＳＥ Ａ ［ 中图分类号 ］ Ｐ ３ ． ［ ３８ ９ 文献标识码 ］ Ａ ［ 文章编号］ １０ ０ ９—１４ （０ ０ ０ ０ ０ ０ ７ ２ ２ １ ）３— １０— ８
（ ０ ８ １ ２０ ２ ）
１７ ， 河 博 主要 从 事水 电系 统 不 确定 因素 分 析 及 优 化 建模 ； Ｅ—ｍａ ：ｗ ｎｗ ｎ６ １ １３ ＣＢ ｉ ａ ｇ ｅ １２ ＠ ６ ．Ｏ ｌ ［ 作者 简 介 ］ 王 文川 （９ ６一） 男 ， 南 鹿 邑县 人 ， 士 ，

第３０卷第３期　２０１０年６月　水文　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＨＩＮＡ　ＨＹＤＲＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１－３Ｏ　Ｎｏ．３　

Ｊｕｎ．，２０１０　

多目标进化算法在新安江模型参数率定中的　应用比较研究　杨斌斌　．王文川　（１．水利部松辽委水文局信息中心，吉林长春１３００２１；　２．华北水利水电学院水利学院，河南郑州４５００１１）　

摘要：为了克服传统优化技术在新安江模型参数率定中收敛慢、不稳定等缺点，近年来利用进化算法在水文模型的率定　中得到越来越多的重视和发展，但对它们优选效果的比较讨论却非常少见。本文根据三水源新安江模型特点．以洪峰流　量，峰现时间和洪水总量为优化目标，采用ＮｓＧＡ一Ⅱ、ＳＰＥＡ、ＰＥＳＡ三种经典算法，通过对三种算法产生的非支配集进行　算法评价，并比较了三种算法产生非支配集的收敛性与分布性，结果表明ＮＳＧＡ—ＩＩ在总体上最优。　关键词：多目标进化算法；ＮＳＧＡ－ＩＩ；ＳＰＥＡ；ＰＥＳＡ；参数率定；新安江模型　中图分类号：Ｐ３３８￣．９　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—０８５２（２０１０）０３－００３８—０５　

１前言　２多目标进化算法　概念性流域水文模型广泛应用于洪水预报和水资源管理等　众多领域。但由于水文现象具有高度的复杂性和随机性，且模型　模拟效果如何和模型参数的确定紧密相关，因此其参数优选一　直是其应用研究的一个重点。实践表明，由于水文数据本身的　误差、模型结构的有效性、参数间的相关性、模型参数的取值范　围以及多个目标间的相互影响，甚至是相互冲突的，给优化算法　的有效应用带来了很大的困难。基于Ｐｅｒｅｔｏ排序的多目标进化　算法（ｍｕｌｔｉ—ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ＭＯＥＡｓ）能够处理　复杂非线性多目标问题，在优化控制，车间调度，机械设计，数据　挖掘等应用中取得了较好的效果．近些年来人们将其应用于一　些水文模型的参数优选中，取得了比较好的结果【ｌ－２］。　近些年来，随着水情测报系统广泛深入应用，特别是１９９８　年大洪水后国家防总进行全国水库洪水预报调度系统工程试　点以来．我国大中型水库已经积累了丰富的水情自动测报系统　资料，为开展其模型应用研究打下了坚实基础。以相对准确和　连续序列的水情自动测报系统为基础开展洪水预报模型参数　研究无疑是一件非常有意义的重要工作。鉴于此，本文研究了　基于Ｐａｒｅｔｏ排序的ＮＳＧＡ—ＩＩ（Ｎｏｎ—ｄｏｍｉｎａｔｅｄ　Ｓｏａｉｎｇ　Ｇｅｎｅｔｉｃ　ＡｌｇｏｒｉｔｈｍⅡ），ＳＰＥＡ（Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ｐａｒｅｔｏ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ），　ＰＥＳＡ（Ｐｅｒｅｔｏ　Ｅｎｖｅｌｏｐｅ－ｈａｓｅｄ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）三种多目标　进化算法，并将其应用于新安江模型的参数优选，通过实例研　究对算法的性能进行比较分析，结果表明ＮＳＧＡ—ＩＩ在总体上能　够获得最优。　多目标进化算法决策方式主要分为：先优先权决策技术和　后优先权决策技术两类。先优先权技术是将全体目标按权值合　成一个标量效用函数，这样把多目标优化问题转化为单目标优　化问题。这种方法虽然简单易行，但是极大地限制了搜索空间。　很难搜索到所有可行解。后验优先权技术是对可行域进行所有　最优解的搜索，从搜索到非支配最优解集中进行选择。在后决　策技术中，其中基于Ｐａｒｅｔｏ排序的ＭＯＥＡｓ目前已经相对成熟．　并且在众多领域得到广泛的应用。它是由Ｖｉｆｒｅｄｏ　Ｐａｒｅｔｏ在　１８９６年提出，Ｐａｒｅｔｏ最优解可定义为：给定一个多目标优化问　题ｍｉｎ　Ｘ），若Ｘ　∈／２，且不存在其他的Ｘ　∈　使得　（　‘）≥　Ｓ（ｘ　）ｑ＝ｌ，２，…，ｒ）成立，其中至少一个是严格不等式，　’则称　是ｍｉｎ厂（　）的Ｐａｒｅｔｏ最优解，其中　是决策变量空间。　多目标进化算法的优化过程是。针对每一代的进化群体，寻　找出当前最优个体。称一个进化群体的当前最优解为非支配解　（ｎｏｎ—ｄｏｍｉｎａｔｅｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ）．所有的非支配解的集合称为当前进　化群体的非支配解．并使非支配集不断逼近真正的最优解，最终　达到最优，目前人们提出的基于Ｐｅｒｅｔｏ支配的ＭＯＥＡ很多，图１　给出了ＭＯＥＡ基本框架。首先产生初始种群尸。接着选择某种　进化算法（例如遗传算法等）对种群进行进化操作（例如选择、　交叉、变异），得到新的群体　，构造ＰＵＲ的非支配集，按照某　种策略调整非支配集的大小。同时控制个体的分布性。之后判　断终止条件，如果满足则结束，否则将非支配集复制到Ｐ中继　续下一代进化［３１。ＭＯＥＡｓ之间的主要差别在于非支配集的保存