水文地質(zhì)畢業(yè)論文

1、2010屆函授水文預(yù)報(bào)畢業(yè)論文新豐江水庫入庫洪水預(yù)報(bào)學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：教授二零一二年五月四日目 錄第一章 新豐江水庫流域水文及工程概況.- 8 -1.1 流域概況.- 8 -1.2 水文氣象特征.- 9 -1.3 工程概況.- 9 -第二章 使用資料情況.- 11 -2.1 日模型資料.- 11 -2.2 次洪水資料.- 11 -2.3 計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ).- 12 -第三章 三水源新安江模型.- 14 -3.1 模型結(jié)構(gòu).- 14 -3.2 模型計(jì)算.- 15 - 3.2.1 流域產(chǎn)流計(jì)算.- 15 - 3.2.1.1 流域分塊.- 15 - 3.2.1.2 蒸散發(fā)計(jì)算.- 15 - 3.2.

2、1.3 產(chǎn)流計(jì)算-. 16 - 3.2.1.4 水源劃分- .18 - 3.2.2 流域匯流計(jì)算.- 22 - 3.2.2.1 地表徑流匯流.- 22 - 3.2.2.2 壤中流匯流.- 22 - 3.2.2.3地下徑流匯流.- 22 - 3.2.2.4 單元面積河網(wǎng)總?cè)肓?- 22 - 3.2.2.5 單元面積河網(wǎng)匯流.- 22 - 3.2.2.6 單元面積以下河道匯流.- 23 - 3.2.3 模型參數(shù).- 23 - 3.2.3.1 模型參數(shù)的性質(zhì)與約值.- 23 - 3.2.3.2 模型參數(shù)的獨(dú)立性、敏感性與相關(guān)性.- 24 - 3.2.3.3 模型參數(shù)率定.- 26 -第四章 計(jì)算成果

3、.- 27 -4.1 日模型參數(shù).- 27 -4.2 日模型計(jì)算成果.- 27 -4.3 次洪模型參數(shù).- 41 -4.4 次洪模型計(jì)算結(jié)果.- 41 -4.5 誤差分析及可能減小誤差的途徑.- 50 - 4.5.1 誤差的來源.- 50 - 4.5.2 日模型誤差分析.- 51 - 4.5.3 次模型誤差分析.- 51 - 4.5.4預(yù)報(bào)精度評(píng)定.- 52 - 4.5.5減小誤差的途徑- 53 -第五章 對(duì)畢業(yè)論文的認(rèn)識(shí)與體會(huì)- 54 - 第一章 新豐江水庫流域水文及工程概況1.1 流域概況 新豐江水庫位于東江水系新豐江支流的亞婆山峽谷，距河源市距離為6km，距新豐江河口距離為9.2km。壩

4、址以集水面積為5734km2；干流青龍?zhí)墩疽陨狭饔蛎娣e為1600 km2，占全流域面積的27.9%；支流忠信水順天站以上流域面積為1357km2，占全流域面積的23.7%；其余部分面積為2777 km2，占全流域面積的48.4%。流域水系及站網(wǎng)分布見圖1。 圖1 新豐江水庫壩址以上流域水系及站網(wǎng)分布圖1.2 水文氣象特征 流域受熱帶、亞熱帶天氣系統(tǒng)影響，冬少嚴(yán)寒，夏少酷暑，氣候暖熱，雨量充沛；有兩個(gè)多雨時(shí)期，46月為前汛期，屬極鋒雨帶降水，致洪暴雨主要由冷鋒、靜止鋒及切變線、低渦等西風(fēng)帶引起。710月為后汛期，主要受臺(tái)風(fēng)等低緯熱帶天氣系統(tǒng)影響，致洪暴雨主要由熱帶氣旋、臺(tái)風(fēng)、東風(fēng)波等東風(fēng)帶引起。

5、每年的11次年的3月為枯季。暴雨成因主要是鋒面雨，但臺(tái)風(fēng)雨占一定比重。 實(shí)測(cè)多年平均降雨量為1800mm，最大年降雨量為25176mm，年徑流系數(shù)為0.50.6之間；降水年際間變化大，年內(nèi)分配不均，46月降水量約占全年降水量的50%，49月降水量約占全年降水量的76.%；年降雨天數(shù)在120160d之間。降雨成因以鋒面雨為主，暴雨走向自西北西東南東，西南西東北東，其分布以西南西較多，東西較少；暴雨出現(xiàn)次數(shù)56月最多，78月次之。流域匯流時(shí)間一般在24h，有時(shí)更短。一次洪水過程在68d左右，洪峰持續(xù)時(shí)間約5h。 流域內(nèi)多年平均氣溫21.0，歷年最高氣溫40.5，最低氣溫-3.8。流域內(nèi)順天站實(shí)測(cè)水

6、面蒸發(fā)（80cm蒸發(fā)皿）多年平均蒸發(fā)量為1245mm，78月蒸發(fā)量最大。1.3 工程概況 新豐江水庫是一個(gè)以發(fā)電為主，兼顧防洪、航運(yùn)和灌溉等綜合利用的完全多年調(diào)節(jié)水庫。水庫總庫容為138.98 x108m3，其中興利庫容為64.4 x108m3（水位93116m），防洪庫容為15.5 x108m3（水位116120m），總調(diào)洪庫容為31 x108m3。正常高水位為116.0m，百年（1%）設(shè)計(jì)洪水位為 120.0m，千年（0.1%）設(shè)計(jì)洪水位為 121.6m，萬年（0.01%）校核洪水位為123.6m，正常高水位為116.0m，汛期防洪限制水位年內(nèi)各時(shí)期不同，死水位為93.0m。 大壩壩頂高程

7、為124.0m，最大壩高為105.0m，壩頂長為440.0m，壩頂寬為5.0m。大壩設(shè)有3孔溢洪道，由10x15m的弧型閘門控制，溢洪道堰頂高程為111.6m，最大溢洪流量為3600 m3/s。在左岸設(shè)有直徑為10m，長為800m的防水洞一個(gè)，最大放水流量為3600 m3/s。壩后式廠房位于左岸，總裝機(jī)容量為292.5mw，共裝有4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，3臺(tái)72.5mw，單機(jī)最大過水流量為118 m3/s；1臺(tái)75mw，單機(jī)最大過水流量為136 m3/s。工程于1958年07月15日動(dòng)工興建，1959年10月20日下閘蓄水，1960年6月15日第一臺(tái)機(jī)組開始發(fā)電，同年10月26日并網(wǎng)，1961年10

8、月4日，1966年5月3日，1977年12月29日，2#、3#和4#機(jī)組分別于相繼并網(wǎng)發(fā)電。 第2章 使用資料情況 根據(jù)新豐江水庫流域的地形地貌條件和水文氣候特征，選取三水源新安江模型計(jì)算新豐江水庫流域徑流過程。為率定模型參數(shù)，首先根據(jù)研究流域的水文、水力學(xué)特征確定一個(gè)初值或變化范圍，日模型通過與1977-1984年新豐江流域?qū)崪y(cè)徑流資料進(jìn)行對(duì)比分析，次模型通過與代表性較好的8場(chǎng)洪水資料進(jìn)行對(duì)比分析，然后調(diào)整參數(shù)，選取最優(yōu)的一組參數(shù)作為新豐江水庫實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)模型參數(shù)。2.1 日模型資料2.1日模型資料本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用新豐江水庫19771984年逐日降水、逐日流量和逐日蒸發(fā)資料。資料代表性良好。

9、2.2次洪水資料本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用新豐江水庫19771984年逐日降水、逐日流量和逐日蒸發(fā)資料。計(jì)算時(shí)段：dt=6h。選取了15場(chǎng)大、中、小洪水。 第三章 三水源新安江模型3.1 模型結(jié)構(gòu) 為了考慮降水和流域下墊面分布不均勻的影響，新安江模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為分散性的，分為蒸散發(fā)計(jì)算，產(chǎn)流計(jì)算，分水源計(jì)算和匯流計(jì)算四個(gè)層次結(jié)構(gòu)。每塊單元流域的計(jì)算流程見圖2所示。圖2 三水源新安江模型流程圖 圖中方框外為參數(shù)，方框內(nèi)為狀態(tài)變量。輸入為實(shí)測(cè)降雨量過程和蒸發(fā)皿蒸發(fā)過程；輸出為流域出口斷面流量過程和流域?qū)嶋H蒸散發(fā)過程。模型各層次結(jié)構(gòu)的功能、計(jì)算采用的方法和相應(yīng)參數(shù)見表1 表1 新安江模型各層次結(jié)構(gòu)功能、計(jì)算采

10、用的方法和相應(yīng)參數(shù)表層 次（第一層次）（第二層次）（第三層次）（第四層次）功 能蒸散發(fā)計(jì)算產(chǎn)流計(jì)算水 源 劃 分匯 流 計(jì) 算二 水 源三 水 源坡 面 匯 流河 道 匯 流方 法三層模型蓄滿產(chǎn)流穩(wěn)定下滲率自由水蓄水庫單位線或線性水庫或滯后演算法馬斯京根或滯后演算法參 數(shù)kc、um、lm、cwm、b、imfcsm、ex、kg、kiuh或cs、ci、cgke、xe或l3.2 模型計(jì)算3.2.1 流域產(chǎn)流計(jì)算3.2.1.1 流域分塊 為了考慮降雨分布不均的影響和下墊面條件的不同及其變化，特別是流域內(nèi)水利工程等人類活動(dòng)的影響，產(chǎn)匯流計(jì)算設(shè)計(jì)成分散性的。采用自然流域劃分法或泰森多邊形法將計(jì)算流域劃分為

11、n塊單元流域，在每塊單元流域內(nèi)至少有一個(gè)雨量站；單元流域大小適當(dāng)，使得每塊單元流域上的降雨分布相對(duì)比較均勻，并盡可能使單元流域與自然流域的地形、地貌和水系特征相一致，以便于能充分利用小流域的實(shí)測(cè)水文資料以及對(duì)某些具體問題的分析處理；若流域內(nèi)有水文站或大、中型水庫，通常將水文站或大中型水庫以上的集雨面積單獨(dú)作為一塊單元流域；單元流域出口與流域出口用河網(wǎng)連接。 對(duì)劃分好的每塊單元流域分別進(jìn)行蒸散發(fā)計(jì)算、產(chǎn)流計(jì)算、水源劃分計(jì)算和匯流計(jì)算，得到單元流域出口的流量過程；對(duì)單元流域出口的流量過程進(jìn)行出口以下的河道匯流計(jì)算，得到該單元流域在全流域出口的流量過程；將每塊單元流域在全流域出口的流量過程線性疊加，

12、即為全流域出口總的流量過程。 根據(jù)新豐江流域地形、地貌條件及布設(shè)的水情遙測(cè)站網(wǎng)，用泰森多邊形法將新豐江水庫壩址以上流域劃分為13塊單元面積，它們分別是：上坪、連平、河頭、忠信、岳城、青龍?zhí)丁㈨樚?、船塘、梅坑、橫石、合江口、燈塔、大壩；權(quán)重分別是：0.062、0.075、0.066、0.110、0.080、0.082、0.067、0.091、0.072、0.106、0.074、0.059、0.056。3.2.1.2 蒸散發(fā)計(jì)算 流域蒸散發(fā)在流域水量平衡中起著重要的作用。植物截流、地面填洼水量及土壤蓄水量的消退都耗于蒸散發(fā)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在濕潤地區(qū)的年蒸散發(fā)量約占年降水量的50%；在干旱地區(qū)約占90

13、%。因?yàn)榱饔騼?nèi)基本都沒有蒸散發(fā)的實(shí)測(cè)值，所以只能采用間接的方法來推求。蒸散發(fā)計(jì)算成果正確與否將直接影響模型產(chǎn)流計(jì)算成果。國內(nèi)外理論和實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，土壤蒸散發(fā)過程大體上可以劃分為三個(gè)基本階段，即土壤含水量供水充分的穩(wěn)定蒸散發(fā)階段、蒸散發(fā)隨土壤含水量變化而變化的變比例蒸散發(fā)階段和常系數(shù)深層蒸散發(fā)擴(kuò)散階段，有關(guān)此部分內(nèi)容的詳細(xì)論述參見第二章。土壤蒸散發(fā)過程的不同階段不僅反映了不同的物理現(xiàn)象，而且也揭示了不同階段蒸散發(fā)量的變化規(guī)律。 在新安江模型中，流域蒸散發(fā)計(jì)算沒有考慮流域內(nèi)土壤含水量在面上分布的不均勻性，而是按土壤垂向分布的不均勻性將土層分為三層，用三層蒸散發(fā)模型計(jì)算蒸散發(fā)量。參數(shù)有流域平均張力水

14、容量,上層張力水容量，下土層張力水容量，深層張力水容量，蒸散發(fā)折算系數(shù)和深層蒸散發(fā)擴(kuò)散系數(shù)，計(jì)算公式如下： （ 1 ） （ 2 ） （ 3 ） （ 4 ）式中 為總的張力水蓄量；為上層張力水蓄量；為下層張力水蓄量；深層張力水蓄量；為總的蒸散發(fā)量；為上層蒸散發(fā)量；為下層蒸散發(fā)量；為深層蒸散發(fā)量；為蒸散發(fā)能力。具體計(jì)算為：若，則，若，則若，則若且，則，若且，則，3.2.1.3 產(chǎn)流計(jì)算產(chǎn)流計(jì)算中采用蓄滿產(chǎn)流模型。蓄滿是指包氣帶的土壤含水量達(dá)到田間持水量。蓄滿產(chǎn)流是指：降水在滿足田間持水量以前不產(chǎn)流，所有的降水都被土壤所吸收；降水在滿足田間持水量以后，所有的降水（扣除同期蒸發(fā)量）都產(chǎn)流。其概念就是設(shè)

15、想流域具有一定的蓄水能力，當(dāng)這種蓄水能力滿足以后，全部降水變?yōu)閺搅?，產(chǎn)流表現(xiàn)為蓄量控制的特點(diǎn)。濕潤地區(qū)產(chǎn)流的蓄量控制特點(diǎn)，解決了產(chǎn)流計(jì)算在這些地區(qū)處理雨強(qiáng)和入滲動(dòng)態(tài)過程的問題；而降雨徑流理論關(guān)系的建立，解決了考慮流域降雨不均勻的分布式產(chǎn)流計(jì)算問題。按照蓄滿產(chǎn)流的概念，采用蓄水容量面積分配曲線來考慮土壤缺水量分布不均勻的問題。所謂蓄水容量面積分配曲線是指：部分產(chǎn)流面積隨蓄水容量而變化的累計(jì)頻率曲線。應(yīng)用蓄水容量面積分配曲線可以確定降雨空間分布均勻情況下蓄滿產(chǎn)流的總徑流量。實(shí)踐表明，對(duì)于閉合流域，流域蓄水容量面積分配曲線采用拋物線型為宜，為計(jì)算簡(jiǎn)便，假定不透水面積，其線型為 （ 5 ）式中 為產(chǎn)流

16、面積；為全流域面積；為流域單點(diǎn)的蓄水量；為流域單點(diǎn)最大蓄水量；為蓄水容量面積分配曲線的指數(shù)。流域蓄水容量面積分配曲線及其與降雨徑流相互轉(zhuǎn)換關(guān)系見圖3。(a)流域蓄水容量面積分配曲線 (b) 流域蓄水容量面積分配曲線與降雨徑流關(guān)系圖3 流域蓄水容量面積分配曲線與降雨徑流間關(guān)系圖由（5）式和圖3（b），計(jì)算公式為 （ 6 ） 對(duì)(6)式積分得 （ 7 ） 由圖2（a）知，當(dāng)，將其帶入(7)式得 （ 8 ） 與值相應(yīng)的縱坐標(biāo)值為 （ 9 ）設(shè)扣除雨期蒸發(fā)后的降雨量為，則總徑流量的計(jì)算公式為： ( 10 )若，即局部產(chǎn)流時(shí) ( 11 )將（7）式帶入（11）式得 ( 12 )若，即全流域產(chǎn)流時(shí) ( 1

17、3 )式中 為流域初始土壤蓄水量；為流域平均最大蓄水容量；為總徑流量；其余符號(hào)與上同。式（12）、（13）表明，在蓄滿產(chǎn)流模式下，總徑流量是降水量，雨期蒸散發(fā)量和流域初始土壤蓄水量的函數(shù)，即。當(dāng)，即局部產(chǎn)流時(shí)，徑流系數(shù)；當(dāng)，即全流域產(chǎn)流時(shí)，。由（5）式可知，只須事先給定流域平均最大蓄水容量和流域蓄水容量面積分配曲線指數(shù)便可建立以為參數(shù)的降雨徑流關(guān)系。3.2.1.4 水源劃分 三水源的水源劃分結(jié)構(gòu)借鑒了山坡水文學(xué)的概念，去掉了，用自由水蓄水庫結(jié)構(gòu)解決水源劃分問題。自由水蓄水庫結(jié)構(gòu)見圖4。自由水蓄水庫結(jié)構(gòu)考慮了包氣帶的垂向調(diào)蓄作用。按蓄滿產(chǎn)流模型計(jì)算出的總徑流量，先進(jìn)入自由水蓄水庫調(diào)蓄，再劃分水源

18、,產(chǎn)流面積上自由水蓄水庫設(shè)置了兩個(gè)出口，一個(gè)為向上出口，形成地面徑流；另一個(gè)為向下出口，形成地下徑流。根據(jù)蓄滿產(chǎn)流的概念，只有在產(chǎn)流面積上才可能產(chǎn)生徑流，而產(chǎn)流面積是變化的，所以，自由水蓄水庫的底寬也是變化的。從自由水蓄水庫結(jié)構(gòu)圖（圖4）中可以看出，除還設(shè)置了一個(gè)壤中流水庫，該水庫用于壤中流受調(diào)蓄作用大的流域，也就是將劃分出來的壤中流再進(jìn)行一次調(diào)蓄計(jì)算。該水庫一般是不需要的，故在圖中用虛線表示。圖4 自由水蓄水庫結(jié)構(gòu)圖 由于飽和坡面流的產(chǎn)流面積是不斷變化的，所以在產(chǎn)流面積上自由水蓄水容量分布是不均勻的。三水源的水源劃分結(jié)構(gòu)是采用類似于流域蓄水容量面積分配曲線的流域自由水蓄水容量面積分配曲線來考

19、慮流域內(nèi)自由水蓄水容量分布不均勻的問題。所謂流域自由水蓄水容量面積分配曲線是指：部分產(chǎn)流面積隨自由水蓄水容量而變化的累計(jì)頻率曲線。流域自由水蓄水容量面積分配曲線的線型為 ( 14 ) 式中 為流域單點(diǎn)自由水蓄水容量；為流域單點(diǎn)最大的自由水蓄水容量；為流域自由水蓄水容量面積分配曲線的方次；其余符號(hào)同前。流域自由水蓄水容量面積分配曲線與各水源的關(guān)系描述見圖5。圖中，為流域自由水蓄水容量對(duì)地下徑流的出流系數(shù)；為流域自由水蓄水容量對(duì)壤中流的出流系數(shù)。圖5 自由水蓄水容量面積分配曲線與各水源關(guān)系圖由（14）式和圖4，計(jì)算公式為 ( 15 ) 對(duì)(15)式積分得 ( 16 ) 當(dāng)時(shí)，將其代入(16)式得

20、( 17 ) 根據(jù)（17）式可求得流域單點(diǎn)最大的自由水蓄水容量為 ( 18 ) 與值相應(yīng)得縱坐標(biāo)值為 ( 19 ) 產(chǎn)流面積為 ( 20 ) 為了考慮上時(shí)段和本時(shí)段產(chǎn)流面積不同而引起的變化，包為民教授提出如下轉(zhuǎn)換公式 ( 21 ) 當(dāng)，地面徑流為 （ 22 ） 當(dāng)，地面徑流為 （ 23 ） 本時(shí)段的自由水蓄量為 （ 24 ） 相應(yīng)的壤中流和地下徑流為 （ 25 ） 本時(shí)段末即下一時(shí)段初的自由水蓄量為 （ 26 ）式中 分別為上一時(shí)段和本時(shí)段的產(chǎn)流面積比例。在對(duì)自由水蓄水庫進(jìn)行水量平衡計(jì)算時(shí)，通常是將產(chǎn)流量作為時(shí)段初的入流量進(jìn)入自由水蓄水庫的，而實(shí)際上它是在時(shí)段內(nèi)均勻進(jìn)入的，這就會(huì)造成向前差分的

21、誤差。這種誤差有時(shí)會(huì)很大，需要認(rèn)真對(duì)待和解決。解決的方法是：每個(gè)計(jì)算時(shí)段的入流量,按為一段劃分為段，即 （ 27 ） 計(jì)算時(shí)段劃分為段，按作為時(shí)段長進(jìn)行水量平衡計(jì)算，這樣處理就可以大大地減小因差分所造成的誤差。由于產(chǎn)流面積是隨著自由水蓄水容量的變化而變化的，當(dāng)計(jì)算時(shí)段長改變以后，它也要做相應(yīng)的改變。改變后計(jì)算時(shí)段和產(chǎn)流面積分別用和表示，則 ( 28 ) 由于自由水蓄水庫的蓄水量對(duì)地下水的出流系數(shù)、對(duì)壤中流的出流系數(shù)、地下水消退系數(shù)和壤中流消退系數(shù)都是以日(24h)為時(shí)段長定義的，當(dāng)計(jì)算時(shí)段長改變以后，它們都要做相應(yīng)的改變。若將一天劃分為個(gè)計(jì)算時(shí)段，時(shí)段的參數(shù)值以和表示，則 ( 29 ) ( 3

22、0 ) 計(jì)算時(shí)段改變后，和要滿足以下兩個(gè)關(guān)系式，即 ( 31 ) ( 32 ) 3.2.2 流域匯流計(jì)算3.2.2.1 地表徑流匯流 地表徑流的坡地匯流采用線性水庫模擬，計(jì)算公式為: ( 33 )式中 為地面徑流消退系數(shù)，其余符號(hào)同前。 3.2.2.2 壤中流匯流 表層自由水側(cè)向流動(dòng)，出流后成為表層壤中流進(jìn)入河網(wǎng)。若土層較厚，表層自由水還可以滲入到深層土，經(jīng)過深層土的調(diào)蓄作用才進(jìn)入河網(wǎng)。壤中流匯流采用線性水庫模擬，計(jì)算公式為: ( 34 ) 式中 為壤中流；為消退系數(shù)；為壤中流徑流量；為單位換算系數(shù)，。地下徑流匯流 地下徑流匯流采用線性水庫模擬，計(jì)算公式為: ( 35 ) 式中 為地下徑流；為

23、消退系數(shù)；為地下徑流量；其余符號(hào)同前。3.2.2.4 單元面積河網(wǎng)總?cè)肓?( 36 ) 3.2.2.5 單元面積河網(wǎng)匯流 單元面積河網(wǎng)匯流可采用滯后演算法模擬,計(jì)算公式為: ( 37 ) 式中 為單元面積出口流量；為河網(wǎng)蓄水消退系數(shù)；為滯后時(shí)間。 需要指出的是，單元面積河網(wǎng)匯流計(jì)算在很多情況下可以簡(jiǎn)化。這是由于單元流域的面積一般不大而且其河道較短，對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的調(diào)蓄作用通常較小，將這種調(diào)蓄作用合并在前面所述的地面和地下徑流中一起考慮所帶來的誤差通?？梢院雎?。只有在單元流域面積較大或流域坡面匯流極其復(fù)雜的情況下，才考慮單元面積內(nèi)的河網(wǎng)匯流。3.2.2.6 單元面積以下河道匯流 從單元面積以下到流域

24、出口是河道匯流階段。河道匯流計(jì)算采用馬斯京根分段連續(xù)演算法。參數(shù)有槽蓄系數(shù)和流量比重因素，各單元河段的參數(shù)取相同值。為了保證馬斯京根法的兩個(gè)線性條件，每個(gè)單元河段取。已知、和，求出、和，即可用下式進(jìn)行河道演算。 ( 38 ) 式中 分別為出流和入流。3.2.3 模型參數(shù)3.2.3.1 模型參數(shù)的性質(zhì)與約值 （1）蒸散發(fā)能力折算系數(shù)kc。此參數(shù)控制著總水量平衡，因此，對(duì)水量計(jì)算是重要的。其中k1是大水面蒸發(fā)與蒸發(fā)器蒸發(fā)之比，有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可查考。k2是蒸散發(fā)能力與大水面蒸發(fā)之比，其值在夏天約為1.31.5，在冬天約為1。k3用來把蒸發(fā)站實(shí)測(cè)值改正至流域平均值，因此主要決定于蒸發(fā)站高程與流域平均高程之

25、差。當(dāng)采用e-601蒸發(fā)器時(shí)，。 （2）流域平均張力水容量wm。分為上層um，下層lm與深層dm三層。wm也就是流域張力水最大缺水量，表示流域的干旱程度。在我國南方約為100mm，北方半濕潤地區(qū)約為170mm。um包括植物截流，在缺林地可取5mm，多林地可取20mm。lm常取為6090mm。據(jù)實(shí)驗(yàn)，在此范圍內(nèi)蒸散發(fā)大約與土濕成正比。 （3）張力水蓄水容量曲線指數(shù)b。此值決定于張力水蓄水條件的不均勻分布，因此在一般情況下與流域面積有關(guān)。據(jù)山丘區(qū)降雨徑流相關(guān)圖的分析，對(duì)于小于5km2的流域，b=0.1；幾百至一千平方公里時(shí)，b=0.20.3；幾千平方公里時(shí)，b在0.4左右。 （4）不透水面積占全流

26、域面積的百分比 im。在天然流域此值很小，約為0.010.02，城鎮(zhèn)地區(qū)則可能很大。 （5）深層蒸散發(fā)系數(shù)c。決定于深根植物的覆蓋面積。據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，在南方多林地區(qū)可達(dá)0.18，而對(duì)北方半濕潤地區(qū)則約為0.08。 （6）自由水蓄水庫的蓄水容量sm。sm受降雨資料時(shí)段均化的影響，當(dāng)用日為時(shí)段長時(shí)，在土層很薄的山區(qū)，其值為10mm或更小一些。在土深林茂透水性很強(qiáng)的流域，其值可達(dá)50mm或更大一些，一般流域在1020mm之間。 （7）自由水蓄水容量分布曲線指數(shù)ex。它決定與表層自由水條件的不均勻分布。在山坡水文學(xué)里，它決定了飽和坡面流產(chǎn)流面積的發(fā)展過程。但由于缺乏研究，定量有困難，一般常取1.5左右。

27、 （8）kg+ki（表層自由水蓄水庫對(duì)地下水與壤中流的出流系數(shù)）。這兩個(gè)出流系數(shù)是并聯(lián)的，其和代表自由水出流的快慢。對(duì)于一個(gè)流域，它們都是常數(shù)。1000km2左右的流域，從雨止到壤中流止的時(shí)間，一般為3天左右，相當(dāng)與kg+ki=0.7。 （9）地下水庫消退系數(shù)cg。如以天為時(shí)段長，此值一般為0.980.998，相當(dāng)于匯流時(shí)間為50500天。 （10）壤中流消退系數(shù)ci。當(dāng)壤中流很豐富時(shí)，相當(dāng)于匯流時(shí)間為10天。 （11）河網(wǎng)蓄水的滯后時(shí)間l與河網(wǎng)蓄水消退系數(shù)cs。它們決定于河網(wǎng)地貌。 （12）馬斯京根法分段連續(xù)演算參數(shù)xe與ke。根據(jù)河道的水力學(xué)特性可以推求出來。3.2.3.2 模型參數(shù)的獨(dú)立

28、性、敏感性與相關(guān)性 由于缺乏實(shí)測(cè)與實(shí)驗(yàn)，所以在實(shí)用上只能依據(jù)實(shí)測(cè)流量過程，用系統(tǒng)識(shí)別的方法來推求模型參數(shù)，由于參數(shù)多，信息少而簡(jiǎn)單，所以參數(shù)的優(yōu)化解就可能不穩(wěn)定，不唯一，本參數(shù)的解與其他參數(shù)的值有關(guān)，互不獨(dú)立。有的參數(shù)敏感，數(shù)量稍有變化對(duì)輸出的影響就很大，而有的參數(shù)則反應(yīng)遲鈍，對(duì)輸出的影響不大。這種敏感性常常是有條件的，如有的參數(shù)在濕季敏感，枯季不敏感，而另外的參數(shù)則反之。有的參數(shù)對(duì)高水敏感，低水不敏感等等。新安江模型的參數(shù)可分為如下4類：第一類：蒸散發(fā)計(jì)算，k，um，lm，c；第二類：產(chǎn)流量計(jì)算，wm，b，im；第三類：分水源計(jì)算，sm，ex，kg，ki；第四類：匯流計(jì)算，ci，cg，uh，

29、ke，xe。它們之間具有以下的相關(guān)性： （1）第一、二類之間。當(dāng)參數(shù)b有變化時(shí)，對(duì)產(chǎn)流量r的計(jì)算結(jié)果有影響，因此影響總水量平衡，也就影響第一類參數(shù)值的調(diào)試結(jié)果，這種作用很??；wm不影響蒸散發(fā)計(jì)算，但由于wm與b有關(guān)，因此間接產(chǎn)生一點(diǎn)影響；im本身作用不大，影響很小。 （2）第二、三類之間。由于采用了蓄滿產(chǎn)流概念，在分水源以前已把總產(chǎn)流算好，所以第三類參數(shù)完全不影響第二類參數(shù)。 （3）第三、四類之間。分水源計(jì)算結(jié)束后，求得的是河網(wǎng)總?cè)肓鳌R流計(jì)算只處理河網(wǎng)匯流問題，與水源劃分無關(guān)，故第三、四類參數(shù)在性質(zhì)上是完全獨(dú)立的。但第三、四類參數(shù)都只能根據(jù)流量過程線來優(yōu)選參數(shù)，高水控制地面徑流，決定了參數(shù)s

30、m，ex，kg+ki，uh。低水控制地下徑流，決定了參數(shù)kg/ki，cg。洪水尾部控制了壤中流，決定了參數(shù)kg/ki，ci。 在同一類參數(shù)中，各參數(shù)之間出存在一定的相關(guān)性： （1）第一類。加大um、lm與c的值就會(huì)加大計(jì)算e的值，因此在作水量平衡調(diào)試時(shí)就會(huì)減小k的值，由于um與lm都有一定的變化范圍，所以這種影響有限。c值只對(duì)干旱期有作用，可以從干旱期的資料中分析出來，而在濕潤地區(qū)很少用到深層蒸發(fā)，所以c值并不敏感。 （2）第二類。如果流域的張力水蓄水容量曲線不變，則wm愈大，b值就愈小，兩者并不獨(dú)立。wm只代表蓄滿的標(biāo)準(zhǔn)，并不影響蒸散發(fā)計(jì)算，但wm值不能為負(fù)。因此當(dāng)wm出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，應(yīng)加大wm

31、，重新計(jì)算。 （3）第三類。這類參數(shù)是敏感和重要的，互相間的關(guān)系也比較復(fù)雜。sm與ex之間是不獨(dú)立的，其關(guān)系相當(dāng)與wm與b的關(guān)系，但wm與b的關(guān)系可以根據(jù)降雨徑流相關(guān)圖求出，而sm與ex的關(guān)系則沒有類似的辦法可以求解，因此只能依靠優(yōu)檢驗(yàn)的辦法來分析。 （4）第四類。ci的作用是彌補(bǔ)kg+ki=0.7的不足。它決定于洪水尾部退水的快慢，與別的條件無關(guān)，因此是比較獨(dú)立的，但它對(duì)于整個(gè)過程的影響不如sm與kg/ki明顯；cg決定于低下退水的快慢，也是比較獨(dú)立的，用枯季資料很容易把它推求出來。uh（或l及cs）決定于流量過程線的中高水部分，因此與第三類參數(shù)之間是比較獨(dú)立的。此外，uh還與ke、xe之間

32、有相關(guān)性，當(dāng)單元面積的匯流快一些，河網(wǎng)匯流就可以慢一些，相互有補(bǔ)償作用。3.2.3.3 模型參數(shù)率定 根據(jù)模型參數(shù)的分類，模型物理參數(shù)直接量測(cè)得到，一般不再參加調(diào)試。過程參數(shù)首先根據(jù)研究流域的水文、水力學(xué)特征確定一個(gè)初值或變化范圍，而后進(jìn)行參數(shù)率定。參數(shù)率定有兩種方法，其一是試錯(cuò)法，人工設(shè)定一組參數(shù)，經(jīng)模型計(jì)算后，比較實(shí)測(cè)與計(jì)算值，目估對(duì)比分析，然后調(diào)整參數(shù)。其二是自動(dòng)優(yōu)選法，通過數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，使得目標(biāo)函數(shù)最小或最大，自動(dòng)率定參數(shù)。常用的方法有rosenbrock方法。實(shí)際工作中，模型參數(shù)率定通常將人工試錯(cuò)法與自動(dòng)優(yōu)選法兩者結(jié)合起來，優(yōu)或否遵循一定準(zhǔn)則。模型參數(shù)率定步驟如圖6示。模型參數(shù)率定的

33、準(zhǔn)則選擇如下形式： ( 39 ) 式中，k為正整數(shù)，一般取1或2；參數(shù)向量；rn為n維實(shí)數(shù)空間域；qo為實(shí)測(cè)值；qc為模型計(jì)算值。參數(shù)率定就是選擇一個(gè)參數(shù)向量qp，使得er（qp）最小，即 ( 40 ) 圖6 模型參數(shù)率定框圖 第四章 計(jì)算成果4.1 日模型參數(shù) 參照“模型參數(shù)性質(zhì)與約值”，根據(jù)新豐江水庫流域的地形地貌特征、水文氣象特征及水力特性等可以推求的部分參數(shù)，如im、um、lm、kg、ki、sm、ex、l、ke、xe等不再參加調(diào)試，調(diào)試時(shí)選取新豐江水庫流域1987-1997年連續(xù)11年的實(shí)測(cè)徑流資料進(jìn)行擬合。4.2 日模型計(jì)算成果 日模型參數(shù)中比較敏感、且對(duì)年徑流計(jì)算影響最大的是蒸散發(fā)

34、折減系數(shù)kc，也就是本層模擬的重點(diǎn)，著重模擬計(jì)算徑流與實(shí)測(cè)年徑流深的擬合程度。按照本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，重點(diǎn)調(diào)試參數(shù)sm、kg和kc，分別按b=0.3、b=0.35、b=0.4和sm=20、sm=30、sm=32進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)參數(shù)b=0.3、sm=20時(shí)見表1，當(dāng)參數(shù)b=0.3、sm=30時(shí)見表2，當(dāng)參數(shù)b=0.3、sm=32時(shí)見表3，當(dāng)參數(shù)b=0.35、sm=20時(shí)見表4，當(dāng)參數(shù)b=0.35、sm=30時(shí)見表5，當(dāng)參數(shù)b=0.35、sm=32時(shí)見表6，當(dāng)參數(shù)b=0.4、sm=20時(shí)見表7，當(dāng)參數(shù)b=0.4、sm=30時(shí)見表8，當(dāng)參數(shù)b=0.4、sm=32時(shí)見表9，表1 新豐江水庫流域水文預(yù)報(bào)日模

35、型參數(shù)調(diào)試值表 層次參數(shù)符號(hào)參數(shù)意義日模型第一層蒸散發(fā)計(jì)算um上層張力水容量（mm）20lm下層張力水容量（mm）80c深層蒸散發(fā)折算系數(shù)0.13第二層產(chǎn)流計(jì)算wm流域平均張力水容量（mm）160b張力水蓄水容量曲線方次0.3im不透水面積占全流域面積的比例0.2第三層水源劃分sm表層自由水蓄水容量（mm）20ex表層自由水蓄水容量曲線方次1.5kg表層自由水蓄水庫對(duì)地下水的日出流系數(shù)0.4ki表層自由水蓄水庫對(duì)壤中流的日出流系數(shù)0.35第四層匯流計(jì)算ci壤中流消退系數(shù)0.6cg地下水消退系數(shù)0.994cs(uh)河網(wǎng)需水消退系數(shù)（單位線）0.2l滯時(shí)（h）0ke馬斯京根法演算參數(shù)（h）24x

36、e馬斯京根法演算參數(shù)0.42 新豐江水庫流域水文預(yù)報(bào)日模型調(diào)試結(jié)果年份年降雨量（mm）計(jì)算徑流（mm）實(shí)測(cè)徑流（mm）絕對(duì)誤差（mm）相對(duì)誤差（%）確定性系數(shù)19771520.99723.62831.12-107.5112.940.691819781787.35907.411041.40-133.9912.870.745519791741.02900.041090.62-190.5817.470.783819801746.89862.381123.08-260.7023.210.693419811979.571011.491239.79-228.3018.410.761419821890.22

37、1035.951144.18-108.239.460.689019832552.601827.221918.87-91.654.780.713319841856.131110.391175.84-64.875.520.6086平均1884.351047.391195.61-148.2313.080.7109表2 新豐江水庫水文預(yù)報(bào)日模型參數(shù)調(diào)試值表層次參數(shù)符號(hào)參數(shù)意義日模型第一層蒸散發(fā)um上層張力水容量（mm）20lm下層張力水容量（mm）80c深層蒸散發(fā)折算系數(shù)0.13第二層產(chǎn)流計(jì)算wm流域平均張力水容量（mm）160b張力水蓄水容量曲線方次0.3im不透水面積占全流域面積的比例0.2第三層

38、水源劃分sm表層自由水蓄水容量（mm）30ex表層自由水蓄水容量曲線方次1.5kg表層自由水蓄水庫對(duì)地下水的日出流系數(shù)0.4ki表層自由水蓄水庫對(duì)壤中流的日出流系數(shù)0.35第四層匯流計(jì)算ci壤中流消退系數(shù)0.6cg地下水消退系數(shù)0.994cs(uh)河網(wǎng)需水消退系數(shù)（單位線）0.2l滯時(shí)（h）0ke馬斯京根法演算參數(shù)（h）24xe馬斯京根法演算參數(shù)0.42 新豐江水庫流域水文預(yù)報(bào)日模型調(diào)試結(jié)果年份年降雨量（mm）計(jì)算徑流（mm）實(shí)測(cè)徑流（mm）絕對(duì)誤差（mm）相對(duì)誤差（%）確定性系數(shù)19771520.99723.62831.12-107.5112.940.812519781787.35907.

39、411041.40-133.9912.870.819919791741.02900.041090.62-190.5817.470.845119801746.89862.381123.08-260.7023.210.747319811979.571011.491239.79-228.3018.410.835019821890.221035.951144.18-108.239.460.811219832552.601827.221918.87-91.654.780.807419841856.131110.981175.84-64.875.520.7712平均1884.351047.391195.61-148.2313.080.8062表3 新豐江水庫水文預(yù)報(bào)日模型參數(shù)調(diào)試值表層次參數(shù)符