新安江模型 陜北模型

1、東南大學(xué)交通學(xué)院橋涵水文資料整理指導(dǎo)老師：許崇法姓名：郭趙元學(xué)號：21710131目錄第一章新安江模型TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 新安江模型簡介3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 新安江模型的基本原理3新安江模型結(jié)構(gòu)4第二章陜北模型2.1陜北模型簡介6 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.2陜北模型結(jié)構(gòu)7 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 模型評述8第一章新安江模

2、型新安江模型簡介新安江模型始建于1973年，采用蓄滿產(chǎn)流的概念，以土壤含水量達(dá)到田間持水量后才產(chǎn)流，是個分布式的概念性模型，30多年來在我國濕潤與半濕潤地區(qū)有廣泛應(yīng)用，并發(fā)展改進(jìn)為三水源的以及其他多水源的模型。原華東水利學(xué)院的趙人俊教授于1963年初次提出濕潤地區(qū)以蓄滿產(chǎn)流為主的觀點(diǎn)，主要根據(jù)是次洪的降雨徑流關(guān)系與雨強(qiáng)無關(guān)，而只有用蓄滿產(chǎn)流概念才能解釋這一現(xiàn)象。上個世紀(jì)70年代國外對產(chǎn)流問題展開了理論研究，最有代表性的著作是1978年出版的山坡水文學(xué)，它的結(jié)論與趙人俊先生的觀點(diǎn)基本一致：傳統(tǒng)的超滲產(chǎn)流概念只適用于干旱地區(qū)，而在濕潤地區(qū)，地面徑流的機(jī)制是飽和坡面流，壤中流的作用很明顯。20世紀(jì)7

3、0年代初建立的新安江模型采用蓄滿概念是正確的。但對于濕潤地區(qū)，由于沒有劃出壤中流，導(dǎo)致匯流的非線性程度偏高，效果不好。80年代初引進(jìn)吸收了山坡水文學(xué)的概念，提出三水源的新安江模型。新安江模型的基本原理新安江模型是分散性模型，可用于濕潤地區(qū)與半濕潤地區(qū)的濕潤季節(jié)。當(dāng)流域面積較小時，新安江模型采用集總模型，當(dāng)面積較大時，采用分塊模型。它把全流域分為許多塊單元流域，對每個單元流域作產(chǎn)匯流計(jì)算，得出單元流域的出口流量過程。再進(jìn)行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量過程。把每個單元流域的出流過程相加，就求得了流域的總出流過程。該模型按照三層蒸散發(fā)模式計(jì)算流域蒸散發(fā)，按蓄滿產(chǎn)流概念計(jì)算降雨產(chǎn)生的總徑

4、流量采用流域蓄水曲線考慮下墊面不均勻?qū)Ξa(chǎn)流面積變化的影響。在徑流成分劃分方面，對三水源情況，按“山坡水文學(xué)”產(chǎn)流理論用一個具有有限容積和測孔、底孔的自由水蓄水庫把總徑流劃分成飽和地面徑流、壤中水徑流和地下水徑流。在匯流計(jì)算方面，單元面積的地面徑流匯流一般采用單位線法，壤中水徑流和地下水徑流的匯流則采用線性水庫法。河網(wǎng)匯流一般采用分段連續(xù)演算的Muskingum法或滯時演算法，但它一般不作為新安江模型的主體。新安江模型按泰森多邊形法分塊，以一個雨量站為中心劃一塊。這種分法便于考慮降雨分布不均，不考慮其它的分布不均。新安江模型的流程圖見圖。圖中輸入為實(shí)測降雨P(guān)和實(shí)測蒸散發(fā)能力EM,輸出為流域出口斷

5、面流量Q和流域蒸散發(fā)量E。方框內(nèi)是狀態(tài)變量，方框外是常數(shù)常量。模型主要由四部分組成,即蒸散發(fā)計(jì)算、產(chǎn)流量計(jì)算、水源劃分和匯流計(jì)算。產(chǎn)ffli宜ft電而屈施as張力朮*-下宦門采盡帀VH環(huán)中fli低直TRg$QRSSVH榊.段徑帶濫*人療TRGQRG1.3新安江模型結(jié)構(gòu)新安江模型是分散性的模型，常按泰森多邊形法把全流域分成許多單元流域，產(chǎn)流部分采用蓄滿產(chǎn)流模型，另增加了流域不透水面積占全流域面積之比的參數(shù)IMP。蒸發(fā)部分采用三水源蒸散發(fā)模式。河道洪水演算采用馬斯京根法。地面徑流的匯流采用經(jīng)驗(yàn)單位線，并假定每個單元流域上的無因次單位線相同，簡化結(jié)構(gòu)。地下徑流的匯流采用線性水庫。對每一個單元流域作匯

6、流計(jì)算，求得單元流域出口流量過程。再進(jìn)行出口以下的河道洪水演算，得出流域出口的流量過程。把每個單元流域的出流過程相加，就求得了流域出口的總出流過程，新安江模型流程圖如圖。（1）蒸散發(fā)。此部分的參數(shù)包括K、C、WUM、WLM。K：流域蒸散發(fā)能力與實(shí)測水面蒸發(fā)值之比。它反映蒸發(fā)皿蒸發(fā)量與流域蒸發(fā)能力的差別，也反映蒸發(fā)皿蒸發(fā)量對全流域（高程差）的代表性問題，對具體流域來說，以優(yōu)選為宜，即選模擬徑流誤差最小時的K值。夏天其值一般取1.31.5，冬天一般取1.0oC：深層蒸散發(fā)系數(shù)。它決定于深根植物占流域面積的比值，同時也與WUM+WLM有關(guān)。一般經(jīng)驗(yàn)，在江南濕潤地區(qū)C值約為0.150.20之間，而在華

7、北半濕潤地區(qū)值則在0.090.12左右。WUM：上層蓄水容量，它包括植物截留量。在植被與土壤很好的流域，其值約為20mm；在植被與土壤頗差的流域，值約為510mm。WLM：下層蓄水容量。其值可取6090mmo（2）產(chǎn)流。通過降雨和土壤缺水量產(chǎn)生徑流。此部分包括的參數(shù)有WM、B和IMP。WM：流域平均蓄水容量，它是衡量流域干旱程度的指標(biāo)且WM=WUM+WLM+WDM。B：蓄水容量的方次，它反映流域上蓄水容量分布的不均勻性。很小面積（幾平方公里）時B值為0.1左右，中等面積（300平方公里以內(nèi)）時B值為0.20.3，較大面積時的B值為0.30.4。IMP:不透水面積占全流域面積之比。（3）分水源。

8、此部分把總徑流劃分為三部分，即地面徑流、壤中流和地下徑流。參數(shù)包括M、EX、KG和KIoSM：自由水蓄水庫容量（mm）oEX:自由水蓄水容量曲線的指數(shù)。其最佳取值范圍是1.01.5。KG+KI：自由水蓄水庫地下水日出流系數(shù)和自由水蓄水庫壤中流日出流系數(shù)，它們反應(yīng)基巖和深層土壤的滲透性，對于一個面積約為1000Km2流域KG+KI=0.7。（4）匯流。此部分是對每個單元流域作匯流計(jì)算，求得單元流域出口流量的過程,涉及的參數(shù)有CI、CG、CS、L。CI：壤中流消退系數(shù)。CG：地下水消退系數(shù)。CS：河網(wǎng)蓄水的消退系數(shù)。L：河網(wǎng)匯流滯后演算法中的滯后時間，其值是一個經(jīng)驗(yàn)值。以上共有15個參數(shù)。如全流域

9、需分塊計(jì)算，則需進(jìn)行河道演算，故就增加了KE、XE（單元河道的馬斯京根K、X值）及河道匯流段數(shù)N。這幾個參數(shù)可根據(jù)河道水力學(xué)法求出，一般不優(yōu)選。第二章陜北模型2.1陜北模型簡介黃土高原地區(qū)，自然地理?xiàng)l件復(fù)雜，暴雨時空分布極不均勻，雨量及水文站網(wǎng)密度十分稀疏，長期以來給該地區(qū)暴雨洪水計(jì)算帶來很多困難。陜北模型是適用于干旱地區(qū)或是以超滲產(chǎn)流為主的地區(qū)。陜北降雨徑流模型流程框圖如下：透狀血思T陜北模型結(jié)構(gòu)考慮降雨分布的不均勻性和下墊面分布的不均勻性，尤其是地面下滲能力的不均勻性，將流域劃分為若干塊單元面積；每塊單元面積內(nèi)分為不透水面積FB和透水面積（1-FB）。在透水面積上的降雨量i扣除蒸散發(fā)量E后

10、，用霍爾頓下滲公式和流域下滲能力分配曲線計(jì)算徑流量R1,在不透水面積上的降雨i扣除蒸散發(fā)E,產(chǎn)生徑流量R2；次降雨產(chǎn)生的流域總徑流量為R=R1+R2。各單元面積的坡地匯流計(jì)算采用線性水庫或滯后演算法。河道匯流計(jì)算采用馬斯京根分段連續(xù)演算法。將各單元面積到達(dá)出口斷面的流量過程線性疊加即為流域出口斷面總的流量過程。陜北模型產(chǎn)流結(jié)構(gòu)中若采用霍爾頓下滲方程，有11個參數(shù)：KC、8、FB、f、f、k、B、CS、L、KE、XEm0c主要參數(shù)有：KC、9、f、f、k、CS、Lm0c（1）蒸散發(fā)能力折算系數(shù)KC。因干旱地區(qū)資料等方面的原因，在實(shí)際計(jì)算中KC往往變化很大，最后需經(jīng)調(diào)試后確定,必要時可分月份優(yōu)選。

11、（2）張力水蓄水容量8m與參數(shù)KC一起，主要用于計(jì)算初始土壤含水量0，09二6080mm。m（3）最干旱時的下滲能力f0一般天然流域無土壤含水量和下滲資料，可用水文分析及下滲模型法分析，由實(shí)測資料驗(yàn)證。一般f=lo2.0mm/min。0（4）穩(wěn)定下滲率fc可用水文分析及下滲模型法分析，由實(shí)測資料驗(yàn)證。一般f=0.30.5mm/minC霍爾頓下滲曲線方程系數(shù)k可用水文分析及下滲模型法分析，由實(shí)測資料驗(yàn)證。一般k=0.040.05/min。地面徑流消退系數(shù)cs。詳見模型參數(shù)概念分析方法部分。(7)滯時L。參考模型參數(shù)概念分析方法。由于超滲產(chǎn)流時對雨強(qiáng)十分敏感，加之陜北地區(qū)暴雨歷時短促，流域坡陡，洪水陡漲陡落，所以在應(yīng)用陜北模型時，計(jì)算時段At不能取得太長，一般At=25min模型評述陜北模型特點(diǎn)：為了考慮降雨分布的不均勻性和下墊面分布的不均勻性，將流域劃分為若干塊單元面積；在每塊單元面積內(nèi)又將其劃分為不透水面