1、新安江流域水文模型新安江流域水文模型一、水文模型的分類一、水文模型的分類 水文模型的分類大多數(shù)人不是十分清楚，不同的書籍敘述的分類也不統(tǒng)一。有些概念常常沒有嚴格區(qū)分，以至于讀者不能形成關于水文模型的清晰印象。 為便于今后閱讀文獻，有必要對水文模型的分類進行梳理，搞清數(shù)學模型、物理模型、數(shù)學物理模型、概念性模型、系統(tǒng)模型、水文模型、流域水文模型等概念的區(qū)別。水文模型水文模型數(shù)學模型數(shù)學模型物理模型物理模型 概念性模型概念性模型隨機模型隨機模型確定性模型確定性模型實驗模型實驗模型原型模型原型模型黑箱模型（系統(tǒng)模型）黑箱模型（系統(tǒng)模型） 數(shù)學物理模型數(shù)學物理模型線性模型線性模型分散模型分散模型集總模

2、型集總模型非線性模型非線性模型時時不不變變模模型型時時變變模模型型時時不不變變模模型型時時不不變變模模型型時時變變模模型型時時變變模模型型時時變變模模型型時時不不變變模模型型 1.模型：模型： 實際上是物理原型的某種近似，人們根據(jù)研究需要抽取物理原型的某些特征，采用一定的方法來建立模型，以期在模型上重現(xiàn)或預估物理原型的主要行為，以便對物理現(xiàn)象進行更深入的分析和認識。 2.物理模型：物理模型： 用實物反映客觀世界的物理過程。 實驗模型實驗模型 為實驗目的而人為制作的實物模型；物理實驗中的實驗裝置是物理模型（如實驗室中使用的下滲模型），水工試驗模型是按一定水力比尺縮小物理原型而得的物理模型，室內人

3、工降雨、徑流試驗裝置是物理模型，用電子線路模擬物理現(xiàn)象也是物理模型。 原型模型原型模型 直接利于實物、自然場地或自然現(xiàn)象進行觀測、實驗；如水文站的測量工作和實驗研究工作實際是對河流水文過程進行原型觀測或原型實驗。 3.數(shù)學模型：數(shù)學模型： 是根據(jù)物理的、生物的和社會的某些規(guī)律，遵循一定的原則而建立的數(shù)學“系統(tǒng)”，是對物理現(xiàn)象的數(shù)值仿真，它從數(shù)量上反映物理現(xiàn)象的因果關系，可從量上揭示物理現(xiàn)象的深層規(guī)律。 由于數(shù)學模型不受客觀條件限制，容易制作，因而得到廣泛應用，特別是在不能建立物理模型的情況下，例如，研究地球大氣環(huán)流物理系統(tǒng)，建立模型的唯一選擇只能是數(shù)學模型，即建立大氣環(huán)流物理方程，然后進行數(shù)值

4、仿真，以揭示大氣環(huán)流運動的客觀規(guī)律。 3.1 隨機模型：隨機模型： 指模擬水文現(xiàn)象隨機性的模型，包括統(tǒng)計模型和時間序列模型等。統(tǒng)計模型模擬水文現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律( 隨機規(guī)律 )，例如，頻率計算、相關分析都是統(tǒng)計模型的例子。隨機水文學中所研究的AR(p) 、MA(p，q)等模型屬于時間序列模型。 3.2 確定性模型確定性模型 側重水文物理現(xiàn)象的成因研究，忽略隨機因素。主要模擬水文現(xiàn)象確定性規(guī)律的模型。如馬斯京根模型、新安江模型等水文模型。 數(shù)學物理模型數(shù)學物理模型 是以數(shù)學物理方法對水文現(xiàn)象進行模擬的模型。這種模型是建立在嚴格的物理的、力學方程基礎之上，對水文模型而言，要使用一些物理的、水力學的方程

5、，必須對客觀水文物理系統(tǒng)作很多簡化才可能建立起模型。因此，這種模型目前在水文生產(chǎn)上尚不能完全付諸實用。 概念性模型概念性模型 是以水文現(xiàn)象的物理概念作基礎進行水文過程模擬的，它所模擬的不完全是真的物理實體，而要對物理現(xiàn)象進行概化。 例如，概念性模型常把流域的包氣帶概化成兩層或三層，每層看作是均勻的土層，以便有效地模擬流域蒸散發(fā)和徑流的形成。其中，上層代表疏松的表土層，下層代表較堅實的土層；潛水面以下的地下含水層看作是一個線性水庫，以便模擬地下徑流。 實際上凡是有一定水文物理概念的模型都屬于概念性模型，例如馬斯京根流量演算方程也是一種概念性模型，它把物理河段概化為均一河段，且河段出流看作水庫出流

6、。 本課程所要介紹的流域水文模型就是一種概念性模型，是目前水文上最完整，最流行的概念性模型。 需要說明的是，許多書籍把以一個流域作為研究對象的系統(tǒng)模型也稱為流域水文模型，但一般而言，在不加說明的情況下，流域水文模型總是指概念性模型。 黑箱模型黑箱模型 又稱系統(tǒng)模型，它是根據(jù)系統(tǒng)理論，利用物理系統(tǒng)的輸入和輸出的數(shù)值量推求代表系統(tǒng)特征的系統(tǒng)響應函數(shù)，從而對系統(tǒng)的行為進行研究，系統(tǒng)模型由于研究系統(tǒng)輸入與輸出之間的確定性關系，這實際上也是一種因果關系，所以它屬于一種確定性模型。 通常建立模型后，模型的應用就是利用系統(tǒng)的輸入和系統(tǒng)響應函數(shù)推求系統(tǒng)的輸出。 瞬時單位線（納西單位線），利用流域的降雨和前期輸

7、出與當前輸出建立關系的總徑流響應模型是系統(tǒng)模型的例子。 系統(tǒng)模型根據(jù)其建模方程是線性方程或非線性，方程又可分為線性模型和非線性模型兩類。每類又視其參數(shù)是否隨時間變化分為時變模型和非時變模型兩種模型。 4.水文數(shù)學模型：水文數(shù)學模型： 水文數(shù)學模型是根據(jù)水文循環(huán)中各個環(huán)節(jié)的物理規(guī)律建立起來的“數(shù)學系統(tǒng)”。一般文獻中指的水文模型實際上是水文數(shù)學模型。 根據(jù)下滲規(guī)律、蒸散發(fā)規(guī)律、河道洪水波運動規(guī)律等建立的下滲模型、蒸散發(fā)模型、河道洪水演算模型都是水文模型，但是，它們并不是流域水文模型。 流域水文模型是以一個流域作為基本的研究單元，以流域的水文循環(huán)的整體過程作為模擬對象，將流域水文循環(huán)涉及到的降水、蒸

8、發(fā)、截留和下滲；產(chǎn)流、匯流，包括地表徑流、壤中流、地下徑流的產(chǎn)、匯流，以及坡面調蓄和河網(wǎng)調蓄等流域水文循環(huán)的環(huán)節(jié)或子過程有機地融合在一起，構成一個完整、嚴密的數(shù)學系統(tǒng)。因此流域水文模型也是一種水文模型，但是比一般水文模型更完整，結構更復雜，建立模型也更為困難。 概念性模型實際上也有線性模型和非線性模型之分，例如，馬斯京根流量演算有線性演算法和非線性演算法兩種方法。由于多數(shù)情況下概念性模型指的是流域水文模型，而流域水文模型一般是非線性的模型，為簡化起見，概念性模型習慣上一般不分線性模型和非線性模型。 所謂集總模型和分散模型習慣上也是對流域水文模型而言的，以一個流域作為完整的研究單元，以流域平均降

9、雨和蒸發(fā)作輸入，以流域出口斷面的徑流作為模擬的首要目標，這是所謂的集總模型。對一個較大的流域，可以將其劃分為更小的流域單元，分別模擬各個流域單元的出流，再通過河系流量演算將各個子流域的出流演算至大流域出口疊加，求得大流域的徑流過程，這就是所謂的分散模型。 近年出現(xiàn)的分布式模型是新一代的流域水文模型，它將流域劃分為許許多多的網(wǎng)格單元，由各網(wǎng)格單元的降雨和蒸發(fā)作模型輸入，產(chǎn)、匯流也立足于網(wǎng)格單元的水文物理特性，最后求得流域出口的徑流過程。分散式水文模型分塊示意圖分散式水文模型分塊示意圖二、流域水文模型的研制二、流域水文模型的研制 流域水文模型的研制，需要解決三個問題：流域水文模型的研制，需要解決三

10、個問題： 1.確定模型的結構確定模型的結構 模型的結構指模型用以表達流域水文循環(huán)的物理描述，由于流域水文物理過程的復雜性，人們目前只能對流域水文物理過程做出一定的概化，在此基礎上確定模型的結構。由于不同的人對不同的自然地理區(qū)域做出的概化不盡相同，模型的結構就可能不相同。 但是，一般都包括流域水文循環(huán)的幾個主要環(huán)節(jié)。具體說來，確定模型的結構就是要對具體流域，確定采用幾種水源、幾層蒸發(fā)、是否考慮坡面匯流、是否考慮填洼和植物截留，采用集總模型還是分散模型。模型的結構應具有合理性，即，模型的結構應能正確表述研究流域的主要特征，模型的結構通常用框圖表示。2.確定模型的參數(shù)確定模型的參數(shù) 確定出模型的結構

11、后，接下來就要考慮采用什么樣函數(shù)形式來描述水文物理循環(huán)的數(shù)量關系； 即采用什么樣產(chǎn)流計算方式和計算方程（包括蒸發(fā)計算，下滲計算，土壤含水量計算），什么樣匯流計算方式和計算模型（包括各種水源的坡面匯流和河網(wǎng)匯流）等等。 計算函數(shù)形式確定后，其函數(shù)中的參數(shù)就代表了流域的具體特征，通常稱這些參數(shù)為模型參數(shù)。 當計算函數(shù)是建立在水文物理概念基礎之上時，模型的參數(shù)就具有一定的物理意義。 由于對流域作概化時，為使計算方便可行，目前的流域水文模型還作不到使每個參數(shù)都具有物理含義，但使多數(shù)模型參數(shù)具有物理意義是模型研制的努力方向。2.確定模型的參數(shù)確定模型的參數(shù) 不同的流域，模型參數(shù)的取值范圍不同，由于許多物

12、理參數(shù)的不可測量性（例如，流域的蓄水容量就不能通過測量取得），對具體流域，當應用流域水文模型模擬徑流時，只能通過優(yōu)選獲得一組接近最佳的模型參數(shù)。 優(yōu)選模型參數(shù)通常稱為模型參數(shù)的率定，這是一個十分重要的工作，需要一定的模型應用經(jīng)驗。3.確定模型狀態(tài)變量的計算流程確定模型狀態(tài)變量的計算流程 每一個水文循環(huán)過程的狀態(tài)都是由一組變量表達的，它們體現(xiàn)為表達水文物理循環(huán)過程的函數(shù)中，隨時間而變化的變量，這些變量通常稱為模型的狀態(tài)變量。 當模型的輸入（通常是流域平均的降雨和蒸發(fā)能力），模型的結構和參數(shù)確定后，模型的狀態(tài)變量就隨模型的輸入變化而變化。 由于流域水文循環(huán)各個子過程在時間上的交織，需正確制定模型狀

13、態(tài)變量的計算流程，才能使模型正確模擬流域的徑流過程。 計算流程一般需要保證流域的水量平衡，不正確的計算流程往往導致水量不平衡，這會破壞模型的嚴謹性。 流域水文模型通常較為復雜，一般需要由計算機程序實現(xiàn)，所以模型的計算流程通常由計算機程序的計算流程圖表達。 三三、新安江模型、新安江模型 1.概述概述 上世紀60年代初，河海大學(原華東水利學院)水文系趙人俊等開始研究蓄滿產(chǎn)流模型，配合一定的匯流計算，將模型應用于水文預報和水文設計。 1973年，他們在對新安江水庫做入庫流量預報的工作中，把他們的經(jīng)驗歸納成一個完整的降雨徑流流域模型，并取名為新安江模型。模型可用于濕潤地區(qū)和半濕潤地區(qū)的濕潤季節(jié)徑流模

14、擬和計算。三三、新安江模型、新安江模型 1.概述概述 最初的新安江模型為兩水源模型，只能模擬地表徑流和地下徑流。上世紀80年代初期，模型研制者將薩克拉門托模型與水箱模型中，用線性水庫函數(shù)劃分水源的概念引入新安江模型，提出了三水源新安江模型，模型可以模擬地面徑流、壤中流、地下徑流。 1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模擬地面徑流、壤中流、快速地下徑流和慢速地下徑流。三水源新安江模型一般應用效果較好，但模擬地下水豐富地區(qū)的日徑流過程精度不夠理想。在新安江三水源模型中增加慢速地下水結構就成為四水源新安江模型。 當流域面積較小時，新安江模型采用集總模型，當面積較大時，采用分塊模型。

15、分塊模型把流域分成許多塊單元流域，對每個單元流域做產(chǎn)、匯計算，得到單元流域的出口流量過程。再進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，就求得了流域出口的總出流過程。 劃分單元流域的主要目的是處理降雨分布的不均勻性，因此單元流域應當大小適當，使得每塊面積上的降雨分布比較均勻并有一定數(shù)目的雨量站。 其次盡可能使單元流域與自然流域相一致，以便于分析與處理問題，并便于利用已有的小流域水文資料。 如果流域內有大中型水庫，則水庫以上的集水面積即應作為一個單元流域。 因為各單元流域的產(chǎn)匯、流計算方法基本相同，以下只討論一個單元流域的情況。（1）新安江三水源模型結構）新

16、安江三水源模型結構 新安江三水源模型包括4個計算環(huán)節(jié)：流域產(chǎn)流計算、水源劃分、蒸散發(fā)計算、匯流計算。流域的產(chǎn)流計算和蒸散發(fā)計算與新安江二水源模型相同，水源劃分則完全不同，因此匯流計算也不相同。新安江三水源模型結構示意圖見下圖。2.新安江模型的原理與結構新安江模型的原理與結構 新安江三水源模型流域產(chǎn)流計算新安江三水源模型流域產(chǎn)流計算 新安江模型產(chǎn)流部分的計算是蓄滿產(chǎn)流模式； 蓄滿產(chǎn)流指在流域包氣帶土濕滿足田間持水量以前不產(chǎn)流，所有的降雨都被土壤吸收；而在土濕達到田間持水量之后，所有的降雨（除去同期的蒸散發(fā)）都產(chǎn)流。 在產(chǎn)流后，流域包氣帶土壤的下滲能力為穩(wěn)定下滲率，下滲的水分成為地下徑流和壤中流，

17、超蓄的部分成為地面徑流。 考慮到流域內各點的蓄水容量并不相同，實際產(chǎn)流時常常是在部分面積上產(chǎn)流，新安江模型引入流域蓄水容量分布曲線來刻劃流域內各點蓄水容量的不均勻性，把流域內各點的蓄水容量概化成如圖所示的一條拋物線（也可概化成其它函數(shù)形式）。其方程為：其方程為： 式中：式中： 為產(chǎn)流面積；為產(chǎn)流面積； 是點蓄水容量，是點蓄水容量， ； 是蓄水容量小于等于蓄水量的全部點的面是蓄水容量小于等于蓄水量的全部點的面積，積， ； 是單元流域面積，是單元流域面積， ； 是蓄水容量曲線指數(shù)。是蓄水容量曲線指數(shù)。 是流域內點最大蓄水容量，是流域內點最大蓄水容量， ；其與流域平；其與流域平均蓄水容量的關系為均蓄

18、水容量的關系為:bmmmWWFf11FRFfmWfFbmm2KmmmWmm2KmMmmWbW 1 引入蓄水引入蓄水容量分布曲線容量分布曲線后，在降雨過后，在降雨過程中，只有在程中，只有在滿足了包氣帶滿足了包氣帶蓄水容量的面蓄水容量的面積上才可能產(chǎn)積上才可能產(chǎn)生徑流，其余生徑流，其余面積上不產(chǎn)生面積上不產(chǎn)生徑流?？鄢魪搅?。扣除蒸發(fā)后的有效降發(fā)后的有效降雨量雨量 中，未中，未轉化為凈雨產(chǎn)轉化為凈雨產(chǎn)流量流量 的水分的水分ePR流域蓄水容量分布曲線示意圖流域蓄水容量分布曲線示意圖通過下滲進入流域包氣帶土層，補充土層蓄水量通過下滲進入流域包氣帶土層，補充土層蓄水量 。引入流域蓄水容分布量曲線后的產(chǎn)流

19、計算式為：引入流域蓄水容分布量曲線后的產(chǎn)流計算式為： 當當 時為部分面積產(chǎn)流時為部分面積產(chǎn)流 當當 時為全流域面積產(chǎn)流式中：時為全流域面積產(chǎn)流式中： 式中：式中： 為有效降雨量，為有效降雨量， ； 為與流域土壤初始蓄水量相應的前期影響雨為與流域土壤初始蓄水量相應的前期影響雨量，由下式計算量，由下式計算 WmmeWaPbmmeMMeWaPWWWPR1101mmeWaP0WWPRMeePEPPeabMmmWWWa11011 只需實現(xiàn)給定流域平均最大蓄水容量WM和流域蓄水容量-面積分配曲線指數(shù)b便可建立以流域初始土壤蓄水量W0為參數(shù)的降雨徑流關系。 新安江三水源模型水源劃分新安江三水源模型水源劃分

20、不考慮自由水蓄水容量分布不均勻的劃分方法不考慮自由水蓄水容量分布不均勻的劃分方法 求得的產(chǎn)流量求得的產(chǎn)流量 包括地面徑流包括地面徑流 、壤中流、壤中流 和地和地下徑流下徑流 三部分。新安江三水源模型用一個自由水蓄三部分。新安江三水源模型用一個自由水蓄水庫解決水源劃分，自由水蓄水庫有兩個出流孔，底水庫解決水源劃分，自由水蓄水庫有兩個出流孔，底孔為地下徑流孔為地下徑流 出流孔，邊孔為壤中流出流孔，邊孔為壤中流 出流孔。新出流孔。新安江模型考慮了產(chǎn)流面積（安江模型考慮了產(chǎn)流面積（ ）的變化，自由）的變化，自由水水蓄水庫實際只發(fā)生在產(chǎn)流面積上，其底寬為產(chǎn)流面積蓄水庫實際只發(fā)生在產(chǎn)流面積上，其底寬為產(chǎn)流

21、面積 ，顯然它是隨時間變化的。產(chǎn)流量，顯然它是隨時間變化的。產(chǎn)流量 進入水庫即在進入水庫即在產(chǎn)流面積上產(chǎn)生產(chǎn)流面積上產(chǎn)生 的徑流深，也就是自由水蓄水庫所的徑流深，也就是自由水蓄水庫所增加的蓄水深。當自由水蓄水深增加的蓄水深。當自由水蓄水深 超過其最大值超過其最大值 時時，超過部分成為地面徑流，超過部分成為地面徑流 。壤中流。壤中流 和地下徑流和地下徑流按線性水庫出流，其出流系數(shù)分別為按線性水庫出流，其出流系數(shù)分別為 和和 。底孔。底孔出出 RRSRIRIRGRGePRFR/FRRePSmSRSRIRGKIKG流量流量 和邊孔出流量和邊孔出流量 分別進入各自的水庫，并按線性分別進入各自的水庫，并

22、按線性水庫的退水規(guī)律流出，分別成為地下水出流水庫的退水規(guī)律流出，分別成為地下水出流 和壤中流和壤中流出流出流 。模型認為蒸散發(fā)在張力水中消耗，自由水蓄。模型認為蒸散發(fā)在張力水中消耗，自由水蓄水庫的水量全部為徑流。水源劃分示意圖見下圖。水庫的水量全部為徑流。水源劃分示意圖見下圖。RGRIGQIQFRSSmRRSKGQGQIRI圖34 自由水蓄水庫結構 考慮自由水蓄水容量分布不均勻的劃分方法流考慮自由水蓄水容量分布不均勻的劃分方法流域自由水蓄水容量實際上也是不均勻的，作為上圖表域自由水蓄水容量實際上也是不均勻的，作為上圖表示的水源劃分方法的改進，人們引入流域自由水蓄水示的水源劃分方法的改進，人們引

23、入流域自由水蓄水容量分布曲線來刻化自由水蓄水容量的不均勻性，其容量分布曲線來刻化自由水蓄水容量的不均勻性，其線型與流域蓄水容量曲線類似，曲線見下圖，曲線線型與流域蓄水容量曲線類似，曲線見下圖，曲線方程如下式。方程如下式。bxmmmSSFf11(A)式中：式中： 為產(chǎn)流面積；為產(chǎn)流面積； 點自由水蓄水容量；點自由水蓄水容量； 自由水蓄水容量小于等于蓄水量的全部點自由水蓄水容量小于等于蓄水量的全部點的面積；的面積； 單元流域面積；單元流域面積； 自由水蓄水容量曲線指數(shù)。自由水蓄水容量曲線指數(shù)。 流域內點最大自由水蓄水容量；與流域平流域內點最大自由水蓄水容量；與流域平均自由水蓄水容量的關系為：均自由

24、水蓄水容量的關系為：由于認為在產(chǎn)流面積上才有自由水，因此，產(chǎn)流面積由于認為在產(chǎn)流面積上才有自由水，因此，產(chǎn)流面積 上的點最大自由水蓄水容量上的點最大自由水蓄水容量 是隨產(chǎn)流面積變是隨產(chǎn)流面積變FRFfmSfFbxmmSMmmSbxS 1(B)FRSmmf化而變化的，見圖所示。對當前時段，已知化而變化的，見圖所示。對當前時段，已知 ，則將，則將其代（其代（A）式得）式得上式解出上式解出 得：得： 同樣，在產(chǎn)流面積同樣，在產(chǎn)流面積 上的自由水平均蓄水容量上的自由水平均蓄水容量 與該面積上的點最大自由水蓄水容量與該面積上的點最大自由水蓄水容量 的關系為：的關系為：在劃分水源時，產(chǎn)流面積在劃分水源時，

25、產(chǎn)流面積 上只有在滿足了蓄水容量上只有在滿足了蓄水容量的水庫面積上才可能產(chǎn)生地面徑流的水庫面積上才可能產(chǎn)生地面徑流 ；其余面積上不；其余面積上不產(chǎn)生地面徑流產(chǎn)生地面徑流 。進入水庫的水分扣除地面徑流量。進入水庫的水分扣除地面徑流量bxmmSSmmfFfFR11SmmfRSFRSmfSmmfSmfbxSmmf 1FRRSbxmmFRSSmmf111FR后，剩余的補充水庫蓄水量后，剩余的補充水庫蓄水量S，這時的水源劃分計算，這時的水源劃分計算式式為：為： a.地面徑流出流地面徑流出流 當當 時為部分面積產(chǎn)流時為部分面積產(chǎn)流 當當 時為全流域面積產(chǎn)流時為全流域面積產(chǎn)流式中：式中： 為計算時段初的自由

26、水蓄水庫的蓄水量（用為計算時段初的自由水蓄水庫的蓄水量（用產(chǎn)流面積上的平均深度表示）；產(chǎn)流面積上的平均深度表示）； 為計算相應于為計算相應于 的自由水蓄水庫前期影響入的自由水蓄水庫前期影響入流量，由下式計算。流量，由下式計算。 SmmfAuPebxeeSmmfAuPSmfSSmfPRS11010SSmfPRSe0SSmfPRSe0SAu0S（B）（C）進入水庫的水分扣除地面徑流量后，剩余的補充水庫進入水庫的水分扣除地面徑流量后，剩余的補充水庫蓄水量蓄水量S： b.壤中流出流：壤中流出流：c.地下徑流出流：地下徑流出流： bxSmfSSmmfAu11011RSPSSe0SKIRISKGRG流域蒸

27、散發(fā)計算流域蒸散發(fā)計算 蒸散發(fā)模型不考慮面上分布的不均勻性，但可考慮蒸散發(fā)模型不考慮面上分布的不均勻性，但可考慮土濕垂向分布的不均勻性，根據(jù)需要采用兩層或三層土濕垂向分布的不均勻性，根據(jù)需要采用兩層或三層蒸散發(fā)模型計算流域蒸發(fā)量。兩層蒸散發(fā)模型將土層蒸散發(fā)模型計算流域蒸發(fā)量。兩層蒸散發(fā)模型將土層分為上、下兩層，各層蓄水容量分別為分為上、下兩層，各層蓄水容量分別為 、 （ ）。流域土層下滲蓄水和蒸散發(fā)計）。流域土層下滲蓄水和蒸散發(fā)計算過程按下述原則進行：降雨先補充上層，上層蓄滿算過程按下述原則進行：降雨先補充上層，上層蓄滿后再補充下層；蒸發(fā)時先蒸發(fā)上層，上層蓄水量蒸發(fā)后再補充下層；蒸發(fā)時先蒸發(fā)上

28、層，上層蓄水量蒸發(fā)殆盡后再蒸發(fā)下層。殆盡后再蒸發(fā)下層。RIWUMWLMWLMWWUMM兩層蒸散發(fā)模型的計算式如下：兩層蒸散發(fā)模型的計算式如下： 當當 則則 ， ， 當當 則則 ， ，式中：式中： 是流域降雨量，是流域降雨量， ； 是流域蒸散發(fā)能力，是流域蒸散發(fā)能力， ； 是上層土壤蓄水量，是上層土壤蓄水量， ； 是下層土壤蓄水量，是下層土壤蓄水量， ； 是下層土壤蓄水容量，是下層土壤蓄水容量， ； 、 分別為上層、下層蒸發(fā)量，分別為上層、下層蒸發(fā)量， 。 EpWUPEpEU 0ELEUE EpWUPWUPEUWLMWLEUEpEL/ELEUEPEpWUWLWLMEUELmmmmmmmmmmmm

29、三層蒸散發(fā)模型的計算式如下：三層蒸散發(fā)模型的計算式如下： 流域匯流計算流域匯流計算 忽略地面徑流的坡面匯流階段，直接將地面徑流忽略地面徑流的坡面匯流階段，直接將地面徑流產(chǎn)流量產(chǎn)流量 轉換為流量作為河網(wǎng)地面徑流入轉換為流量作為河網(wǎng)地面徑流入流。地下徑流流。地下徑流 和壤中流和壤中流 坡地匯流均采用線性水庫坡地匯流均采用線性水庫模擬，經(jīng)線性水庫調蓄后得到相應河網(wǎng)入流模擬，經(jīng)線性水庫調蓄后得到相應河網(wǎng)入流 與與 。三種水源的河網(wǎng)入流流量相加就是所謂的河網(wǎng)總入流三種水源的河網(wǎng)入流流量相加就是所謂的河網(wǎng)總入流。河網(wǎng)總入流經(jīng)流域河網(wǎng)調蓄后得到流域出口斷面的。河網(wǎng)總入流經(jīng)流域河網(wǎng)調蓄后得到流域出口斷面的流量

30、過程。流量過程。 壤中流坡地匯流計算壤中流坡地匯流計算 地下徑流坡地匯流計算地下徑流坡地匯流計算RSURSQsIQgQRIRGUCIRCIQQtItItI1,1,UCGRCGQQtgtgtg1,1,式中：式中： t時段壤中流出流流量，時段壤中流出流流量， ； 壤中流消退系數(shù)，可假定為壤中流消退系數(shù)，可假定為 ； t時段地下徑流出流流量，時段地下徑流出流流量， ； 地下徑流消退系數(shù)，可假定為地下徑流消退系數(shù)，可假定為 ； 是徑流深轉換為流量時的單位轉換系數(shù)，是徑流深轉換為流量時的單位轉換系數(shù)， 。 河網(wǎng)總入流計算河網(wǎng)總入流計算式中：式中： 時段河網(wǎng)的總入流，時段河網(wǎng)的總入流， ；tIQ,CItG

31、Q,CGUsm /3KICI1sm /3KGCG1tFU6 . 3/tGtItstZQQQQ,tZQ,tsm /3 河網(wǎng)匯流單位線匯流河網(wǎng)匯流單位線匯流 河網(wǎng)匯流單位線也稱時變河網(wǎng)匯流單位線，河網(wǎng)河網(wǎng)匯流單位線也稱時變河網(wǎng)匯流單位線，河網(wǎng)總入流經(jīng)流域河網(wǎng)調蓄后得到流域出口斷面的流量過總入流經(jīng)流域河網(wǎng)調蓄后得到流域出口斷面的流量過程。程。 河網(wǎng)匯流單位線的計算式如下：河網(wǎng)匯流單位線的計算式如下：式中：式中： 河網(wǎng)消退系數(shù)；河網(wǎng)消退系數(shù)； 河網(wǎng)匯流時間，河網(wǎng)匯流時間， ； 時刻的河網(wǎng)出流（即時刻的河網(wǎng)出流（即 時刻的流域出口時刻的流域出口斷斷面流量），面流量）， ；tZststQCQCQ,)1 (

32、sCtQthttsm /3 時刻的河網(wǎng)總入流經(jīng)河網(wǎng)調蓄后，延遲時刻的河網(wǎng)總入流經(jīng)河網(wǎng)調蓄后，延遲 時間的出流，時間的出流， 。 是隨時間而變化的時變參數(shù)，它取決于時刻的是隨時間而變化的時變參數(shù)，它取決于時刻的河網(wǎng)的總入流量和流域的河槽特性。一般用下式計算河網(wǎng)的總入流量和流域的河槽特性。一般用下式計算：式中：式中： 反映流域河槽特性的系數(shù)。反映流域河槽特性的系數(shù)。tQtsm /3sC4 . 0,1CtZrsQC rC預報模型（預報模型（河網(wǎng)單位線匯流河網(wǎng)單位線匯流）計算過程示意圖）計算過程示意圖蒸發(fā)模型計算：蒸發(fā)模型計算：已知初始土壤蓄水量，已知初始土壤蓄水量，降雨量降雨量P，蒸發(fā)能力，蒸發(fā)能力

33、KE0，計算流域蒸，計算流域蒸發(fā)量發(fā)量E，土壤蓄水減少量，土壤蓄水減少量W產(chǎn)流方案計算：產(chǎn)流方案計算：已知初始土壤蓄水量，有效已知初始土壤蓄水量，有效降雨降雨PE；計算產(chǎn)流量；計算產(chǎn)流量R，土壤蓄水增量，土壤蓄水增量W由時段降雨量由時段降雨量P、蒸發(fā)量、蒸發(fā)量E0計算有效降雨計算有效降雨PE=P-KE0PE0 ?水源劃分計算：水源劃分計算：已知產(chǎn)流量已知產(chǎn)流量R，計算地面徑流，計算地面徑流Rs，壤中流壤中流Ri，地下徑流地下徑流Rg地面徑流地面徑流Rs乘單位轉換系數(shù)后轉乘單位轉換系數(shù)后轉換為時段平均流量，換為時段平均流量，直接進入河網(wǎng)直接進入河網(wǎng)壤中流，地下徑流匯流計算：壤中流，地下徑流匯流計

34、算：由線由線性水庫計算其進入河網(wǎng)的流量過程性水庫計算其進入河網(wǎng)的流量過程河網(wǎng)總入流計算：河網(wǎng)總入流計算：三種流量同三種流量同時刻值疊加，得時刻值疊加，得河網(wǎng)總入流流量河網(wǎng)總入流流量是是否否河網(wǎng)匯流計算：河網(wǎng)匯流計算：出口斷面流量出口斷面流量 3.新安江模型的計算流程新安江模型的計算流程 4.新安江三水源模型的參數(shù)調試新安江三水源模型的參數(shù)調試 采用河網(wǎng)匯流單位線的新安江三水源模型共有采用河網(wǎng)匯流單位線的新安江三水源模型共有14個參數(shù)，根據(jù)參數(shù)的功能可分為個參數(shù)，根據(jù)參數(shù)的功能可分為4類類 與蒸散發(fā)計算有關的參數(shù)：蒸散發(fā)折算系數(shù)與蒸散發(fā)計算有關的參數(shù)：蒸散發(fā)折算系數(shù) ，上層土壤蓄水容量，上層土壤

35、蓄水容量 下層土壤蓄水容量下層土壤蓄水容量 ，深，深層蒸散發(fā)系數(shù)層蒸散發(fā)系數(shù) 。 與產(chǎn)流計算有關的參數(shù)：流域蓄水容量與產(chǎn)流計算有關的參數(shù)：流域蓄水容量 ，流，流域蓄水容量曲線指數(shù)域蓄水容量曲線指數(shù) ，流域不透水面積比值，流域不透水面積比值 。 與水源劃分有關的參數(shù)：流域自由水蓄水容量與水源劃分有關的參數(shù)：流域自由水蓄水容量 ，流域自由水蓄水容量曲線指數(shù)，流域自由水蓄水容量曲線指數(shù) ，自由水蓄水庫壤中，自由水蓄水庫壤中流出流系數(shù)流出流系數(shù) 與自由水蓄水庫地下徑流出流系數(shù)與自由水蓄水庫地下徑流出流系數(shù) 。 與匯流有關的參數(shù)：壤中流消退系數(shù)與匯流有關的參數(shù)：壤中流消退系數(shù) 和地下徑和地下徑流消退系數(shù)

36、流消退系數(shù) ；河網(wǎng)匯流單位線參數(shù)；河網(wǎng)匯流單位線參數(shù) 和和 。KWUMWLMCmWbIMPmSbxKIKGCICGrC壤中流匯流調蓄水庫和地下徑流匯流調蓄水庫與自由壤中流匯流調蓄水庫和地下徑流匯流調蓄水庫與自由水水庫是不同的水庫，但如果假定二調蓄水庫的出流水水庫是不同的水庫，但如果假定二調蓄水庫的出流系數(shù)與自由水水庫對應的徑流的出流系數(shù)相同，即假系數(shù)與自由水水庫對應的徑流的出流系數(shù)相同，即假定定 ， ，則參數(shù)可減為，則參數(shù)可減為12個。個。4類參數(shù)類參數(shù)相對獨立，同類參數(shù)有一定相依性。相對獨立，同類參數(shù)有一定相依性。 參數(shù)初定：參數(shù)初定： 根據(jù)流域自然地理資料、水文氣象資料和前人已根據(jù)流域自然

37、地理資料、水文氣象資料和前人已經(jīng)積累的經(jīng)驗初定參數(shù)。經(jīng)積累的經(jīng)驗初定參數(shù)。 蒸散發(fā)折算系數(shù)蒸散發(fā)折算系數(shù) 可采用汛期連續(xù)大雨，流域蓄水量處于蓄滿狀態(tài)可采用汛期連續(xù)大雨，流域蓄水量處于蓄滿狀態(tài)后的累計降雨、累計徑流、累計蒸發(fā)觀測資料，用下后的累計降雨、累計徑流、累計蒸發(fā)觀測資料，用下式估計式估計:KICI1KGCG1ERPKK 流域蓄水容量流域蓄水容量 、上層土壤蓄水容量、上層土壤蓄水容量 、下、下層土壤蓄水容量層土壤蓄水容量 值值 一般根據(jù)實測的降雨徑流資料分析或經(jīng)驗選取后一般根據(jù)實測的降雨徑流資料分析或經(jīng)驗選取后，適當微調即可。，適當微調即可。 流域蓄水容量曲線指數(shù)流域蓄水容量曲線指數(shù) 此值

38、一般在此值一般在0.20.5之間取值，通常流域越小，之間取值，通常流域越小，該值越小。該值越小。 不透水面積比值不透水面積比值 值對模型擬合精度影響很小，一般取值對模型擬合精度影響很小，一般取00.05。 深層蒸散發(fā)系數(shù)深層蒸散發(fā)系數(shù) 南方多林地區(qū)南方多林地區(qū) 左右左右 ；北方半干旱地區(qū)；北方半干旱地區(qū)左右。左右。mWWUMWLMbIMPIMPC18. 0C08. 0C 流域自由水蓄水容量流域自由水蓄水容量 一般由經(jīng)驗初定。一般由經(jīng)驗初定。 流域自由水蓄水容量曲線指數(shù)流域自由水蓄水容量曲線指數(shù) 根據(jù)經(jīng)驗，根據(jù)經(jīng)驗， 常在常在11.5左右。左右。 自由水蓄水庫壤中流出流系數(shù)自由水蓄水庫壤中流出流系數(shù) 與自由水蓄水與自由水蓄水庫地下徑流出流系數(shù)庫地下徑流出流系數(shù) 一般來說，一般來說， 約為約為0.7左右，二者分配比與具左右，二者分配比與具體流域有關，只能調試決定。體流域有關，只能調試決定。 壤中流消退系數(shù)壤中流消退系數(shù) 和地下徑流消退系數(shù)和地下徑流消退系數(shù) 具體取值與具體流域有關，可調試決定。具體取值與具體流域有關，可調試決定。 河網(wǎng)匯流單位線參數(shù)河網(wǎng)匯流單位線參數(shù) 和和 和和 與具體流域的河網(wǎng)特性有關，可調試決定與具體流域的河網(wǎng)特性有關，可調試決定mSmSbxbxKIKGKGKI CICGrCrC 參數(shù)率定參數(shù)率定: 首先率定第一類參數(shù)，主要觀察率定期的