新安江水文模型简介

《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Theprinciple,structure,applicationanddevelopmentprocessofXinanjiangModel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DalianUniversityofTechnology流域水文模拟结课报告-I-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；洪水预报流域水文模拟结课报告-II-Theprinciple,structure,applicationanddevelopmentprocessofXinanjiangModelAbstractXinanjiangModeloriginallyproposedbyHehaiUniversityisaconceptualrainfallrunoffmodelandisalsooneofthefewwidelyrecognizedinternationalhydrologicalmodelinChina.Xinanjianghydrologicalmodelwaswidelyusedinourhumidandsemi-humidareas,andachievedgoodresults.Afternearly50yearsstudy,Xinanjiangmodelhasbeendevelopedfromthesingle-functionofreservoirfloodforecastingintomulti-purposemodelincludinghydrologicalforecasting,waterresourcesmanagement,waterandsoilresourcesevaluation,non-pointsourcepollutionprediction,climatechangeandhumanactivitiesversatilehydrologicalmodelstudies.Andpartofitsparameterscanbeacquiredthroughphysicalcalculationinsteadofexperience.Inshort,Xinanjiangmodelisanevolvingmodelsystem.Thispaperconsistsofthreeparts.ThefirstpartisaboutthebriefintroductionofXinanjiangmodel,whichrecallsthehistoricalbackgroundandthedevelopment,aswellasintroducesthebasicprinciplesandarchitecture;thesecondpartdescribesthephysicalmeaningofXinanjiangmodelparametersandcalibration;thethirdpartisabouttheapplicationofXinanjiangmodelinYingNaRiverBasinfloodcontrolplanning.KeyWords:hydrologicalmodel;Xinanjiangmodel;Floodforecasting流域水文模拟结课报告-III-目录摘要..............................................................IAbstract..............................................................II引言..............................................................11新安江模型简介.....................................................21.1新安江模型起源...............................错误!未定义书签。1.2新安江模型发展历程...........................错误!未定义书签。1.3新安江模型基本原理...........................错误!未定义书签。1.4新安江模型结构...............................................61.4.1蒸散发计算.............................................61.4.2产流量计算.............................................81.4.3水源划分...............................................91.4.4汇流计算..............................................122新安江模型的参数..................................................142.1模型参数物理意义............................................142.1.1蒸散发参数（、、、）...................142.1.2产流量参数（、、）.........................142.1.3水源划分参数（、、、）.................142.1.4汇流参数（、、、）....................152.2模型参数率定................................................152.2.1日模型.................................................152.2.2次模型.................................................163新安江模型的应用..................................................173.1流域概况....................................................173.2流域洪水预报方案编制........................................183.2.1模型参数优选..........................................183.2.2产流模拟计算..........................................193.2.3汇流模拟计算..........................................19结论.............................................................22参考文献..........................................................23KWUMWLMCWMBIMPSMEXKSSKGKKSSKKGCSL流域水文模拟结课报告1引言2015年是新安江流域水文模型走向世界35周年纪念。新安江模型的研制成功并被广泛使用，是中国在20世纪对世界水文科学做出的重要贡献之一[1]。现在，新安江模型不仅在国内广泛使用，成为中国最具影响力的流域水文模型，而且受到世界气象组织的推荐，纳入其水文业务综合系统（HOMS）的分件，向世界各国介绍，美国国家天气局也在采用，爱尔兰国立大学Galway学院还将其作为研究生教材内容[2]。我国是历史悠久的文明古国，幅员辽阔，山丘遍布，河流众多，降雨地区差异很大，在年内和年际的变化也很大，再加上暴雨强度大，洪涝及干旱灾害频繁发生。我国人口众多，而且大多分布在各大流域的中下游。这些地区的地面高程多在江河洪水位以下，主要靠堤防保护安全，而这些堤防的防洪标准并不高，加之我国的一些河流的上中游地区水土流失严重，河水含沙量高，造成下游河床的淤积，更加重了洪涝危害[3]。国内外的实践经验告诉我们，减免洪水灾害损失有两类措施：一类是工程性措施，即通过修建水库、闸坝、堤防、分蓄洪区等手段来减少洪水灾害损失；另一类是非工程性措施，即通过改变灾害的影响来达到减少灾害损失的目的，洪水预报工作就是最主要的非工程性措施之一[4]。洪水预报技术从经验性阶段走向近代科学阶段开始在20世纪30年代，经验方法虽然操作简单，但缺少数理根据，逻辑不够准确，随着计算机技术的发展及系统理论在洪水预报中的应用，洪水预报技术开始得到了迅速发展，便随之产生了流域降雨径流模型的概念[5]。英那河地处北方半湿润地区，具有大陆性季风型气候特点。英那河降水的一个显著特点是在时空上分布极不均匀，主要集中在夏季，6～8月降水占全年降水量的65％～75％。由于降水分布不均，该地区洪涝及干旱灾害很严重。因此研究该地区的洪水预报对该地区的防汛抗旱工作、水资源的合理利用与保护、水利工程建设与管理及工农业生产与人民生活等方面有着重要的意义，同时对半湿润地区的洪水预报工作也有着积极的指导作用。流域水文模拟结课报告21新安江模型简介20世纪60年代，在美国斯坦福大学诞生了世界上第一个真正意义上的流域水文模型——Stanford模型，实现了计算机科学与经典水文学的结合[6]。之后流域水文模型进入一个蓬勃发展的时期，发展至今，全世界已有数以百计的流域水文模型。主要包括由美国天气局V.T.Sitten提出的API模型、N.H.Crawford和R.K.Linsley提出的斯坦福模型以及R.J.C.Bernash等提出的萨克拉门托模型，日本国立防灾科学研究中心菅原正已教授提出的水箱模型，丹麦技术大学提出的NAM模型，以及原华东水利学院赵人俊教授提出的新安江模型[7]。这些概念性水文模型对流域的降雨径流过程进行了较为细致的模拟。由于这些模型具有较好的结构形式和良好的模拟预报精度，因此在洪水实时预报中得到广泛地应用。20世纪70年代初，因中国自主设计、自主施工、自主管理的第一座大型水力发电站——新安江水电站开展洪水预报调度、保障防洪安全、提高发电效率之急需，以赵人俊为首的水文学家和工程师，在上述研究成果基础上，整合成体现“流域分单元、蒸散发分层次、产流分水源、汇流分阶段”的产流和汇流计算方法，并通过程序设计在计算机上得到实现，获得了令人满意的精度及防洪发电调度效果，成为当时国内水利科学领域一项具有重大影响的科学研究成果。至20世纪70年代，虽然在国外流域水文模型的应用已经比较普遍，但在中国由于“文化大革命”的原因，流域水文模型却鲜为人知。中国改革开放伊始，水文学术界面临两大重要任务：一是为即将在英国牛津召开的国际水文预报学术讨论会撰写论文；二是为世界气象组织以及联合国教科文组织即将在河海大学举办的国际洪水预报讲习班编写教材。这两大任务为中国水文