6-新安江模型汇总

6新安江模型2020/3/32目录1.概述2.二水源新安江模型3.三水源新安江模型4.新安江模型的改进5.新安江模型的应用2020/3/331、概述新安江模型简介一、新安江流域水文模型系列新安江模型是华东水利学院（河海大学）水文系1973年对新安江水库作入库流量预报时提出来的，是一个分块式的概念性流域降雨径流模型。可以用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节。最初的新安江模型：二水源模型——地表径流、地下径流；编制新安江入库洪水预报方案80年代初：三水源模型——地面径流、壤中流、地下径流（引入了萨克拉门托模型与水箱模型中的用线性水库函数划分水源的概念）；1984～1986年：提出四水源模型——地面径流、壤中流、快速地下径流、慢速地下径流。之后，其它改进。2020/3/34二、模型的总结构小流域——集总模型大面积流域——分块模型分块模型把流域分成许多块单元流域，对每个单元流域做产汇流计算，可以得到单元流域的出口流量过程。再进行出口一下的河道洪水演算，并得流域的流量过程。把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域出口的总出流过程。划分单元的目的：处理降雨分布的不均匀性(用面雨量带来面积均化)；其次是下垫面条件变化(水库等)。因此:单元流域面积要适中，使得在每块面积上降雨比较均匀，并有一定数目的雨量站；(泰森多边形)其次，尽可能是单元流域与自然流域相一致；若流域中有大中型水库，则水库以上的集水面积即可作为一个单元流域。2020/3/35ThiessenPolygonsDACBEA1A2A3A4A5测站ai(%)A24B21C37D8E10合计100RainfallAveragingMethods2020/3/362020/3/37模型结构为了考虑降水和流域下垫面分布不均匀的影响，新安江模型的结构设计为分散性的，分为：蒸散发计算，产流计算，分水源计算和汇流计算四个层次结构。层次1层2层3层4层功能蒸发计算产流计算水源划分汇流计算二水源三水源坡面汇流河道汇流方法三层模型蓄满产流稳定下渗率自由水水库单位线或线性水库或滞后演算法马斯京根法或滞后演算法参数KCUMLMCWMBIMFCSMEXKGKIUH或CSCICGKEXE或L2020/3/382、二水源新安江模型一、二水源新安江模型基本结构(状态变量（模型参数）)降雨P蒸发皿蒸发EI透水面积土壤湿度W上层WU下层WL深层WD径流REUELED蒸散发EWUMWLMC不透水面积IMPWMB地面径流RS地下径流RGFC地面径流过程地下径流过程单元流域出流过程UHKKGKEXE径流R2020/3/39二、二水源新安江模型的微结构（一）用超蓄产流（即“蓄满产流”）模型计算总径流R、地表径流RS及地下径流RG（1）超蓄产流模型概念超蓄产流模型是目前我国湿润地区的主要产流模型。“蓄满”，指含气层的土壤含水量达到田间持水量，而非土壤完全饱和；“超蓄产流”指土壤达到田间持水量以前不产流，所有降雨都被土壤吸收，成为薄膜水和张力水；而在土壤达到田间持水量以后，所有降雨（除去同期蒸发）都产流。这时土壤的下渗能力为稳定下渗率，稳定下渗量FC补充地下水，形成地下径流，而超渗的部分则形成地表径流。与“超渗产流”模型的区别：“超蓄产流”模型先计算R，在分成RS、RG；“超渗产流”模型先计算RS、RG，再合成R。2020/3/310（2）超蓄产流模型的结构a）点模型以含气层缺水量为控制条件，就流域中某点而言：时段初末的土壤含水量时段产流量时段蒸散发量时段降雨量式中蓄满后蓄满前:WW,WW:R:E:P:1)-(6REP:2020/3/311b）流域蓄水容量曲线（超蓄产流模型的核心）时段稳定下渗量即中式:FC2)-(6FC-E-PRG-RRSFCRG,RGRSR,)16(WWM：流域蓄水容量WWMM:流域最大蓄水容量WM：流域平均蓄水容量2020/3/312利用流域蓄水容量曲线计算产流量（右图）：W：流域原有蓄水量，相应纵标AW分布：(f/F)A左边蓄满，右边未蓄满，假定按水平分布。以此时段为基础：降雨P，蒸散发E，径流量R，损失量L满足如下水量平衡关系（超蓄产流方程）：3)-(6)WW()EP(R12大量资料表明，WWM～f/F有如下关系：4)-(6)WWMMWWM1(1Ff)WWMMWWM1(Ff1BB或2020/3/313则：6)-(6)WMW-(1-1WWMMAdWWM)WWMMWWM1(dWWM)Ff1(W:5)-(6B1WWMM)F/f(WWMdWMB11A0A010对纵坐标积分c）流域产流计算P－E0时，产流，否则不产流，产流时：7)-(6A)/WWMME-(P-1WM-W)-(WM-E-PRWWMMAEPWWMEPRWWMMAEPB1:)(:时时产流计算特点：雨强对产量无影响，产流量取决于P－E与W。2020/3/314模型参数：WM与BWM：流域干燥时的缺水量，代表流域干旱情况，气候因素；B：蓄水容量在流域上的分布不均匀性，B＝0时分布均匀，愈大愈不均匀，决定于地形、地质条件。d）地面、地下径流的划分（分水源）产流面积变化，则：8)-(6RRG0,RS:FCE-PRG-RRSE-PRFCFC(f/F)RG:FCEP时时2020/3/315例6-1:超蓄产流模型产流量计算示例WM＝120mm，B＝0.3，FC＝18mm/d年.月.日P－EAf/FRRGRSW1978.7.1716.61184.2216.890.03380.160.16020.67199.4021.110.04270.500.50029.5720-5.9830.510.063200023.682160.3524.270.04957.462.225.2376.572254.2484.620.209117.615.8411.76113.202320.27138.850.484413.4711.961.51120.0024-2.79156.001.0000000117.212020/3/316IMP:不透水面积参数（新安江模型新增参数），流域不透水面积占总面积的百分比，增加后，需修改（6－5），（6－8）式，其它都不变。10)-(6RGRRSIMPE-PRFCRGFCE-P8)-(69)-(6IMPBWWMMWM时)1(1)56(尤其半湿润地区需要考虑2020/3/317（二）稳定下渗率fc的推求1、求一场洪水的RS、R、RG（1）据上图求RS（2）根据图求R（3）求RG=R-RS（4）fc=RG/TT为净雨时间2020/3/318AEGBCHIDt(h)Q(m3/s)F本次降雨形成的径流过程C’D’B’直接径流地下径流N2020/3/3192、用试算法求fc11)-(8)(tPRRSRftEPRRSRf:EPRFftfFfRRSRStfFfRRSn1iiin1icn1iiiin1icin1icin1in1iiciii忽略雨期蒸散得又（三）、不透水面积上的直接径流12)-(5IMPPDRS2020/3/320（四）、透水面积上的蒸散发模型因为不透水面积上没有蒸散发，因此，计算出来的蒸散发量要乘以透水面积所占比重，才是流域上的蒸散发量。1、蒸散发模型原理蒸散发能力（EM，mm/d）新安江模型中，认为流域土壤含水量达到最大时，实际蒸散发量E＝EM；当土湿很小时，蒸散发量几乎维持为一常数。2、模型结构该模型不考虑蒸散发在面上分布的不均匀性，以模拟土湿纵向分布。可以把土壤分成一、二、三层，现主要采用三层模型。2020/3/321三层模型，其参数有上层张力水蓄水容量UM，下层张力水蓄水容量LM，深层张力水蓄水容量DM，流域平均张力水蓄水容量WM，蒸散发折算系数KC，深层蒸散发系数C，计算公式为：WM=UM+LM+DMW=WU+WL+WDE=EU+EL+ED上层(Upperlayer)下层(Lowerlayer)深层(Deeplayer)2020/3/322WLM/WLEUEMEL0ELEU156146,----ELEU,15)-(6WLMWLEU)-(EMELWUEU,EMWU14)-(60ELEMEU,EMWU,,----WD,WL,WU,,----WDMWLM,WUM,13)-(6WDWLWUWWDMWLMWUMWM:,,WWM之乘积。）与下层含水比－（等于上层剩余蒸发能力蒸发量上层水分全蒸掉，下层当上层水分不足时，把；＝等于蒸散发能力，下层水分是，）式表明，上层有足够－）、（－（下层的时段蒸发量。上层则当则当深层土壤蓄水量下层上层深层土壤蓄水容量下层上层即下层和深层之和都是上层和流域蓄水量模型中流域蓄水容量2020/3/323数与深层蒸散发有关的系深层的时段蒸发量这时才发生深层蒸发。）－－（＝此时＝则取）－（同时）－（但是，若）－（＝否则，取）－（）中，只用到－（CEDELEUEMCEDWLEL,EUEMCWL,EUEMCELEUEMCELEUEMCEL1562020/3/324当EPWUEP时，EPEU，0EL，0ED当EPWUEP时，WUEPEU若WLMCWL，则WLMWLEUEPEL)(，0ED若WLMCWL且)(EUEPCWL，则)(EUEPCEL，0ED若WLMCWL且)(EUEPCWL，则WLEL，WLEUEPCED)(2020/3/325Ifw(1)+p(i)ep(i)Thene(1)=ep(i)e(2)=0e(3)=0Elsee(1)=w(1)+p(i)e(2)=(ep(i)-e(1))*w(2)/wm(2)Ifw(2)=c*wm(2)Thene(2)=c*(ep(i)-e(1))e(3)=0Ifw(2)=c*(ep(i)-e(1))Thene(2)=c*(ep(i)-e(1))e(3)=0Elsee(2)=w(2)e(3)=c*(ep(i)-e(1)-e(2))EndIfEndIfEndIfw(1)=w(1)+p(i)-r-e(1)w(2)=w(2)-e(2)w(3)=w(3)-e(3)Ifw(1)wm(1)Thenw(2)=w(1)-wm(1)+w(2)w(1)=wm(1)Ifw(2)wm(2)Thenw(3)=w(3)+w(2)-wm(2)w(2)=wm(2)EndIfEndIf2020/3/326C值取决于深根植物面积占流域面积的比重，同时也与（WUM＋WLM）值有关，此值越大，C值越小。一般经验，江南湿润地区为0.15～0.20华北半湿润地区0.09~0.12※蒸散发能力的推求1、多年平均值2、水面蒸发实测3、气象因素推算代表性水陆蒸发皿:/::3210321KKKEKKKEM2020/3/3273、模型的计算（1）计算蒸散发能力EM＝K×EI（2）计算PEPE＝P－E（3）利用PE按超蓄产流计算R，PE0时不产流（4）计算WUi＋1＝WUi＋P（5）计算EU，EL（6）计算ED（7）计算E＝EL＋EU＋ED（8）计算WU（9）计算WL（10）计算WD4、确定K值：蒸发皿系数2020/3/3285、单元流域汇流计算（1）地面径流采用经验单位线法无因次单位线相同（2）地下径流汇流计算QRG1，QRG2－时段初末的地下径流量；KKG－地下径流日退水系数－时段长度；F－单元流域面积；D－一日内时段数；RG－时段内地下径流产流量－单位线时段）单元流域面积（tkm20)-(66.3102FutFqii21)-(66.3)1(/1/112tFKKGRGKKGQRGQRGDDt2020/3/3296、河槽汇流计算特征河长法马斯京根法(扩散波解的差分求解)滞后演算法线性扩散模拟法