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新安江模型介绍


新安江模型介绍: 新安江模型介绍:
三水源新安江模型蒸散发计算采用三层模型; 产流计算采用蓄满产流模型; 用自由水蓄 水库结构将总径流划分为地表径流、壤中流和地下径流三种;流域汇流计算采用线性水库。

模型结构: 模型结构:

模型计算: 模型计算:
在新安江模型中,流域蒸散发计算没有考虑流域内土壤含水量在面上分布的不均

匀性, 而是按土壤垂向分布的不均匀性将土层分为三层, 用三层蒸散发模型计算蒸散发量。 参数有 流域平均张力水容量 WM(mm) ,上层张力水容量 UM(mm),下层张力水容量 LM(mm),深 层张力水容量 DM(mm),蒸散发折算系数 KC 和深层蒸散发扩散系数 C。 具体计算为 若 P+WU>=EP,则 EU=EP,EL=0,ED=0; 若 P+WU<EP,则 EU=P+WU; 若 WL>C*LM,则 WL=(EP-EU)WL/LM,ED=0; 若 WL<C*LM 且 WL>=C*(EP-EU),则 EL=C*(EP-EU),ED=0; 若 WL<C*LM 且 WL<C*(EP-EU),则 EL=WL,ED=C*(EP-EU)-WL; 水源划分中, 本小组采用的是三水源划分。 三水源用自由水蓄水库结构解决水源划分问 题,自由水蓄水库结构考虑了包气带的垂向调蓄作用,按蓄满产流模型计算出总径流量 R, 先进入自由水蓄水库调蓄,再划分水源。

模型参数调整: 模型参数调整:
1 蒸散发能力折算系数 KC
KC 是影响产流量计算最为重要和敏感的参数,产流计算中 KC 控制着水量平衡,因此, 对水量计算是最重要的。KC 主要反映流域平均高程与蒸发站高程之间差别的影响和蒸发皿 蒸散发于陆面蒸散发间差别的影响。在实际模拟计算中 KC 值往往变化很大,最后需经模型 调试并验证后确定。

2 流域平均张力水容量 WM
流域平均张力水容量 WM 表示流域干旱程度,分为 UM,LM,DM。根据经验,南方湿润

地区 WM 约为 120~150mm,半湿润地区 WM 约为 150~200mm。

3 流域蓄水容量—面积分布曲线指数 B 流域蓄水容量—
B 值反映划分单元流域张力水蓄水分布的不均匀程度。 在一般情况下其取值与单元流域 面积有关。在山丘地区,若单元流域面积较小,B=0.1 左右;若单元流域面积中等,有几百 到一千平方千米,B=0.2~0.3;若单元流域面积有几千平方千米,B=0.4 左右。

4 不透水面积占全流域面积的比例 IM
IM 值可由大比例尺的地形图通过 GIS 现代技术测量出来。在天然流域,IM=0.01~0.02。

5 深层蒸散发扩散系数 C
C 值主要取决于流域内深根植物的覆盖面积,南方多林地区 C=0.15~0.20;在北方半湿 润地区 C=0.09~0.15。

6 自由水蓄水容量 SM
SM 反映表土蓄水能力,其值受降雨资料时段均化的影响明显。当以日作为时段长时, 在图层很薄的山区,其值为 10mm 或更小;在土深林茂透水性很强的流域,其值可取 50mm 或更大;一般流域在 10~20mm。

7 自由水蓄水容量—面积分布曲线指数 EX 自由水蓄水容量—
EX 反映流域自由水蓄水分布的不均匀程度,一般 EX=1.0~1.5

8 自由水蓄水库对地下水和壤中流的日出流系数 KG+KI
KG 的大小反映基岩和深层土壤的渗透性,KI 的大小反映表层土的渗透性。

9 地下水消退系数 CG
CG 可根据枯季地下径流退水规律来推求。若以日作为计算时段长,CG=0.950~0.998

10 壤中流消退系数 CI
若无壤中流 CI=0,若壤中流丰富,则 CI=0.9

本小组经过程序的编写,用 C++语言编写了新安江模型的计算界面,通过界面填写各种 参数的数值调试计算结果,从而达到参数的简单率定。 部分程序: 部分程序: //三层蒸发模型的时段蒸发计算 for(i=0;i<N;i++) { W[i]=WU[i]+WL[i]+WD[i]; if(WU[i]+P[i]>=EP[i]) { EU[i]=EP[i]; EL[i]=0; ED[i]=0; } else { EU[i]=WU[i]+P[i]; if(WL[i]>=C*WLM) { EL[i]=(EP[i]-EU[i])*WL[i]/WLM; ED[i]=0; } else if(WL[i]>=C*(EP[i]-EU[i])) { EL[i]=C*(EP[i]-EU[i]); ED[i]=0; } else { EL[i]=WL[i]; ED[i]=C*(EP[i]-WU[i])-EL[i]; } } //时段总蒸发量的计算 E[i]=EU[i]+EL[i]+ED[i]; //时段净雨量的计算 PE[i]=P[i]-E[i]; //时段初蓄水容量值的计算 a[i]=WMM*(1.0-pow((1.0-W[i]/WM),(1.0/(1.0 +B)))); //时段产流量的计算 if(PE[i]>0) {if(a[i]+PE[i]<=WMM) R[i]=PE[i]+W[i]-WM+WM*pow((1.0-(PE[i]+a[i] )/WMM),(B+1.0)); else R[i]=PE[i]-(WM-W[i]); } //时段末土壤各层蓄水量的计算 if(i+1==N) break; else {if(PE[i]<=0) {if(WU[i]+P[i]>=EP[i]) { WU[i+1]=WU[i]+P[i]-E[i]; WL[i+1]=WL[i]; WD[i+1]=WD[i]; } else if(WL[i]-EL[i]>0) { WU[i+1]=0; WL[i+1]=WL[i]-EL[i]; WD[i+1]=WD[i]; } else if(WD[i]-ED[i]>0) { WU[i+1]=0; WL[i+1]=0; WD[i+1]=WD[i]-ED[i]; } } else { WU[i+1]=WU[i]+PE[i]-R[i]; WL[i+1]=WL[i]; WD[i+1]=WD[i]; if(WU[i+1]>WUM) { WL[i+1]=WL[i]+WU[i+1]-WUM; WU[i+1]=WUM; if(WL[i+1]>WLM) { WD[i+1]=WD[i]+WL[i+1]-WLM; WL[i+1]=WLM; WU[i+1]=WUM; } else WD[i+1]=WD[i]; } } } }

在参数的率定过程中,KC,SM,KG,KI,CI,CG 都属于敏感参数,而 UM,LM,C,WM,B,IM,EX 都 是不敏感参数 本小组采用的资料为 流域面积 km2) (km2) 夫夷水 522 流量测站 洪水要素摘录 蒸发测站 雨量测站 降水量要素摘录 枫木(20) 、 中峰(21) 、 烟竹山(22) 、 大江头(23) 、 资源(二) (24)

资 源 ( 二 ) 资源 (二) 13) 新宁(27) 枫木(20) ( 、 (13) 中峰(21) 、 烟竹山(22) 、 大江头(23) 、 资源 (二) (24)

模型设计总结: 小组经过将大量的数据资料编辑整理到电脑后, 开始进行程序代码的编写。 我们采用的 是 C++语言进行模型的构造,因为运用 C++可以设计出相应的程序界面,方便进行各种参数 的调试和计算结果的比较。 因为曾经进行过水文预报课程设计的程序编写, 所以在程序设计 方面刚开始进展较快, 主要的难点在于三水源划分。 因为曾经进行水文预报课程设计的时候, 我们程序中采用的是二水源划分,所以在这块内容上,我们需要进行重新摸索和设计,以满 足这次任务的要求。 因为对相应的过程和参数的不了解, 所以在三水源划分这块程序设计上进展较慢, 在听 取了学长对其模型的解析和讲解, 然后经过于川对第一组的模型设计的讲解, 让我们也有了 新的认识,对于我们本组的程序设计工作也有很大的帮助。 经过一段时间的摸索, 我们组也完成了程序设计部分的工作, 然后通过设计的人机对话 界面,进行各种参数的调整调试,从而完成了本次实验任务的相关内容。

水文第七组成员:刘俊、冯远、曹胜荣、杨春智 数据输入:刘俊、冯远、曹胜荣、杨春智 程序编写:杨春智 总结报告:杨春智、曹胜荣、冯远、刘俊

小组成员:杨春智、曹胜荣、冯远、刘俊 2010 年 11 月 08 日


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