ch流域水文模型解析
流域水文模型
产流量计算
应用蓄满产流模型，但增加了不透水面积IMP， 即流域上不透水面积占流域面积之比。有了这 个参数，则： Wm＝Wm’(1-IMP)/(1+b) Wm＝Wm’/(1+b) Rg＝Fc[R-IMP×(P-E)]/(P-E) Rg＝Fc[R/(P-E)] Rs＝R-Rg 蒸散发计算采用三层模型，产流及蒸散发计算 框图见下图。
43
流域单元面积及河段数
44
（ 三 ） 新 安 江 模 型 流 程
45
（四）模型的改进
将地下水单一水源改为三种水源，引进 地下水分水源模型。加上直接径流，在 透水面积上共划分为四种水源。 引进FC为变量的模型. 对壤中流丰富的地区，将原来的两水源， 改为地面、壤中、地下三种水源
3
(二)模型的分类
1.实体模型：将自然界发生的真实水文过 程按一定比尺缩小到实验室或试验场进 行模型试验，模型和原型的区别在于比 尺不同，两者的物理过程本质是相同的。 因此，实体模型是保持同一物理本质的。
2.数学模型：对水文现象进行模拟而建立 的数学结构称作为数学模型。
4
数学模型的分类：
（1）随机性模型（非确 定性模型）
一、水文模型的定义和分类
水文模型是模拟水文现象而建立的实体 结构和数据结构。是对实际水文现象过 程的概化。 被模拟的水文现象称为原型，模型是对 原型的概化。 仿造原型制作模型的工作就称之为模拟。 对水文学来说，模型是描述一种现象转 换为另一种现象的工具。
1
水文模型涉及内容和研究尺度
水文模型涉及的内容可以是水量、水质 或某一个水文过程等。 研究问题的尺度，可以大到全球水文循 环系统，也可以小到一棵树的蒸散发过 程。 所有的水文模型必须能反映被模拟的水 文现象的基本特征。
流域水文模型
(1)物理模型
• 其特点是： 对水文现象的描述机制清楚，具有物理严密性， 通用性好，预测和外延能力强； 但由于模型的结构复杂， 边界值和参数值的困难。 受人们对水文现象认识水平、水文现象及其边界条件的复杂 性和原始资料的局限性与可靠性等因素的限制，现阶段完全
• 3水源新安江模型的流程图。模型设计将全流域 划分为若干个自然条件相似的小流域，然后分 别对每个单元从降水开始包括产流、汇流等径 流形成的全过程进行分析计算，模型以包气带 为转换装置，将实测降雨量P、实测水面蒸发量 EM输入；输出为出口流量Q、流域蒸散发E。模 ②产流量计算；③分水源计算；④汇流计算。
应用上不可避免地要遇到求解非线性数学难题和估计初始值、
物理化的物理模型应用于流域水文模拟还存在很大的难度。
(2)概念性模型
以物理成因机制作为基础，对水文现象提出假设、概 化和数学模拟的模型称为概念性模型。 其特点是：模型结构较物理模型简单，具有一定的物 理成因机制，易于推广应用，当假设条件与实际情况相近， 概化合理时，预测效果好，但通用性较物理模型差。 随着人们对水文现象认识水平的不断提高，物理成因 机制的逐步物理化，概念性模型可以发展为物理模型。概 念性模型既可以描述自然界中水循环的全过程，称为全程 模型；也可以描述水循环的子过程，称为分量(或分层)模 型，如蒸散发模型、产流模型、水源划分模型、汇流模型 等。
型结构及计算方法分为4大部分：①蒸散发计算；
总式模型，而物理模型是分布式模型。
流域水文模型教材第四章
第四章萨克拉门托模型萨克拉门托)(Sacramento流域水文模型，简称萨克模型，是美国国家天气局萨克拉门托预报中心的Burnash⋅、FerralR⋅⋅和McguireLC⋅JR⋅⋅于70年代初期R⋅A在第IV斯坦福模型基础上改进和开发的一个集总参数的概念性降雨径流模型，因它始用于美国加里福尼亚州的萨克拉门托河而得名。
1973年编制完成了日流量模拟程序，1975年又进一步编制完成h6的模拟程序。
研究者希望模型能适用于所有地区，包括干旱地区和湿润地区。
萨克模型已在美国的水文预报中广为应用，也是国内引进的水文模型中人们较为熟悉的模型之一。
第一节模型的基本概念与结构一、基本概念萨克模型是一个集总参数的概念性降雨径流模型。
它以土壤水分的贮存、渗透、运移和蒸散发特性为基础，用一系列具有一定物理概念的数学表达式来描述径流形成的各个过程；模型中的状态变量代表水文循环中一个相对独立的特性；模型参数具有明确的物理意义，可以根据流域特征、降雨量和流量资料推求。
二、模型结构萨克模型基本结构见图4－1。
1、流域划分萨克模型将全流域按下垫面对降雨产流的作用不同分为不透水面积和透水面积。
而不透水面积又分为永久不透水面积PCTIM和可变的不透水面积ADIMP,透水面积为)-。
PCTIM+1ADIMP(2、土层划分在透水面积上，萨克模型按土壤垂向分布的不均匀性将土层分为上土层和下土层；上土层自由水向下土层的渗透用霍尔坦下渗方程描述。
3、土壤水划分萨克模型按土壤水水力特性的不同，将每层土壤中的蓄水量分为张力水和自由水两部分。
张力水是指紧密吸附于土壤颗粒表面的分子水及毛管水，其最大值等于田间持水量。
它消耗于蒸散发，在重力作用下不能自由运动。
自由水可以补充张力水，而张力水不能补充自由水。
当张力水与自由水的蓄量均达到饱和时，透水面积与不透水面积性质相同。
不透水面积、可变不透水面积上考虑张力水蓄量，但无自由水蓄量，张力水蓄量分上下两层。
设计洪水流域水文模型及河道流量演算PPT课件
Sr
下限值 28.0 26.0 27.0 23.0 23.0 22.0 21.0 20.0 19.0 18.0 17.0 16.0
一般值 35.5 30.5 27.0 24.0 23.0 22.0 21.0 20.0 19.0 18.0 17.0 16.0
上限值 4.10 3.50 1.90 1.80 1.50 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10
z
F。A (t z )
⑤ 根据设计主雨面雨量 H P,A及tz流 域可能损失 F，A (用tz )式
（7.3-1）或式（7.3-2）计算设计洪水净雨深 。 R p
⑥ 非主雨日设计净雨的计算方法与上述主雨日净雨计算方
法相同，所不同的是 的B0定,P 量。当主雨日居中时，第一日的 取表B0列,P 值的40％，第三日的 取0.9B00,P～1.0；当主雨日居后时， 第一日的 取表列值的B04,P0％，第二日的 取表列值的B600,P％。
第8页/共52页
设计洪水
1. 设计净雨深计算
表7.3-1
设计洪水流域持水度查用表
频率
0.33%
1%
2%
5%
10%
B0P
0.63
0.61
0.58
0.54
0.50
当频率小于0.33%时，B0P取0.63；当频率大于10%时，B0P取0.50 。
2021/7/7
9
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设计洪水
1. 设计净雨深计算
tz
Sr,A 1 B0,1%
t 0.5 z
2KS,A tz19.5 (1 0.24) 10.5 21.29 1 17.4mm
F (3) A
流域水文模型研究综述
流域水文模型研究综述何长高１，２，董增川１，陈卫宾１（１．河海大学水文水资源及水利工程科学国家重点实验室，江苏南京２１００９８；２．江西省水利厅，江西南昌３３０００９）摘要：流域水文模拟是用数学的方法描述和模拟水文循环的过程．按照水文循环运动的物理规律和空间变化规律介绍了流域水文模型的分类及其特点，回顾了流域水文过程模型的研究进展，总结、介绍了国内外分布式流域水文模型的开发研究成果，结合当前流域水文模型研究中存在的尺度、非线性、模型动态耦合等主要问题，提出了发展方向．关键词：流域；研究进展；水文模型中图分类号：Ｐ３３文献标识码：Ａ文章编号：１００４－４７０１（２００８）０１－００２０－０６收稿日期：２００７－１１－１４基金项目：江西省重大关键技术攻关计划项目（２００５ＩＡ０５００１０１）作者简介：何长高（１９６２－），男，在读博士，教授级高工．０引言水文模型是水资源评价、配置、开发和利用的基础，在防洪减灾、水库调度、生态环境需水、水资源开发利用、道路、城市规划、面源污染评价、人类活动的流域响应等诸多方面均需要水文模型的支持。
因此，水文模型的研究一直是水文学研究的重点，并建立了一系列水文模型。
特别是近几十年，随着水资源问题日益突出和计算机技术的快速发展，人们对流域水文模型的研究、应用的广度和深度日渐加大，研制出了大量的各具特色的流域水文模拟模型。
流域水文模拟是用数学的方法描述和模拟水文循环的过程，即将流域概化成一个系统，根据系统输入条件（一般为降雨、融雪、水质、泥沙过程以及流域的蒸散发能力），对流域内发生的水文过程进行模拟计算，求解输出结果（如流域出口断面的流量过程和流域实际蒸散发等）。
１流域水文模型的分类流域水文模型是在计算机技术和系统理论的发展中产生的，经过２０世纪六十、七十年代和九十年代的蓬勃发展，涌现出了大量的流域水文模型。
纵观已有流域水文模型，从反映水文循环运动物理规律的过程性和复杂度来看，流域水文模型可划分为系统模型（即“黑箱”模型）、概念性模型和物理模型。
流域水文模型在水资源评价中的应用
流域水文模型在水资源评价中的应用随着经济和人口的不断增长，水资源的供需矛盾日益突出。
在这种情况下，我们必须对水资源进行科学的评估和管理，以更好地保护和利用水资源。
其中，流域水文模型是一种非常重要的工具，在水资源评价中发挥着重要的作用。
一、什么是流域水文模型？流域水文模型是一种数学模型，用于研究流域水文过程。
它通常通过对流域的地形、土地覆盖、气象、植被等因素进行分析，预测流域内水的产生、流动和消失情况，进而为水资源的评价和管理提供依据。
二、流域水文模型在水资源评价中的应用1.水文循环分析流域水文模型可以对水文循环进行分析，包括降水、蒸发、径流等因素。
这些因素的分析可以帮助我们更好地了解流域内水资源的分布和变化规律，进而制定合理的水资源管理和利用方案。
2.洪水预测流域水文模型可以对不同条件下的洪水进行预测，为防洪工程的建设和管理提供依据。
通过对不同场景的模拟，可以比较不同防洪方案的效果，选择最优方案来保护洪水灾害区域的安全。
3.旱灾应对流域水文模型也可以针对旱灾进行应对。
通过对降水、蒸发、土壤水分等因素的模拟和预测，可以提前预判旱情和旱期，采取相应的灌溉措施，避免或减轻干旱对农业等生产活动的影响。
4.水资源评价流域水文模型可以用于对流域内水资源的评价。
通过对降水、蒸发、径流等因素进行模拟和分析，可以了解水资源的分布和变化规律，为水资源的合理利用和管理提供依据。
三、流域水文模型的发展趋势未来，流域水文模型将越来越智能化、精细化。
一方面，新技术的不断涌现，例如人工智能、遥感技术、云计算等，可以为流域水文模型的研究提供强大的支撑；另一方面，流域水文模型也将更加注重可持续性，将能源消耗、环境保护等因素纳入模型，与自然环境、社会经济等因素相互作用，实现良性互动。
总之，流域水文模型是一种非常重要的水资源评价工具，其应用范围非常广泛。
在未来的发展中，流域水文模型将继续得到不断完善和发展，为我们更好地管理和利用水资源提供更加科学的技术支持。
水文预报- 新安江模型
O2 = C0 ⋅ I 2 + C1 ⋅ I1 + C2 ⋅ O1
水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ预报
FR = R / PE
R = FR × PE
FR
第二节 新安江模型
5.2.3 模型计算 模型计算——2、产流计算模块 、 不透水面积占全流域面积的比例——IM 不透水面积占全流域面积的比例 R' = R ×（1－IM）+ PE ×IM － ） 为地表净雨。 且PE ×IM 为地表净雨。
第二节 新安江二水源模型
5.2.3 模型计算 模型计算——3、分水源计算模块 、 （1）PE≤FC， PE/△t= i ≤ fC =FC /△t ， ） ， △ △ RG=R RS=0 （2）PE≥FC， PE/△t= i ≥ fC =FC /△t ， ） ， △ △ RG=R/PE×FC=α×FC × × RS=R-RG
水文预报
CH5 流域水文模型
第二节 新安江二水源模型
5.2.2 模型结构 模型结构——四个模块 四个模块
产流 计算 蒸散发 计算 分水源 计算 汇流 计算
第二节 新安江二水源模型
5.2.3 模型计算 P P≤E 三层蒸发 模型求E 模型求 R=0 蓄满产流 模型求R 模型求 W末=W初+P-E WU末=WU初+P-EU 末 初 WL末=WL初- EL 末 初 WD末=WD初- ED 末 初 △W =PE-R≥0 W末=W初+△W △ 自上而下补给 P>EP E=EU=EP PE=P-E=P-EP
第二节 新安江二水源模型
5.2.3 模型计算 模型计算——4、汇流计算模块 、 （1）坡地汇流 ） 地面净雨——时段单位线法 时段单位线法 地面净雨
流域水文模型综述
咱2暂周文娟.医院内部控制存在的问题和改进途径探讨[J].金融经济月刊,2011
4 展望
4.1 模型尺度 不管是时间尺度还是空间尺度对于模型研究者来说都是难以把
握的问题遥 因为在不同时间尺度或是空间尺度的组合上水文情势如何 发生变化是水文工作者无法预知的遥 另外时间尺度与空间尺度如何耦 合也是一个棘手的问题遥 4.2 与其他学科的融合
水资源是地球上最庞大的自然资源之一袁 水文情势也与大气尧土 壤尧植被等有着密切的联系遥 因此水文学与其他学科的交叉研究就显 得至关重要遥
咱责任编辑院邓丽丽暂
渊上接第 249 页冤艺质量亮点袁同时要看到其在技术及经济效益方面的 不足遥 整体来说袁配电房铝模板的应用具有很大的优势袁随着相关质量 控制标准的提高及普及应用带来相关费用的降低袁相信在将来电力建 设中会成为一种趋势遥
揖参考文献铱
咱员暂张桂芹.工程建设质量控制[M].北京:水利电力出版社,1993. 咱圆暂杨瑾峰.工程建设标准化管理和体系[J].工程标准建设,2007,4. 咱猿暂丁瑞明.关于电力建设工程项目质量管理标准化的研究[D].北京:华北电力大 学,2008,12.
2.3 河槽汇流模型 河槽汇流主要有两种方法院一个是水文学方法袁一个是水力学方
法遥 水文学方法主要运用水量平衡方程和槽蓄方程袁另以圣维南方程 组的简化形式为辅而得出结果袁 该方法的特点是物理概念性较强袁常 用的方法有马斯京根法和特征河长法遥 而水力学方法主要是以圣维南 方程组为基础的一系列河道演算方法袁该方法的特点是中间断面的每 一个过程都比较清晰袁但是方程只能用数值解表示遥 水文学方法不适 用于流域下游受回水顶托的地方以及河网地区袁但是水力学方法的圣 维南方程组却可以在河网地区适用遥 圣维南方程组是偏微分方程组袁 所以要引入差分格式来进行数值解代替解析解的计算遥 常见的差分格 式有蛙跳格式袁中心差分格式等袁其中普利斯曼隐式格式由于其差分 的传播误差很小而广泛应用于水力学方法的计算中遥
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§2 新安江模型－蒸散发计算
上层 (Upper layer) EU, WU,WUM
上土层蒸发量：EU=EP
下层
EL, WL,WLM
(Lower layer)
下土层蒸发量：EL=EP.WL/WLM
深层 (Deep layer) ED, WD,WDM
深土层蒸发量：ED=C.EP
土壤蒸发量：E=EU+EL+ED (notes:同时刻相加）
计算公式为：
§2 新安江模型－产流计算
当P-E＞0，则产流，否则不产流，产流量计算方法为： 若P-E+A＜WMM 则 R=P-E-WM+W+WM× 若P-E+A≥WMM 则
§2 新安江模型－分水源计算
将水源分为地面径流 RS，壤中流RI和地下径流 RG。参数有表层土自由水 蓄水容量SM，表层土自由 水蓄水容量曲线的方次EX， 表层土自由水蓄水量对地 下水的出流系数KG及对壤 中流的出流系数KI。按蓄 满产流模型计算出的产流 量R，先进入自由水蓄水 库，再划分水源。自由水 蓄水库结构见下图。
§2 新安江模型－蒸散发计算
1)当WU+P>=EP,
EU=Ep,EL=0,ED=0;
2)当WU+P<EP, WL>=C.WLM,
EU=WU+P,EL=(EP-EU)*WL/WLM,ED=0;
3)当WU+P<EP, C.(EP-EU)<=WL<C.WLM,
EU=WU+P,EL=C*(EP-EU),ED=0;
三水源新安江模型流程图
§2 新安江模型－不同水源模型区别
二水源模型由于没有考虑壤中流作用，故在壤中流 丰富流域常常得不到好的模拟结果。
三水源模型认为，土壤中水有张力水（田间持水量 以下的水）和自由水（田间持水量以上的水）之分。二 水源模型只考虑了张力水的调蓄作用，没有考虑自由水 的调蓄作用。因此，新三模型中增加了一个自由水蓄水 库，把总径流划分成三种水源：地面径流、壤中流、地 下径流，代替新二模型中用FC划分水源的办法。
WUM EU
WLM EL
ED
C
W 上层
WU 下层
WL 深层
WD
WM B
径流
FC
R
不透水面积
IMP
地面径流 UH RS
地面径 流过程
单元流域 KE 出流过程 XE
径流 R
地下径流 RG
KKG
地下径 流过程
§2 新安江模型－三水源模型结构
输出 蒸散发E
EU EU EU
WUM WLM
C
输入 降雨P，蒸发皿蒸发量EI
划分单元的目的：处理降雨分布的不均匀性 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；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。
§2 新安江模型－二水源模型结构
蒸散发E
降雨P 蒸发皿蒸发EI
透水面积 土壤湿度
❖ 水源：由二水源发展为三水源。 ❖ 产流计算：蓄满产流 ❖ 汇流计算：线性水库 ❖ 河道汇流：马斯京根分段连续演算或滞后演算法
§2 新安江模型－概述
小流域——集总模型 大流域——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。
E
P
DS
R
3 分布式模型
§1 流域水文模型的概念
❖ 比较各类模型，哪种模型更优？ ❖ 从水文模拟和所需资料角度考虑。 3、模型研究与发展
从经验相关到模型研究期 思考： 哪些是经验相关方法？
§2 新安江模型－概述
❖ 1973年，河海大学赵仁俊教授领导的研究组在 编制新安江洪水预报方案时，汇集当时在产汇流 理论方面的研究成果，并结合大流域洪水预报的 特点，设计了国内第一个完整的流域水文模型— 新安江流域水文模型。
§1 流域水文模型的概念
2、水文模型分类
（1）按模型构建的基础分类
黑箱模型
物理模型
水文模型
概念性 模型
§1 流域水文模型的概念
❖ 思考：上述三类模型的优缺点比较。 物理机制、计算复杂度、应用难易、通用性、预 测和外延能力
❖ （2）按对流域水文过程描述的离散程度分类
1 集总式模型 2 半分布式模型
§2 新安江模型－模型计算
❖ 蒸散发计算 蒸散发计算采用三个土层的模型，其参数有上层张力
水容量UM，下层张力水容量LM，深层张力水容量DM， 流域平均张力水容量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+DM W=WU+WL+WD E=EU+EL+ED EP=KC × EM
WM B
透水面积 不产流 产流
面积 面积 1－FR FR
产流量R
IMP
不透水面积 产流量 RIMP
张力水W 自 SM 上层WU 由 EX
地面径流 RS
下层WL 水 KSS 壤中流 深层WD S
RSS
地面径流及 壤中流总入
UH
地面径流及 壤中流总入
流
流
KG 地下径流 KKGOGO
第六章 流域水文模型
Contents
1
流域水文模型的概念
2
概念性流域水文模型
3
分布式流域水文模型
4
流域水文模型研究与检验
§1 流域水文模型的概念
1、水文模型概述 思考：什么是流域水文模型，其作用是什么?
流域产流
河道汇流
地下水汇流 流域汇流
流域水文模型的物理基础
§1 流域水文模型的概念
早期的水文分析计算大多采用一些经验相关 的方法，如：相应水位（或流量）法、降雨径流 相关图法、单位线法等。20世纪50年代后期先后 有流量综合与水库调节、斯坦福等模型出现。这 些模型从定量上分析了流域出口断面流量过程形 成的全部过程。60年代先后涌现出了大量的多参 数、复杂的概念性降雨径流模型，比较著名的有 萨克拉门托、水箱等模型。河海大学1973年研制 的新安江模型是一个分散参数的概念性降雨径流 模型，在我国湿润与半湿润地区广为应用，并取 得好的效果。
4)当WU+P<EP, WL<C.(EP-EU),
EU=WU+P,EL=WL,ED=C*(EP-EU)-EL.
§2 新安江模型－产流计算
根据蓄满产流的概念，参数有流域平均张 力水容量WM，张力水蓄水容量曲线的方次B， 不透水面积占全流域面积的比值IM。张力水蓄 水容量曲线与降雨径流关系见下图。
§2 新安江模型－产流计算