新安江模型率定
常用洪水预报模型介绍
段
Ⅲ
EL=C×(EP-EU)，ED=0 若WL<C×WLM 且 WL<C×(EP-EU) 则
EL=WL，ED=C×(EP-EU)-WL
Ⅰ上够蒸；Ⅱ上不够下够；Ⅲ上下都不够蒸深
产流计算
蓄满产流模式
降水在满足田间持水量以前不产流，所有的降水都被土壤所 吸收（补充张力水，用于蒸发）；降水在满足田间持水量以 后，所有的降水（扣除同期蒸发量，变为自由水）都产流。
输入：产流量R 参数：自由水蓄水容量SM
地下水出流系数KG 壤中流出流系数KI 输出：地面径流RS 壤中流RI 地下径流RG
水源划分
由于产流面积是不断变化的，而且在产流面积上自由水蓄水容 量分布也是不均匀的。因此，采用类似流域张力水蓄水容量面积 分布曲线的流域自由水蓄水容量面积分配曲线来考虑上述不均匀 性。所谓流域自由水蓄水容量面积分配曲线是指：部分产流面积 随自由水蓄水容量而变化的累计频率曲线
（7）EX：自由水蓄水容量面积分布曲线指数，反映流域自由 水蓄水分布的不均匀程度，大体反映了饱与坡面流产流面积的 发展过程。其值一般取1.0～1.5，由于不敏感且变幅不大，可取 定值1.5。
参数意义
（8、9）KG、KI：自由水蓄水库对地下径流与壤中流的出流 系数，是并联的。KG反映基岩与深层土壤的渗透性，KI反映表 层土的渗透性。KG+KI代表自由水出流的快慢，KG/KI代表地下 径流与壤中流之比（RG/RI），对具体流域一般都为固定值。
参数意义
（6）SM：流域平均自由水蓄水容量，反映表层土（即腐植 土层）的蓄水能力，植被越好土层越厚，值越大。但受降雨资 料时段均化影响明显，时段越短SM越大，因为时段越短越不容 易产生地表径流。其不但决定了地表径流的多少，影响洪峰形 态，且对地表径流与地下径流的比重起决定作用。
对新安江模型的改进
对新安江模型的改进摘要:在新安江模型的结构中增加了超渗产流模型,对新安江模型进行了改进,使得新安江模型的产流理论更加完善,可以用于湿润地区、半干旱半湿润地区及干旱地区。
把改进后的模型在半干旱半湿润的沂沭泗流域进行了验证和应用。
关键词:新安江模型超渗产流产流面积下渗模型1引言从产流机制上来讲,湿润地区是蓄满产流,干旱地区是超渗产流,而半干旱和半湿润地区则是蓄满和超渗产流两者皆有。
谈到流域水文模拟模型,国内对于湿润地区有新安江模型、干旱地区有陕北模型;国外模型大家比较熟悉的有萨克拉门托模型与坦克模型,两者皆可用于湿润和干旱地区。
与萨克拉门托模型和坦克模型相比,新安江模型的结构和参数的物理意义比较明确以及容易调试,故在国内水文预报中得到了普遍使用。
由于新安江模型的核心是蓄满产流模型,对于有超渗产流的半干旱半湿润地区或者湿润地区植被较差、土层较薄的地区,新安江模型的使用有些限制。
本文就是针对这一问题在新安江模型的结构中增加了超渗产流模型,对新安江模型进行了改进,使得新安江模型的产流理论更加完善,可以用于湿润地区、半干旱半湿润地区及干旱地区。
最后把改进后的模型在半干旱半湿润的沂沭泗流域进行了验证和应用。
2超渗产流模拟模型根据土壤含水量W大于田间持水量WT与否,雨强i大于下渗能力与否这两对条件,可以写出一组四个产流方程如下:当i>f,W<WT,RS=i-f,RG=0 (1)当i≤fc,W>WT,RS=0,RG=I (2)当i>fc,W>WT,RS=i-fc,RG=fc (3)当i<f,W<WT,RS=RG=0 (4)这是一个土层、一个地点完整的产流方程。
其中式(2)和式(3)是饱和情况下的超蓄产流,即在蓄满的条件下降雨全部产流,或者仅有地下径流或两者皆有;式(1)是超渗产流。
超蓄产流与超渗产流是相反的,但合起来就完整了。
本部分将简要地讨论超渗产流的模拟模型。
超渗(不蓄满)产流最简单的模型首推陕北模型。
用中国洪水预报系统率定丰良河洪水参数
用中国洪水预报系统率定丰良河洪水参数摘要：利用水利部“948”项目“交互式洪水预报系统”（也称“中国洪水预报系统”）平台，使用三水源新安江模型，对丰良河的棠荆水文站小流域洪水进行参数率定，并对率定结果进行分析，确定适合该小流域洪水特征的参数，增加模型洪水计算的拟合度。
得到较好的洪水预报方案。
关键词：小流域，中国洪水预报系统，丰良河，棠荆，参数引言应用新安江三水源模型对洪水预报方案进行参数率定，是目前使用较多的一种洪水预报方案制作方法。
但对小流域的洪水预报方案往往结果不太理想。
主要原因是小流域洪水特征是陡涨陡落，汇流时间快，预见期短，而且一般小流域水文站点稀少，雨量站点也相对不足，从而导致小流域的洪水预报能力相对薄弱。
笔者使用“948”项目的“中国洪水预报系统”软件，率定丰良河棠荆站的洪水预报方案，并对率定的参数进行分析、修改和评价。
丰良河是韩江一级支流，发源于兴宁市铁牛牯，于青溪流入丰顺境内，于黄金望楼汇白溪，于高园汇龙溪，流经广洋，在站口汇入韩江。
流域集水面积899km2，河长75km，平均坡降0.286％。
流域内的白溪和龙溪两条支流的集水面积超过100km2，流域内水力资源丰富，理论蕴藏量4.96万kw。
在下游广洋、站口河段两岸，土地低洼、加上受韩江顶托影响，常遭洪涝灾害威胁。
建国后经裁弯取顺，在黄金万亩洪泛区兴建了防洪治涝工程，大大改善了农业生产和人们生活条件。
棠荆站地处丰良河中段，位于丰顺县丰良镇，东经116°12′48″，北纬23°58′18″（该站位置见图1）。
集水面积267km2，河流全长75km，源头至棠荆站测验断面长33km。
是韩江中下游产汇流分析研究的代表站，用于研究粤东莲花山以南高山降水和丰良河各水文要素的特征关系，为二类精度水文站。
图1 棠荆站在流域中的位置示意图丰良河源头至棠荆站测验断面的汇流时间约4小时，棠荆站至丰良河出口传播时间约6小时。
由于测流断面基岩和卵石组成河床，河底高程多年基本保持不变，稳定性好，水位流量关系呈单一曲线。
三水源新安江模型在黄龙带水库洪水预报中的应用
三水源新安江模型在黄龙带水库洪水预报中的应用摘要:新安江模型是河海大学赵人俊等人提出的,广泛应用于我国潮湿与半潮湿地区,本文分析黄龙带水库的水文特征,重点介绍了新安江三水源模型在黄龙带水库洪水预报中的应用。
关键词:新安江模型黄龙带水库洪水预报黄龙带水库位于从化市东北部,坝址位于流溪河支流汾田水下游,坝址以上干流长度21km,是一座集防洪、灌溉、发电为一体的中型水库,最大库容9458万m3,集雨面积92.3km2。
流溪河流域,地处热带、亚热带季风气候区,水汽十分丰沛。
受冷暖空气的交替影响,天气复杂多变,暴雨、洪涝灾害频繁出现,而且时间跨度长。
每年从3月份起进入雷雨大风活跃期,4月份起进入前汛期,频频南下的冷空气与低纬暖湿空气相遇,常造成暴雨、大暴雨和雷雨大风,而后汛期的7—9月份则是热带气旋的活动盛期,直接导致大暴雨等灾害性天气的发生。
由于黄龙带水库流域面积小,河短流急汇流时间非常短,一般仅几小时,每当发生局地性强暴雨,会造成严重的洪水灾害。
用于洪水预报的水文模型有很多种,新安江模型是河海大学赵人俊等在1973年提出的,采用蓄满产流的概念,以土壤含水量达到田间持水量后才产流,是分布式的概念性模型,30多年来在我国潮湿与半湿润地区有广泛应用,并发展改为三水源的以及其他多水源的模型。
本文将阐述新安江三水源模型在黄龙带水库流域洪水预报中的运用。
1 基础数据处理1.1 流域性质黄龙带水库流域面积不大,运用新安江模型进行计算时不进行流域分块,采用集总模型。
运用GIS的水文模块对黄龙带水库进行流域提取,以黄龙带水库坝址作为流域出口。
流域内包含三个雨量站,分别是:联星雨量站、枫木塱雨量站、黄龙带水库雨量站。
如图1所示。
1.2 雨量站数据处理采用泰森多边型方法对黄龙带水库流域内雨量站数据进行权重分配。
得到结果如表1所示。
1.3 流域年基流以及次洪前期影响流量处理以2006年为例,黄龙带水库2006年汛前最枯流量Qj为0.55立方米/秒,将其黄龙带水库流域2006年的河川基本流量。
水文预报模型
（1）参数的物理意义
新安江（三水源）模型的参数一般具有明确的物理意义，可以分为如下4类：
1）蒸散发参数： 、 、 、
为蒸散发能力折算系数，是指流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。此参数控制着总水量平衡，因此，对水量计算是重要的。
为上层蓄水容量，它包括植物截留量。在植被与土壤很好的流域，约为20mm；在植被与土壤颇差的流域，约为5～6mm。
图3.1-4流域自由水蓄水容量曲线
产流面积上的平均蓄水容量深（ ）为
（3-12）
在自由水蓄水容量曲线上 相应的纵坐标 为
（3-13）
式中： 为流域自由水蓄水容量曲线上的自由水在产流面积上的平均蓄水深； 为 对应的纵坐标。
显然， 和 都是产流面积 的函数，是无法确定的变量。这里假定 与产流面积 及全流域上最大一点的自由水蓄水容量 的关系仍为抛物线分布
新安江模型主要由四部分组成：（1）蒸散发计算，蒸散发分为上层、下层和深层；（2）产流计算，采用蓄满产流概念；（3）水源划分，采用自由水蓄水库进行水源划分，水源分为地表、壤中、地下三种径流；（4）汇流计算，汇流分为坡面、河网汇流两个阶段。按线性水库原理计算河网总入流；河道汇流采用马斯京根分段连续演算法。
（3-33）
（3-34）
（3-35）
（3-36）
式中： 为单位转换系数， （ 为流域面积； 为时段长）， 为河网总入流（m3/s）。
b.河网汇流
河网汇流：TRS、TRI、TRG分别进入河网，经河网汇流形成单元面积的出口流量。
新安江三水源模型中用无因次单位线模拟水体从进入河槽到单元出口的河网汇流。在本流域或临近流域，找一个有资料的、面积与单元流域大体相近的流域，分析出地面径流单位线，就可作为初值应用。
新安江模型流域汇流参数规律研究
用 Arcview 软件提取河长资料，得出了马斯京根汇流河段数与河长的经验关系。 关键词：新安江模型；河网水流消退系数；河长；经验关系
1 引言
三水源新安江模型概念清楚，结构简单，模型的参数决定于流域的气候、地质、地貌、 土壤、植被等自然条件，因此是有地区规律的。直接根据流域的自然条件来确定模型的参数
应用新安江模型可以比较正确的求出蒸散发、产流与分水源这三个层次的参数。利用日
模型就可以得出结果。但是对于汇流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分必须使用次洪模型，取较小的时段 ∆t 。
新安江模型的汇流部分分为两个阶段[3]：第一阶段，单元面积的河网汇流，用单位线或
滞后演算法。第二阶段，单元面积以下的河道汇流，常用Muskingum(马斯京根)[4]法。
资料年限
1981-2005 1980-2003 1983-1999 1990-1999 1980-2004 1987-2003 1983-1999 1980-2003 1986-1994 1980-2002 1987-1999 1986-1994 1987-2000
本次研究采用分辨率为90m的SRTM DEM数据，由美国航空航天局（NASA）、美国国 家图像测绘局（NIMA）以及德国与意大利航天机构共同合作完成[5]。经过对DEM数据的修 补、数据的截取以及相关处理后，可以得到各个流域的流域边界、利用泰森多边形法划分的 子流域图以及水系图。由于篇幅所限，仅列出屯溪流域的结果。见图1。
参数，使得模型参数率定过程简单化。对于优化模型参数率定过程很有意义。
4 结论
本文通过对 13 个流域应用新安江模型计算的结果，得出了两条关系曲线：（1）流域面
新安江流域水文模型
4.水文数学模型： 水文数学模型： 水文数学模型
• 水文数学模型是根据水文循环中各个环节的物理规律建立起 来的“数学系统”。一般文献中指的水文模型实际上是水文 数学模型。 • 根据下渗规律、蒸散发规律、河道洪水波运动规律等建立的 下渗模型、蒸散发模型、河道洪水演算模型都是水文模型， 但是，它们并不是流域水文模型。 • 流域水文模型是以一个流域作为基本的研究单元，以流域的 水文循环的整体过程作为模拟对象，将流域水文循环涉及到 的降水、蒸发、截留和下渗；产流、汇流，包括地表径流、 壤中流、地下径流的产、汇流，以及坡面调蓄和河网调蓄等 流域水文循环的环节或子过程有机地融合在一起，构成一个 完整、严密的数学系统。因此流域水文模型也是一种水文模 型，但是比一般水文模型更完整，结构更复杂，建立模型也 更为困难。
三、新安江模型 1.概述 概述
• 最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下 径流。上世纪80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与 水箱模型中，用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模 型，提出了三水源新安江模型，模型可以模拟地面径流、壤 中流、地下径流。 • 1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面 径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。三水源新安 江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流 过程精度不够理想。在新安江三水源模型中增加慢速地下水 结构就成为四水源新安江模型。
⑵新安江三水源模型流域产流计算
• 新安江模型产流部分的计算是蓄满产流模式； • 蓄满产流指在流域包气带土湿满足田间持水量以前不产流， 所有的降雨都被土壤吸收；而在土湿达到田间持水量之后， 所有的降雨（除去同期的蒸散发）都产流。 • 在产流后，流域包气带土壤的下渗能力为稳定下渗率，下渗 的水分成为地下径流和壤中流，超蓄的部分成为地面径流。 • 考虑到流域内各点的蓄水容量并不相同，实际产流时常常是 在部分面积上产流，新安江模型引入流域蓄水容量分布曲线 来刻划流域内各点蓄水容量的不均匀性，把流域内各点的蓄 水容量概化成如图所示的一条抛物线（也可概化成其它函数 形式）。
基于GIS的乌江流域新安江模型参数率定
基于GIS的乌江流域新安江模型参数率定同斌;张亮;曾适;熊金和【摘要】为了使新安江模型的运用更能真实反映流域的基本特征及产汇流机理,利用地理信息系统空间分析的功能,由数字高程模型导出乌江武隆以上流域的流域排水网,并在此基础上提取汇流长度及坡度等地形特征值.在地理信息系统平台上,计算出流域下垫面的植被、土壤、地貌等特征值,并将其与流域模型参数建立相关关系.结果表明,各流域模拟的确定性系数及模拟精度均较高.因此,预报结果更加合理,理论依据也更加可靠.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2011(042)006【总页数】4页(P106-108,113)【关键词】地理信息系统;数字高程模型;地形地貌特征值;新安江模型【作者】同斌;张亮;曾适;熊金和【作者单位】长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014;长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014;长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014;长江水利委员会水文局,长江上游水文水资源勘测局,重庆,400014【正文语种】中文【中图分类】P334.921 GIS在流域水文模型中的应用以GIS为平台，利用数字高程模型，推求出流域水网并模拟河网，据此由流域分水岭进行单元面积的划分，推求出平均汇流路径长度和坡度等流域下垫面地形特征值［1］。
结合新安江流域水文模型参数物理意义进行参数率定［2］，使流域上新安江模型的运用能更真实地反映流域的基本特征及产汇流机理，从而使预报结果更加合理化，理论依据更加可靠。
因此，GIS的运用可为数字流域模型的建设提供必要的技术和数据保障。
2 乌江武隆以上流域地形特征值的推求2.1 流域自然地理概况乌江是川江南岸最大的支流，集水面积87920km2，河长1030多千米，天然落差2120多米。
乌江水系呈羽状分布，河网密度较大，具名的一级支流 58条。
其中，流域面积大于300km2的有42条，大于1000km2的有16条。
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新安江模型参数率定
1. 参数的物理意义新安江（三水源）模型的参数一般具有明确的物理意义，可以分为如下四类：
1）蒸散发参数：K、WUM、WLM、C K 为蒸散发能力折算系数，是指流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。
此参数控制着总水量平衡，因此，对水量计算是十分重要的。
WUM 为上层蓄水容量，它包括植物截留量。
在植被与土壤比较发育的流域，约为20mm；在植被与土壤颇差的流域，约为5～6mm。
WLM 为下层蓄水容量。
可取60～90mm。
C 为深层蒸散发系数。
它决定于深根植物占流域面积的比数，同时也与WUM+WLM值有关，此值越大，深层蒸散发越困难。
一般经验，在江南湿润地区C 值约为0.15～0.20 左右，而在华北半湿润地区则在0.09～0.12 左右。
2）产流量参数：WM、B、IMP WM 为流域蓄水容量，是流域干湿程度的指标。
一般分为上层WUM、下层WLM和深层WDM，约为120～180mm。
B 为蓄水容量曲线的指数。
它反映流域上蓄水容量分布的不均匀性。
一般经验，流域越大，各种地质地形配置越多样，B 值也越大。
在山丘区域，很小面积（几平方公里）的B 值为0.1 左右，中等面积（300 平方公里以内）的B 值为0.2～0.3 左右，较大面积（数千平方公里）的B 值为0.3～0.4 左右。
IMP 为不透水面积占全流域面积之比，一般较小，取为0.01～0.05。
3）水源划分参数：SM、EX、KSS、KG SM 为流域平均自由水蓄水容量，本参数受降雨资料时段均化的影响，当以日为计算时段长时，一般流域的SM值约为10～50mm，当所选取的计算时段长较小时，SM要增大，这个参数对地面径流的多少起着决定性作用，因此十分重要。
EX 为自由水蓄水容量曲线指数，它表示自由水容量分布不均匀性。
通常EX 取值在1～1.5 之间。
KSS 为自由水蓄水库对壤中流的出流系数，KG 为自由水蓄水库对地下径流出流系数，这两个出流系数是并联的，其和代表着自由水出流的快慢。
一般来说，KSS+KG ＝0.7，相当于从雨止到壤中流止的时间为3 天。
4）汇流参数：CS、CI、CG；KE、XE CS 为河网蓄水消退系数。
CI 为壤中流水库的消退系数。
如无深层壤中流时，CI 趋于零。
当深层壤中流很丰富时，CI趋于0.9。
相当于汇流时间为10 天。
CG 为地下水库的消退系数。
如以日为计算时段长，此值一般为0.98～0.998，相当于汇流时间为50～500 天。
KE 为河道汇流Muskingum法中洪水波在河段中的传播时间。
X 为河道汇流Muskingum法中的流量比重系数。
关键参数X 是一个反映扩散波在运动过程中洪峰衰减、形状坦化的物理参数。
5 . 0 X 是既体现Muskingum法物理意义又满足其数值计算稳定性的统一条件。
2. 参数的率定新安江（三水源）模型的参数按照物理意义分为四层，上面已经分别作了介绍。
参数的率定可以按照蒸散发～产流～分水源～汇流的次序进行，各类参数基本上是相互独立的。
按照以下次序率定参数。
1）日模型日模型参数率定按照下述步骤进行：a. 设定各参数的初始值。
b. 比较多年总径流。
这是最基本的水量平衡校核。
使计算的径流深误差不超过20％（规范规定）。
如有误差，要首先修改K 值，K 是影响蒸发计算最大的参数。
不确定系数及洪峰误差不管。
K：在北方地区K 有可能大于1；WM：经验而言，长江流域约为120mm，三层组合一般有（20，70，30），（40，60，20），（20，80，20）等，北方地区WM较大。
B、C 不需大改，一般B＝0.3&0.35，C＝0.15 c. 多年总水量基本平衡后，再比较每年的径流，看很干旱的年与湿润年份有无系统误差。
如有，应调整WUM、WLM和C。
减小WUM 将使少雨季节的蒸发减少，而对于很干旱的季节则无影响。
WLM的作用与此相仿。
加大C 值将使很干旱的季节的蒸散发增大，而对于有雨季节则无此影响。
d. 比较枯季地下径流。
如有系统偏大偏小，则应调整KSS 与KG，调整地下径流与壤中流的比重。
依次率定K、SM及
KG/KI、CG 及CI。
2）次洪模型不允许再修改产流参数WM、B、IMP。
主要工作是调分水源和汇流参数。
洪峰误差、水量平衡和径流深误差不超过20％，争取将洪峰误差目标定为3 5％，后者定为10％；确定性系数愈高愈好。
SM：长江流域为30mm左右，变化范围较大。
而参数SM 受降雨资料时段均化影响较大，用日模型率定此参数值明显偏小，在次洪模型中，SM 值应适当加大或重新率定。
EX：1.0—1.5。
其变化范围为1～2 ，给定EX = 1.5 ；KG+ KI 值代表自由水出流的快慢程度，而一般表层壤中流的退水历时为3 天左右，故固定取KG + KI= 0.7 ，不致有太大的误差。
但也可能因流域不同而略有差别：如沿渡河在KG + KI= 0.9 时退水过程可以拟合很好。
由于日模型与次洪模型的计算时段长不同，参数值不能全部通用，但K、WM、WUM、WLM、B、IMP、EX、C 与时段长无关，可以直接引用，SM、KG、KSS、CS、CI、CG 与时段长相关，不能直接引用，需要另外率定。
调试时通常以洪水总量、洪峰流量值以及洪峰出现时间按允许误差统计合格率最高为目标函数。
调试步骤如下： a. 比较洪水径流总量。
影响计算次洪径流总量的主要因素除降雨外显然是流域初始含水量，但当该值已经确定的情况下，可通过调整水源的比重来影响计算次洪径流量，可调整SM和KG，两个参数数值越大，地下径流的比重越大，使次洪径流量减少。
b. 比较洪峰值。
洪峰流量主要由地面径流和壤中流组成，主要取决于SM、CS、CI、CG 等参数，当SM确定后，调整CS、CI 和CG 等参数，尤其是CS，将对洪峰起着相当大的影响，CS 越大，洪峰越小。
CI 和CG 这两个参数对洪水过程线的形状影响较大。
CI、CG 一般大于0.9，CI 小于CG。
次模依次率定SM、CS 及CI。