新安江模型报告.ppt

新安江模型 新安江模型 概述 新安江模型 概述 正演程序流程图 新安江模型 InitModel模型初始化 降雨量P 2驱动数据 蒸散发量E 数据自 常用水文预报算法和计算程序 算例 1步数 steps原程序步长为1天 步数为731 即两年 现依据 常用水文预报算法和计算程序 P21算例 将步长改为2h 时段数为24 其余参数均按照该算例取值 新安江模型 InitModel模型初始化 该程序中产流项和出流项均只分地表和地下无壤中流部分 3 模型输出蒸散发项 E Eu El Ed产流项 R Rg Rs出流项 Q Qrg Qrs 4 模型状态量土壤湿度 W Wu Wl Wd 程序中假定流域经过了长时间降雨 数值分别等于各自的蓄水容量 流域面积 Area 537km2每一步长的小时数 DeltaT 2hU Area 3 6 DeltaT 一个将径流深转化为流量的转换系数 新安江模型 SetParameters设置模型参数 1 流域蒸散发能力与实测水面蒸发之比K 0 652 流域不透水面积占全流域面积之比IMP 0 3 蓄水容量曲线的方次B 0 34 上层蓄水容量Wum 20mm5 下层蓄水容量Wlm 75mm6 深层蓄水容量Wdm 80mm7 深层蒸散发系数C 0 118 地下径流消退系数KKG 0 99 新安江模型 注 该程序未划分壤中流 故不需要壤中流消退系数KKSS 该程序的水源划分为二水源 没用到两个出流系数KSS KG SetParameters设置模型参数 9 流域平均蓄水容量WM WuM WlM WdM10 流域内最大点蓄水容量WMM WM 1 B 1 IMP 11 汇流计算参数Kstor汇流参数12 稳定入渗率 mm h Fc 2 3mm h 新安江模型 关于稳渗率的取值 因该程序采用二水源划分 需要此参数 算例在文献中为三水源划分 不需要此参数 故从算例中得不到该参数 只能大致得到一个值 以作参考 RunModle运行新安江模型 蒸散发计算 三层蒸发模型 上层 下层 深层 按蒸发能力蒸发 补足按蒸发能力蒸发 补足 上层不足蒸发 下层不足蒸发 新安江模型 RunModle运行新安江模型 蒸散发计算 下层按蒸发能力 的解释 下层蒸发与剩余蒸散发能力 流域蒸散发量与上层蒸发量之差 及下层含水量成正比 而与下层蓄水容量成反比 所谓的下层按蒸发能力蒸发是指 下层蒸发量与剩余蒸散发能力之比不小于深层蒸散发系数C 若下层蓄水不足 则只好由深层补足 新安江模型 RunModle运行新安江模型 蒸散发计算 算法的实现 PE0 上层足够蒸发 EU K EEL ED 0二 WU PEC k E EU 下层足够蒸发 解释 EL K E EU 剩余的全由下层 ED 02 若WL C K E U 下层不够蒸发 EL WL 下层按最大能力蒸发 ED C K E EU EL 正好是不足的部分 程序在WL C WLM处还有一个分界点 没有看懂 应当有相应的理论解释 新安江模型 RunModle运行新安江模型 产流计算 蓄满产流原理 总共的水量 流域内最大点蓄水容量 为 全流域蓄满产流 R 土壤湿度 净降雨量 土壤蓄水量 为 有部分未蓄满产流 R 土壤湿度 净降雨量 土壤蓄水量 一个考虑蓄水容量方次的部分 蓄满产流 土壤湿度达到田间持水量之前不产流 所有降雨被土壤吸收成为张力水 达到田间持水量后 所有降雨都产流 新安江模型 RunModle运行新安江模型 产流计算 蓄水容量曲线 由于产流计算要根据蓄满产流原理 故必须了解蓄水容量 但流域内各点的蓄水容量并不相等 故概化为如图的曲线 最大点蓄水容量 蓄水能力小于某个点蓄水能力的面积占总面积之比 如果连最大点蓄水容量都已不能继续存蓄 则全流域产流 反之 则并非全流域产流 就需要引入抛物线指数B来概化考虑了 新安江模型 RunModle运行新安江模型 将该曲线表示为蓄水量公式为 整个流域的平均蓄水容量应对流域求和平均 即 增加参数IMP后 形式变成 1 2 3 新安江模型 1 式将B赋值为1的话 正好反映了线性关系 B为其他方次时 分别反映不同的概化曲线 RunModle运行新安江模型 产流计算 算法的实现当天含水量折算成径流深A WMM 1 pow 1 W WM 1 B 1 一 A PE WMM 最大点蓄水容量 R W PE WM二 A PE WMMR W PE WM WM pow 1 PE A WMM 1 B W为流域的初始平均蓄水量 不是容量 在上图中属于面积 点的累积 方面的量 在下面的分段中 不等式右边为WMM 最大的点蓄水容量 在上图中属于纵坐标方面 点 的量 故为了对应 需把WMM对应的纵坐标即A算出 新安江模型 RunModle运行新安江模型 水源划分 二水源模型 主要通过稳定入渗率FC来划分水源 净降雨量 稳渗率 净降雨量 稳渗率 除去不透水面积 其余部分全要渗入地下 渗入地下的部分需要用稳渗率折减一下 入渗水体在重力作用下运动 待土壤层全部饱和时 在恒定雨强下径流保持常数 入渗不再随降雨历时的延长而发生变化 此时的入渗率称为稳渗率 新安江模型 RunModle运行新安江模型 水源划分 二水源模型的算法实现一 PEFCRG R IMP PE PE FC 用稳渗率打折 RS R RG该程序采取二水源模型 新安江模型 RunModle运行新安江模型 水源划分 三水源模型 自由水蓄水库RS 地面径流RSS 壤中流RG 地下径流TRS 地面径流对河网总入流RSS 壤中流对河网总入流TRG 地下径流对河网总入流 溢流成为地面径流 出流1成壤中流 出流2成地下径流 地下水库调蓄 对河网总入流 壤中流水库调蓄 新安江模型 壤中流因土壤在沉积过程中粉细沙夹层和透镜体的存在及粘土颗粒的定向排列等 往往使水平方向的渗透系数大于垂直方向的渗透系数 故大雨过后 在水流垂直入渗的同时 土壤表层有更大强度的水平向壤中流发生 RunModle运行新安江模型 水源划分 三水源模型 流域自由水蓄水容量曲线自由水的蓄水能力在产流面积上不均匀 将其分布概化为如图的曲线 当蓄水量小于最大的点蓄水容量时 有的地方出流 有的不出流 需要引入曲线方次 当蓄水量大于最大的点蓄水容量时 则全部出流 与之前的蓄满产流比较 之前存蓄的是张力水 这里存蓄的是自由水 蓄水能力小于某个点蓄水能力的面积占总产流面积之比 最大点蓄水容量 新安江模型 RunModle运行新安江模型 水源划分 三水源模型 将该曲线表示为公式的形式 产流面积上的平均蓄水容量深 4 5 4 与 1 5 与 2 式的推导分别相同 新安江模型 RunModle运行新安江模型 水源划分 三水源模型1 首先由资料率定模型在全流域的平均自由水容量SM和EX 2 全流域上最大的自由水点蓄水容量SMM SM 1 EX SMMF SMM 1 pow 1 FR 1 EX 3 由 5 式得SMF 4 AU SMMF 1 pow 1 S SMF 1 1 EX 可将SMM与SM分别类比前面提及的SMMF与SMF 不同点在于 SMM与SM是针对全流域的量 而SMMF与SMF是针对产流面积上的量 这里假设了SMMF FR与SMM的关系为方次为EX的曲线分布 实现从SMM推向SMMF 该式将自由水在产流面积上的平均蓄水深S对应为相应的纵坐标AU 可与之前的W对应为A类比 新安江模型 RunModle运行新安江模型 水源划分 三水源划分的算法实现一 PE AU SMMFRS PE S SMF FR 全部点都有溢流 RSS SMF KSS FR 既然全部点溢流 蓄水量必都是满的 RG SMF KG FRS SMF RSS RG FR 相当于从孔中漏掉之后剩余的部分 KSS KG分别为壤中流和地下径流的出流系数 表征自由水蓄水库对出流的影响 新安江模型 RunModle运行新安江模型 水源划分 三水源划分的算法实现三 0 PE AU SMMFRS PE SMF S SMF pow 1 PE AU SMMF EX 1 FR 引入曲线方次 RSS PE S RS FR KSS FR 此时并不是全部蓄满 收入为PE S 支出为溢流部分 二者相减方能得到当前自由水蓄水量 RG PE S RS FR KG FRS S PE RS RSS RG FR 仍为自由水蓄水量 壤中流和地下径流 只不过蓄水量不是满的 新安江模型 RunModle运行新安江模型 土壤含水量的更新计算 上层土壤含水 蒸散发剩余 产流 上层蓄水能力 为 上层蓄水能力已足够 全部在上层存蓄 为 上层蓄水能力不够 下层蓄水能力足够 上层按能力蓄满剩余在下层 下层蓄水能力不够 上 下层按能力蓄满剩余在深层 新安江模型 RunModle运行新安江模型 土壤含水量的更新计算 算法实现一 WU PE R WUM1 WU WL PE R WUM WLMWU WUMWL WLMWD W PE R WU WL 新安江模型 RunModle运行新安江模型 汇流计算 汇流 降落在流域上的雨水 从流域各处向流域的出口断面处汇集的过程 坡地汇流 地表径流 壤中流 地下径流都分别经过一定的调蓄作用后流入河网 这些调蓄作用包括壤中流水库对壤中流的调蓄 地下水库对地下径流的调蓄 该程序不涉及壤中流 河网汇流 各种水源的径流汇集到一起 低一级的河流汇入高一级的河流 具体说 就是模拟水体从刚进入河槽到单元出口的过程 新安江模型 RunModle运行新安江模型 汇流计算 坡地汇流TRS t RS t UTRSS t TRSS t 1 KKSS RSS t 1 KKSS UTRG t TRG t 1 KKG RG t 1 KKG UTR t TRS t TRSS t TRG t U Area 3 6 DeltaT 一个将径流深转化为流量的转换系数 KKSS表征壤中流水库的调蓄作用 它使本时段的出流有所折扣 又使上一时段的存蓄对本时段有所补充 新安江模型 RunModle运行新安江模型 汇流计算 河网汇流计算公式为 新安江模型 Q t 即单位出口处t时刻的流量值 UH为无因次时段单位线 N为单位线的历时时段数 单位线 在给定流域上 单位时段内均匀降落单位深度的地面净雨 在流域出口断面形成的地面径流过程线 RunModle运行新安江模型 关于单位线UH i 的确定 程序采取了以下的J E纳什瞬时单位线公式 公式中的k就是程序中的参数kstor 算例中未采用此方法 故没有kstor的取值 因此在运行程序时该值也无法确定 新安江模型 RunModle运行新安江模型 出流系数和消退系数的参数率定M 24 DeltaTN 24 DeltaT INT R 5 1 KKSSD pow KKSS 1 M KKGD pow KKG 1 M KSSD 1 pow 1 KG KSS 1 N 1 KG KSS KGD KSSD KG KSS 一般情况下 出流系数和消退系数均按日模型率定 如果不是日模型 则各系数都要相应地发生变化 且时段划分不宜过长 否则应将雨量分为5mm一个量级再作分步计算 在时段长合理的前提下 率定过程如下 新安江模型 SaveResults结果输出 若干问题 1 Fc稳渗率并不是和其他参数采自同一文献 只能保证其数量级不致差别过大 2 程序中的Kstor参数是在河网汇流过程中用到的参数 也不能确定取值 在一个验证报告中看到它大致取值大约在2至6附近 程序运行时取了5