王璐毕业设计

1、目 录前言前言摘要摘要第一章第一章 绪绪 论论.11.1 水文预报概述 .11.2 流域水文模型.21.3 毕业设计.3第二章第二章 流域概况流域概况.42.1 流域基本介绍.42.2 产流方式论证.72.3 资料整理与分析.7第三章第三章 新安江模型新安江模型.93.1 三水源新安江模型.93.2 模型参数及中间变量.143.3 新安江模型方案评定.19第四章第四章 日模型主要成果与分析日模型主要成果与分析.214.1 模型参数率定过程.214.2 方案评定及成果分析.23第五章第五章 次模型主要成果与分析次模型主要成果与分析.275.1 模型参数率定过程.275.2 方案评定及成果分析.2

2、9第六章第六章 结结 语语.386.1 结论.386.2 有待解决的问题.386.3 展望.396.4 体会.39参参 考考 文文 献献.40致致 谢谢.41前 言洪涝灾害是我国发生频率最高、损失最大的自然灾害。以往人们对待洪水是采取堵的措施，严防死守，虽然成效显著，但代价巨大；现在提倡人与自然和谐相处，给洪水以出路。这就对洪水预报提出了更高的要求，需要我们对洪水规律有深入的理解和研究，提出合理的预报方案。洪水预报是防洪减灾非工程措施的主要手段，长期以来，国家和科学界已投入大量的人力和物力，致力于相关领域的研究，获得了大量的科研成果，特别是工程与非工程措施的结合，能最有效地发挥防洪减灾效益。我

3、国从 70 年代开始，一方面积极引进国外有用的流域水文模型，另一方面更致力于新的、适合于中国水文条件的流域水文模型的研制。新安江模型始建于1974 年，是由河海大学赵人俊教授等人开发研制的，在国内湿润和半湿润地区普遍应用并有发展改进，在国外也被广泛采用。本论文就是以浙江对河口水库流域为例，运用水文学原理的专业基础知识以及水文预报专业课程知识，针对具体的流域特性，结合具体的生产实际问题，采用三水源新安江模型对该流域进行洪水预报模拟研究。尤其对参数率定过程作了详细说明，并对模拟结果进行了分析，遇到并解决了不少问题。本次毕业设计与生产实际紧密结合，以巩固所学的水文预报方面的专业知识，了解如何针对具体

4、流域选择合适的模型编制预报方案的全过程，并锻炼自己发现问题、分析问题、解决生产实际问题的能力。摘 要本文在对东苕溪流域对河口地区的地形地貌及气候特征简单分析的基础上, 根据对河口以上流域降雨、蒸发和对河口水文观测流量等资料，建立了对河口水库洪水预报的三水源新安江模型。模型采用分层分析的方法对参数进行率定，并对该地区日流量与次洪流量过程进行了模拟。本文主要内容包括模型的基本概念、模型结构、模型参数率定和计算结果分析，尤其详细说明了参数率定过程，并对模拟结果进行了分析。模型参数率定力求快速有效。本文在参数率定过程中对模型参数的相关性和敏感性进行了一定研究。新安江模型的参数大都具有明确的物理意义，它

5、们的数值原则上是可以直接定量的。实际中主要依据实测出流过程优化调试，就产生了参数的相关性问题。在调试过程中发现有的参数很敏感，数量稍有变化对出流的影响就很大；有的参数则不敏感，反应迟钝。分析模型模拟结果时发现误差来源很多，主要有资料误差、模型结构误差、模型参数影响和人类活动的影响。预报模型模拟结果的好坏很大程度上取决于获取的水文信息（特别是降雨信息）的质量。有些次洪过程很相似，产生误差的原因也具有相似性。模拟结果表明：新安江模型在湿润地区的模拟效果非常好。对于水库流域，计算流量过程线有时比实测流量过程线效果好。此外，本文还在结果分析的基础上，提出了一些自己的看法和见解。关键词关键词：新安江模型

6、，对河口水库，蓄满产流，参数率定，敏感性，相关性, 中间变量。浙江省对河口水库洪水预报模型研究0-第一章 绪 论1.1 水文预报概述1.1.11.1.1 水文预报概念水文预报概念我国洪水问题很严重，防洪任务很重要，危及我国国民经济的全局。我国七大江河的中下游地区，有 100 万 km2的面积，其地面面积多半在江河洪水位以下，主要靠堤防保护，且标准不高。我国的暴雨强度大，还经常受到台风袭击，致使洪涝灾害频繁发生。水文预报是水文学的重要组成部分，它是建立在充分掌握客观水文规律的基础上，预报未来水文现象的一门水文学科，以水文基本规律、水文模型研究为基础，结合生产实际问题的需要，构成具体的预报方法或预

7、报方案，服务于生产实际。它在水资源开发利用、防灾减灾等方面发挥着极其重要的作用。特别是在发生超标准洪水时，可以根据预报采取蓄洪、分洪等措施，降低灾害损失。水文预报是一项适应自然、减免损失的非常重要的防洪非工程措施，也是一项合理利用水能、水资源的非工程措施，越来越引起世界各国的重视。因为工程措施总是有一定的标准限制，而且工程措施条件日益困难，投资急剧上升。目前的科学水平还不能完全驾驭自然，控制洪水，势必要重视适应自然的一些非工程措施。水文预报这项非工程措施，投资不大，收效显著。正确及时的预报可以使工程合理调度，可以有计划采取分、蓄洪等措施，可以及时采取防洪抢险等紧急行动，力求使灾害损失限制到最低

8、程度，并能充分利用水能、水资源。水文预报具有很大的经济效益和社会效益，发展我国的水文预报事业是一项长期而艰巨的任务。1.1.21.1.2 水文预报研究现状水文预报研究现状上世纪5060年代，学习国外的洪水预报方法，为我国水文预报工作奠定了基础；7080年代，开始对不同区域的降雨径流关系进行研究，同时开展了流域水文模型的研究和应用；90年代，随着计算机在水文预报领域中的推广和水文模拟技术水平的提高，我国在水文预报方面有了很大进步。与自然科学中很多其它学科的发展相类似，水文预报技术也经历了从经验方法到目前广泛采用的流域水文模型的发展过程。浙江省对河口水库洪水预报模型研究1-水文预报研究主要还存在基

9、本规律研究和误差修正两方面的问题。基本规律研究涉及机理研究的进一步深入、规律描述方法的物理化和综合性。误差修正主要是与修正效果有关的研究，包括修正方法、修正利用信息、修正内容等方面的研究。1.2 流域水文模型流域水文模型属于数学模型，它在水旱灾害防治和水资源开发利用中广泛利用。水文模型是把水文循环的全过程作为一个完整的系统来研究，当输入流域的次降雨及有关资料，该系统内部即按事先给定的数学物理方程，模拟流域产汇流的运作，最后输出流域出口断面的洪水过程。这种方法较之过去的经验性预报方法有明显的优越性。流域水文模型的研制约始于 20 世纪 50 年代，70 年代至 80 年代中期是其蓬勃发展时期，一

10、些著名的模型，如美国的 Stanford 和 Sacromento 模型，日本的 Tank模型以及中国的新安江模型等都在这一时期提出并得到应用。而在 80 年代后期，考虑到流域内人类活动对于环境的影响程度，具有物理基础的分布式水文数学模型得到了更好的展。比如，以地形为基础的 TOP 模型以及 MIKE SHE 模型等。本次毕业设计是应用新安江模型。新安江模型始建于 1974 年，是由河海大学赵人俊教授等人开发研制的。多年来在国内湿润和半湿润地区普遍应用，并有发展改进，在国外也颇受重视。新安江模型是一个具有分散参数的概念性降雨径流模型，最初的新安江模型为两水源地表径流、地下径流；到 80 年代初

11、期，引入自由蓄水箱划分水源的概念，提出三水源新安江模型地面径流、壤中流、地下径流；19841986 年，又提出四水源新安江模型地面径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。新安江模型在湿润地区以及某些特定条件下的非湿润地区广泛应用并且获得成功；时间尺度从逐时发展到逐日到逐月；模型中流域蓄水容量分布不均匀的参数化处理已被国外一些大尺度水文模型所采用；模型的分布式形式在大尺度的水文模拟中也比较适用，具有较好的应用前景8。近年来，许多研究都对新安江模型的结构和计算作了一定的改进。1986 年，包为民在“新安江模型参数的自动率定”一文中，研究了一个大型概念性水文模型多参数自动率定的课题，由于存在参数间

12、的相关性和隐式结构模型目标函数对浙江省对河口水库洪水预报模型研究2-参数值的响应并不存在一个全局最优化这个共同困难，因此设计了一种分五步进行率定，每步设立不同目标函数，重点地率定某个特定参数的处理方法，参数给出适当的物理范围，逐步优选到位，这是我国学者在本课题领域的第一次初步尝试。1.3 毕业设计本次毕业设计运用水文学原理的专业基础知识以及水文预报专业课程知识，针对具体的流域特性，结合具体的生产实际问题，进行洪水预报方案设计。其中包括具体流域的产流方式论证、模型选择、模型参数率定、结果检验。并且要对所建立的预报方案对实际问题的合理性、有效性进行分析讨论。 本次毕业设计与生产实际紧密结合，主要目

13、的是巩固所学的水文预报方面的专业知识，对如何针对具体流域选择合适的模型编制预报方案有一个全面的了解，同时锻炼发现问题、分析问题、解决生产实际问题的能力。 本次毕业设计主要应用三水源新安江模型进行对河口水库产汇流模拟计算。主要内容包括： （1）根据对河口水库流域的特点来论证模型的应用；（2）了解新安江模型的结构和主要参数的物理意义；（3）在对河口水库流域进行日模和次模的模拟，率定出最优参数；（4）对洪水模拟情况进行误差评价，对其中存在的问题进行分析、讨论。浙江省对河口水库洪水预报模型研究3-第二章 流域概况2.1 流域基本介绍 2.1.12.1.1 水库情况水库情况本次毕业设计所研究的对河口水库

14、位于浙江省湖州市德清县西部，东苕溪支流余英溪中游，是东苕溪大型骨干防洪工程之一。主坝座落于德清县城武康以西8 公里的对河口村，坝址以上控制流域面积 148.7 km2，占东苕溪主要支流余英溪流域面 184.3 km2的 80.7%。主坝为多种土质的壤土心墙坝，坝高 33m,坝顶高程58m.(吴淞高程，下同), 坝顶长 292.5m，宽 7.3m，总库容 1.16 亿 m3，1964 年 7 月建成蓄水，是一座以防洪为主，兼具供水、灌溉、发电功能的综合利用的大(二)型水库。水库共有二个水电站，现有总装机容量为 2160KW。其中，一级电站装机2000kw，二级电站（龙头堰）装机 160kw。直接

15、保护坝址下游，东苕溪导流港以西 40 万亩农田、50 万人口，间接保护东苕溪导流港以东杭、嘉、湖平原 100 万亩农田、250 万人口的汛期安全。该水库对减轻东部杭嘉湖平原的洪早灾害，104 国道、乔莫省道、杭宣铁路、西险大塘、德清县城市防洪和城镇供水，都具有十分重要的作用。水库库区上游各支流成扇形分布，由于源短和汇流面积较小，故未设入库流量站，其入库流量按出库流量和库容变量推求。出库流量则由隧洞发电流量和泄洪洞流量合成计算。二者均按实测流量资料与水位建立相应关系，ZQ 关系线按部颁水文资料编印规范的规定，通过符号检验、适线检验、偏离值检验和测点标准差计算，经严格审定后而推求。2003 年 9

16、 月对河口水库开始进行除险加固工作。除险加固工程枢纽建筑物有主坝、副坝、溢洪道、泄洪洞、原发电引水隧洞、电站、新建发电引水隧洞、泄洪渠及下游河道整治。2005 年 9 月，对河口水库除险加固主体工程基本完工。 除险加固工程竣工后，水库总库容由 1.16 亿 m3增加到 1.47 亿 m3, 扩容 3100 万m3，防洪库容由 3200 万 m3增加到 4552 万 m3,兴利库容由 400 万 m3增加到 7200万 m3,校核洪水标准由不足一千年一遇提高到五千年一遇，城镇供水能力由目前的4.5 万吨/日增加至 15 万吨/日，年增发电量 51 万 kw.h。2.1.22.1.2 流域简介流域

17、简介浙江省对河口水库洪水预报模型研究4-（一）流域地理特征东苕溪位于杭嘉湖以西，属太湖流域水系，是太湖流域内最有代表性的山区性河流。其主流南苕溪发源于天目山南麓，流经桥东村、临安、余杭，至瓶窑与中苕溪、北苕溪会合后称东苕溪，至德清与导流工程相接，经湖州入太湖。全流域面积 2267 km2，干流全长 143 km。东苕溪是浙江省重要河流之一，位于中国东南沿海长江三角洲南翼。溪流域内农业开发历史悠久，广大平原地区以栽培植被为主，丘陵山地现存自然植被大多是次生性，仍具有明显的地带性分布规律。（二）流域气候特征流域内冬季受蒙古冷高压控制，盛行西北风，以晴冷天气为主，是低温少雨季节；夏季受太平洋副热带高

18、压控制，以东南风为主，从海洋带来充沛的水汽，空气湿润，是高温强光照季节；春秋两季为过度时期，气旋活动频繁，锋面降水丰富，冷暖变化较大。冬夏时间长，春秋时间短，各季之间天气差异明显，全年四季分明。流域内年均气温自北向南在 15.318.3C，年极端最高气温各地在 3343C之间，地区差异较大，总体分布内陆高于沿海、浙西高于浙东。年极端最低气温在-2.2-17.4C 之间，由东南向西北递减。各地的年降水量在 9802000mm 之间，79 月沿海热带风暴活动频繁。各地无霜期 230270 天，年均蒸发量600900mm。主要灾害性天气有夏秋的热带气旋、梅季暴雨、伏秋干旱和冰雹、大风等。（三）流域水

19、文特征流域内降雨充沛，水资源总量较大，但在时空分布上极不均匀, 年内和年际变化较大，丰枯交替明显，且呈明显的连续丰水年或枯水年，年径流量最小值与最大值之比为 1 比 3；年内降水主要集中在 56 月的梅汛期和 89 月的台汛期，常发生灾害性降水，这两个阶段的降水量约占全年的 6070%。降水量季节变化明显，雨量分配不均。全年降水日数 122159 天，北部少，南部多。汛期降雨集中，全省历时 0.5、1、3、24小时的最大降雨(111.3、165.4、268.3、682.1mm)集中在该流域。流域内年平均降水量 10101240mm 之间，最大降水量 2428mm(1954 年)，年浙江省对河口

20、水库洪水预报模型研究5-径流量约 16 亿。径流年际变化较大，径流年际极值比为 4.1，变差系数 Cv 达3m0.42，径流系数约为 0.45，最大月径流量多数出现在 5 月，其径流量可占年径流总量的 1421%；最小月径流量多数出现在 12 月，少数出现在 1 月，其径流量约占年径流总量的 23%。上游天目山区为浙江省最大暴雨中心之一，暴雨历时短、强度大，一般不超过 7 天，主体暴雨大多集中在 13 天之内。东苕溪流域有时也因降水量较小而发生干旱。流域内山区比重大(占 78%)，上游河道坡度较大，河道平均比降为 8.9，下游河道弯曲狭窄，因此河流的特点是源短流急，洪水暴涨暴落，洪水传播时间和

21、预见期短，往往只有几个小时，加之下游平原河道泄水不畅，安全泄量较小，使得洪涝灾害比较频繁。东苕溪一旦发生暴雨，则水位猛涨，泄洪不畅，常给临安、余杭、德清、桐乡、海宁等县和杭州、湖州两个城市造成严重水灾。东苕溪流域在一年中一般具有两个相对雨季和两个相对干季，反映在水位上，也呈现两高两低的双峰型，但两峰的高低存在着明显的地区差异。在梅雨主控区，第二个水位峰就不很明显。一年中，最低水位多数出现在 12 月，在 7 月至 8 月处于太平洋副热带高压控制下，高温少雨，蒸发强，农田耗水多，河川径流很小，水位低，有些小河往往断流。东西苕溪径流的年内变化类型以梅雨和台风雨兼有的双峰型为主 ，一年中有两个高峰，

22、第一个高峰发生在 5 月或 6 月，另一个高峰发生在 8 月或 9 月，线程前峰高于后峰。东苕溪含沙量约在 0.2 kg/m3以下。东西苕溪中下游年侵蚀模数在 100 t/km2以下。年平均水温一般在 1720，水温的年际变化不大，年平均水温变化值一般在 13之间。此外，西苕溪洪水流量较大，洪峰流量出现时间往往比东苕溪早，这不但影响东苕溪洪水的排泄，并且西茹西溪的水反而倒灌东苕溪，致使东苕溪洪水受顶托而被迫东流，造成东苕溪下游及其东部平原积涝成灾。为御水患，人们就沿溪筑堤、开湖、置闸。东苕溪的导流工程和东、西苕溪的分流入湖工程，对减少洪水东侵平原，减轻内涝灾害有一定效能。2.1.32.1.3

23、站网布置情况站网布置情况对河口水库流域面积为 149km2，控制面积内共有 6 个测站。其中，上皋坞、上朗、莫干山和姜湾是降水量测站，和睦桥、和对河口是降水量蒸发量测站。表 2.1 各雨量站权重表站名上朗莫干山和睦桥姜湾上皋坞对河口浙江省对河口水库洪水预报模型研究6-权重0.16670166701667016670166701667代表降水量测站 代表降水量蒸发量测站图 2.1 对河口流域图2.2 产流方式论证东苕溪流域属于南方湿润地区，具有四季分明、雨量丰富、热量充裕的气候特点。年平均降水量在 10101240mm 之间，年径流量约 16 亿 m3，年平均蒸发量为 850mm。径流年际变化较

24、大，径流年际极值比为 4.1，变差系数 Cv 达 0.42，径流系数约为 0.45。流域内林木茂盛，植被良好，根系发达，有很强的下渗能力，很难形成超渗产流。一次洪水的流量过程陡涨缓落，持续时间 68d 左右。流域地下水埋深浅，包气带水分耗于蒸发而亏缺往往只在表层部分，其下部常年接近于田间持水量。从流域的气象条件，下垫面条件和流量过程的分析知，该流域降雨径流关系具有蓄满产流的特点，可以按蓄满产流的理论与方法建立产流量预报方案，采用三水源新安江模型对该流域进行洪水预报模拟研究。2.3 资料整理与分析2.3.12.3.1 日模型资料日模型资料浙江省对河口水库洪水预报模型研究7-日模资料通常要求是连续

25、的年份系列，最少要 12 年，其中 10 年用于参数率定，2 年用于模型检验。一般要求有丰水年、枯水年和平水年的代表性，所选年份尽量是最近的 12 年。如果最近 12 年的丰、平、枯代表性不好，资料系列要延长；如果最近的年份无观测资料，那也可适当提前。1、日降雨资料 6 个站 1996-1998 年的日雨量资料。2、日蒸发资料对河口蒸发站 1996-1998 年的日蒸发资料。3、日流量资料由 19961998 年反推求得的相应日入库流量资料。4、变量的初始值 变量的初始值可估定，待预热期过后可消去其误差。2.3.22.3.2 次模型资料次模型资料洪水资料选择要考虑各种不同特点洪水的代表性，主要

26、有：大、中、小洪水尺度代表性，不同季节、不同暴雨类型、不同暴雨中心位置、不同降雨强度、不同暴雨历时和单峰与复式洪水等的代表性。1、降雨资料19961998 年 4 场洪水的相应降雨资料。2、蒸发资料时段蒸发量由相应日蒸发平均而得。3、流量资料 19961998 年 4 场洪水的相应流量资料。4、变量的初始值 变量的初始值全部取自日模型的相应时刻值。 浙江省对河口水库洪水预报模型研究8-第三章 新安江模型3.1 三水源新安江模型新安江模型是由河海大学赵人俊教授等人研制的，在我国湿润和半湿润地区得到了普遍的应用。最初研制的是二水源新安江模型，80 年代中期，借鉴山坡水文学的概念和国内外产汇流理论的

27、研究成果，提出了三水源新安江模型。三水源新安模型蒸散发计算采用三层模型；产流计算采用蓄满产流理论；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；河道汇流采用马斯京根分段连续演算或滞后演算法。3.1.13.1.1 模型结构模型结构新安江模型是分散参数的概念性模型，考虑了降水分布不均和流域下垫面条件不一致的影响，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。每块单元流域的计算流程见图 3.1。根据模型结构图三水源新安江模型分为四个层次如表 3.1。图 3.1 三水源新安江模型流程图浙江省对河口水库洪水预报模型研究9-表 3.1 三水源新安模

28、型各层次信息表层次第一层第二层第三层第四层水源划分汇流计算功能蒸散发计算产流计算三水源坡面汇流河道汇流方法三层模型蓄满产流自由水蓄水库线性水库马斯京根参数K、WUM、WLM、CWM、B、IMSM、EX、KG、KICS、CI、CGKE、XE3.1.23.1.2 模型计算模型计算（一）流域分块划分单元流域的主要目的是处理降雨分布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨分布比较均匀，并有一定数目的雨量站。其次尽可能使流域与自然流域相一致，以便于分析与处理问题，也便于利用已有的小流域水文资料。如果流域中有大中型水库，则水库以上的集水面积即应作为一个单元流域。对划分好的每块单元流域分别

29、进行产流、汇流计算，得到单元流域出口的流量过程；对单元流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算，得到该单元流域在全流域出口的流量过程；将每块单元流域在全流域出口的流量过程线性叠加，即为全流域出口总的流量过程。（二）蒸散发计算流域蒸散发在流域水量平衡中起着重要的作用。土壤蒸散发过程可以划分为三个基本阶段，即土壤含水量供水充分的稳定蒸散发阶段、蒸散发随土壤含水量变化而变化的变比例蒸散发阶段和常系数深层蒸散发扩散阶段。土壤蒸散发过程的不同阶段不仅反映了不同的物理现象，而且也揭示了不同阶段蒸散发的定量规律。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

30、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。其参数有上层张力水容量 WUM，下层张力水容量 WLM，深层张力水容量 WDM，流域平均张力水容量 WM，蒸散发折算系数 K，深层蒸散发系数C。所用公式如下： （3.1）WDMWLMWUMWM （3.2）WDWLWUW浙江省对河口水库洪水预报模型研究10- （3.3）DLUEEEE （3.4）EMKEP式中: WM 为总的张力水蓄量；WU 为上层张力水蓄量；WL 为下层张力水蓄量；WD 为深层张力水蓄量；E 为总的蒸散发量；为上层蒸散发量；为下UELE层蒸散发量；为深层蒸散发量；为蒸散发能力；EM 为水面蒸发量。DEPE三层蒸发模式计算

31、过程如下：（1）当时， ； （3.5）PEPWUPUEE0LE0DE（2）当，时，PEPWUWLMCWLPWUEU，； （3.6）WLMWLEEEUPL/)(0DE（3）当，时，PEPWUWLMCWLEECUP)(PWUEU，； （3.7）)(UPLEECE0DE（4）当， 时，PEPWU)(UPEECWLPWUEUWLEL。 （3.8）LUPDEEECE)(（三）产流计算产流计算是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示意图如下 3.2：图 3.2 蓄水容量曲线转换为降雨径流关系示

32、意图所用公式如下：浙江省对河口水库洪水预报模型研究11- （3.9IMIMWMMWFfB)1 ()1 (1） （3.10)1 ()1 (IMBWMWMM） （3.1BWMWWMMA11)1 (11）当则产流，否则不产流，产流量计算方法如下：0 EP若则 WMMAEPWMWWMEPR)1()(1BWMMAEP（3.12）若 则 WMMAEPWWMEPR（3.13）式中：f 为产流面积；F 为全流域面积；W 为流域平均含水量；WMM 为流域最大点蓄水容量；R 为产流量。（四）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

33、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图 3.3。 图 3-3 自由水蓄水库结构浙江省对河口水库洪水预报模型研究12-水源划分公式为： )1EXSMSMM（3.14） （3.15EXSMSSMMAU11)1 (1） EPEPIMRFR)(（3.16）浙江省对河口水库洪水预报模型研究13- （3.17FRSKGRG） （3.18FRSKIRI） 当 则 SMEPS0RS（3.19）当 则 SMEPSFRSMEPSRS)(（3.20）式中：SMM 为流域最大点自由水蓄

34、水容量；FR 为产流面积；PE 为净雨。（五）汇流计算1、地表径流汇流 地表径流汇流有如下几种方法，本设计采用线性水库法。（1）地表径流的坡地汇流可以采用线性水库。 计算公式为： UiRSCSiQSCSiQS)()1 () 1()(（3.21）（2）地表径流的坡地汇流时间不计，直接进入河网。计算公式为： UiRSiQS)()(（3.22）（3）地表径流的坡地汇流可以采用单位线。计算公式为： QS(i)=RS(i)UH (3.23） 2、壤中流汇流表层自由水以 KI 侧向出流后成为表层壤中流，进入河网。用线性水库模拟，其消退系数为 CI，计算公式为： UiRICIiQICIiQI)()1 ()

35、1()(（3.24）3、地下径流汇流地下径流汇流用线性水库模拟,其消退系数为 CG，出流进入河网。表层自由水以 KG 向下出流后，再向地下水库汇流的时间不另计，包括在 CG 之内。浙江省对河口水库洪水预报模型研究14-计算公式为： UiRGCGiQGCGiQG)()1 () 1()(（3.25）式中：U 为单位转换系数，；A 为流域面积；t 为计算时段。)(6 . 3)(2htkmAU4、单元面积河网总入流 计算公式为： (3.26)()()()(iQGiQIiQSiQT5、单元面积以下的河道汇流单元面积以下的河道汇流用马斯京根分段演算法，即： （3.2712212122WWtOOtII） （

36、3.2)1 (OxIxKKQW8）合解上述两式得: 1211202QCICICQ（3.29） (3.30)KxKtKxtC5 . 05 . 00KxKtKxtC5.05.01KxKtKxKtC5 . 05 . 02以及 1210CCC（3.31）式中：、为计算时段始末的河段入流量；、为计算时段始末的1I2I1O2O河段出流量；、为计算时段始末的河段内槽蓄量；值是槽蓄曲线的坡度；1W2WKX 为流量比重因素。3.2 模型参数及中间变量3.2.13.2.1 参数性质与约值参数性质与约值三水源新安江模型参数根据其物理意义及在模型中的作用可以分为四类：（一）蒸散发参数：K、WUM、WLM、C1、K：蒸

37、散发折算系数，控制总水量平衡，对水量计算很重要。 是大水面蒸发与蒸发皿蒸发之比，有实验数据可查考；321KKKK1K是蒸散发能力与大水面蒸发之比，在夏天约为 1.31.5，在冬天约为 1；要2K3K决定于蒸发站高程与流域平均高程之差，用来把蒸发站实测值改正至流域平均值。浙江省对河口水库洪水预报模型研究15-2、WUM：为上层张力水蓄水容量，与流域的植被情况有关，在缺林地可取5mm，多林地可取 20mm。3、WLM：下层张力水蓄水容量，常取 6080mm。4、C：深层散发系数，决定于深根植物的覆盖面积。根据现有经验，在南方多林地区0.150.20 左右；在北方半湿润地区0.090.15 左右。C

38、C（二）产流参数：WM、B、IM1、WM：流域平均张力水容量，表示流域的干旱程度。我国南方约为100mm，北方半湿润地区约为 170mm。2、B：张力水蓄水容量曲线的方次，决定于张力水蓄水条件的不均匀分布。在山丘区，若单元流域面积较小，只有几 km2，0.1 左右；若单元流域面积中等，B有几百1000 km2，0.20.3；若单元流域面积有几千 km2，0.4 左右。BB3、IM：流域不透水面积的比例，天然流域此值约为 0.010.02，也可以忽略；城镇地区则可能很大。（三）水源划分参数：KI、KG、SM、EX1、SM：表层土自由水蓄水容量。受降雨资料时段均化的影响很大，当以日为时段长时，一般

39、流域在 1020mm 之间，在植被好透水性强的地区，其值可达50mm 或更大。这个参数对地面径流和地下径流的比重起着决定性作用。2、EX ：为自由水蓄水容量曲线指数，它决定于表层自由水蓄水条件的不均匀分布，鉴于饱和坡面流由坡脚向坡上发展时，产流面积的增加逐渐变慢，所以 EX应大于 1，一般在 1.01.5 之间。3、KG+KI：KG 与 KI 是表层自由水蓄水水库对地下水与壤中流的出流系数，其和代表自由水出流快慢，一般来说 KG+KI=0.7，相当于从雨止到壤中流止的时间为 3 天。4、KG/KI：地下水与壤中流的比。KG 的大小决定于基岩与深土的渗透性，KI的大小决定于表层土的渗透性。这两方

40、面没有一定的关系，因此各个流域的KG/KI 值可以相差很大。 （四）汇流参数：CS、CI、CG、XE、KE1、CS:地表水的消退系数。如以天为时段长，则此值一般为 0.50.7。浙江省对河口水库洪水预报模型研究16-2、CI：深层壤中流的消退系数。如无深层壤中流。CI0，当深层壤中流很丰富时，CI0.9 相当于退水历时为 10 天。3、CG ：地下水库的消退系数。如以天为时段长，此值一般为 0.980.998，相当于汇流时间为 50 天至 500 天。4、XE 与与 KE：马斯京根法的两个参数。根据河道的水力特性可推求出来。3.2.23.2.2 参数的敏感性与相关性参数的敏感性与相关性（一）敏

41、感性 有的参数在湿润季节敏感，在干旱季节不敏感，而另外的参数则反之；有的参数在高水时敏感，低水时不敏感，而另外的参数则反之，等等。对敏感性的参数应仔细分析，认真优选；对不敏感的参数可粗略一些或根据一般经验固定下来，不参加优选。K、SM、KI、KG、CS、CI、CG、KE、XE 这些参数值稍有变化对出流的影响就很大； WM、WUM、WLM、B、C、IM 这些参数反应迟钝。不过敏感性常常是有条件的，比如说：K 在日模中就很敏感，但是在次模中就不是很灵敏；CS，CG这些汇流参数在次模中很敏感，在日模中却不灵敏。（二）相关性新安江模型都是具有明确的物理意义，它们的数值原则上是可以据此直接定量的。但由于

42、缺乏实测与实验，实际中主要依据实测出流过程优化调试，就产生了参数的相关性问题。有的参数之间在数值上有较大的相关性，优化的解就可能不稳定、不唯一。这种解在本流域内应用尚无大问题，但在缺乏资料的流域用这种解来说明水文规律，问题就很大。实际应用中发现，新安江模型有些参数之间的相关性既存在于层次之内，也存在于层次之间。比如说在次模的调试过程中，SM 和 CS 之间就有着一定的联系，SM 可以使洪峰量加大，CS 不但可以加大峰量还可以使洪峰变尖瘦陡峭，所以在调试的过程中在加大 SM 的时候要适当把 CS 调小一些。KI 和 KG 在调试的过程中也是要一起变化的，因为它们之间的比值也是一个很重要的参数。所

43、以说只有把所有的参数之间的敏感性和相关性都搞明白了，才能准确快速的调试好参数。 3.2.33.2.3 中间变量简介中间变量简介（一）自由水蓄量：S浙江省对河口水库洪水预报模型研究17-在水箱划分水源中，S 来表示时段初自由水水箱内蓄量。S 在单元流域内被取为平均值，而在不同单元流域是变化的。自由水蓄量值 S 的大小，主要取决于前期降雨（一般一至五天，取决于流域面积大小）及其可能产生径流的大小。如果前期的时段降雨都很小，相应产生的径流很小或为零，则自由水蓄量值一般也很小，可作为零；如前期降雨量大，则S 也大，但最大不可能超过其上限 SM 值。（二）上层、下层和深层土壤含水量：WU、WL、WD土壤

44、含水量是影响产流的最重要状态变量。土壤含水量，在蒸发与补充计算中，常被分为三层，即上层 WU、下层 WL 和深层 WD。WU、WL、WD 在单元流域内被取为平均值，而不同的单元流域是不同的。土壤含水量的大小，主要取决于前期约 1030 天内的降雨。前期降雨大，土壤含水量大，前期降雨小，土壤含水量小。对于一些特殊情况，如夏季，前期十天内无降雨，WU 一般可取为零；在南方湿润地区，WD 常可取其上限值 WDM；在汛期，前期降雨很大，WU 和 WL 也可取其上界值 WUM 和 WLM。（三）地面、壤中和地下径流深：RS、RI、RG降雨产生的径流，在流域坡面上的运动，一般分地面 RS、壤中 RI 和地

45、下 RG三种径流成份。三种径流成份在雨量站单元内被取为平均值，而不同的雨量站单元可以是不同的。径流深的大小主要取决于降雨量，降雨强度和土壤含水量。一般前期降雨量大，降雨强度大，土壤含水量大，径流深也大，反之则小。对于一些特殊情况，其值估计可简化，如地面径流，一般主要视上一时段的降雨而定，若上一时段的降雨为零或很小，可取为零值；壤中流和地下径流，也可视上一时段降雨和相应单元自由水蓄量而定，如果上一时段降雨为零，相应单元自由水蓄量也为零，那么壤中流 RI 和地下径流深 RG 均可取为零值。（四）地面径流、壤中流和地下水退水流量：QS、QI、QG坡面径流常分为三种，其水流汇集公式的退水流量也分三部分

46、，即地面径流退水流量 QS，壤中流退水流量 QI 和地下径流退水量 QG。在本次模型计算中，这三种量都被定义为全流域的，其值乘面积权重后才能作为河网入流。坡面单元退水流量，一般可据流域出口的实测流量退水坡度来定。浙江省对河口水库洪水预报模型研究18-（1）在枯水季节或实测流量退水很慢，接近地下径流退水坡度，近似的可取： 式中为实测流量 0QS0QI0QQG 0Q（3.32）（2）一般情况，非洪水期，可取： QG枯水期平均退水流量 0QSQGQSQQI0（3.33）（3）在洪水期，QS不能取为零，就比较复杂。（五）河网节点流量和1Q2Q对一般流域，按雨量站分单元，河道按河段长分段。每个河段内，不

47、仅有上断面的入流，还有横向坡面的入流 I。而这来自于坡面的横向入流 I 一般集中在节点的上侧。因此，对每个河段的节点处水流就有个突变。如图 3.4 所示，流向第 i 节点的流量为,流出第 i 节点的水流量为，且iQ1iQ2图中各量有关系： ， （3.34）iiQQ112iiiIQQ12河段的节点处，其流量一般是从上游往下游沿程增大的，在估计中可简化，可假设这增大的与沿程汇入的流域面积成比例的。因此，一般可取：（i=2,3,.,n）（1） 最上游节点处流向节点流量： 01iQ（3.35）（2） 最上游节点流出节点流量： 102FQQi（3.36）（3） i 节点处流向节点流量： 121iiQQ（

48、3.37）（4） i 节点处流出节点流量： jiiFQQQ012（3.38）（5） 最下游节点（出口断面流量）流出节点流量： 02QQn（3.39）3.2.43.2.4 参数的调试步骤参数的调试步骤i-1图 3.4 节点流量关系图Q1iQ2i-1Q2iiI浙江省对河口水库洪水预报模型研究19-新安江模型(三水源)的难点，不在其结构本身，而在确定合适的产汇流参数，因此如何使用已有的实测水文资料，率定适合本地特征的产汇流参数，便成了模型首要解决的问题。由于采用了蓄满产流概念，参数率定可按照蒸散发产流分水源汇流的次序进行，本文按如下步骤率定新安江模型参数：（一） 日模型参数的率定通过日模型的调试，可

49、率定出第一层次、第二层次的参数，第三层次和第四层次的部分参数。其余参数可通过次洪模型进行调试。1、根据经验定出各参数的初始值。本设计取 3 年的连续资料，以天为时段长，进行计算。2、比较多年总径流。这是最基本的水量平衡较核。如有误差，先修改 K 值，K 值是影响蒸散发计算最大的参数。3、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有无系统误差，如有应调整 WUM、WLM、C 值。减少 WUM 值将使少雨季的蒸发减少，而对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蒸散发增大，而对有雨季节则无影响。在北方半湿润地区可以找到干旱年份与湿润年份的系统误差

50、，在南方湿润地区则不易找到。4、如上述差别并不明显，则应比较年内干旱季与湿润季的差别。在南方，主要是伏旱季的蒸散发计算是否正确的问题。如伏旱季以后的初次洪水具有系统误差，则应调整 WUM、WLM 和 C 值，使基本符合。如发现在计算中发现 W 在久旱后出现负值，则应加大 WM，不改变 WUM 和 WLM。在计算中当 W 为负值时以零处理是不对的，它破坏了产流量计算的前提。5、比较枯季地下径流。如有系统偏大偏小，则应调整 KI、KG，调整地下径流、壤中流的比重。若枯季地下径流的消退系统偏快或偏慢，则应调整 CG 以调整其退水的快慢。6、参数和，在湿润地区并不敏感，可以通过比较小洪水的径流总量进行

51、BIM调整。一般不作调整。（二） 次模型参数的率定K、WM、WUM、WLM、B、IM、EX、C 与时段长无关，这些参数在日模型与次洪模型中可以通用。KG、KI、CG、CI、CS 与时段长有关，需重新调试。调试浙江省对河口水库洪水预报模型研究20-时通常以洪水总量、洪峰值及峰现时间按允许误差统计合格率最高为目标函数。1、比较洪水径流总量。影响计算次洪径流量的主要因素除降雨外，显然就是流域初始含水量 Wo，在产流参数确定的情况下，可通过调整水源的比重来改善计算次洪径流量。SM 和 KG 这两个参数值越大，地下径流的比重就越大，次洪径流量就减少。2、比较洪峰值。洪峰流量主要由地面径流和壤中流组成，主

52、要取决于SM、CS、CI 等参数，当 SM 确定后调整 CS、CI 参数，特别是 CS，CS 越小，计算洪峰越大。在以河道汇流占重要地位的区间流域，也可调整参数 XE。3、目估流量过程线，高水部分 RS、RI 与 SM、EX、CS、KG+KI 有关；退水部分 RI、RG 与 KG/KI、CI、CG 有关；低水部分 RG 与 KG/KI、CG 有关。4、比较峰现时间。主要调整 KE 或 XE，减小 KE 可使计算洪峰提前，否则相反。5、通过调试以上相关参数，合格率随之变化，使合格率最高。3.3 新安江模型方案评定根据 2000 年水电部颁布 SL250-2000水文情报预报规范中规定，对率定期和

53、考核期的预报精度采用允许误差合格率法和有效性检验法进行评定。1、允许误差合格率法是针对降雨径流预报、洪峰流量、峰现时间等的允许误差，计算预报的合格率。（1）径流量评定标准是按实测径流量的 20作为许可误差，若许可误差大于20mm，以 20mm 作为上限，若许可误差小于 3mm，以 3mm 作为下限。（2）洪峰流量评定标准是按洪峰流量的 20作为许可误差。（3） 峰现时间以预报根据时间至实测洪峰出现时间之间时距的 30作为许可误差，当许可误差小于 3h，则以 3h 作为许可误差。2、有效性检验法采用确定性系数 DC。计算公式为： nnYYiYciYidc1212)()(1（3.35）3、精度等级

54、评定如表 3.2：表 3.2 预报项目精度等级表 精度等级甲乙丙浙江省对河口水库洪水预报模型研究21-合格率（）85.0QR 85.070.0QR70.060.0QR确定性系数0.90DC 0.900.70DC0.700.50DC浙江省对河口水库洪水预报模型研究22-第四章 日模型主要成果与分析日模型主要是率定蒸散发参数，在计算径流深与实测径流深相当的基础上，以每年误差最小为目标，也相当于每年相对误差的绝对值之和或其平均值最小。4.1 模型参数率定过程1、先根据参数物理意义以及流域的地理位置，估计初始参数值如表 4.1：表 4.1 对河口水库日模型初始参数值KWUMWLMCB0.8020800

55、.180.2WMSMEXKIKG140151.50.350.35CSCICGKEXE0.60.800.99510.402、由以上参数进行模拟计算所得结果如表 4.2： 表 4.2 对河口水库日模型模拟结果及精度统计表年 份降雨量实测径流计算径流绝对误差相对误差有效系数单 位(mm) (mm) (mm) (mm) (%) (1)1996 1803 1014 1154-140-13.9 0.4691997 1380 512 678-166-32.5 0.2331998 1676 922 1065-143-15.6 0.425平 均1620816 966-150-18.5 0.37（1）模拟存在着一

56、边倒的状况，1996-1998 这三年中计算值比实测值普遍大得多，需调整参数。（2）这 3 年的平均径流计算值比实际值大，首先调整 K 值，因为它是影响蒸散发计算最大的因素。把 K 调大些，PE 值就会减小，从而使得计算径流值减小。3、把 K 值逐步调大，直至 K=1.00 进行优选（见表 4.3） ，计算值比实测值仍存在普遍大的现象，需调整其它参数。表 4.3 对河口水库 K 值优选表K实测径流计算径流绝对误差相对误差有效系数0.90816921-105-12.90.380.95816899-83-10.30.391.00816878-62-7.70.39浙江省对河口水库洪水预报模型研究23

57、-将 K 值逐步调大，直至 K=1.00 进行优选，计算值比实测值仍存在普遍偏大的现象，需调整其它参数。4、取 K=0.85，将 SM 值逐步调大进行优选（见表 4.4）。表 4.4 对河口水库SM值优选表SM实测径流计算径流绝对误差相对误差有效系数20816928-112-13.80.3925816916-100-12.30.4030816907-91-11.20.41将 SM 值逐步调大进行优选，计算值比实测值仍存在普遍偏大的现象，需调整其它参数。5、取 K=0.85，SM=30，调整 KI、KG 值（减小 KI、增大 KG，以KI+KG=0.70 控制）进行优选（见表 4.5）。表 4.

58、5 对河口水库 KI、KG 值优选表KI、KG实测径流计算径流绝对误差相对误差有效系数KI=0.25KG=0.45816866-50-6.20.39KI=0.20KG=0.50816846-30-3.80.37KI=0.15KG=0.55816826-10-1.30.37KI=0.13KG=0.57816818-2-0.30.36通过以上参数优选，当 K=0.85，SM=30，KI=0.13，KG=0.57 时，模拟效果最佳。6、最终模拟结果如表 4.6：表 4.6 对河口水库日模型模拟结果及精度统计表年 份 降雨量实测径流计算径流绝对误差相对误差有效系数单 位(mm) (mm) (mm)(m

59、m) (%) (1)1996 1803 1014996181.70.4261997 1380 512546-34-6.70.2681998 1676 922911111.10.409平 均1620816818-2-0.30.36浙江省对河口水库洪水预报模型研究24-7、目估计算与实测流量过程线，没有发现明显偏差。由于日模型参数率定主要是率定蒸散发参数和第二层次的部分参数，为次模型提供中间变量初始值，所以其它参数在日模中可以不再作调整，次模中再作率定。8、最终率定的日模型参数值如下表 4.7：表 4.7 对河口水库日模型最终率定的参数值KWUMWLMCB0.8520800.180.2WMSMEX

60、KIKG140301.50.130.57CSCICGKEXE0.600.800.99510.404.2 方案评定及成果分析4.2.14.2.1 方案评定方案评定日模型不作等级划分，只作相应分析，分析如下： 从表 4.6 中可见，年产流量绝对误差小于 20mm 的有 2 年，占总数的66.7，最大绝对误差为 34mm；产流量的相对误差小于 5的有 2 年，只有 1997年超过 5%。精度统计表明，率定的模型参数基本上是合理的。4.2.24.2.2 成果分析成果分析1、由表 4.6 发现 3 年率定资料所得的结果中，只有 1997 年年产流量绝对误差大于 20mm。笔者试了好几组参数，皆存在这种情