高等水文学水箱模型

主要内主要内流域水文模拟水箱3.3Regime-水箱的应流域水流域水文模拟概模拟和模模拟和模赵人俊《流域水文模拟》Anassemblageofinter-elementscomprisingAnassemblageofinter-elementscomprisingaunifiedFromtheLatinandGreek,theterm"system"meaning…tocombine,tosetup,toplacetogether.Asub-systemisasystemwhichispartofanotherTypicallyconsistsofcomponents,connectedtogethertofacilitatetheflowofinformation,matterorenergyUsedtodescribesetofthingswhichinteractandforwhichamathematicalmodelcanbeconstructed.H.P.Gupta,System=ComponentsandboundaryAnengineeringexampleoftenSystem=ComponentsandboundaryAnengineeringexampleoftengivenforasystemisanelectricalcircuit.AhydrologicexampleisawatershedH.P.Gupta,SystemSystemTime-ComponentsofComponentsofwatershedFunctionsofwatershedFunctionsofwatershedWageneretal.,2007,GeographyConceptualdescriptionConceptualdescriptionofthemodelbuildingandevaluationprocessH.V.Gupta,etal.,2008,Hydrol.模型分水模型分水文两类Kumar,Kumar,水文模型水文模型分VenTeChowetal.,AppliedHydrology,水文模型水文模型分Freeze&Harlan,3.2箱3.2箱模一、基本概一、基本概一、一、基本概由日本菅原正巳在20世纪50年代提流域在降雨径流响应中的功能简化为蓄水与出流的关系，以水箱的蓄水深为控制，水箱形状可可灵活组合，如串联、并联、串并联一、基一、基本概不同形状的一、基本一、基本概一、基本概型一、基本概型二、水箱模型的计算1.平衡方程和本构关二、水箱模型的计算1.平衡方程和本构关平衡本构模型的计算例（离散计算例（离散i）若蓄水高为50mm流出量：0+(25-流出量下渗量30mm i）若蓄水高为50mm流出量：0+(25-流出量下渗量30mm 二、水箱模型的计算系统的状二、水箱模型的计算系统的状态变量和计算解析计算的例子（单水箱，无须离散1）只有一个水箱（无注水解析计算的例子（单水箱，无须离散1）只有一个水箱（无注水dhqqqdh1解析计算的例子（无须离散2）只有一个水箱（有注水r(t解析计算的例子（无须离散2）只有一个水箱（有注水r(t)qtr(tq(t)ed0q(t)(h(t)()i01dhr(q(t)(h(t)()i01dhr(t)q(t)i(t)dt0i)01q(t)c101e(i(t) 001若r(t)不等于K(t)1q(t)若r(t)不等于K(t)1q(t)0K(t)1i(t)0r(t(K(t)d0101循以01为系数的指数降低函数。的形式不变，只是递减系数012，所以当三、水箱模型的三、水箱模型的应最上层水箱水时的出流第二层水箱洪水向基流的过渡第三层水箱—基流第四层水22———00555流河00555流河A段：2日间流量减半定义日递减系D1 A段：2日间流量减半定义日递减系D1 0)日递减系数与衰减系数c有如下关系clog(1)(1(1e2301c1日间流量减为1＝0.6010c1日间流量减为1＝0.6010c下渗孔BI初始贮留高003、计算流出量与各孔参数大小之间的关3、计算流出量与各孔参数大小之间的关上孔降低，系数减小。注意组合情4下孔入渗孔减峰值和下降段偏小，入渗孔4下孔入渗孔减峰值和下降段偏小，入渗孔减峰值和下降段偏大，入渗孔增5TA流域面时段5TA流域面时段6、具体计算步6、具体计算步11pq0b为顶部水箱（b为顶部水箱（＋＋）的0.2114R(1Cmli计算用降雨实测降雨1按高程分按月的调整系按高程的调整系例：日本神流川i12340123456789110000例：日本神流川i1234012345678911000000日本典型初始水箱模型日本典型初始水箱模型四、水箱模四、水箱模型的扩一、增设土壤二、双层土壤水层结1 c(1二、双层土壤水层结1 c(1xs20csc一般c00.5mmcs b(1xp)10cpb0b3mm/ 三、并联三、并联三、并联三、并联应用于非湿润假三、并三、并联河槽调蓄并联水箱模五、水箱模五、水箱模型总水箱水箱模型属于什么模物理物理参考参考M.Sugawara,E.Ozaki,1991,RunoffAnalysisoftheChangJiang(theYaungtzeRiver),HydrologicalSciences,Vol.36,No.2,135-152.3Thetablebelow(next3Thetablebelow(nextpage)showsrainfall-dischargeobservationsatKannawhichhasacatchmentareaof373.6km2.isthefloodflowwithbaseflowQoUsetheTankmodelcomputationmethodhandedouttodecidetimestepandcalibrateatankmodelofthestructureshownbelowtocomputethedischargefromtheriver.Makeaplotofsimilartoshowninthedischargediagrambelow.Youmayusetheparametersofthetoptankshown.Findtheproperparametersforthebottomtank.Time(hour)QobQ’ob000000000Time(hour)QobQ’ob00000000000Peakdischargeisreducedbyhalfinabout5hrs.Thereforeforasimpletank,.5y0/y0=Exp(-a5),whichgivesa=0.14.Nowifsimulationisdoeforthiscase,thepeakshapeissimilarbutthecomputedpeakdischargeisabout1.4timestheobservedpeakdischarge.Therefore,aninfiltrationcomponentisintroducedtoremovetheexcess.Therunoffcoefficientsforthetoptankisdeterminedas0.14/1.4=0.1.Thebalance(0.14-0.1)=0.04isassignedtob0.AtthispointtherunoffcomponentisPeakdischargeisreducedbyhalfinabout5hrs.Thereforeforasimpletank,.5y0/y0=Exp(-a5),whichgivesa=0.14.Nowifsimulationisdoeforthiscase,thepeakshapeissimilarbutthecomputedpeakdischargeisabout1.4timestheobservedpeakdischarge.Therefore,aninfiltrationcomponentisintroducedtoremovetheexcess.Therunoffcoefficientsforthetoptankisdeterminedas0.14/1.4=0.1.Thebalance(0.14-0.1)=0.04isassignedtob0.Atthispointtherunoffcomponentisdividedintotwotoaccommodatetheshapeoftherisingandfallinglimbsofthehydrograph.Theheightofthealloutletisdecidedtomatchthestartingpointofthehydrograph.Ofthetworunoffoutlets,thetopoutletcoefficientisgenerallylargerthantheloweroutlet.（时间滞后2小时）3′：在模拟3′：在模拟中尝试水箱结构和本构关3.3Hydrological3.3Hydrological-基于TANK模型的流域分类研Robinson&Sivapalan,问题的背问题的背洪水频率分析中资料的一致性无资料地区的洪水频率分析如何判定相似流域理解过程理解过程控制机理的洪水频率分析是从数据出发对洪水进行分析，这在条件变化地区和无资料地区是远决定一个流域洪水特性的降雨的特降雨的特性-时间尺StormWithin-stormBetween-stormSeasonal(intra-annual)rainfallInter-annualrainfall虹吸式自虹吸式自记雨量计记录场次降雨特性的特amount）：为一场次降雨特性的特amount）：为一定时段内的降雨量duration）：一次降雨所降雨历时Rainfallintensity)：降雨降雨强度过程线降雨的空间-时间降雨的空间-时间变化规面平均雨深~面积~历时曲面平均雨深~面积流域的特流域的特面积、地形、地貌、土壤、降雨径流流域的前期湿润流域响应时间问Howdothe问Howdothevarioustimescalesassociatedwithrainfallandcatchmentresponsemanifestinacatchment'sfloodingresponseandthefloodfrequencycurve?Howcaninteractionsbetweenthetime