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得出流域出口的流量过程。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,新安江模型流程图如图。
基于概念型降雨径流蓄满产流的新安江模型,其参数可大致划分为四种类型,如下述: (1) 蒸散发。
此部分的参数包括K、C、WUM、WLM。
K:流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。它反映蒸发皿蒸发量与流域蒸发能力的差别,也反映蒸发皿蒸发量对全流域(高程差)的代表性问题,对具体流域来说,以优选为宜,即选模拟径流误差最小时的K 值。夏天其值一般取1.3~1.5,冬天一般取1.0。
C:深层蒸散发系数。它决定于深根植物占流域面积的比值,同时也与WUM+WLM有关。一般经验,在江南湿润地区C 值约为0.15~0.20 之间,而在华北半湿润地区值则在0.09~0.12 左右。
WUM: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,其值约为20mm;在植被与土壤颇差的流域,值约为5~10mm。
WLM:下层蓄水容量。其值可取60~90mm。 (2) 产流。
通过降雨和土壤缺水量产生径流。此部分包括的参数有WM、B 和IMP。 WM:流域平均蓄水容量,它是衡量流域干旱程度的指标且WM=WUM+WLM+WDM。 B:蓄水容量的方次,它反映流域上蓄水容量分布的不均匀性。很小面积(几平方公里)时B 值为0.1 左右,中等面积(300 平方公里以内)时B 值为0.2~0.3,较大面积时的B 值为0.3~0.4。
IMP:不透水面积占全流域面积之比。 (3) 分水源。
此部分把总径流划分为三部分,即地面径流、壤中流和地下径流。参数包括SM、EX、KG 和KI。
SM:自由水蓄水库容量(mm)。
EX:自由水蓄水容量曲线的指数。其最佳取值范围是1.0~1.5。
KG+KI:自由水蓄水库地下水日出流系数和自由水蓄水库壤中流日出流系数,它们反应基岩和深层土壤的渗透性,对于一个面积约为1000Km2 流域KG+KI=0.7。
(4) 汇流。
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此部分是对每个单元流域作汇流计算,求得单元流域出口流量的过程,涉及的参数有CI、CG、CS、L。
CI:壤中流消退系数。 CG:地下水消退系数。 CS:河网蓄水的消退系数。
L:河网汇流滞后演算法中的滞后时间,其值是一个经验值。
以上共有15 个参数。如全流域需分块计算,则需进行河道演算,故就增加了KE、XE(单元河道的马斯京根K、X 值)及河道汇流段数N。这几个参数可根据河道水力学法求出,一般不优选。
第二章 陕北模型
2.1 陕北模型简介
黄土高原地区,自然地理条件复杂,暴雨时空分布极不均匀,雨量及水文站网密度十分稀疏,长期以来给该地区暴雨洪水计算带来很多困难。
陕北模型是适用于干旱地区或是以超渗产流为主的地区。 陕北降雨径流模型流程框图如下:
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2.2 陕北模型结构
考虑降雨分布的不均匀性和下垫面分布的不均匀性,尤其是地面下渗能力的不均匀性,将流域划分为若干块单元面积;
每块单元面积内分为不透水面积FB和透水面积(1-FB)。在透水面积上的降雨量i扣除蒸散发量E后,用霍尔顿下渗公式和流域下渗能力分配曲线计算径流量R1,在不透水面积上的降雨i扣除蒸散发E,产生径流量R2; 一次降雨产生的流域总径流量为R=R1+R2。
各单元面积的坡地汇流计算采用线性水库或滞后演算法。河道汇流计算采用马斯京根分段连续演算法。将各单元面积到达出口断面的流量过程线性叠加即为流域出口断面总的流量过程。
陕北模型产流结构中若采用霍尔顿下渗方程,有11个参数:
KC、?m、FB、f0、fc、k、B、CS、L、KE、XE主要参数有:
KC、?m、f0、fc、k、CS、L(1)蒸散发能力折算系数KC。因干旱地区资料等方面的原因,在实际计算中KC往往变化很大,最后需经调试后确定,必要时可分月份优选。 (2)张力水蓄水容量? m与参数KC一起,主要用于计算初始土壤含水量?,0?m?60~80mm。 7 / 9
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(5)霍尔顿下渗曲线方程系数k 可用水文分析及下渗模型法分析,由实测资料验证。一般k?0.04~0.05/ min。 (6)地面径流消退系数CS。详见模型参数概念分析方法部分。 (7)滞时L。参考模型参数概念分析方法。 (3)最干旱时的下渗能力f0 由于超渗产流时对雨强十分敏感,加之陕北地区暴雨历时短 一般天然流域无土壤含水量和下渗资料,可用水文分析及促,流域坡陡,洪水陡涨陡落,所以在应用陕北模型时,计下渗模型法分析,由实测资料验证。一般f0?1.0~2.0mm/min。 算时段?t不能取得太长,一般?t?2~5min (4)稳定下渗率fc 可用水文分析及下渗模型法分析,由实测资料验证。一般fc?0.3~0.5mm/min。
2.3 模型评述
陕北模型特点:
①为了考虑降雨分布的不均匀性和下垫面分布的不均匀性,将流域划分为若干块单元面积;
②在每块单元面积内又将其划分为不透水面积FB和透水面积(1-FB);
③在透水面积上降雨量扣除蒸散发后,用霍尔顿或菲利普下渗公式计算径流量R1;
④在不透水面积上降雨扣除蒸散发后产生径流量R2; ⑤模型参数具有一定的物理意义;
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⑥模型适用于干旱或半干旱地区。
参考文献
[1] 赵仁俊,王佩兰.新安江模型参数的分析[J].水文,1988(6): 2—9.
[2] 赵仁俊.流域水文模拟——新安江模型与陕北模型[M].北京:水利电力出版社,1984.
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