新安江模型在无资料小流域产汇流模拟中的应用研究
三种水文模型比较
三种水文模型的比较新安江模型是一个概念性水文模型，新安江水文模型在我国已经应用多年，且效果显著，随着水文学和信息技术的不断发展，萨克拉门托（SAC）模型、TOPMODEL模型也逐渐在我国得到应用。
本文主要从产流机制、适用范围、参数以及汇流过程对三种水文模型进行了对比和总结。
下面结合表格从几方面来具体说明三个模型的相同点和不同点。
模型名称产流机制适用范围总径流组成参数个数新安江模型蓄满产流湿润半湿润地区地面径流壤中流地下径流17个SAC模型蓄满产流湿润半湿润地区直接径流地面径流壤中流快速地下水慢速地下水17个TOPMODEL模型蓄满产流湿润半湿润地区饱和坡面流壤中流9个从产汇流原理及计算模式来说，新安江模型在每个子流域先进行蒸散发和产流计算，计算出子流域总产流量后通过自由水蓄水库结构进行三水源划分，对已经划分好的三种水源（地表径流、壤中流、地下水径流）分别按照各自的退水规律进行汇流计算（比如采用线性水库），得到子流域出口流量过程，对子流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算（比如马斯京根法）得到子流域在全流域出口的流量过程，然后将每块单元流域在全流域出口的流量过程同时刻线性叠加，即得到全流域出口总的流量过程，因此综合来看，是一个总—分—总的计算模式。
SAC模型中流域被划分为透水、不透水及变动不透水面积三部分，透水面积为主体；在透水面积上，根据土壤垂向分布不均土层分为上下两层；根据水分受力特征，上下土层蓄水量分为张力水蓄量和自由水蓄量，自由水可以补充张力水，但张力水不能补充自由水，上下土层通过下渗曲线连接，下渗计算是整个模型的核心。
径流来源于永久不透水面积和可变不透水面积上的直接径流，透水面积和可变不透水面积上的地面径流，透水面积上的壤中流、浅层与深层地下水。
汇流计算分为坡面汇流和河网汇流两部分，计算出的直接径流和地面径流直接进入河网，而壤中流、快速地下水和慢速地下水可用线性水库模拟。
各种水源的总和扣除时段内的水面蒸发4E ，即得河网总入流。
新安江流域水文模型课件
地表径流
地下水
雨水或雪水在地表形成的流动，包括河流 流动和地下水流动。
地下水是存储在地下土壤空隙和岩石裂缝 中的水，它可以通过地下水位变化和泉水 等形式补给地表水。
能量平衡与水量平衡
能量平衡
地球上水的循环过程与能量平衡密切相关。太阳能是推动水 循环的主要能源，它加热地表和大气中的水，形成蒸发和降 水。
当前的研究重点主要是建立能够准确模拟新安江流域水文循环过程的数学模型 ，提高模型的可靠性和精度，同时加强模型参数的率定和验证，提高模型的适 用性和泛化能力。
模型的构建方法
数据采集
通过实地调查和遥感等技术手段，获取新安江流域的水文 、气象、地形、土壤、植被等数据信息。
模型参数率定
通过实测数据对模型参数进行率定，确保模型的准确性和 泛化能力。
模型的参数优化
基于观测数据的参数优化
新安江流域水文模型可以通过比较观测数据和模拟数据进行参数优化。例如，通 过调整蒸发、降雨等参数，使模拟的降雨径流过程更接近实际观测数据。
基于灵敏度分析的参数优化
新安江流域水文模型可以通过灵敏度分析来确定哪些参数对模型结果影响较大， 然后对这些参数进行优化。例如，通过改变土壤湿度、植被覆盖度等参数，观察 模型结果的变化，以确定这些参数对模型结果的影响。
气水文学。
水资源的概念
水资源是指地球上可供人类利用的 水，包括地表水、地下水、土壤水 和大气水。
水循环的意义
水循环是地球上水从海洋到陆地再 回到海洋的循环过程，它对地球气 候、生态系统和人类生活都有重要 影响。
水循环过程
蒸发
降水
海洋和陆地上的水通过太阳辐射能加热后 蒸发到大气中，形成云和降水。
当水蒸气在大气中冷凝后形成云，云中的 水分子聚集在一起形成水滴或冰晶，最终 以雨、雪、雾或冰雹等形式降落到地表。
论文实例-新安江模型评述
新安江模型评述宫兴龙1（1.东北农业大学水利学院、黑龙江、哈尔滨 150030）摘要：针对目前对新安江模型构建的机理和使用条件不是十分清楚的情况（目的），本文从新安江模型的面雨量算法的适用性、蓄水容量曲线的选取、产流机制、产流方法、汇流机理和汇流方法等六方面对新安江模型进行深入的分析。
（方法）对目前新安江模型使用情况进行汇总和归纳出新安江使用情况。
（方法）文章介绍了近年来新安江模型在结构、理论方法及应用等方面取得的进展，认为新安江模型是一个不断发展的模型理论体系。
（结论）本文可以为应用新安江模型给提供参考，也为评述水文模型提供了方法。
（意义）关键词：新安江模型；产流；汇流；模型应用英文名称GONG xinglong1（1．School of Water Conservancy and Construction Northeast Agricultural University，Haerbin，150030）Abstract:Key words:1.引言1973年，河海大学赵人俊教授领导的研究组在编制新安江入库1作者简介(小5黑)：姓名（出生年份-），性别，××省××市（县）人，职务，学历。
主要从事××××方面研究。
E-mail：洪水预报方案时，汇集了当时在产汇流理论方面的研究成果，并结合大流域洪水预报的特点，设计了国内第一个完整的流域水文模型—新安江流域水文模型，以下简称新安江模型。
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研究成果，提出了三水源新安江模型。
（简要叙述一下模型的构建过程）新安江被水文学家和学者广泛的应用和改进[1]。
（说明模型应用比较广泛、模型非常重要或模型对学科有指导意义等）虽然新安江模型被广泛的使用，但很多学者在应用时新安江模型时，对该模型构建的机理和使用条件认识不是十分清楚，在应用常常出现效果不好情况，针对这种情况本文对新安江模型构建和使用情况进行了一个深入的分析。
新安江模型在资料匮乏的长江中下游山区中小流域洪水预报应用
ke SC)湖泊科学)，2021,33(2)：581-594DOI10.18307/2021.0223©2021by Jofnal of Lake Sciences新安江模型在资料匮乏的长江中下游山区中小流域洪水预报应用**龚f夫1**，陈红兵2,朱芳2,李永凯2,崔明2,李致家1(1:河海大学水文水资源学院#南京210098)(2：宜昌市水文水资源勘测局，宜昌443000)摘要：水文资料匮乏流域的洪水预报(PUBs)是水文科学与工程中一个尚未解决的重大挑战.中国湿润山区中小流域大多是水文资料匮乏的流域，在此地区进行洪水预报的重要手段之一就是水文模型参数的估计•对基于参数物理意义的估算方法(以下简称物理估算法)及两种区域化方法进行了研究，将其用于新安江模型参数的估算及移植•皖南山区的29个中小流域被选作水文资料丰富的测量流域，鄂西山区的3个中小流域被视为水文资料匮乏的目标流域#目的是研究目标流域与测量流域空间位置较远但物理条件相似时，区域化等方法是否可以有效估计模型参数.结果表明，即使目标流域与测量流域空间距离较远，区域化及物理估算法也能一定程度上减少参数估计导致的模型效率损失，且在研究区的最优参数估计方案为单流域物理相似法结合回归法及物理估算法.为长江中下游资料匮乏的山区中小流域提出了可行的新安江模型参数估计方案，为该地区的洪水预报提供指导•关键词：长江中下游;山区中小流域&无资料;新安江模型;参数估计;区域化Applicahon of Xio'njiong Modei io the flow pradiction of ungauged smal i-and mediumsized catchments io the middle and lower raaches of the Yangtze River Basio*Gong Junfu1**,Chen Hongbing2,Zhu Fang2,Li Yongkai2,Cui Ming2&Li Zhijia1(1:College of Hydrologd and Water Resources#Hohai University#Nanjing210098#P.R.China)(2：Hydrologd and Water Resources Surved Bureru of YicCang#YicCang443000#P.R.Rhina)Abstrach:FU w prediction in ungauged basins(PUB)J as impoUant as it J ddicult.PUB J a major unsolved chW U nge in scientific and engineeJng hydrology.So far,empiwcal and stochastic methods have mainly been used for PJ pujose.Many smal l catchments in humid mountainous areas of Chine are with little os no hydrological data.The principal method of Jood forecasting in this area is the parameter estimation of the hydrological model.Xin'anjiang Model was used to predict Jow in this study,and Xin'anjiang Model parameters were estimated based on tUe physical meaning of Pem and regionabzationi Regression and physical similaJty approach were included in regionalization metUods in this study.The29small basins in mountainous areas in southern Anhui Province were selected for gauged catchments,and three small basins in mountainous regions in westem Hubei Province were treated as ungauged catchments.The main goal of this approach was to research whePes regionalization and oPes methods couad e o e ctoeeayestomatemodeapaameteswhen thespatoaaaocatoon oothegauged catchmentsand theungauged catchmentsweCe far away,but the physical conditions were similes.It is shown that:(1)Xin'anjiang Model has high accuracy in Jow prediction of study areas•(2)Even J the space distance of gauged catchments and ungauged catchments J far,regionalization and physicalbased estimation method can also reduce the e/iJency loss caused by parameter es/mabon to some extent.(3)WiP the increase in the number of donor catchments,the etiJency of the physical similaJty approach J reduced.(4)The optimal parameter estimation scheme in the study area is Pe ingenious combination of physical similaJty approach(only one donor catchment),regression approach and physical-based estimation method.A feasible parameter estimation scheme of the Xin'anjiang Model J proposed in this study,which provides guidance for Jow forecasting in smal l ungauged catchments in humid mounWinous areas among Pe middle and Uwes reaches of the Yangtze RJeSi*2019-10-10收稿&2020-06-23收修改稿•国家自然科学基金项目(51679061)和国家重点研发计划项目(2018YFC1508103)联合资助.**通信作者;E-mail:gon/junfu321@.ke Sd(湖泊科学)，2021,33(2)Keywords：The middle and Uwes reaches of the Yangtze Rives；smal l and medium catchmenb in the mountainous area;ungauged；Xin'anjiang Model¶meter estimation®ionalization可靠的洪水预报是防洪决策中的重要依据［1］，是减少甚至避免洪水破坏的第一道防线.在水文学研究及实际工程应用中,相较于水文资料充足的地区，更常见且更有挑战性的是对资料匮乏流域进行洪水预报.国际水文学会（IAHS）曾在20世纪初提出了水文资料匮乏流域的洪水预报（PUBs）10年计划［2］,期间涌现了大量研究成果+ 3A,-资料匮乏流域的洪水预报研究一般被概括为以下两部分［6］:（1）直接针对径流或径流指标进行区域化；！2）针对水文模型参数进行区域化.两者都是基于回归方法或目标流域与测量流域之间的某种距离度量.首先，简单的回归模型显示出较高的应用价值，如Maz/weei等在非洲52个流域建立了径流指标与流域属性的多元线性回归模型，以期通过年平均降雨、流域平均坡度、河网密度和土地覆盖等流域属性估计无资料流域的年平均径流量、基流指数、历时曲线和月平均径流量等径流指标.Marsh—等⑷基于英国土壤类型水文计划（HOST）的土壤数据，使用了一个简单的回归方法较精确地预测了未测量流域的基流指数等径流指标.也有部分研究基于更复杂的回归模型，如Laahe等［10-11］揭示了根据区域特点定制回归模型而不是使用全局模型的好处，其研究表明基于按季节性分组的流域回归模型提供了鲁棒性更强的区域化结果.同样地,地质统计学方法也被用于估计资料匮乏流域的水文变量，比如Sk~ien等阳提出了拓扑克里金法，可以用于解释水动力及地貌特征的空间离散性，该方法避免了输入数据的误差和参数可识别性问题.部分研究［13］认为该方法提供了比回归模型更稳健的估计.另一方面，研究者们越来越认识到，流域空间上的接近不一定导致流域产流模式的相似［14］，当使用更具有水文学意义上的距离量度时，基于距离的方法的估计效果会显著提高［15］-如Mew等［16］将拓扑克里金法与流域特征相结合，提高了该方法的预测性能. Domes等®认为只要保证流域之间的水文相似性，水文模型的参数甚至可以传递数千千米.时至今日，资料匮乏地区的水文预报获得了长足进步，但仍有大量难题无法解决［18］-我国有防洪任务的重点中小河流（汇流面积小于3000km2）有5186条问.近年来，受气候变化影响，由局地强降水造成的中小河流突发性洪水频繁发生，已成为造成人员伤亡的主要灾种.据统计,我国中小流域涝灾害和山洪地质灾害损失约占全国洪涝灾害经济损失的70%~80%，对人民群众的生命财产安全构成了严重的威胁［20］-由于大部分中小河流源短流急，洪水具有历时短、上涨快的特点，加之水文资料短缺，传统的预报方案通常难以对这些地区的洪水做出有效的预报［21］-区域化方法是解决此问题的思路之一，目前针对无资料中小流域的区域化研究较少,姚成等［22］使用区域化方法（空间临近法和回归法）将API模型和新安江模型应用于大别山区及皖南山区的29个中小流域，得到了较高的预报精度.但是在现有的区域化研究中，测量流域与目标流域大多空间分布均匀且空间距离较近.在这些地区,基于空间距离的区域化方法（以下称为空间临近法）由于操作简单且所需资料少而多被使用.同时，基于水文属性距离的区域化方法（以下称为物理相似法）和回归方法也被用来提高预测性能.在自然条件与历史因素的限制下［23］，设立在我国湿润山区中小流域的水文测站分布稀疏,可能导致某一具体区域内的测量流域数量较少.是否可以通过其他资料充足但相隔较远地区的测量流域作为参证流域进行参数估计？为了回答此问题,本研究关注于目标流域与测量流域空间位置较远时,区域化方法是否可以有效估计参数.此时，测量流域与目标流域之间显著的空间差异导致空间临近法无法使用，物理相似法及回归方法是否适用，需要接下来进一步的研究.本研究将皖南山区与鄂西山区分别作为已观测区及未观测区，选用新安江模型进行洪水模拟，并验证区域化方法（物理相似法及回归法）在研究区的适用性-正如PUetc等［24］所言，单独使用参数区域化有诸多弊端，本研究基于新安江模型参数的物理意义先估算出部分参数，剩余参数使用区域化方法（物理相似法及回归法）估计,并比较不同参数估计方案的效果，提出在研究区内最为适用的参数估计方案，为长江中下游资料匮乏的山区中小流域水预供参.1研究区概况及资料来源研究区域为长江中下游地区的32个山区中小流域,其中位于皖南山区的29个流域为有观测资料的测量流域，鄂西山区的3个流域被视为资料匮乏的目标流域，研究区域见图1.各流域面积均不超过1000km2,龚f夫等：新安江模型在资料匮乏的长江中下游山区中小流域洪水预报应用583均为自然闭合流域，受水工建筑物的影响较小，流域平均海拔多在400-1000m,其中雾渡河流域平均海拔最高，为1109mi各流域年平均降水量均在1200-1500m叫年平均蒸发量均在600-800m叫年平均气温14-1601研究流域大多地势，密集，平均坡度大在10-30°,密度大多在00~10km/km2.研究区内型和黏土为主，饱和渗透系数大多在3~12mm/h.土地利用（LUCC）以林地为主，大流域林地面积占比70%以上，甚至达到100%i研究区内植被类型为主，大为常绿针叶林、常阔叶林及灌木i图1研究区地理位置FigO Locations of the research catchments降雨、径流及蒸发资料来自当地水文局，时间步长均为1hi29个测量流域均具有至少30年的观测资料.3个目标流域中，有20082017间共11场观水，有20162018年间共5场观水，下仅有2016共2场观测洪水.DEM来自中国科学院地理空间数，分辨率为30m，用取流域地形、地貌属性;土地利用数据来自中国科学院遥感的2010年LUCC图，分辨率为1km，用取流域土地利用属性；数自于HWSD（世界数）的型图，分辨率为1km，用取流域土属.2研究的研究思路大致如下：在量流域进行新安型的校准，得到量流域的新安型校参数集.然流域物理属性的筛选，筛的流域物理属，运用区域化（回归法、物理相似法），将量流域的校准参数转移至目标流域.与此同时，使用参数物理意义的（以下简称物理），参数•最后，将理与区域化结合，针目标流域的参数案，并不同参数案的效果，得到在研究区内最为适用的参数案•本研究的线图图％22新安江模型及物理估算法2.1.1新安江模型新安江模型是赵人俊+25］于1984年前后提岀的概念性模型,在我国湿润及半湿润地区具有较高的预报精度，已到广泛应用+ 26气巴该模型共有16参数,各参数物理意［29］，其中不敏感ke SO.(湖泊科学)，2021,33(2)参数10个(WM、WUM、WLM、B、C、CP、EX、CC、KE、XE$，敏感参数7个(KC、SM、KI(KG)、CG、CS、L)-根据赵人俊等[3°]提岀的客观优选法，不敏感参数不参与率定，直接赋予固定值•敏感参数的率定使用人工优选结合SCE-NA算法[31],这样既可以快速稳定的优选参数，又能有效避免自动优选参数可能不合理的问题•选用洪峰相对误差、峰现时间误差,纳什效率系数(NSE)对参数率定结果进行评价.依据《水文情报预报规范》两，洪峰相对误差在20%以内，峰现时间误差在3h以内为合格-在目标流域，不敏感参数同样直接赋予固定值，敏感参数需要进行估计.在敏感参数中K与KG满足线性约束，只需估计K即可,因此本研究在目标流域需要估计的参数为6个，见表1-在新安江模型的待估计参数中，壤中流岀流系数K和河网水消退系数CS可以基于参数的物理意义进行估算(物理估算法)-表1目标流域待估计参数Tab.1Estimated parameters of ungauged basins参数参数意义参数取值范围KC蒸散发折算系数一般小于1SM自由水容量一般为10〜50mm,在土层较厚、透水性强的流域可取50mm或更大K/壤中流出流系数0〜06之间CG地下水消退系数0〜1之间CS水流系数0〜1之间L河网汇流滞时大于等于0,在山区中小流域一般小于10h276壤中流与地下水出流系数KC与KG土壤质地可以用来推断土壤的性质，进而估算自由蓄水量对壤中流及地下水的岀流系数(新安江模型中的K与KG).K和KG之和决定了自由水的排水速率，赵人俊等认为KI+KG的值可固定为0.5&KI/KG决定了壤中流与地下水岀流的比例，姚成等⑶〕在GXM模型中提岀了针对栅格的K/KG估计公式，将其修改成适用于新安江模型的形式：KC KG=0"K/=1+2(1_九)(1)KG表2不同质地土壤凋萎含水量Tab.2Wilting moisture content of various soil textures 土壤质地/p土壤质地&呷砂土0.04砂质黏壤土0.16壤砂土0.05粉质黏壤土0.24砂0.09黏0.21粉壤土0.15砂质黏0.21粉土0.11粉黏0.28壤土0.14黏0.28式中，m c为自由水岀流校正系数，根据前人的研究成果a35〕，在湿润流域m c可取为1;/为土壤凋萎含水量，以体积含水量表示，可根据土壤质地取值#见表2[36]-2.1.3河网水消退系数CS李致家等⑶〕针对二叉树结构河网，对河链进行编号，链接河源的河链编号记为厂=1，下游河链的编号等于该条河链的上游总链数+1•并根据矩形河道线性蓄泄关系(式！2))#引入一个无量纲时间i+：vQ(ftt=/(ft(2)式中，Q(ft为河链厂的岀流量,”3/s；W(ft)为河链厂的蓄量,m3&v为平均河道流速，”/s；L为平均河链长，”i在资料匮乏地区一般没有实测流速资料，可以使用经验公式估算.RodOguez-tturbe等+38〕基于运动波理论提岀如下流速公式：v=0.665-弓(p/A)(4)龚f夫等：新安江模型在资料匮乏的长江中下游山区中小流域洪水预报应用585tU—2\J丿o.D式中，P为次洪的平均雨强,c m/h；2为流域面积,km2;D为平均河宽,m；S。
小流域洪水预报新安江模型参数优选方法及应用研究
小流域洪水预报新安江模型参数优选方法及应用研究
陈洋波;朱德华
【期刊名称】《中山大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2005(044)003
【摘要】针对小流域洪水降雨强度大、历时短、汇流速度快的特点,提出了一种应用新安江模型进行小流域洪水预报及模型参数优化率定的方法.该方法以最小二乘法作为模型参数优选的准则,并采用逐次渐进网格寻优法优选模型参数.由于该方法同时优选所有模型参数,不需要对实测径流进行分割,从而可避免人工分割径流而出现的参数率定误差.最后,按照该方法,应用二水源、三水源新安江模型对广东省黄京塘流域进行了研究计算,优选出了模型参数.模型验证结果表明,二水源新安江模型效果比三水源新安江模型好.
【总页数】4页(P93-96)
【作者】陈洋波;朱德华
【作者单位】中山大学水资源与环境系,广东,广州,510275;中山大学水资源与环境系,广东,广州,510275
【正文语种】中文
【中图分类】P338+.8;P333.2
【相关文献】
1.新安江模型(三水源)参数的客观优选方法 [J], 王佩兰;赵人俊
2.新安江模型在资料匮乏的长江中下游山区中小流域洪水预报应用 [J], 龚珺夫;陈
红兵;朱芳;李永凯;崔明;李致家
3.新安江模型在江西省万安水库流域洪水预报的应用研究 [J], 黄国新;谢小华;黄煌
4.新安江模型在江西省万安水库流域洪水预报的应用研究 [J], 黄国新;谢小华;黄煌
5.半分布式新安江模型在石家庄西部山区小流域洪水预报中的应用 [J], 刘郁
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最新安江模型进展介绍讲解
第八章新安江模型8.1 概述新安江模型是由原华东水利学院（现为河海大学）赵人俊教授等（赵人俊，1984）提出来的。
从降雨径流经验相关图研究开始（华东水利学院水文系，1962），投入了水文预报教研室的十余位教师、研究生和上百的本科生前后经历了约20年才形成了蓄满产流概念、理论及其二水源新安江模型。
之后提出三水源新安江模型（赵人俊，1984），并开始在水情预报和遥测自动化的实时洪水预报系统中开始大量应用，通过对模型的结构、考虑的因素不断改进和完善，发展至今已形成了理论上具有一定系统性、结构较为完善、应用效果较好的流域水文模型，并被联合国教科文组织列为国际推广模型而广为国内外水文学家所了解和应用。
新安江模型研究概括起来可以分为二水源新安江模型、三水源新安江模型和新安江模型改进研究三个阶段。
8.2 二水源新安江模型二水源新安江模型包括直接径流和地下径流，产流计算用蓄满产流方法，流域蒸发采用二层或三层蒸发，水源划分用的是稳定下渗法，直接径流坡面汇流用单位线法，地下径流坡面汇流用线性水库，河道汇流采用马斯京根分河段演算法。
8.2.1 前期研究降雨径流相关图是径流估计最早使用的方法之一。
考虑前期气候指数的降雨径流相关图是蓄满产流概念形成的基础，见图8-1。
图中P为降雨量,R为径流深, ,0a P为前期气候指数。
在实际应用中，要计算一次降雨所产生的洪水径流总量，为配合汇流计算，还需求出逐时段的净雨量。
利用上述相关图推求时段净雨量的具体步骤如下。
（1）求本次降雨开始时的,0aP;（2）按逐时段累积降雨量在关系图上查得累积径流量;（3）由相邻时段的累积径流量之差得时段净雨量。
在这相关图应用过程中发现两个问题，一是前期气候指数不是一个物理量，二是关系不满足水量平衡方程。
为此，提出由土壤含水量W 来反应前期气候的湿润情况，点关系图(,)R f P W =，经大量的实践发现，在湿润地区W 曲线簇的上段均接近45°直线，若点绘成PE W +与R 关系（PE 是扣除雨期蒸发后的净雨量），则呈现如图8-2所示的关系。
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
新安江模型与DHSVM在中小流域的比较研究
ｌ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｗｏ ｍｏ ｄｅ ｌ ｓ ．Ｓ ｏ ｂ ｏ ｔ ｈ ｔ ｗｏ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ａ ｐ ｐｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｐｉ ｎｇ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ Ｂａ ｓ ｉ ｎ ．
２ ．河 海 大 学 水 资 源 高 效 利 用 与 工程 安全 国家 工 程 研 究 中心 ，江 苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
摘 要 ：水 文 模 型是 研 究 流 域 产 汇 流 机 制 的重 要 工 具 。 选 用 新 安 江 模 型 作 为 概 念 性 模 型代 表 ，Ｄ Ｈ Ｓ Ｖ Ｍ 模 型 作 为 分
Ｈｏ ｈ ａ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ８，Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｔ ｏ ｏ ｌ ｆ ｏ ｒ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｘｉ ｎ ’ ａ ｎ ｉ ｉ ａ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ
第四章---新安江流域水文模型教学教材
第四章---新安江流域水文模型第四章新安江流域水文模型4.1 概述流域水文模型可分为物理模型、概念性模型和系统模型。
在水文预报中，概念性模型和系统模型应用较多，此处主要介绍概念性流域水文模型。
概念性流域水文模型属于数学模型，它与物理模型相比，具有许多优点：一是它的所有条件均可由原型观测资料直接给出，不受比尺的限制，即数学模型无相似律问题；二是它的边界条件及其它条件可严格控制，也可随时按实际需要改变；三是它的通用型较强，只要研制出一种适用的应用软件，就可用来解决不同的实际问题；四是它具有理想的抗干扰性能，只要条件不变，重复模拟可以得到相同的结果，不会因人、因地而异；五是它的研制费用相对较低。
因此，流域水文模型的研制和应用受到水文学家和水文工作者的普普遍重视。
世界上第一个流域水文模型－Stanford模型出现在20世纪60年代，目前全世界已提出数以百计的流域水文模型。
主要包括由美国天气局V. T. Sitten提出的API模型、N. H. Crawford和R. K. Linsley提出的斯坦福模型以及R. J. C. Bernash等提出的萨克拉门托模型，日本国立防灾科学研究中心菅原正已教授提出的水箱模型，丹麦技术大学提出的NAM模型，以及原华东水利学院赵人俊教授提出的新安江模型。
这些概念性水文模型对流域的降雨径流过程进行了较为细致的模拟。
由于这些模型具有较好的结构形式和良好的模拟预报精度，因此在洪水实时预报中得到广泛地应用。
本文主要介绍国内应用最为广泛的新安江三水源模型。
4.2 新安江模型的基本原理原华东水利学院的赵人俊教授于1963年初次提出湿润地区以蓄满产流为主的观点，主要根据是次洪的降雨径流关系与雨强无关，而只有用蓄满产流概念才能解释这一现象。
上个世纪70年代国外对产流问题展开了理论研究，最有代表性的著作是1978年出版的《山坡水文学》，它的结论与赵人俊先生的观点基本一致：传统的超渗产流概念只适用于干旱地区，而在湿润地区，地面径流的机制是饱和坡面流，壤中流的作用很明显。
小流域水文学模型的构建与应用研究
小流域水文学模型的构建与应用研究近年来，随着气候变化与人类活动的影响，小流域水资源管理的难度不断加大。
传统的经验式调查方法无法准确反映流域内复杂的水文过程。
因此，小流域水文学模型成为一种研究小流域水文问题的有效手段。
本文将探讨小流域水文学模型的构建与应用研究。
一、小流域水文学模型的构建1. 数据采集小流域水文学模型的构建离不开数据的支持。
数据采集是模型构建的首要步骤。
数据的种类包括流量、降雨、蒸发、气温等。
这些数据可以通过高精度的水文测量仪表、气象站等设备采集到，也可以利用遥感技术获取。
数据量的大小与精度直接影响到模型的精度和适用性。
2. 模型选择小流域水文学模型可以分为统计模型和物理模型两种。
统计模型是通过数据统计和分析建立模型，无需考虑物理规律。
常见的统计模型包括灰色模型、ARMA模型、BP神经网络等。
物理模型则基于物理规律建立模型，模型参数可以通过实验室和现场观测确定。
常见的物理模型包括SWAT模型、MIKE SHE模型等。
根据实际情况和需要，选择不同类型的模型进行构建。
3. 参数估计模型的参数估计是模型构建的核心环节。
参数估计的目的是通过拟合观测数据使模型达到较高的精度。
在参数估计过程中，需要考虑模型结构、算法选择、初始参数等多个因素。
该环节是模型误差最容易产生的阶段，需要多次调整参数以达到最优。
4. 模型评价模型评价是对模型预测能力的检验。
评价标准包括相关系数、均方根误差、平均偏差等。
通过模型评价，可以了解模型的适用性、精度和优化空间。
如果模型评价不理想，需要重新调整参数或更换模型。
二、小流域水文学模型的应用小流域水文学模型的应用包括径流预测、水资源评估、水环境修复等。
下面以径流预测为例介绍小流域水文学模型的应用。
1. 利用模型进行径流预测小流域水文学模型可以实现对未来一段时间内径流量的预测。
预测的主要依据是历史数据和气象预报信息。
通过将这些信息输入已建立的模型中，即可得到未来一段时间内的径流量预测结果。
新安江模型的应用
新安江模型的应用张利茹河海大学水文水资源学院，南京（210098）摘要：新安江降雨径流模型应用在梁辉水库上，采用2002年至2006年五年的降雨和蒸发资料对该流域进行日模和次模的模拟，得出的结果还比较满意。
为了找出新安江模型的敏感性参数，本文在其他研究人员的基础上，选出公认的比较敏感的参数，把它们的值分别变成初始值的80%、90%和110%（CG除外）后进行模拟计算，得出的结果证实了学者们的说法。
关键词：新安江模型，梁辉水库，敏感性分析1. 新安江模型简介新安江模型始建于1973年，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，是个分布式的概念性模型，30多年来在我国湿润与半湿润地区有广泛应用，并发展改进为三水源的以及其他多水源的模型【1】。
几十年来，很多专家和学者都致力于新安江模型的应用和发展上，发表了数以百计篇文章(像赵仁俊，1992；程等人，2002)，但很少有用一个实际例子来研究新安江模型参数的敏感性问题的，实际上，新安江模型参数的命感性分析会有助于该模型的更广泛的应用，例如，对于无资料的地区或是资料不全的地区，参数的敏感性分析将显得更加有用。
2. 新安江模型结构新安江模型是分散性的模型，常按泰森多边形法把全流域分成许多单元流域，产流部分采用蓄满产流模型，另增加了流域不透水面积占全流域面积之比的参数IMP。
蒸发部分采用三水源蒸散发模式。
河道洪水演算采用马斯京根法。
地面径流的汇流采用经验单位线，并假定每个单元流域上的无因次单位线相同，简化结构。
地下径流的汇流采用线性水库。
对每一个单元流域作汇流计算，求得单元流域出口流量过程。
再进行出口以下的河道洪水演算，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[2]。
新安江模型流程图如图1。
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。
新安江模型中河网汇流参数cs的一种计算方法
新安江模型中河网汇流参数cs的一种计算方
法
《河网汇流参数cs的新安江模型计算方法》
新安江模型是一种用于预测河网汇流容量参数cs的模型。
它可以将复杂的水文过程减少到简单的坐标计算，并得到精确的汇流量估计。
本文介绍了新安江模型中河网汇流参数cs的计算方法。
新安江模型的主要理论依据是由新安江大学博士王元开发的“蒙特卡罗”（MonteCarlo）数学方法，该方法克服了水文模型中的复杂性，可以将水流率的复杂度降低到简单的坐标计算中。
在新安江模型中，汇流量容量参数（cs）可以通过以下计算方法计算：
1、确定该流域区域内各支流所汇集的汇流体积（V），即：
V=∑V，其中V表示支流的汇集体积；
2、根据支流汇集的总体积V计算流域的汇流量参数（cs），即：cs=V/A，其中A表示流域总面积；
3、在汇流量参数cs计算出来后，根据新安江模型可以估算出具体汇流量。
新安江模型是一种非常有用的模型，它可以为河网汇流参数的精确估算提供可靠的方法。
借助该模型，我们可以精确地分析和评估河网汇流参数的变化情况，为河网调度和维护提供重要的指导。
小流域洪水预报新安江模型参数优选方法及应用研究_陈洋波
小流域洪水预报新安江模型参数优选方法及应用研究X陈洋波,朱德华(中山大学水资源与环境系,广东广州510275)摘 要:针对小流域洪水降雨强度大、历时短、汇流速度快的特点,提出了一种应用新安江模型进行小流域洪水预报及模型参数优化率定的方法。
该方法以最小二乘法作为模型参数优选的准则,并采用逐次渐进网格寻优法优选模型参数。
由于该方法同时优选所有模型参数,不需要对实测径流进行分割,从而可避免人工分割径流而出现的参数率定误差。
最后,按照该方法,应用二水源、三水源新安江模型对广东省黄京塘流域进行了研究计算,优选出了模型参数。
模型验证结果表明,二水源新安江模型效果比三水源新安江模型好。
关键词:洪水预报,新安江模型,参数优选中图分类号:P338+18;P33312 文献标识码:A 文章编号:0529-6579(2005)03-0093-04 小流域洪水具有降雨量集中、强度大、时间短、汇流速度快、汇流主要呈现山坡汇流的特征,因此小流域洪水往往出现峰高量大,历时短的特点,给小流域洪水预报带来了较大困难。
洪水预报一般采用降雨-径流模型(Rainfall_Runoff_Model)。
国内外目前使用的降雨径流模型主要是集总型模型,如爱尔兰的SLM 模型和SMAR 模型,意大利的CLS 模型和ARNO 模型,美国的斯坦福4号模型和HEC 模型,日本的水箱模型和我国的新安江模型等。
分布式物理水文模型是近年来出现的一类新模型,但在洪水预报方面的应用尚没有进入成熟实用期。
集总型模型目前仍然是主流的洪水预报模型。
新安江模型是一种广泛使用的降雨径流模型,在我国的南方湿润地区应用取得了较好的效果。
新安江模型又分成二水源新安江模型、三水源新安江模型和四水源新安江模型,不同水源新安江模型的不同在于对径流的划分上。
随着水源的增加,模型结构越来越复杂,参数率定越来越困难。
在新安江模型汇流参数率定中,一般将实测径流过程按照水源划分的方法进行分割,由于没有标准的径流分割方法,在进行径流分割时任意性较大,并可能引起模型参数率定的误差。
新安江模型在乌江独木河流域的应用与改进
新安江模型在乌江独木河流域的应用与改进郝庆庆;陈喜【摘要】In order to improve the simulation precision of the Xin' anjiang model in karst areas, the model was used to simulate runoff in the Dumu Watershed for a case study. According to the simulation results and the distinguishing hydrological characteristics of karst areas, three assumptions were proposed to improve the Xin'anjiang model. The first assumption, that is, that the three-layer evapotranspiration structure is changed to a two-layer one, was verified. The comparison results show that the average coefficient of determination of the improved model was 0.02 higher than that of the unimproved model, and the improved model could be used to analyze runoff in similar regions.%为了提高新安江模型在喀斯特地区的模拟精度,以贵州独木河流域为研究对象,使用新安江模型对该流域进行了径流模拟研究.根据模拟分析结果和岩溶地区独特的水文特征,提出了改进新安江模型的3种设想,并对第1种设想(3层蒸散发结构改为2层蒸散发结构)进行了验证.对比分析结果表明,改进后模拟结果的平均确定性系数比改进前的高0.02,改进后的新安江模型可供类似地区的径流分析借鉴.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(040)001【总页数】4页(P109-112)【关键词】贵州喀斯特地区;独木河流域;径流模拟;新安江模型;模型改进【作者】郝庆庆;陈喜【作者单位】河海大学水文水资源学院,江苏南京210098;河海大学水文水资源学院,江苏南京210098;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】P333新安江模型[1-2]是一个分单元、分水源、分阶段,具有分布参数的完整的概念性降雨径流模型,适用于湿润与半湿润地区,具有概念清晰、结构合理、调参方便和计算精度较高等优点.模拟计算主要分为蒸散发、产流、分水源和汇流4个阶段.其中:蒸散发计算采用3层蒸散发模型;产流计算采用蓄满产流模型;径流划分为地表径流、壤中流和地下径流3种水源,径流划分采用了自由水蓄水库法;汇流计算中,地表径流汇流计算采用无因次单位线法,壤中流和地下径流汇流计算采用线性水库法,河道汇流计算则采用马斯京根分段连续演算法[2].本文的研究对象独木河流域地处西南喀斯特地区.该区为连片裸露碳酸岩面积最大和生态最脆弱的地区[3-4],虽然降水较多,但时空分布不均且下垫面情况复杂.根据岩溶地区独特的水文地质特性[5]以及三水源新安江模型应用于岩溶地区的模拟结果分析,笔者提出了改进新安江模型的3种设想[6],并验证了第1种改进方法.1 模型的应用研究区为贵州省内乌江流域的支流——独木河流域,面积1485km2.该流域内共有下湾、昌明和六广3个站点.1.1 日模拟采用独木河流域1973—1979年的水文资料率定日模参数,1980—1983年的水文资料检验日模参数,缺失的部分资料移用邻近水文特征相似站点的来代替.日模参数[7]的率定顺序为蒸散发折算系数K→表层土自由水蓄水容量SM和表层土自由水蓄水库对地下水的出流系数KG与表层土自由水蓄水库对壤中流的出流系数KI的比值KG/KI→地下径流的消退系数CG→壤中流的消退系数CI.率定蒸散发折算系数K时以径流深绝对误差为目标函数[8],计算公式为式中:ΔRi——第 i年径流深的绝对误差——n年径流深绝对误差的平均值;n——资料的年数.率定其他参数时[9],为减少洪水高水部分误差的作用,突出低水部分的作用,以误差的对数为目标函数,通过使流量过程线对数误差绝对值的平均值最小的方法来优选参数.式中:Q(j)——实测日平均流量;Q′(j)——计算日平均流量;f(i)——第 i年的流量过程线对数误差的绝对值——n年流量过程线对数误差绝对值的平均值.计算结果见表1和表2.表1 率定年份日模模拟结果Table 1 Daily simulation results in calibration years年份降雨量/mm水面蒸发量/mm实测径流深/mm计算径流深/mm径流深绝对误差/mm径流深相对误差/%确定性系数1973 1083 718 605.3 612.6 7.3 1.2 0.763 1974 1425 1191 664.0 679.3 15.3 2.3 0.693 1975 1127 1240 396.6 382.7 -13.9 -3.5 0.807 1976 1621 1267 804.3 830.7 26.4 3.3 0.707 1977 1508 938 882.7 875.1 -7.6 -0.9 0.711 1978 1170 1280 455.8 439.4 -16.4 -3.6 0.649 1979 1344 1111 755.9 744.7 -11.2 -1.5 0.798表2 检验年份日模模拟结果Table 2 Daily simulation results in examiningyears年份降雨量/mm水面蒸发量/mm实测径流深/mm计算径流深/mm径流深绝对误差/mm径流深相对误差/%确定性系数1981 1117 1004 473.9 464.0 -9.9 -2.1 0.728 1982 1302 1062 565.7 571.2 5.5 1.0 0.654 1983 1279 1023 572.9 579.3 6.4 1.1 0.531分析表1和表2结果可知:(a)率定得到的日模参数对多年来说是最优的,对于有些年份的模拟结果很好,而对于另外一些年份的模拟结果相对较差;(b)新安江模型没有考虑随着时间推移下垫面的变化以及人类活动的影响,是造成模拟误差的一个原因;(c)在极值处的预报结果相对较差,计算峰值基本都小于实测峰值,这可能是流域下垫面特性、模型概化、参数率定以及水文资料等因素综合作用及相互影响的结果;(d)个别年份(如1983年)出现计算峰值明显高于实测峰值的现象,这可能是抽水等人为因素造成的;(e)所研究流域面积较小,如果存在不闭合量,不闭合量占总径流量的比例就会比较大,从而对径流量及流量过程线产生较大影响.1.2 次洪模拟次洪模拟收集了1973年、1977年、1982年和1983年这4个年份的洪水资料,共选取了8场次洪水.其中前6场用于率定次洪模型参数,后2场用于检验次洪模型参数.次洪模型模拟计算的时段长取为1h.对于与时段长无关的参数,使用日模相应的值.与时段长有关的次模参数率定顺序为SM→CS→CI.在采用次洪模型模拟时,低水点据不多,为突出高水部分的作用,则以误差的绝对值为目标函数[10].计算公式为式中:Si——第i场洪水流量过程线误差的绝对值;¯S——n场洪水流量过程线误差绝对值的平均值.计算结果见表3和表4.表3 率定场次次洪模拟结果Table 3 Simulation results of floods in calibration years注:峰现时差正值表示滞后,负值表示超前.洪号降雨量/mm实测径流深/mm计算径流深/mm径流深相对误差/%洪峰流量相对误差/%峰现时差/h确定性系数¯S 19730701 39.7 30.2 30.4 -0.46 -0.95 2 0.959 0.123 19730915 75.2 65.8 60.2 8.47 -6.88 3 0.951 0.129 19770508 43.5 36.0 32.3 10.29 -3.31 0 0.931 0.130 ******** 78.7 75.7 68.7 9.24 1.23 3 0.780 0.229 19770826 47.9 30.0 30.5 -1.72 -7.95 -1 0.943 0.182 ******** 76.7 68.0 59.6 12.36 6.44 0 0.945 0.206表4 检验场次次洪模拟结果Table 4 Simulation results of floods in examining years洪号降雨量/mm实测径流深/mm计算径流深/mm径流深相对误差/%洪峰流量相对误差/%峰现时差/h确定性系数¯S 19830708 23.2 14.9 14.3 4.00 -3.77 1 0.766 0.201 19830910 35.3 20.1 16.5 17.69 2.78 -3 0.763 0.300从表3和表4可以看出:(a)洪水过程上涨段陡峭,退水段则上部陡降,下部退水明显变缓,且多处转折,持续时间较长;(b)实际流域下垫面对洪水产汇流过程有坦化作用;(c)洪水过程常呈现出具有较大底水流量的复峰;(d)检验的2场洪水代表性不够,洪量都偏小,洪水过程易受外部条件的影响.2 模型的改进为了使新安江模型能更适用于具有不均匀下垫面的岩溶地区,根据岩溶地区独特的水文地质特性以及此次模拟结果,对新安江模型在岩溶地区的应用提出了一些改进的设想:(a)由于岩溶流域内覆盖土层一般较薄[11],植被差,流域实际蒸散发量和缺水容量均小于非岩溶地区,可以忽略由于深根植物散发引起的土壤深层蒸散发,而采用2层蒸散发模型进行计算.(b)我国南方大部分岩溶流域气候湿润,土层较薄,下渗能力强,包气带缺水量不大,易为一般的雨量所满足,即达到田间持水量要求,所以在岩溶地区采用蓄满产流方式计算产流量基本符合实际情况.为了使后面分水源及汇流阶段模拟得更加准确,可以将岩溶流域下垫面透水面积划分为非岩溶区和岩溶区,其中岩溶区又分为裸露岩溶区和土壤覆盖岩溶区2类.(c)由于补给强度、径流成分和汇流速度等有所不同,被调蓄程度和时程分布不一,将径流划分为地表径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流,并分别采用不同的方法进行计算[12].地表径流采用无因次单位线或滞洪演算法,壤中流、快速地下径流和慢速地下径流则分别采用不同的线性水库进行汇流计算,最后线性叠加得到流域出口断面总出流[13].根据第1种设想,尝试把新安江日模型的3层蒸散发结构改为2层蒸散发结构.对比分析改进前后的模拟结果可知,除1974年确定性系数稍有减小外,其余10个年份的确定性系数各有不同程度的提高.由此可以证明,改进后的模型模拟精度较改进前有所提高,所以可以岩溶地区为例对改进后的新安江模型进行进一步的研究和检验.表5和表6为改进前后的计算结果对比.表5 率定年份改进前后日模模拟结果对比Table5 Comparison of daily simulation results of original model and improved model in calibration years改进前改进后率定年份径流深绝对误差/mm径流深相对误差/%确定性系数径流深绝对误差/mm径流深相对误差/%确定性系数1973 7.3 1.2 0.763 27.6 4.6 0.794 1974 15.3 2.3 0.693 5.6 0.8 0.678 1975-13.9 -3.5 0.807 -16.5 -4.2 0.823 1976 26.4 3.3 0.707 21.2 2.6 0.748 1977-7.6 -0.9 0.711 -11.5 -1.30.738 1978-16.4 -3.6 0.649 -22.3 -4.9 0.685 1979-11.2 -1.5 0.798 -13.3 -1.8 0.822表6 检验年份改进前后日模模拟结果对比Table6 Comparison of daily simulation results of original model and improved model in examining years改进前改进后检验年份径流深绝对误差/mm径流深相对误差/%确定性系数径流深绝对误差/mm径流深相对误差/%确定性系数1980 10.0 1.7 0.783 5.5 0.9 0.807 1981 -9.9 -2.1 0.728 -24.4 -5.2 0.754 1982 5.5 1.0 0.654 -8.5 -1.5 0.679 1983 6.4 1.1 0.531 1.1 0.2 0.5383 结语岩溶地区的实测水文资料相对贫乏,在岩溶流域建立完整精确的流域水文模型存在一定的困难.在目前尚未有较适用模型的情况下,笔者选用新安江模型并根据具体情况对其进行了适当的改进.实例应用结果表明,将新安江模型的3层蒸散发结构改为2层蒸散发结构,不仅能较大地提高该模型在岩溶地区的适用性,而且方法简便并易于实施.参考文献:【相关文献】[1]赵人俊.流域水文模拟[M].北京:水利水电出版社,1984.[2]李致家,姚成,汪中华.基于栅格的新安江模型的构建和应用[J].河海大学学报:自然科学版,2007,35(2):131-134.(LIZhijia,YAOCheng,WANG Zhong-hua.Development and application of grid-based Xin'anjiang model[J].Journal of Hohai University:Natural Sciences,2007,35(2):131-134(in Chinese))[3]胡松,梁虹,刘善霞.喀斯特流域洪水研究:以贵州省为例[J].水科学与工程技术,2009(1):36-38.(HU Song,LIANG Hong,LIU Shan-xia.Study on the flood in Karst Drainage Basins:a case study in 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新安江水文模型简介
《流域水文模拟》结课报告新安江模型的原理、结构及应用、发展历程The principle, structure, application anddevelopment process of Xin anjiang Model作者姓名：孔旭学科、专业：水文学及水资源学号：指导教师：王国利完成日期： 2016年8月30日大连理工大学Dalian University of Technology摘要新安江模型是河海大学提出的一个概念性降雨径流模型，具有原创性，是我国为数不多的被国际上广泛认可的水文模型。
新安江水文模型在我国湿润与半湿润地区广为应用，取得了良好的效果。
经过近50年的发展，新安江模型已经从最初的专门从事水库入库洪水预报的单一功能模型发展为适合用于水文预报、水资源管理、水土资源评价、面源污染预测、气候变化和人类活动影响研究的多功能的水文模型；其部分参数已从靠经验率定发展为可以进行物理推求。
总之，新安江模型是一个不断发展的模型体系。
本文主要由三部分构成。
第一部分为新安江模型简介，回顾了新安江模型产生的历史背景和发展历程，介绍了新安江模型的基本原理和结构体系；第二部分讲述了新安江模型参数的物理意义及其率定；第三部分为新安江水文模型在英那河流域防洪规划编制当中的应用。
关键词：水文模型；新安江模型；洪水预报The principle, structure, application and development process of Xin anjiang ModelAbstractXin anjiang Model originally proposed by Hehai University is a conceptual rainfall runoff model and is also one of the few widely recognized international hydrological model in China. Xin anjiang hydrological model was widely used in our humid and semi-humid areas, and achieved good results.After nearly 50 years study, Xin anjiang model has been developed from the single-function of reservoir flood forecasting into multi-purpose model including hydrological forecasting, water resources management, water and soil resources evaluation, non-point source pollution prediction, climate change and human activities versatile hydrological model studies. And part of its parameters can be acquired through physical calculation instead of experience. In short, Xin anjiang model is an evolving model system.This paper consists of three parts. The first part is about the brief introduction of Xin anjiang model, which recalls the historical background and the development, as well as introduces the basic principles and architecture; the second part describes the physical meaning of Xin anjiang model parameters and calibration; the third part is about the application of Xin anjiang model in Ying Na River Basin flood control planning.Key Words: hydrological model; Xin anjiang model; Flood forecasting目录摘要.............................................. 错误!未定义书签。
四种水文模型的比较
四种水文模型的比较四种水文模型的比较摘要：水文模型是用数学的语言对现实水文过程进行模拟和预报，在进行水文规律的探讨和解决水文及生产实际问题中起着重要作用。
本文分别介绍了新安江模型、萨克拉门托（SAC）模型、SWAT模型以及TOPMODEL模型，并对这四种水文模型的蒸发计算、产流机制、汇流计算、适用流域、参数以及模型特点等不同方面进行了比较分析。
并结合对着4种模型之间的比较，作出了总结分析和展望。
关键词：新安江模型；SAC模型；SWAT模型; TOPMODEL模型；模型比较引言流域水文模型在进行水文规律研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。
新安江模型是一个概念性水文模型，1973年由赵人俊教授领导的研究组在编制新安江预报方案时，汇集了当时在产汇流理论方面的成果，并结合大流域洪水预报的特点，设计出的我国第一个完整的流域水文模型，至今仍在我国湿润和半湿润地区的洪水预报中得到广泛应用；萨克拉门托水文模型，简称SAC 模型，是R.C.伯纳什（Burnash）和R.L.费雷尔（Ferral ）以及RA麦圭儿（Mcguire ）于20世纪60年代末至70年代初研制的，是一个连续模拟模型，模型研制完成时间相对较晚，其功能较为完善，兼有蓄满产流和超渗产流，广泛应用于美国水文预报中；SWAT模型是美国农业部农业研究中心研制开发的用于模拟预测土地利用及土地管理方式对流域水量、水质过程影响的分布式流域水文模型；TOPMODEL为基于地形的半分布式流域水文模型，于1979年由Beven和Kirkby提出，其主要特征是将数字高程模型（DEM ）的广泛适用性与水文模型及地理信息系统（GIS）相结合，基于DEM数据推求地形指数，并以此来反映下垫面的空间变化对流域水文循环过程的影响，描述水流趋势。
本文对这四中水文模型从蒸发计算、产汇流计算、适用流域以及参数等方面进行分析比较，并得出结论。
1模型简介1.1新安江模型新安江模型是赵人俊等在对新安江水库做入库流量预报工作中，归纳成的一个完整的降雨径流模型。
在新安江模型研究与应用上的改进SCEM_UA算法
第31 卷第3 期计算机仿真2014 年3 月文章编号: 1006 － 9348( 2014) 03 － 0279 － 04在新安江模型研究与应用上的改进S CE M－ UA 算法顾超1 ，谭畅2( 1〃南京信息工程大学计算机与软件学院，江苏南京210044; 2〃重庆市巴南区气象局，重庆401324)摘要: 研究水文建模优化问题，用传统方法建模精度较差，所以采用S CE M－UA 算法对协方差方法和接受率方法进行优化建模，引入了可以有效保证样品多样性和可以增强算法全局搜索能力的比例因子和新的接受率方法。
将改进S CE M－UA算法用于新安江模型的参数率定上，有效提高了收敛效率、计算速度与估测精度。
试验结果表明，采用改进S CE M－UA 算法的新安江模型，帄均模型参数运算效率提高率为42〃 67% ，估测的径流与实测值相比其相对误差绝对值均小于16%，有着良好的应用前景。
关键词: 新安江模型;运算效率;径流估测中图分类号: TP301〃 6文献标识码: BI mp r ove d S CEM－ UA Algo r i t hm of Ｒese a r c h andA pp lic a t io n of Xi n＇an j i an g M o d elGU C ha o1 ，T AN C han g2( 1〃 Nanjin g Uni v ersit y of In fo rmati o n S cience and Techn o l og y，C o lle g e of C o mputer and Sof t w are，Nanjin g Jian g su 210044，China; 2〃 Ch o n g qin g Banan M ete o r o l og ical Bureau，Ch o n g qin g 401324，China) ABS TＲA CT: In this paper，a S CE M－ UA al go rithm c ov ariance meth o d and an acceptance rate meth o d w ere o pti-mi z ed〃 Intr o ducin g the scale f act o r and the ne w acceptance rate meth o d can e ff ecti v el y g uarantee the di v ersit y and en-hance the abilit y of g l o bal search al go rithm〃 The impr ov ed S CE M－ UA al go rithm w as used t o Xin＇a njian g m o del pa-rameter calibrati o n，w hich can e ff ecti v el y impr ov e the c o n v er g ence e ff icienc y，calculati o n speed and estimati o n accura-c y〃The e x perimental re sults sh ow tha t，fo r the Xin＇a njian g m o del based o n the impr ov ed S CE M－ UA al go rithm，thea v era g e m o del parameters of o perati o nal e ff icienc y is 42〃 67% ，its estimati o n of run off c o mpared w ith the m easuredv alues is less than the abs o lute v alue of the relati v e err o r of16% 〃It has goo d applicati o n pr o spects〃K E Y WOＲDS:Xin＇a njian g m o del; Operati o n e ff icienc y;Ｒun off estimati o n1引言水文模型是分析和研究流域产汇流机制和流域出口断面出流过程之间关系的函数描述，其仿真精度与模型参数的率定有很大的关系，多参数模型的优选通常都会遇到“异参同效”和“局部最优”的现象［1 －2］，也就是不同的参数组合可以得到相同的或者近乎相同的模型输出和在得到全局最优解前提早的收敛于一个非全局最优参数组合，前者会降低参数的可辨识性，后者则会降低模型的精确性。
新安江模型在无资料小流域产汇流模拟中的应用研究
新安江模型在无资料小流域产汇流模拟中的应用研究祝敏;许忠东;孙德勇【摘要】受限于资料条件和技术手段,中小流域,尤其是源头小流域的洪水风险研究相对较少,技术手段缺乏.太平溪小流域位于太湖流域暴雨点内,汛期暴雨洪水量大且较为迅猛,对安全产生较大影响.为提高该区域的防洪安全系数,提出耦合马斯京根法改进新安江模型,应用结果表明,模型拟合效果符合实际情况,可为该区域防洪风险的进一步研究提供理论依据和技术支撑.【期刊名称】《浙江水利科技》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】5页(P5-8,33)【关键词】产汇流;新安江模型;马斯京根法【作者】祝敏;许忠东;孙德勇【作者单位】安吉县水利局,浙江安吉 313300;安吉县水利局,浙江安吉 313300;浙江省河海测绘院,浙江杭州 310002【正文语种】中文【中图分类】TV121太平溪小流域位于安吉县南部的山川乡，是太湖流域西南部北苕溪流域的源头支流，集雨面积27.6km2，河流长11.9km。
平均纵坡41.92º。
太平溪地势西高东低，海拔落差975.00m，是典型的山区性小流域。
流域内的主要河流太平溪发源地位于山川乡石门山老鹰窠上，海拔高程1134.00m，支流主要有九亩溪、木竹塘、续目溪、大里溪；主流姚家潭与九亩溪在水淋坑汇合成太平溪，经船村、战岭坑、秧田坞、罗仲，最终汇入馒头山水库。
多年平均降水量为1772mm，时空分布不匀，降水集中在4— 10月，其总量占年降水量的75%左右。
汛期暴雨洪水量大、迅猛，对区域安全产生较大影响。
流域内山多地少，20世纪六七十年代，当地开垦了大量的坡耕地，造成较严重的水土流失，使生态环境恶化。
近年来通过修建堰坝、治理河道以及封山育林、植树造林、修建梯地等水利和水保工程，使水土流失面积有一定程度减小，河道防洪能力得到一定程度提高。
随着安吉县社会经济发展，对太平溪流域防洪安全提出了更高的要求。
洪水风险管理对太平溪流域社会经济发展和旅游发展有着非常重要的意义。
API模型和新安江模型的参数区域化研究与应用
第47卷第3期2019年5月河海大学学报(自然科学版)Journal of Hohai University(Natural Sciences)Vol.47No.3May 2019DOI :10.3876/j.issn.10001980.2019.03.001 基金项目:国家重点研发计划(2016YFC0402705);国家自然科学基金(51679061);中央高校基本科研业务费专项(2016B04714)作者简介:姚成(1982 ),男,副教授,博士,主要从事水文模型与水文预报研究㊂E⁃mail:yaocheng@引用本文:姚成,邱桢毅,李致家,等.API 模型和新安江模型的参数区域化研究与应用[J].河海大学学报(自然科学版),2019,47(3):189⁃194.YAO Cheng,QIU Zhenyi,LI Zhijia,et al.Parameter regionalization study and application of API model and Xin’anjiang model[J].Journal of Hohai University(Natural Sciences),2019,47(3):189⁃194.API 模型和新安江模型的参数区域化研究与应用姚 成1,邱桢毅1,李致家1,胡维登1,许 洁2(1.河海大学水文水资源学院,江苏南京 210098;2.安徽省水文局,安徽合肥 230022)摘要:为了将API 模型与新安江模型更好地应用于无资料地区,将API 模型和新安江模型应用于大别山区及皖南山区的29个中小流域,对模型参数在研究区的区域规律进行研究,通过中小河流新建水文测站对参数区域化的成果进行实证研究㊂结果表明:API 模型与新安江模型均能较好地用于研究区中小流域的洪水模拟;逐步回归分析法能有效地推求模型的敏感参数;基于空间邻近与逐步回归分析相结合的参数区域化方法,API 模型与新安江模型在新建水文测站次洪模拟中的平均确定性系数分别达到0.92和0.86,该方法能有效地推求研究区无资料流域API 模型与新安江模型的参数㊂关键词:API 模型;新安江模型;无资料地区;参数区域化;空间邻近法;逐步回归分析法;新建水文测站中图分类号:P338 文献标志码:A 文章编号:10001980(2019)03018906Parameter regionalization study and application of API model and Xin ’anjiang modelYAO Cheng 1,QIU Zhenyi 1,LI Zhijia 1,HU Weideng 1,XU Jie 2(1.College of Hydrology and Water Resources ,Hohai University ,Nanjing 210098,China ;2.Hydrology Bureau of Anhui Province ,Hefei 230022,China )Abstract :In order to better apply the API model and Xin’anjiang model to the ungauged regions,the parameter regionalization study and its application were conducted in this paper.Here,the API model and Xin’anjiang model were applied to small and medium⁃sized basins in the Dabie Mountain area and South Anhui Mountain area,the regional regularity of model parameters in the selected area was studied,and the result of regionalization was verified by the new hydrological station for the small and medium⁃sized rivers.The results show that both API model and Xin’anjiang model can be used to simulate the flood runoff in the study area;stepwise regression analysis can effectively deduce the sensitive parameters;based on the parameter regionalization method combining spatial proximity and stepwise regression analysis,the average deterministic coefficients for hourly API model and Xin’anjiang model simulations in the new hydrological station are 0.92and 0.86,respectively.Therefore,this method can effectively deduce the parameters of API model and Xin’anjiang model in the ungauged basins of selected area.Key words :API model;Xin’anjiang model;ungauged regions;parameter regionalization;spatial proximity;stepwise regression analysis;new hydrological station水文模型作为水文预报的计算工具,一直是水文工作者研究的重点㊂随着研究的不断开展,水文模型的研究已在有水文资料的地区取得了较好的进展[1⁃2]㊂其中,传统的API 模型与新安江模型经过长期的优化改进,在国内已经取得了广泛的应用,尤其是在湿润与半湿润地区,取得了较高的预报精度[3⁃4]㊂然而,模型091河海大学学报(自然科学版)第47卷参数的推求问题限制了API模型和新安江模型在无资料地区的进一步应用㊂因此,有效地解决API模型与新安江模型在无资料地区的参数推求问题,对于无资料地区的水文预报具有重要意义㊂在模型参数推求过程中,3种典型的参数区域化方法被广泛使用,即空间邻近法㊁回归分析法以及物理相似法[5]㊂而自2003年国际水文科学协会(IAHS)提出无资料流域水文预报(PUB)计划以来,模型参数推求方面的研究取得了一定的进展[6]㊂Oudin等[7]将基于TOPMODEL与GR4J模型的回归分析㊁空间邻近㊁物理相似3种方法进行试验,结果显示空间邻近法最优;Reichl等[8]基于SIMHYD模型对物理相似法加以优化,结果显示经过改进的物理相似法优于空间邻近以及回归分析法;Zhang等[9]基于改进新安江模型对空间邻近与物理相似法进行整合,结果表明两者相结合的方法较传统的参数区域化方法对结果有一定改善㊂由此可见,参数区域化方法的优化与结合是有必要的㊂此外,对于参数区域化方法的验证通常采用交叉验证,没有对无资料地区的未来资料序列进行实际检验㊂与此同时,近年来无资料流域新建成了大量的水文测站㊂新建水文测站资料序列较短,难以进行参数的率定,但可以通过有限的最新资料对参数区域化方法推求的参数结果进行实际检验㊂本文选择大别山区及皖南山区为研究区,将API模型与新安江模型应用于研究区的29个中小流域,并且采用空间邻近与逐步回归分析相结合的参数区域化方法估计研究区内无资料流域的水文模型参数,旨在验证2种模型在研究区中小流域适用性的同时,通过新建水文测站检验此方法用于推求研究区无资料流域模型参数的有效性,改善API模型㊁新安江模型在无资料流域应用困难的现状,并为参数区域化方法的研究提供一定的借鉴㊂1 研究区概况及数据资料研究区为安徽省大别山区及皖南山区,属亚热带湿润季风气候,夏季雨量充沛,年平均降雨量1200~ 1500mm,年均蒸发量600~800mm㊂基于水文资料系列㊁流域代表性等因素,本文在研究区选取周家河㊁张冲等29个独立的中小流域作为研究对象,流域面积介于4.71~887.88km2之间,均为自然闭合流域,受水工建筑物的影响较小㊂为率定API模型新安江模型的参数,选取这29个中小流域的实测水文资料,包括逐日流量与雨量㊁时段流量与雨量以及蒸发数据等,其中流量㊁雨量的时段长均为1h㊂为便于比较模型模拟结果与实测数据,模型模拟的时段长取1h㊂为提取流域的属性因子用于逐步回归分析,本文选用研究区中小流域的数字高程数据,资料来自于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站,精度为90m×90m,数据采集时间为2000年㊂通过地理信息系统软件提取了流域面积㊁河网密度㊁平均高程㊁面积坡度等12种流域的属性因子㊂2 API模型与新安江模型简介2.1 API模型API模型又称前期雨量指数模型,模型产流部分采用前期雨量指数和降雨量计算,汇流部分采用Nash 单位线计算[10]㊂API模型的参数有:流域最大初损值I m㊁前期雨量指数消退系数k以及Nash汇流参数N和K(N为线性水库个数,K为线性水库的蓄泄系数)㊂2.2 新安江模型新安江模型[11]是典型的概念性水文模型,模型的结构主要分为4个模块:(a)蒸散发模块,参数有K c㊁W um㊁W lm㊁C;(b)产流模块,参数有W m㊁B㊁I mp;(c)水源划分模块,参数有S m㊁E x㊁K g㊁K i;(d)汇流模块,参数有C i㊁C g㊁C s㊁L㊁X,参数的物理意义见文献[12]㊂2.3 模型应用API模型与新安江模型在29个流域的应用结果用于检验模型在研究区的适用性㊂模型参数的率定采用SCE⁃UA算法,该优化算法稳定性好㊁收敛速度快,且应用较好[13]㊂选用洪峰相对误差㊁确定性系数对模拟结果进行评价㊂依据GB/T22482 2008‘水文情报预报规范“,洪峰相对误差在20%以内为合格㊂图1为29个流域次洪模拟结果箱型图,显示了洪峰合格率㊁确定性系数均值的最小值㊁下四分位数㊁中位数㊁上四分位数㊁最大值,体现了API模型与新安江模型在29个流域模拟精度的变幅㊂由图1可知,API模型与新安江模型在29个流域次洪模拟结果的洪峰合格率均在60%以上,确定性系数均值都在0.6以上㊂经统计:API模型应用于29个流域的平均洪峰合格率和平均确定性系数分别为第3期姚 成,等 API 模型和新安江模型的参数区域化研究与应用77.45%和0.72;新安江模型应用于29个流域的平均洪峰合格率和平均确定性系数分别为83.72%和0.84㊂模型应用结果表明API 模型新安江模型均能较好地用于研究区中小流域的洪水模拟,且新安江模型可以取得相对更高的模拟精度㊂图1 API 模型和新安江模型次洪模型模拟结果统计箱型图Fig.1 Statistical boxplots of the simulating results by API model and Xin 爷anjiang model3 参数区域化及其验证3.1 参数区域化空间邻近法是指建立在已知数据分布存在一定地理规律的基础上,通过已知点或其分区综合数据,推求该区域任一点或者分区数据的方法㊂模型参数通常具有一定物理意义,能够反映流域的自然地理综合特征㊂而流域自然地理特征是经过气候地形等长时间作用演化的结果,故其具有一定的区域相似性[14]㊂正是区域相似性使得水文模型参数在空间分布上具有一定的规律,这也是空间邻近法能用于推求模型参数的前提条件㊂本文采用的空间邻近法为反距离权重法[15],该法在模型参数推求中应用较好㊂此外,回归分析法作为参数区域化最常用的方法之一,其参数推求结果的好坏主要取决于模型参数与流域属性因子间是否存在较好的关联性,所选取的流域属性因子也需要能够反映出流域的自然地理特征㊂在选取流域属性因子的过程中,本文采用的是逐步回归分析法[16⁃17]㊂逐步回归分析法不但剔除了引起多重共线性的变量,还能确保最后得到的自变量集是最优的㊂图2 计算K 值与率定K 值对比Fig.2 Comparison between calculated and rating values of KAPI 模型参数确定时,首先固定参数k 与N ,k 与N 一般为常数,分别取0.85和3[18]㊂其次利用反距离权重法推求参数I m ,降雨径流移用邻近流域的相关关系㊂最后通过逐步回归分析方法获得公式计算参数K ㊂其中,根据芮孝芳[18]对Nash 模型参数的分析,K 与流域的地形地貌条件相关㊂故本文以K 为因变量,流域属性因子为自变量,通过逐步回归分析,得到K 与流域地貌特征的定量关系:K =5.534S -0.236area (1)式中:S area 流域面积坡度,dm /km 2㊂通过逐步回归分析法得到的计算K 值与率定K 值近乎相等(图2),但可以明显看出金家流域的计算值严重偏离率定值㊂据流域勘查发现,金家流域范围内存在东方红水库,该水库对径流有一定的调节作用㊂在参数率定过程当中,水库的调节作用已体现在实测洪水资料中㊂而在对该流域进行K 值计算时并未考虑水191291河海大学学报(自然科学版)第47卷库的调节作用,故导致计算值远小于率定值㊂此外,发现金家流域的洪水资料中大洪水仅一场,且场次洪水资料较少,率定值可能存在一定的偏差㊂基于上述原因,对除金家流域外的参数计算结果进行统计,计算K 值与率定K值的平均绝对误差为0.29㊂因而,在不存在水工建筑物影响或者影响较小的情况下,可以在研究区采用此公式计算K值㊂从物理层面分析,流域汇流过程中很重要的一部分是流域对净雨再分配中的水动力扩散作用,水动力扩散对于地表净雨汇流的影响主要体现在水流速度沿不同方向的差异性,这与流域的地形地貌有密切联系㊂式(1)中的流域面积坡度通过影响水动力扩散作用来改变地表净雨的再分配,从而影响了参数K的大小㊂新安江模型参数确定时,为降低 异参同效”影响,首先对不敏感参数W m㊁W um㊁W lm㊁B㊁C㊁I mp㊁E x采用固定赋值的方法,不再进行优选;其次利用反距离权重法推求参数K c㊁S m㊁K g㊁K i㊁C g㊁C i㊁X;最后通过逐步回归分析方法获得公式计算参数:河网蓄水消退系数C s㊁滞时L㊂根据赵人俊等[19]对新安江模型参数的分析, C s㊁L由河网地貌条件决定㊂故本文分别以C s㊁L为因变量,流域属性因子为自变量,通过逐步回归分析,得到了C s㊁L与流域地貌特征的定量关系:C s=exp(-0.2867A0.252426.72-0.99ln S area-3.185ln H平均-9.55ln P P)(2)式中:H平均 流域平均高程,m;P P 流域河网密度,km/km2;A 流域面积,km2㊂L=0.005A+0.516(3) 图3为逐步回归分析法得到的计算C s值与率定C s值对比结果,结果显示计算C s值与率定C s值整体误差较小,平均绝对误差为0.07,但孙家桥与舒家流域的偏差较大,分别达到0.37和0.17㊂分析发现:孙家桥流域面积较小㊁主河道长较短;舒家流域面积偏小,主河道长偏短,流域的河道平均坡度非常大㊂流域面积小㊁主河道长较短㊁河道平均坡度大这3个方面的原因可能造成流域的调蓄能力较差,从而使模型率定的C s 值较小㊂另外,孙家桥与舒家流域的面积均较小,而在面积较大的流域,杨山岭以及沙埠流域计算结果非常好㊂通过误差变化发现,误差整体上随着流域面积的减小呈现增大趋势,即误差与流域面积大体上呈现反比关系㊂造成这种误差现象的原因除异参同效以及模型结构所带来的不确定因素外,可能与小流域特定的地质条件和地貌结构有关㊂因此可以在研究区采用式(2)计算C s值,且应用于面积较大的流域效果更好㊂图3 计算C s值与率定C s值的对比Fig.3 Comparison between calculated and rating values of C sL的计算公式恰为一元线性回归,其回归模型的相关系数R2=0.64,表明该回归模型因变量与自变量之间的相关性程度较好㊂经统计:计算值L与率定值L的误差绝对值控制在3h之内,平均误差为0.74h,误差较小㊂且式(3)只含有一个因变量,可很好地避免变量之间的相关性,可以在研究区采用式(3)计算L㊂3.2 参数区域化成果在新建水文站的验证本文选取研究区内的祁门流域对参数区域化成果进行验证㊂通过空间邻近与逐步回归分析相结合的参数区域化方法推求,祁门流域的模型参数均已得到㊂祁门作为中小河流新建水文测站,于2014年建立,仅有2015 2016年间3场洪水资料㊂基于研究区参数区域化的成果,本文采用API与新安江模型对这3场洪水进行模拟,模拟结果统计见表1,洪水过程模拟见图4㊂由表1可知:API模型3场洪水的洪峰相对误差均小于20%,洪峰合格率为100%,洪峰平均相对误差水平为6.71%;3场洪水的确定性系数均大于0.8,平均确定性系数为0.92㊂新安江模型有2场洪水的洪峰相对误差小于20%,洪峰合格率为66.67%,洪峰平均相对误差水平为10.49%;3场洪水的确定性系数均大于第3期姚 成,等 API 模型和新安江模型的参数区域化研究与应用表1 API 模型与新安江模型在祁门流域的模拟结果Table 1 Simulating results of API model and Xin ’anjiang model in the Qimen Basin洪号实测洪峰/(m 3㊃s -1)计算洪峰/(m 3㊃s -1)洪峰相对误差/%确定性系数新安江模型API 模型新安江模型API 模型新安江模型API 模型2015060708492.00456.44427.40-7.23-13.130.870.882016041923469.00483.83474.60 3.16 1.190.870.952016061811676.83819.55716.2021.09 5.820.830.94图4 祁门流域洪水过程模拟Fig.4 Simulation of flood process in the Qimen Basin0.8,平均确定性系数为0.86㊂由图4所示的3场洪水过程可知:API 模型的洪水模拟过程在涨洪初期流量略微高于实测,退水存在陡落现象,洪峰与实测较为接近,整体模拟效果较好;新安江模型的2016061811号模拟洪水洪峰与实测偏差较大,且3场洪水均略微滞后,但洪水过程线形状与实测较为一致;在整体上,API 模型的模拟效果略优于新安江模型㊂由此可见,API 模型和新安江模型均能够较好地模拟祁门流域的洪水过程,但新安江模型在祁门流域的模拟效果较API 模型稍差,这与前文模型在研究区29个中小流域的模拟结果有所差异㊂造成该现象的原因可能是:(a)API 模型结构简单,需要率定的参数较少,有效的参数推求方法对于模拟效果起到了决定性的作用㊂而新安江模型结构比较复杂,需要率定的参数较多,参数推求的准确性对于模拟结果并非是唯一的因素㊂因为影响模拟结果的是参数组合而不是单一参数,参数之间有复杂的联系,多个参数微小差异的组合可能会引起较大的影响,即 异参同效”现象;(b)祁门作为新建水文测站,历史资料有限,3场洪水的模拟结果具有一定的不确定性㊂4 结 语将API 模型和新安江模型应用于安徽省大别山区及皖南山区的29个中小流域,在参数区域化方法上做出了新的尝试,采用空间邻近与逐步回归分析相结合的方法对研究区的模型参数开展区域化㊂在参数区域化成果验证过程中,采用中小河流新建水文测站㊂研究结果表明:(a)API 模型和新安江模型均能较好地用于研究区中小流域的洪水模拟;(b)逐步回归分析法能有效地推求模型敏感参数K ㊁C s ㊁L ;(c)基于空间邻近与逐步回归分析相结合的参数区域化方法,API 模型和新安江模型在新建水文测站次洪模拟中的平均确定性系数分别达到0.92和0.86,该方法能有效地推求研究区无资料流域API 模型和新安江模型的参数㊂此外,尽管研究得出了上述有用的结论,但仍需更多的新建水文测站及其实测资料来验证以便得到可靠性更高的结论,这都有待于在今后的研究中进行㊂参考文献:[1]芮孝芳,蒋成煜,张金存.流域水文模型的发展[J].水文,2006,26(3):22⁃26.(RUI Xiaofang,JIANG Chengyu,ZHANG Jincun.Development of watershed hydrologic models[J].Journal of China Hydrology,2006,26(3):22⁃26.(in Chinese))391491河海大学学报(自然科学版)第47卷[2]李致家,姚成,张珂,等.基于网格的精细化降雨径流水文模型及其在洪水预报中的应用[J].河海大学学报(自然科学版),2017,45(6):471⁃480.(LI Zhijia,YAO Cheng,ZHANG Ke,et al.Research and application of the high⁃resolution rainfall runoff hydrological model in flood 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第6期总第214期2017年11月浙江水利科技Z h ejian g H yd ro te ch n icsNo.6 Total No.214N ov2017新安江模型在无资料小流域产汇流模拟中的应用研究祝敏1,许忠东1,孙德勇2(1.安吉县水利局，浙江安吉313300;2.浙江省河海测绘院，浙江杭州310002)摘要:受限于资料条件和技术手段，中小流域，尤其是源头小流域的洪水风险研究相对较少，技术手段缺乏。
太平溪小流域位于太湖流域暴雨点内，汛期暴雨洪水量大且较为迅猛，对安全产生较大影响。
为提高该区域的防 洪安全系数，提出耦合马斯京根法改进新安江模型，应用结果表明，模型拟合效果符合实际情况，可为该区域防 洪风险的进一步研宄提供理论依据和技术支撑。
关键词：产汇流；新安江模型；马斯京根法中图分类号：TV121 文献标识码： A 文章编号：1008-701X (2017) 06-0005-04DOI：10. 13641/j. cnki. 33 - 1162/tv. 2017. 06. 002Research of Runoff Simulation Based on Xin ' anjiang Model in Ungauged BasinsZHUMin1, XU X iao-dong1, SUNDe -yong2(1. Anji Bureau of W ater Resources, Anji 313300，Zhejiang，China；2. Zhejiang Surveying Institute of Estuary and Coast, Hangzhou 310002, Zhejiang，China)Abstract: Limited by data and technology, flood risk research is relatively rough for small and medium -sized watersheds，especially the headstream of small watershed. Located in the rainstorm point of Taihu Lake Basin, Taipingxi Small Watershed suffers from floods of large volume and high velocity during flood season, arousing safety issues in this region. In order to improve the flood control safety factor in this area, a modified Xin'anjiang model coupling with Muskingum method is proposed in this paper. The model is applied to runoff simulation on the Taipingxi Basin. As the result is in accord with the actual situation, it is suggest that the model can provide theoretical basis and technical support for the research of flood risk in this area.Key words: runoff; Xin，anjiang model; Muskingum methodi问题的提出太平溪小流域位于安吉县南部的山川乡，是太湖流域 西南部北苕溪流域的源头支流，集雨面积27.6 km2,河流 长11.9 km。
平均纵坡41.92°。
太平溪地势西高东低，海 拔落差975.00 m,是典型的山区性小流域。
流域内的主 要河流太平溪发源地位于山川乡石门山老鹰窠上，海拔高 程1134.00 m,支流主要有九亩溪、木竹塘、续目溪、大里 溪；主流姚家潭与九亩溪在水淋坑汇合成太平溪，经船村、收稿日期：2017-04-13基金项目：国家重点研发计划课题（2016YFC0400909)。
作者简介：祝敏（1962-),男，高级工程师，大学本科, 主要从事水利水电工程管理工作。
E-maU: Zhumin@ 战岭坑、秧田坞、罗仲，最终汇入馒头山水库。
多年平均 降水量为1772 m m,时空分布不匀，降水集中在4 _10 月，其总量占年降水量的75%左右。
汛期暴雨洪水量大、迅猛，对区域安全产生较大影响。
流域内山多地少，20世纪六七十年代，当地开垦了大 量的坡耕地，造成较严重的水土流失，使生态环境恶化。
近年来通过修建堰坝、治理河道以及封山育林、植树造林、修建梯地等水利和水保工程，使水土流失面积有一定程度 减小，河道防洪能力得到一定程度提高。
随着安吉县社会 经济发展，对太平溪流域防洪安全提出了更高的要求。
洪 水风险管理对太平溪流域社会经济发展和旅游发展有着非 常重要的意义。
受限于资料条件和技术手段，中小流域，尤其是源头小流域的洪水风险研宄和技术手段相对较少。
• 5*祝敏，等：新安江模型在无资料小流域产汇流模拟中应用研究近些年来，随着数学模型技术的发展，借助基于水文水动 力学耦合的数学模型技术进行流域洪水风险研究逐渐可 行。
考虑到太平溪流域地处湿润气候带，植被丰富，产流 机制以蓄满产流为主，本文选择三水源的分布式新安江模 型为基础，结合马斯京根法构建研究区域的水文模型，对 该流域进行产汇流模拟验证分析，探讨该模型对太平溪流 域的模拟能力，为太平溪流域的进一步洪水风险分析提供 理论依据和技术支撑。
2模型方法介绍2.1新安江模型基本原理[1_2]新安江模型总体结构（见图1)，可分成3个部分： 产流计算、分水源和汇流。
三者基本上是相互独立的。
由 降水、蒸发和土壤含水率，计算出径流量。
采用自由水蓄 水量模拟的方法，将径流量分成地表水、壤中流和地下水 3种水源。
由于3种水源汇流过程中所通过的介质不同， 具有不同的汇流特性。
汇流过程可为3个阶段，单元面积 内坡面汇流、单元面积内河网汇流、单元面积出口至流域 出口断面的河道汇流。
不同的汇流过程，采用不同的模拟 方法。
图1中方框外为参数，方框内的为状态变量。
其中 降水P 和蒸散发能力五W 为输入，蒸散发五和单元面积总 出流为输出。
输出蒸織五降雨P 蒸散发能力BWMIMP_E __… ___1____透水面积 不透水面积产流量丑不产流1 - FR产流量RK WUM 张力水WEU ' 上层WUEL K W LM 下层 wl ED ■ CW DM 深层 wdKG产流面积FR■输出单元面积总出TQKE _X E 小流■域总出流Q地下径流RG .地下径流总入流QG图1新安江模型结构框图2.2蒸散法计算新安江模型中的蒸散发计算采用3层计算模式，它的 输入是蒸发器实测水面蒸发，然后由折算系数K 折算成流 域蒸散发能力。
采用张力水蓄水容量（fW )的变化过程 来描述蒸散发过程，蓄水容量分上、下、深3层（fFUM 、WLM, WDM, WM=WUM+WLM+WDW …2.3产流计算产流量计算采用蓄满产流理论。
所谓蓄满产流即当包 气带的含水量达到田间持水量后产流，未达到田间持水量时不产流，所有的降水都被土壤吸收，成为张力水。
上述 产流机制是对流域上某一点而言的。
一般来说，流域内各 点的蓄水容量的空间分布是不均匀的。
新安江模型将此空 间分布概化成一条抛物曲线（见图2)。
f (― W'm )F(W 'mm式中：W m m 为流域内最大的点蓄水容量，mm ;为流域内某一点的蓄水容量，mm ; F 为流域面积，km 2; / 为流域上蓄满的面积，km 2; 5为抛物线指数。
流域平均蓄水容量为：= \〇W "(i -^) dW 'm⑵=，当P 五■>0，贝！I 产流；否贝!J 不产流。
其中，为净雨量，mm ;为降雨量，mm ; A ■为蒸散发折算系数；为蒸发能力，mm 。
产流时，当尸-五r +时：P - ET + A 1+sR = P - ET - (WM - W 0)+W M (l —---------)W'mm式中：为蒸散发量，mm ; d 为初始土壤含水率对应的蓄水容量曲线纵坐标值，皿n ; 为产流量，mm ;为初始土壤含水率，mm 。
^P -E T + A ^ W'mm R = P -E T -(W M - W0)(4)产流计算时，模型的输入为尸凡输出为流域产流量及及流域时段末土壤含水率V 。
2.4汇流计算单元面积内的汇流计算包括坡地和河网2个汇流阶段。
坡地汇流是指水体在坡面上的汇集过程。
在该汇流阶段，水流不但发生水平运动，而且还有垂向运动。
在流域 的坡面上，地表径流的调蓄作用不大，地下径流受到的调 蓄较大，壤中流介于两者之间。
河网汇流是指水流由坡面 进入河槽后，继续沿河网的汇集过程。
在河网汇流阶段， 汇流特性受制于河槽水力学条件，各种水源是一致的。
2.4.1坡地汇流计算新安江模型中把经过水源划分得到的地表径流直接进 入河网，成为地表径流对河网的总入流（2«。
壤中流（沿) 流入壤中流蓄水库，经过壤中流蓄水库的消退调蓄（消退• 6*祝敏，等：新安江模型在无资料小流域产汇流模拟中应用研究系数为CT),成为壤中流对河网的总入流（以）。
地下径 流（i?G)进入地下水蓄水库，经消退调蓄后（地下水蓄水 库的消退系数为CG)，成为地下水对河网的总入流（0G)。
2.4.2河网汇流计算新安江模型中可采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。
使用滞后演算法来代替单位线对单元面积上的汇流进 行模拟。
滞后演算法将洪水波的演进分为平移和坦化，这 种方法应用起来比较简便，只有滞后量/呢和调蓄系数CS 两个参数，2个参数间没有任何相关性。
其计算公式为：TQ{t + lag)= CSXTQ(t) + (l-C S)X Q(t)(5)式中：£为计算时段；72控制断面流量，m3/s;CS为 河网调蓄系数；Zflg为滞后量，与计算时段i相同。
3流域产汇流模型构建3.1流域划分及计算网格生成本文采用自然流域分块的方法生成流域子单元，将太 平溪流域划分为6个子单元，其中子单元3, 4, 5位于太 平溪的干流；子单元6位于上游；子单元1和2分别为区 间入流。
本文构建的模型首先在100 m分辨率的网格内进行产 流模拟（见图3),然后根据网格和流域子单元的空间相关 关系将网格的产流量加权平均至各流域子单元上，在各子 单元上进行分水源和自单元内汇流模拟，得到各子单元出 口处的径流过程。