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。

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。河网汇流一般采用无因次单位线。总的来看是一个分—总的过程。

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。河网汇流一般采用无因次单位线。总的来看是一个分—总的过程。

TOPMODEL与传统蓄满产流模型新安江模型有相似的一面，但是并不完全相同。按照传统蓄满产流概念，产流的物理条件是土壤含水量达到田间持水量时才会开始产流，而在 TOPMODEL中只有土壤含水量达到或超过饱和含水量才产流。因此，新安江模型与TOPMODEL中的蓄水容量是不同的，前者是土壤含水量与田间持水量的差值，后者则是与饱和含水量的差值。SAC模型中的蓄水量同TOPMODEL中的类似，即只有当上土层土壤达到或超过饱和含水量，降雨强度又大于上土层向下土层的渗透率与壤中流出流率之和才产流。

TOPMODEL 在汇流上与新安江模型有相似性也有不同之处。汇流计算时两者采用方法大致相同，子流域的产流均采用基于子流域的等流时线汇合法进行汇流计算，再采用马斯京根法进行河网演算，不同的是TOPMODEL中是把饱和坡面流

与壤中流合并一起进行汇流计算，而新安江模型分好三种水源后，按各自的退水规律进行汇流计算，然后同时刻叠加，最后河网计算。SAC模型则与新安江模型类似，按各种水源的退水规律进行汇流计算。

在参数率定方面，

本文的结论就是与分布式概念性水文模型相比，TOPMODEL一个突出的特点就是模型结构简单，物理概念明确，优选参数少，结构化的程序语言使其很容易根据实际情况调整结构，模型在应用时仅需 DEM 图和基本的水文资料(降水、蒸发、流量)，甚至可用于无资料地区。目前，在我国较难获得流域数字高程是阻碍TOPMODEL研究和应用的主要原因之一，但随着我国数字流域的快速发展，有理由相信TOPMODEL将会得到广泛的应用。