新安江模型 陕北模型

东南大学交通学院
桥涵水文资料整理
指导老师：许崇法
姓名：郭赵元
学号：21710131
目录
第一章新安江模型 (3)
1.1 新安江模型简介 (3)
1.2 新安江模型的基本原理 (3)
1.3 新安江模型结构 (4)
第二章陕北模型 (6)
2.1陕北模型简介 (6)
2.2 陕北模型结构 ............... .. (7)
2.3 模型评述 (8)
第一章新安江模型
1.1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。

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。

20世纪70年代初建立的新安江模型采用蓄满概念是正确的。

但对于湿润地区，由于没有划出壤中流，导致汇流的非线性程度偏高，效果不好。

80年代初引进吸收了山坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。

1.2新安江模型的基本原理
新安江模型是分散性模型，可用于湿润地区与半湿润地区的湿润季节。

当流域面积较小时，新安江模型采用集总模型，当面积较大时，采用分块模型。

它把全流域分为许多块单元流域，对每个单元流域作产汇流计算，得出单元流域的出口流量过程。

再进行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量过程。

把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域的总出流过程。

该模型按照三层蒸散发模式计算流域蒸散发，按蓄满产流概念计算降雨产生的总径流量，采用流域蓄水曲线考虑下垫面不均匀对产流面积变化的影响。

在径流成分划分方面，对三水源情况，按“山坡水文学”产流理论用一个具有有限容积和测孔、底孔的自由水蓄水库把总径流划分成饱和地面径流、壤中水径流和地下水径流。

在汇流计算方面，单元面积的地面径流汇流一般采用单位线法，壤中水径流和地下水径流的汇流则采用线性水库法。

河网汇流一般采用分段连续演算的Muskingum法或滞时－演算法，但它一般不作为新安江模型的主体。

新安江模型按泰森多边形法分块，以一个雨量站为中心划一块。

这种分法便于考虑降雨分布不均，不考虑其它的分布不均。

新安江模型的流程图见图。

图中输入为实测降雨P和实测蒸散发能力EM，输出为流域出口断面流量Q和流域蒸散发量E。

方框内是状态变量，方框外是常数常量。

模型主要由四部分组成，即蒸散发计算、产流量计算、水源划分和汇流计算。

1.3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，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。

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：
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：
主要参数有： XE
、KE 、L 、CS 、B 、k 、f 、f 、FB 、、c 0m θKC L
、CS 、k 、f 、f 、、c 0m θKC （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
θ 与参数KC 一起，主要用于计算初始土壤含水量0θ，80~60=m θmm 。

（3）最干旱时的下渗能力0f
一般天然流域无土壤含水量和下渗资料，可用水文分析及下渗模型法分析，由实测资料验证。

一般0.2~0.10=f mm/min 。

（4）稳定下渗率c f
可用水文分析及下渗模型法分析，由实测资料验证。

一般5.0~3.0=c
f mm/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；
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. （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05.0~04.0=k / 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。

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促，流域坡陡，洪水陡涨陡落，所以在应用陕北模型时，计算时段t ∆不能取得太长，一般5~2=∆t min。