新安江模型原理
新安江模型介绍
}
//时段末土壤各层蓄水量的计算
if(i+1==N)
break;
else
{if(PE[i]<=0)
{if(WU[i]+P[i]>=EP[i])
{
WU[i+1]=WU[i]+P[i]-E[i];
WL[i+1]=WL[i];
WD[i+1]=WD[i];
}
else if(WL[i]-EL[i]>0)
水文第七组成员：刘俊、冯远、曹胜荣、杨春智
数据输入：刘俊、冯远、曹胜荣、杨春智
程序编写：杨春智
总结报告：杨春智、曹胜荣、冯远、刘俊
小组成员：杨春智、曹胜荣、冯远、刘俊
2010年11月08日
10壤中流消退系数CI
若无壤中流CI=0，若壤中流丰富，则CI=0.9
本小组经过程序的编写，用C++语言编写了新安江模型的计算界面，通过界面填写各种参数的数值调试计算结果，从而达到参数的简单率定。
部分(i=0;i<N;i++)
{
W[i]=WU[i]+WL[i]+WD[i];
}
}
}
}
在参数的率定过程中，KC,SM,KG,KI,CI,CG都属于敏感参数，而UM,LM,C,WM,B,IM,EX都是不敏感参数
本小组采用的资料为
流域面积
（km2）
流量测站
洪水要素摘录
蒸发测站
雨量测站
降水量要素摘录
夫夷水
522
资源（二）（13）
资源（二）（13）
新宁（27）
枫木（20）、
6 新安江模型解读
(6 - 3)
大量资料表明，WWM～f/F有如下关系：
f 1 (1 F f 或 1 (1 F
2019/2/24
WWM B ) WWMM WWM B ) WWMM
(6 - 4)
12
则：
WM
1
0
WWMd (f / F)
WWMM 1 B
(6 - 5)
对纵坐标积分 :
A f WWM W (1 )dWWM (1 )dWWM 0 0 F WWMM 1 W 1 B A WWMM 1 - (1 ) (6 - 6) WM A
(6 - 7)
产流计算特点：雨强对产量无影响，产流量取决于P－E与W。
2019/2/24
模型参数：WM与B WM：流域干燥时的缺水量，代表 流域干旱情况，气候因素； B：蓄水容量在流域上的分布不均 匀性，B＝0时分布均匀，愈大愈不均匀， 决定于地形、地质条件。
2019/2/24
11
利用流域蓄水容量曲线计算产流量（右图）：
W：流域原有蓄水量，相应纵标A W分布：(f/F)A左边蓄满，右边未蓄满， 假定按水平分布。 以此时段为基础： 降雨P，蒸散发E，径流量R，损失量L 满足如下水量平衡关系（超蓄产流方程）：
R ( P E ) ( W2 W1 )
EU EL ED
WUM
WLM
C
出流过程
KE XE
径流 R
径流
R
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8
二、二水源新安江模型的微结构 （一）用超蓄产流（即“蓄满产流”）模型计算总径流 R、地表径流RS 及地下径流RG （1）超蓄产流模型概念 超蓄产流模型是目前我国湿润地区的主要产流模型。 “蓄满”，指含气层的土壤含水量达到田间持水量，而非土壤完全 饱和； “超蓄产流”指土壤达到田间持水量以前不产流，所有降雨都被土 壤吸收，成为薄膜水和张力水；而在土壤达到田间持水量以后，所 有降雨（除去同期蒸发）都产流。这时土壤的下渗能力为稳定下渗 率，稳定下渗量FC补充地下水，形成地下径流，而超渗的部分则形 成地表径流。 与“超渗产流”模型的区别： “超蓄产流”模型先计算R，在分成RS、RG； “超渗产流”模型先计算RS、RG，再合成R。
(完整版)新安江流域水文模型
－2002.12－
第四章 新安江流域水文模型
新安江模型的结构
河海大学水资源环境学院黄国如
蒸散发计算原理
各层蒸散发的计算原则是，上层按蒸散发能力蒸发，上层 含水量蒸发量不够蒸发时，剩余蒸散发能力从下层蒸发， 下层蒸发与蒸散发能力及下层含水量成正比，与下层蓄水 容量成反比。要求计算的下层蒸发量与剩余蒸散发能力之 比不小于深层蒸散发系数。否则，不足部分由下层含水量 补给,当下层水量不够补给时，用深层含水量补充。(上层 以蒸散发能力蒸发,直到上层水分耗尽,才蒸发下层;下层土壤 蒸散发量与剩余蒸散发能力(流域蒸散发能力与上层蒸散发 量之差)及下层土壤实际含水量成正比。)
－2002.12－
第四章 新安江流域水文模型
新安江模型的基本原理
河海大学水资源环境学院黄国如
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。
－2002.12－
第四章 新安江流域水文模型
河海大学水资源环境学院黄国如
新安江模型的结构
蒸散发计算 新安江三水源模型中的蒸散发计算采用的是三层蒸发计算 模式，输入的是蒸发器实测水面蒸发和流域蒸散发能力的 折算系数K，模型的参数是上、下、深三层的蓄水容量WUM 、WLM、WDM(WM=WUM+WLM+WDM )和深层蒸散发系数K。输出 的 是 上 、 下 、 深 各 层 的 流 域 蒸 散 发 量 EU、EL 和 ED(E=EU+EL+ED )。计算中包括三个时变参量，即各层土壤 含水量WU、WL和WD(W=WU+WL+WD)。以上的WM、E、W分别表 示总的流域蓄水容量、蒸散发量、土壤含水量
集总式水文模型-新安江模型介绍
WM
B
IMP
透水面积
不产流面 积(1-FR)
产流面积 FR
产流量R
不透水面积 产流量RIMP
张力水W 上层WU 下层WL 深层WD
SM 自 EX
地面径流Rs
地面径流总 入流
UH
地面径 流出口
流量
由 水
KS
壤中流Rss
KSS 壤中流出口 流量
输出
S
KG
地下径流Rg KKG地下径流流域 出口流量
总出流Q
作出客观的估计和评价，而且要尽可能地对模型结构加以合理性检查和论证，经过 适当调整后付诸应用
模型参数分类
1、具有明确物理意义的参数 可直接量测或用物理试验和物资料反求。
3、具有一定物理意义的经验参数 可以先根据其物理意义确定参数值的大致范围，然后用实测水
模型计算流程
模型各层次结构功能、计算采用的方法和相应参数
层次 功能 方法
参数
第一层次 第二层次 蒸散发计算 产流计算 三层模型 蓄满产流
KC、UM、 WM、B、 LM产、流C12个参数 IM
第三层次
第四层次
水源划分
汇流计算
二水源 三水源 坡面汇流 河道汇流
稳定 下渗率
自由水 蓄水库
单位线
或线性水库 或滞后演算
C0 C1 C2 1
C0
0.5t Kx 0.5t K Kx
C1
0.5t Kx 0.5t K Kx
0.5t K Kx C2 0.5t K Kx
模型应用例证
• 1、流域概况 • 2、产流方式论证 • 3、选用资料 • 4、流域划分 • 5、产汇流计算 • 6、模型参数率定及检验 • 7、模拟结果 • 8、误差分析
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。
新安江模型原理
一新安江模型基本原理1.1新安江模型原理原华东水利学院（现为河海大学）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》，它的结论与赵人俊教授的观点基本一致：传统的超渗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年代初引进了山坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。
新安江三水源模型流程图见下图1.1。
图1.1 三水源新安江模型流程图新安江水文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、孔底的自由水蓄水库把总径流划分为饱和地面径流、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。
模型中主要参数如表1.1所示。
表1.1 新安江（三水源）模型参数的定义参数含义K蒸散发能力折算系数WM流域蓄水容量UM上层蓄水容量LM下层蓄水容量C深层蒸散发系数IM不透水面积占全流域面积之比B蓄水容量曲线指数SM流域自由水蓄水容量EX自由水蓄水容量曲线指数KI壤中水径流出流系数KG地下水径流出流系数CS地面径流消退系数CI壤中水径流消退系数CG地下水径流消退系数N子河段数KE子河段洪水波传播时间XE子河段流量比重因子概念性模型的结构反应客观水文规律，参数应该代表流域的水文特征，把模型设计为分散性的，主要是为了考虑降雨分布不均的影响，其次也便于考虑下垫面条件的不同及其变化。
6-新安江模型
G
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N
B
本次降雨形成的径流过程
H
C 直接径流
地下径流
B’ C’
F D’
I
D t(h)
18
2、用试算法求fc
RSi
Ri
fi F
f c t i
RS
n 1
RSi
n 1
Ri
n 1
fi F
f c t i
又fi R F PE
得:
n
Ri RS
WWM：流域蓄水容量 WWMM:流域最大蓄水容量 WM：流域平均蓄水容量
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利用流域蓄水容量曲线计算产流量（右图）：
W：流域原有蓄水量，相应纵标A
W分布：(f/F)A左边蓄满，右边未蓄满， 假定按水平分布。
以此时段为基础：
降雨P，蒸散发E，径流量R，损失量L 满足如下水量平衡关系（超蓄产流方程）：
End If
w(1) = w(1) + p(i) - r - e(1)
w(2) = w(2) - e(2)
w(3) = w(3) - e(3)
If w(1) > wm(1) Then
(6 - 5)
A
f
A
WWM
W 0
(1
)dWWM F
0
(1
)dWWM
WWMM
A
WWMM 1-
(1 -
W WM
1
) 1 B
(6 - 6)
c）流域产流计算 P－E>0时，产流，否则不产流 ，产流时：
P E A WWMM时: R P E (WM W) P E A WWMM时:
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。
第三章新安江模型
（2）三水源
由于饱和坡面流的产流面积是不断变化的，所以在
产流面积上自由水蓄水容量分布是不均匀的。三水源
水源划分结构是采用类似于流域蓄水容量面积分配曲
线的流域自由水蓄水容量面积分配曲线来考虑流域内
自由水蓄水容量分布不均匀的问题。所谓流域自由水
蓄水容量面积分配曲线是指：部分产流面积随自由水
蓄水容量而变化的累计频率曲线。流域自由水蓄水容
马斯京根 或
滞后演算 法
SM、EX、KG 、KI
UH或 CS、CI、CG
KE、XE或L
3.2 模型计算 1 蒸散发计算
具体计算为蒸散发计算采用三层模型，其参数有上 层张力水蓄水容量UM，下层张力水蓄水容量LM，深层张 力水蓄水容量DM，流域平均张力水蓄水容量WM，蒸散发 折算系数KC，深层蒸散发扩散系数C，计算公式为：
新安江模型各层次结构功能、计算方法和相应参数
层次 第一层次 第二层次
第三层次
第四层次
功能
蒸散发 计算
产流 计算
水源 划分
二水源 三水源
汇流 计算
坡面汇流 河道汇流
计算 方法
三层 模型
蓄满 产流
参数
KC、UM、 LM、DM、
C
WM、B、IM
稳定 下渗
fC
自由水 蓄水库
单位线或 线性水库或 滞后演算法
存在的主要问题：
③对许多流域资料的分析表明，即使是同一流域，
各次洪水所分析出的 fc也不尽相同，而且有的时候
变化还很大，很难进行地区综合和在时空上外延， 应用时其任意性大，常造成较大误差。
（2）三水源
三水源的水源划分结构应用了 山坡水文学的概念，去掉了 fc， 用自由水蓄水库结构解决水源 划分问题。
新安江流域水文模型.
第二章新安江流域水文模型60年代初，河海大学(原华东水利学院)水文系赵人授等开始研究蓄满产流模型，配合一定的汇流计算，将模型应用于水文预报和水文设计。
1973年，他们在对新安江水库做人库流量预报的工作中，把他们的经验归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。
模型可用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节径流模拟和计算。
最初的新安江模型为两水源模型，只能模拟地表径流和地下径流。
80年代初期，模型研制者将萨克拉门托模型与水箱模型中，用线性水库函数划分水源的概念引入新安江模型，提出了三水源新安江模型，模型可以模拟地面径流、壤中流、地下径流。
1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，可以模拟地面径流、壤中流、快速地下径流和慢速地下径流。
三水源新安江模型一般应用效果较好，但模拟地下水丰富地区的日径流过程精度不够理想。
在新安江三模型中增加慢速地下水结构就成为四水源新安江模型。
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。
分块模型把流域分成许多块单元流域，对每个单元流域做产、汇计算，得到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，就求得了流域出口的总出流过程。
划分单元流域的主要目的是处理降雨分布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨分布比较均匀．并有一定数目的雨量站。
其次尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处理问题，并便于利用已有的小流域水文资料。
如果流域内有大中型水库，则水库以上的集水面积即应作为一个单元流域。
因为各单元流域的产汇、流计算方法基本相同，以下只讨论一个单元流域的情况。
2.1新安江两水源模型1．模型结构和参数新安江两水源模型的产流子模型采用蓄满产流模型，蒸发计算采用三层蒸发计算模型。
利用稳定下渗率FC将径流划分为地面径流和地下径流两种水源。
地面径流采用单位线汇流，地下径流采用一次线性水库汇流。
6 新安江模型汇总
2018/11/1
9
（2）超蓄产流模型的结构 a）点模型 以含气层缺水量为控制条件，就流域中某点而言：
蓄满前: P E WW2 WW1 蓄满后: P E R 式中: P : 时段降雨量 E : 时段蒸散发量 R : 时段产流量
(6 - 1)
WW1 , WW2 : 时段初末的土壤含水量
21.11
30.51 24.27 84.62
0.0427
0.0632 0.0495 0.2091
0.50
0 7.46 17.61
0.50
0 2.22 5.84
0
0 5.23 11.76
29.57
23.68 76.57 113.20
23
24
20.27
-2.79
138.85
156.00
0.4844
1.0000
c）流域产流计算 P－E>0时，产流，否则不产流 ，产流时：
P E A WWMM 时 : R P E ( WM W ) P E A WWMM 时 : R P - E - (WM - W) - WM1 - (P - E A)/WWMM
1 B
13
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式(6 1)中 , R RS RG , 即 RG FC RS R - RG P - E - FC FC : 时段稳定下渗量
b）流域蓄水容量曲线（超蓄产流模型的核心）
(6 - 2)
WWM：流域蓄水容量 WWMM:流域最大蓄水容量
WM：流域平均蓄水容量
I
E
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2、用试算法求fc f RS i R i i f c t i F
新安江模型原理
一新安江模型基本原理1.1新安江模型原理原华东水利学院（现为河海大学）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》，它的结论与赵人俊教授的观点基本一致：传统的超渗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年代初引进了山坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。
新安江三水源模型流程图见下图1.1。
图1.1 三水源新安江模型流程图新安江水文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、孔底的自由水蓄水库把总径流划分为饱和地面径流、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。
模型中主要参数如表1.1所示。
表1.1 新安江（三水源）模型参数的定义参数含义K蒸散发能力折算系数WM流域蓄水容量UM上层蓄水容量LM下层蓄水容量C深层蒸散发系数IM不透水面积占全流域面积之比B蓄水容量曲线指数SM流域自由水蓄水容量EX自由水蓄水容量曲线指数KI壤中水径流出流系数KG地下水径流出流系数CS地面径流消退系数CI壤中水径流消退系数CG地下水径流消退系数N子河段数KE子河段洪水波传播时间XE子河段流量比重因子概念性模型的结构反应客观水文规律，参数应该代表流域的水文特征，把模型设计为分散性的，主要是为了考虑降雨分布不均的影响，其次也便于考虑下垫面条件的不同及其变化。
6 新安江模型解读
WL EL (EM - EU) WLM EU, EL - - - -上层, 下层的时段蒸发量。
(6 - 15)
（ 6－ 14）、（ 6－ 15）式表明，上层有足够水分是，EU 等于蒸散发能力，下层EL ＝0； 当上层水分不足时，把上层水分全蒸掉，下层蒸发量EL 等于上层剩余蒸发能力 （EM －EU ）与下层含水比WL / WLM 之乘积。
(6 - 7)
产流计算特点：雨强对产量无影响，产流量取决于P－E与W。
2019/2/24
模型参数：WM与B WM：流域干燥时的缺水量，代表 流域干旱情况，气候因素； B：蓄水容量在流域上的分布不均 匀性，B＝0时分布均匀，愈大愈不均匀， 决定于地形、地质条件。
d）地面、地下径流的划分（分水源） 产流面积变化，则： P E FC时: R RG FC(f/F) FC P-E RS R - RG (6 - 8) P - E FC时: RS 0, RG R
测站 D A4 A3 C B A5 E A B C ai (%) 24 21 37
D E
合计
8 10
100
A
A1
A2
2019/2/24
5
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6
模型结构
为了考虑降水和流域下垫面分布不均匀的影响， 新安江模型的结构设计为分散性的，分为：蒸散发计算， 产流计算，分水源计算和汇流计算四个层次结构。
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22
（ 6－ 15）中，只用到 否则，取
EL C（EM －EU ） EL ＝C（EM －EU ） EL ＝WL
但是，若EL C（EM －EU ） ,同时WL C（EM －EU ） , 则取 此时 这时才发生深层蒸发。 ED 深层的时段蒸发量 C 与深层蒸散发有关的系数 ED ＝C（EM －EU ）－EL
6 新安江模型.
13.47
0
11.96
0
1.51
0
120.00
117.21
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15
尤其半湿润地区需要考虑
IMP:不透水面积参数（新安江模型新增参数），流域不透水 8）式，其它都不变。
WWMM (6 5) WM (1 IMP ) 1 B (6 - 8) P - E FC时 R RG FC IMP P - E RS R RG
2018/12/13
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（2）超蓄产流模型的结构 a）点模型 以含气层缺水量为控制条件，就流域中某点而言：
蓄满前: P E WW2 WW1 蓄满后: P E R 式中: P : 时段降雨量 E : 时段蒸散发量 R : 时段产流量
(6 - 1)
WW1 , WW2 : 时段初末的土壤含水量
EL C ( EP EU ) ，ED 0
WL C WLM
若
且 WL C ( EP EU ) ，则
EL WL ， ED C ( EP EU ) WL
2018/12/13
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If w(1) + p(i) > ep(i) Then e(1) = ep(i) e(2) = 0 e(3) = 0 Else e(1) = w(1) + p(i) e(2) = (ep(i) - e(1)) * w(2) / wm(2) If w(2) <= c * wm(2) Then e(2) = c * (ep(i) - e(1)) e(3) = 0 If w(2) >= c * (ep(i) - e(1)) Then e(2) = c * (ep(i) - e(1)) e(3) = 0 Else e(2) = w(2) e(3) = c * (ep(i) - e(1) - e(2)) End If End If End If w(1) = w(1) + p(i) - r - e(1) w(2) = w(2) - e(2) w(3) = w(3) - e(3) If w(1) > wm(1) Then w(2) = w(1) - wm(1) + w(2) w(1) = wm(1) If w(2) > wm(2) Then w(3) = w(3) + w(2) - wm(2) w(2) = wm(2) End If End If
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 and development process of Xin anjiang Model作者姓名：孔旭学科、专业：水文学及水资源学号：21506149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 Xinanjiang 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 .............................................................. I Abstract .. (II)引 言 (1)1 新安江模型简介 (2)1.1 新安江模型起源 ............................... 错误!未定义书签。
新安江模型 陕北模型
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.
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。
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：
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；
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。
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。
8新安江模型
8新安江模型第八章新安江模型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。
图中为降雨量,为径流深, P为前期气候指PRa,0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。
P(1)求本次降雨开始时的; a,0(2)按逐时段累积降雨量在关系图上查得累积径流量;图8-1 时段净雨量推求(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，提出由土壤含水量来反应前期气候的W 湿润情况，点关系图，经大量的实践发RfPW,(,)现，在湿润地区曲线簇的上段均接近45?直线，若W点绘成与关系(是扣除雨期蒸发后的PEW，RPE净雨量)，则呈现如图8-2所示的关系。
新安江模型参数的分析
一、模型的结构与参数三水源新安江模型的流程图如图1所示。
图1 三水源新安江模型流程图图1 中输入为实测雨量P ，实测水面蒸发EM ；输出为流域出口流量Q ，流域蒸散发E 。
方框内是状态变量，方框外是参数变量。
模型结构及计算方法可分为以下四大部分。
1． 蒸散发计算用三个土层的模型，其参数为上层张力水容量UM ，下层张力水容量LM ，深层蒸散发系数C ，蒸散发折算系数K ，所用公式如下：当上层张力水蓄量足够时，上层蒸散发EU 为EM E EU ⨯=当上层已干，而下层蓄量足够时，下层蒸散发EL 为LM WL EM K EL /⨯⨯=当下层蓄量亦不足，要触及深层时，蒸散发ED 为EM K C ED ⨯⨯=2． 产流量计算据蓄满产流概念，参数为包气带张力水容量WM ，张力水蓄水容量曲线的方次B ，不透水面积的比值IM ，所用公式为)1/()1(IM B WM WM -+⨯=))/1(1()1/(1B WM W MM A +--=当0≤⨯-EM K P ，则R=0不然，则当MM A EM K P <+⨯-，B MM A EM K P WM W WM EM K P R ++⨯--⨯++-⨯-=1)/)(1(不然，则W WM EM K P R +-⨯-=式中 R ——产流量；MM ——流域最大点蓄水容量。
3． 分水源计算分三种水源，即地面径流RS 、地下径流RG 和壤中流RI 。
参数为表层土自由水蓄水容量SM ，表层自由水蓄水容量曲线的方次EX ，表层自由水蓄量对地下水的出流系数KG 及对壤中流的出流系数KI ，所用公式为SM EX MS ⨯+=)1())/1(1()1/(1EX SM S MS AU +--⨯=)/())((EM K P EM K P IM R FR ⨯-⨯-⨯-=FR KG S RG ⨯⨯=FR KI S RI ⨯⨯=当 0,0=≤⨯-RS EM K P不然，当MS AU EM K P <+⨯-，则FR MS AU EM K P SM S SM EM K P RS EX ⨯+⨯--⨯++-⨯-=+))/)(1((1 当MS AU EM K P ≥+⨯-，则FR SM S EM K P RS ⨯-+⨯-=)(4． 汇流计算地下径流用线性水库模拟，其消退系数为CG ，出流进入河网。
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新安江模型基本原理1.1 新安江模型原理原华东水利学院（现为河海大学）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》，它的结论与赵人俊教授的观点基本一 致：传统的超渗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 年代初引进了山坡水文学的概念，提出三水源的新安江模型。
新安江三水源 模型流程图见下图 1.1。
图 1.1 三水源新安江模型流程图新安江水文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、孔底的自由水蓄水库把总径流划分为饱和地面径流、 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UH 或L ，CS单元 面积出流 KEXEIMWM BUM S KGLM C不透水面积产流RB壤中总 入流QICG地下流RGSM EX滞时演算法，但它一般不作为新安江模型的主体。
模型中主要参数如表 1.1 所示表 1.1 新安江（三水源）模型参数的定义计为分散性的，主要是为了考虑降雨分布不均的影响，其次也便于考虑下垫面条件的不同及其变化。
降雨分布不均，不但对汇流产生明显的影响，而且对产流也会产生明显的影响。
如果采用集总性模型，应用面平均雨量来进行计算，误差可能很大，而且是系统性的。
新安江水文模型是分散性模型，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，就求得了流域的总出流过程。
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。
新安江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。
径流划分为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，水源划分采用稳定下渗法，直接径流坡面汇流用单位线法，地下径流坡面汇流采用线性水库。
输入为实测降雨和实测蒸散发能力，输出为流域出口断面流量和流域蒸散发量。
1.2 新安江模型结构1.2.1 蒸散发计算新安江三水源模型中的蒸散发计算采用的是三层蒸发计算模式，其参数为上层张力水容量UM ，下层张力水容量LM，深层蒸散发系数C，蒸散发折算系数K，所用公式如下。
当上层张力水蓄量足够时，上层蒸散发EU 为：当上层已干，而下层蓄量足够时，下层蒸散发EL 为：当下层蓄量也不足，要触及深层是，蒸散发ED 为：1.2.2 产流量计算产流量计算是根据蓄满产流理论得出的。
所谓蓄满，是指包气带的含水量达到田间持水量。
在土壤湿度未达到田间持水量时不产流，所有降雨都被土壤吸收，成为张力水。
而当土壤湿度达到田间持水量后，所有降雨（减去同期蒸发）都产流。
产流计算中参数为包气带张力水容量WM，张力水蓄水容量曲线的方次B，不透水面积的比值IM ，所用公式为：式中，R为产流量；MM 为流域最大点蓄水容量。
1.2.3 水源划分三水源新安江模型分水源计算中，共分为三种水源即地面径流RS、地下径流RG 和壤中流RI。
参数为表层土自由水蓄水容量SM，表层自由水蓄水容量曲线的方次EX，表层自由水蓄量对地下水的出流系数KG 及对壤中流的出流系数KI ，所用公式为：1.2.4 汇流计算流域汇流计算包括坡地和河网两个汇流阶段。
坡地汇流是指水体在坡面的汇集过程，水流不但发生了水平运动，而且还有垂向运动。
在流域的坡面上，地面径流的调蓄作用不大，地下径流受到较大的调蓄，壤中流所受调蓄介于两者之间。
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。
新安江三水源模型中的河网汇流，仅指各单元面积上的水体从进入河槽汇至单元出口的过程，而不包括单元出口到流域出口处的河网汇流阶段。
1.2.4.1坡地汇流计算新安江三水源模型中把经过水源划分得到的地面径流RS直接进入河网，成为地面对河网的总入流QS。
壤中流RI 流入壤中流水库，经过壤中流蓄水库的消退（壤中流水库的消退系数为CI），成为壤中流对河网总入流QI。
地下径流RG 进入地下蓄水库，经过地下蓄水库的消退（地下蓄水库的消退系数为CG），成为地下水对河网的总入流QG。
计算公式为：式中，U 为单位转换系数，可将径流深转化为流量，即从mm 转化为m3/s，（F 为流域面积；Δt 为时段长），QQ 为河网总入流（m3/s）。
1.2.4.2河网汇流计算新安江三水源模型中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。
在本流域或邻近流域，找一个有资料的、面积与单元流域大体相近的流域，分析出地面径流单位线，就可作为初值应用。
计算公式为：式中，Q(t)为单元出口处t 时刻的流量值；UH 为无因次时段单位线；N 为单位线的历时时段数。
由于单位线确定较为困难，经常采用滞后演算法进行单元面积的河网汇流计算。
即：式中，CS为河网蓄水消退系数；L 为滞后时间。
而对于单元面积以下的河道汇流，采用Muskingum 法计算，单元河段的参数为XE 与KE。
流域汇流计算的输入是单元上的地面径流RS、壤中流RI、地下径流RG 及计算开始时刻的单元面积上壤中流流量和地下径流流量值。
输出为单元出口的流量过程二新安江模型的参数2.1 模型参数物理意义新安江模型的参数一般具有明确的物理意义，可以分为四类：蒸散发参数、产流量参数、水源划分参数和汇流参数。
2.1.1 蒸散发参数（K、UM、LM 、C）K 为蒸散发能力折算系数，是指流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。
此参数控制着总水量平衡，因此对水量计算是十分重要的。
UM 为上层蓄水容量，它包括植物截留量。
在植被与土壤比较发育的流域，约为20mm；在植被与土壤颇差的流域，约为5~6mm。
LM 为下层蓄水容量。
可取60~90mm。
C 为深层蒸散发系数。
它决定于深根植物占流域面积的比数，同时也与UM + LM 的值有关，此值越大，深层蒸散发越困难。
一般经验，在江南湿润地区 C 值约为0.15~0.20，而在华北半湿润地区则在0.09~0.12 左右。
2.1.2 产流量参数（WM、B、IM ）WM 为流域蓄水容量，是流域干旱程度的指标。
根据久旱以后下大雨的资料，如在雨前，可认为蓄水量为0，雨后可认为已蓄满，则此次洪水的总损失量就是WM，可从实测资料中求得。
若无资料，则只能根据久旱后的几次降雨，用估计的方法求出。
WM 一般分为上层UM 、下层LM 和深层DM。
在南方约为120mm，北方半湿润地区约为180mm。
B 为蓄水容量曲线的方次。
它反映流域上蓄水容量分布的不均匀性。
一般经验，流域越大，各种地质地形配置越多样， B 值也越大。
在山丘区，很小面积（几平方公里）的B 为0.1左右，中等面积（300平方公里以内）的B为0.2~0.3左右，较大面积（数千平方公里）的B值为0.3~0.4左右。
但需说明，B值与UM 有关，相互并不完全独立。
同流域蓄水容量曲线，如WM加大， B 就相应减少，反之亦然。
IM 为不透水面积占全流域面积之比。
如有详细地图，可以量出，但一般不可能，可找干旱期降小雨的资料来分析，这时有一很小洪水，完全是不透水面积上产生的。
求出此洪水的径流系数，就是IM 。
2.1.3 水源划分参数（SM、EX、KI 、KG）SM为流域平均自由水蓄水容量，本参数受降雨资料时段均化的影响，当用日为时段长时，一般流域的SM值约为10~50mm。
当所取时段长较小时，SM 要加大。
这个参数对地面径流的多少起着决定性作用，因此很重要。
EX 为自由水蓄水容量曲线指数，它表示自由水容量分布不均匀性。
通常EX 取值在1~1.5 之间。
KI 为自由水蓄水库对壤中流的出流系数，KG 为自由水蓄水库对地下径流出流系数，这两个出流系数是并联的，其和代表着自由水出流的快慢。
一般来说，KI + KG = 0.7，相当于从雨止到壤中流止的时间为3天。
如果退水历时为2天，则KI + KG = 0.8。
但有的流域退水历时远大于3天，表示深层壤中流起了作用，应由参数CI 来处理。
2.1.4 汇流参数（CI、CG、CS；N、XE、KE）CI 为壤中流水库的消退系数。
如无深层壤中流时，CI 趋于0。
当深层壤中流很丰富时，CI 趋于0.9，相当于汇流时间为10天。
CG 为地下水库的消退系数。
如以日为时段长，此值一般为0.98~0.998，相当于汇流时间为50~500 天。
CS为河网蓄水消退系数。
取值决定于河网地貌。
N 为子河段数。
XE 为河道汇流Muskingum 法中的流量比重系数。
关键参数XE 是一个反映扩散波在运动过程中洪峰衰减、形状坦化的物理参数。
0.5 是既体现Muskingum 法物理意义又满足其数值计算稳定性的统一条件。
KE 为河道汇流Muskingum 法中洪水波在河段中的传播时间。