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。

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

图1 新安江模型流程图

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。

3. 新安江模型参数敏感性分析的应用实例

新安江模型日模和次模在梁辉水库中得到了应用，采用2002—2006年共5年的实测资料进行了模拟。梁辉水库位于余姚市梨洲街道南庙村，距余姚城关6Km。主流梁辉大溪属甬江流域姚江水系，由南向北流入姚江，主流长为11.11 Km，比降15.9%。梁辉水库上游积

图 2 梁辉水库周围地区水文测站分布图

水面积为35.06Km3,l流域中心位于东经121°08′，北纬29°57′(梁辉水库周围地区水文

测站分布如图2示)。流域位于亚热带季风气候区，四季分明，光照充足，雨量丰沛。

流域

降水呈双峰且台风主控型，以春季连阴雨、梅雨、雷暴雨和台风暴雨为主，冬半年降水

则较少。4月15日至7月15日为梅汛期，这一时期天气阴绵多雨，7月16日至10月15

日为台

汛期，水库洪水主要受控于台汛期的台风暴雨。根据流域附近黄土岭等雨量站1960～

2002年实测降于资料统计，流域多年平均降水量为1618.6mm，年最大降水量为2156.1mm （1962年），年最小降水量为1048.6mm（1967年）。多年平均径流量3175万m3，最大最小

年径流量为5224.4万m3（1962年）和1484.5万m3(1967年)。在此流域，应用泰森多边形

法把流域分成三块，即坝址梁辉、官佩和黄明，降雨权重各占1／3。

对于日模的模拟，我采用表1中的参数，模拟的效果还不错。从模拟图来看，2002年

和2006年这两年全年的模拟都较吻合，但有的年份八月份后的模拟就颇差，像2003年八月份那场洪水峰值上不去，图形不是太吻合，2004年和2005年也存在同样的问题，但总

体还不错，确定性系数达到0.47。图3是2002年的模拟图（列出的一个例子）。

表1 日模第一套参数

K 0.76 WM 120 C0 0.1 CS 0.1

B 0.1 UM 25 C1 0.8 CI 0.7

C 0.15 LM 75 C2 0.1 CG 0.5

A 35.06SM 25 Ex 1.3 KG 0.1

L 0 IMP 0.015Di 1 KI 0.6