6-新安江模型
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
2019/2/24
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。
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。
第二章 新安江模型PPT课件
有时间请诸位读读 HillslHoypdeloro g y
等本学科的几部经典原著，以便对本学科
基本理论有一个全面的、系统的了解。
2.2 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。
存在的主要问题： ①用FC划分水源是建立在包气带岩土结构为水平方向空
间分布均匀的基础上，这假定往往与实际情况不符。 ②用FC划分水源没有考虑包气带的调蓄作用，在某些流
域实际计算结果表明，壤中流的坡面调蓄作用有时比地面径 流大得多；直接进入地下水库没有考虑坡面垂向调节作用， 即包气带的调蓄作用；由于地表径流和壤中流的汇流规律和 汇流速度不同，两者合在一起采用同一种方法进行计算，常 会引起汇流的非线性变化。
f 1(1 W' )B
F
WMM
对W0积分：
W 0A 0(1F f)dW' A 0(1W W M M ' )BdW'
W 0W B M M 1[1(1W M AM)B1]
WM WMM B 1
AWMM1(1W WM 0 )11B
对总径流积分：
RP EAfdW ' P EA[1(1W ' )B]dW '
EL=C×(EP-EU)，ED=0 若 WL<C×LM 且 WL<C×(EP-EU) 则
EL=WL，ED=C ×(EP-EU)-WL
2、 产流计算 产流计算中采用蓄满产流。蓄满是指包气带的土壤含水量 达到田间持水量。蓄满产流是指：降水在满足田间持水量以前 不产流，所有的降水都被土壤所吸收；降水在满足田间持水量 以后，所有的降水（扣除同期蒸发量）都产流。其概念就是设 想流域具有一定的蓄水能力，当这种蓄水能力满足以后，全部 降水变为径流，产流表现为蓄量控制的特点。湿润地区产流的 蓄量控制特点，解决了产流计算在这些地区处理雨强和入渗动 态过程的问题；而降雨径流理论关系的建立，解决了考虑流域 降雨不均匀的分布式产流计算问题。
第二章 新安江模型
对总径流积分：
PE A
R
A
f ' dW F
PE A
A
W B [1 (1 ) ]dW ' WMM
'
P E A WMM
A 1 B P E A 1 B R P E WM [(1 ) (1 ) ] WMM WMM
P E A WMM
降水变为径流，产流表现为蓄量控制的特点。湿润地区产流的
蓄量控制特点，解决了产流计算在这些地区处理雨强和入渗动 态过程的问题；而降雨径流理论关系的建立，解决了考虑流域 降雨不均匀的分布式产流计算问题。
按照蓄满产流的概念，采用蓄水容量面积分配曲线来考虑
土壤缺水量分布不均匀的问题。所谓蓄水容量面积分配曲线是： 部分产流面积随蓄水容量而变化的累计频率曲线。
2.2 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。
新安江模型各层次功能、计算方法和相应参数
2.3 模型计算
1、蒸散发计算
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
流实际上常常包括了大部分壤中流在内。国内外学者研究成果
表明，雨止至地面径流终止点之间的历时，实际上比较接近于 壤中流的退水历时，远远大于地面径流的退水历时。所以，稳 定下渗率的界面就不是在地面，而是在上土层和下土层之间。
存在的主要问题： ①用FC划分水源是建立在包气带岩土结构为水平方向空 间分布均匀的基础上，这假定往往与实际情况不符。 ②用FC划分水源没有考虑包气带的调蓄作用，在某些流 域实际计算结果表明，壤中流的坡面调蓄作用有时比地面径 流大得多；直接进入地下水库没有考虑坡面垂向调节作用， 即包气带的调蓄作用；由于地表径流和壤中流的汇流规律和 汇流速度不同，两者合在一起采用同一种方法进行计算，常 会引起汇流的非线性变化。 ③对许多流域资料的分析表明，即使是同一流域，各次 洪水所分析出的也不相同，而且有的时候变化很大，很难进 行地区综合和在时空上外延，应用时任意性大，常造成较大 误差。
新安江模型报告.PPT
KKSS表征壤中流水库的调蓄作用。它使本时段的出流有所折扣，又 使上一时段的存蓄对本时段有所补充。
TRG(t)=TRG(t-1)*KKG+RG(t)*(1-KKG)*U TR(t)=TRS(t)+TRSS(t)+TRG(t)
21
L新O安G江O模型
RunModle 运行新安江模型
▪ 水源划分——三水源划分的算法实现 三、0<PE+AU<SMMF
RS={PE-SMF+S+SMF*pow[1-(PE+AU)/SMMF， EX+1]}*FR;（引入曲线方次）
RSS=(PE+S-RS/FR)*KSS*FR（此时并不是全部蓄 满，收入为PE+S，支出为溢流部分，二者相减方能得 到当前自由水蓄水量）
RG=(PE+S-RS/FR)KG*FR S=S+PE-(RS+RSS+RG)/FR（仍为自由水蓄水量壤中流和地下径流，只不过蓄水量不是满的）
22
L新O安G江O模型
RunModle 运行新安江模型
▪ 土壤含水量的更新计算
?为<：上层蓄水 能力已足够
全部在上层存蓄
上层土壤含水+ 蒸散发剩余-产流
_?_ 上层蓄水能力
11
L新O安G江O模型
RunModle 运行新安江模型
▪ 产流计算——蓄水容量曲线
最大点蓄水容量
由于产流计算要根据蓄满产
流原理，故必须了解蓄水容
量。但流域内各点的蓄水容
量并不相等，故概化为如图
的曲线。
如果连最大点蓄水容量都已不 能继续存蓄，则全流域产流； 反之，则并非全流域产流，就 需要引入抛物线指数B来概化 考虑了。
水文预报- 新安江模型
O2 = C0 ⋅ I 2 + C1 ⋅ I1 + C2 ⋅ O1
水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ预报
FR = R / PE
R = FR × PE
FR
第二节 新安江模型
5.2.3 模型计算 模型计算——2、产流计算模块 、 不透水面积占全流域面积的比例——IM 不透水面积占全流域面积的比例 R' = R ×（1－IM）+ PE ×IM － ） 为地表净雨。 且PE ×IM 为地表净雨。
第二节 新安江二水源模型
5.2.3 模型计算 模型计算——3、分水源计算模块 、 （1）PE≤FC， PE/△t= i ≤ fC =FC /△t ， ） ， △ △ RG=R RS=0 （2）PE≥FC， PE/△t= i ≥ fC =FC /△t ， ） ， △ △ RG=R/PE×FC=α×FC × × RS=R-RG
水文预报
CH5 流域水文模型
第二节 新安江二水源模型
5.2.2 模型结构 模型结构——四个模块 四个模块
产流 计算 蒸散发 计算 分水源 计算 汇流 计算
第二节 新安江二水源模型
5.2.3 模型计算 P P≤E 三层蒸发 模型求E 模型求 R=0 蓄满产流 模型求R 模型求 W末=W初+P-E WU末=WU初+P-EU 末 初 WL末=WL初- EL 末 初 WD末=WD初- ED 末 初 △W =PE-R≥0 W末=W初+△W △ 自上而下补给 P>EP E=EU=EP PE=P-E=P-EP
第二节 新安江二水源模型
5.2.3 模型计算 模型计算——4、汇流计算模块 、 （1）坡地汇流 ） 地面净雨——时段单位线法 时段单位线法 地面净雨
马斯京根法及新安江模型
Q上
75 407 1693 2320 2363 1867 1220 830 610 480 390 330
Q下
75 80 440 1680 2150 2280 1680 1270 880 680 550 450
S~Q’ 计算
Q上－Q下
0 327 1253 640 213 -413 -460 -440 -270 -200 -160 -120
2500
K=13h x=0.2 Δt=12h
C0
0.5t Kx K Kx 0.5t
0.207
C1
0.5t Kx K Kx 0.5t
0.525
C2
K K
Kx 0.5t Kx 0.5t
0.268
验证：C0 + C1 + C2 = 1
Ｑ上 250 310 500 1560 1680 1360 1090 870 730 640 560 500
E = Eu + EL E p= β E水 Eu=EP
WL WLm
(Ep
Eu )
EL
C(E p Eu )
WL C WLm WL
C WLm
SmmF (1 EX )SmF SmF Sm[1 (1 Fr )1EX ]
AU+Pe<SmmF
Rs
Fr Pe
S
SmF
SmF[1
(Pe AU ) ]1EX SmmF
取kt为整数可以分河段进行马斯京根连续演算t2kx有1个时段预见期新安江三层蒸发三水源模型简介流域蒸发
马斯京根法
稳定流河段
Q上
S
S=K Q上
Q下 S=K Q下
涨水河段
Q上 S上=K Q上 Q上
第六章新安江模型2
（2）三水源 三水源的水源划分结构应用了山
三水源新安模型蒸散发计算采用三层模型；产流计 算采用蓄满产流理论；用自由水蓄水库结构将总径流划 分为地表径流、壤中流和地下径流三种；流域汇流计算
采用线性水库；河道汇流采用马斯京根分段连续演算或
滞后演算法。
6.2.1 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。
存在的主要问题： ①用FC划分水源是建立在包气带岩土结构水平方向空 间分布均匀的基础上，这假定往往与实际情况不符。 ②用FC划分水源没有考虑包气带的调蓄作用，在某些 流域实际计算结果表明，壤中流的坡面调蓄作用有时比地 面径流大得多；直接进入地下水库没有考虑坡面垂向调节
作用，即包气带的调蓄作用；由于地表径流和壤中流的汇 流规律和汇流速度不同，两者合在一起采用同一种方法进 行计算，常会引起汇流的非线性变化。
二水源的水源划分结构简单，计算与应用方便。但方 法经验性强，因为用一般分割地下径流的方法所分割出来 的地面径流实际上常常包括了大部分壤中流在内。国内外
学者研究成果表明，雨止至地面径流终止点之间的历时， 实际上比较接近于壤中流的退水历时，远远大于地面径流 的退水历时。所以，稳定下渗率的界面就不是在地面，而 是在上土层和下土层之间。
6.2 新安江模型
新安江流域水系及站网分布图
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。
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，F a,0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。
（2）按逐时段累积降雨量在关系图上查得累积径流量；（1）求本次降雨开始时的巳,0;（3）由相邻时段的累积径流量之差得时段净雨量。
图8-1时段净雨量推求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二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。
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
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10
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
河流水质模型08
新安江模型是分散性模型，它把全流域划分 成许多块单元流域，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，既可求得流域出口处的总出流过程。 为考虑降雨分布不均匀的影响及下垫面条件 的不均匀，新安江模型按泰森多边形将流域 分成N个单元面积，以一个雨量站为中心进行 划分。每个单元的面积大小适当，使得单元 面积上的降雨分布比较均匀。 李光炽
在作产流计算时，模型的输入为PE，参数包 括流域平均蓄水容量WM和抛物线指数B，输 出为流域产流量R及流域时段末平均含水量W。
李光炽
水质模型
三、水源划分
新安江（三水源）模型应用山坡水文学的概 念，采用一个自由水蓄水库进行水源划分。 自由水蓄水库设置两个出口，其出流系数分 别为KSS和KG。产流量R进入自由水蓄水库内， 通过两个出流系数和溢流的方式把它分成地 面径流(RS)、壤中流(RSS)和地下径流(RG)。 其结构如图8-4。
李光炽
水质模型
(一)土壤流失及输送 降雨引起地面土壤的剥蚀，所形成的泥沙由 径流携带进入水体对水质造成影响，同时吸 附于泥沙颗粒的有机物、重金属及某些无机 盐类也会对水体造成污染。 降雨所引起的土壤流失，可以通过控制断面 的泥沙和流量测验来估算。对于一个特定的 集水区域，可以建立其出口断面的输沙量与 流量或输沙量与雨量等形式的经验关系，以 估算出口断面的输沙量。 李光炽
水质模型
各层蒸散发计算的原则是，上层按蒸散发能 力蒸发，上层含水量不够蒸发时，剩余蒸散 发能力从下层蒸发，下层蒸发与剩余蒸散发 能力及下层含水量成正比，与下层蓄水容量 成反比。要求计算的下层蒸散发量与剩余蒸 散发能力之比不小于深层蒸散发系数C，否则， 不足部分由下层含水量补给，当下层含水量 不够补给时，用深层含水量补给。 三层蒸散 发计算框图如图8-2所示。其中，PE=PK*EM,P是降雨。
新安江流域水文模型
4.水文数学模型： 水文数学模型： 水文数学模型
• 水文数学模型是根据水文循环中各个环节的物理规律建立起 来的“数学系统”。一般文献中指的水文模型实际上是水文 数学模型。 • 根据下渗规律、蒸散发规律、河道洪水波运动规律等建立的 下渗模型、蒸散发模型、河道洪水演算模型都是水文模型， 但是，它们并不是流域水文模型。 • 流域水文模型是以一个流域作为基本的研究单元，以流域的 水文循环的整体过程作为模拟对象，将流域水文循环涉及到 的降水、蒸发、截留和下渗；产流、汇流，包括地表径流、 壤中流、地下径流的产、汇流，以及坡面调蓄和河网调蓄等 流域水文循环的环节或子过程有机地融合在一起，构成一个 完整、严密的数学系统。因此流域水文模型也是一种水文模 型，但是比一般水文模型更完整，结构更复杂，建立模型也 更为困难。
三、新安江模型 1.概述 概述
• 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。上世纪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。在新安江三水源模型中增加慢速地下水 结构就成为四水源新安江模型。
⑵新安江三水源模型流域产流计算
• 新安江模型产流部分的计算是蓄满产流模式； • 蓄满产流指在流域包气带土湿满足田间持水量以前不产流， 所有的降雨都被土壤吸收；而在土湿达到田间持水量之后， 所有的降雨（除去同期的蒸散发）都产流。 • 在产流后，流域包气带土壤的下渗能力为稳定下渗率，下渗 的水分成为地下径流和壤中流，超蓄的部分成为地面径流。 • 考虑到流域内各点的蓄水容量并不相同，实际产流时常常是 在部分面积上产流，新安江模型引入流域蓄水容量分布曲线 来刻划流域内各点蓄水容量的不均匀性，把流域内各点的蓄 水容量概化成如图所示的一条抛物线（也可概化成其它函数 形式）。
新安江流域水文模型
新安江模型的基本原理
概念性模型的结构应该反映客观水文规律，参数应该代表流域的水文特征，把模型设 计成为分散性的，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。
三水源新安江模型用自由水蓄水库结构以解决水源划分问题。按蓄满产流模 型求出的产流量R，先进入自由水蓄量，再划分水源。此水库有两个出口，一 个底孔形成地下径流RG，一个边孔形成壤中流RSS，其出流规律均按线性水 库出流。由于新安江模型考虑了产流面积FR问题，所以这个自由水蓄水库只 发生在产流面积上，其底宽FR是变化的，产流量R进入水库即在产流面积FR 上，使得自由水蓄水库增加蓄水深，当自由水蓄水深S超过其最大值SM时， 超过部分成为地面径流RS。模型认为，蒸散发在张力水中消耗，自由水蓄水 库的水量全部为径流。
－2002.12－
水源划分
新安江模型的结构
显然，SMMF和SMF都是产流面积FR的函数，而产流面积是变量，故此无法确定。 这里假定SMMF与产流面积FR及全流域上最大一点的自由水蓄水容量SMM的关系仍 为抛物线分布
FR 1 (1 SMMF)EX SMM
1
SMMF [1 (1 FR) EX ]SMM
－2002.12－
新安江模型的结构
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。)
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。
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 W M 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 W M W W M 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。
新安江流域水文模型
2新安江流域水文模型60年代初，河海大学(原华东水利学院)水文系赵人俊等开始研究蓄满产流模型，配合必然的汇流计算，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入库流量预报的工作中，把他们的体会归纳成一个完整的降雨径流流域模型——新安江模型。
模型可用于湿润地域和半湿润地域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，模型能够模拟地面径流、壤中流、地下径流。
1984至1986年，又提出了四水源新安江模型，能够模拟地面径流、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样应用成效较好，但模拟地下水丰硕地域的日径流进程精度不够理想。
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，新安江模型采纳集总模型，当面积较大时，采纳分块模型。
分块模型把流域分成许多块单元流域，对每一个单元流域做产、汇计算，取得单元流域的出口流量进程。
再进行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量进程。
把每一个单元流域的出流进程相加，就求得了流域出口的总出流进程。
划分单元流域的要紧目的是处置降雨散布的不均匀性，因此单元流域应当大小适当，使得每块面积上的降雨散布比较均匀。
并有一定数量的雨量站。
第二尽可能使单元流域与自然流域相一致，以便于分析与处置问题，并便于利用已有的小流域水文资料。
若是流域内有大中型水库，那么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、流计算方式大体相同，以下只讨论一个单元流域的情形。
新安江模型包括4个计算环节：蒸散发计算；流域产流计算；径流划分；汇流计算。
4个计算环节别离概化了流域降雨径流的要紧产、汇流物理进程。
流域蒸散发计算各类水源的蒸散发计算模型都可采纳两层蒸发模型或两层蒸发模型，一样依如实际情形选用。
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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:
R (P E) (W2 W1)
(6 - 3)
大量资料表明，WWM～f/F有如下关系：
1 f (1 WWM )B
F
WWMM
或 f 1 (1 WWM )B
F
WWMM
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(6 - 4)
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则：
WM
1
WWMd(f
/ F)
WWMM
0
1 B
对纵坐标积分:
单元流域面积要适中，使得在每块面积上降雨比较均匀，并有一定数 目的雨量站；(泰森多边形)
其次，尽可能是单元流域与自然流域相一致；若流域中有大中型水库， 则水库以上的集水面积即可作为一个单元流域。
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Rainfall Averaging Methods
Thiessen Polygons
式中: P :时段降雨量
E :时段蒸散发量
R :时段产流量
WW1, WW2 :时段初末的土壤含水量
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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
(6 - 2)
b）流域蓄水容量曲线（超蓄产流模型的核心）
最初的新安江模型：二水源模型——地表径流、地下径流；编制新 安江入库洪水预报方案
80年代初：三水源模型——地面径流、壤中流、地下径流（引入了 萨克拉门托模型与水箱模型中的用线性水库函数划分水源的概念）；
1984～1986年：提出四水源模型——地面径流、壤中流、快速地下 径流、慢速地下径流。
之后，其它改进。
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，深层蒸散发系数C，计算公
式为：
WM=UM+LM+DM W=WU+WL+WD E=EU+EL+ED
上层 (Upper layer)
下层 (Lower layer)
120.00
117.21
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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），流域不透水面 积占总面积的百分比，增加后，需修改（6－5），（6－ 8）式，其它都不变。
(6 5) WM WWMM (1 IMP) 1 B
(6 - 8) P - E FC时
(6 - 9)
RG
FC
R P-E
IMP
RS R RG
(6 -10)
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（二）稳定下渗率fc的推求
1、求一场洪水的RS、R、RG （1）据上图求RS （2）根据图求R （3）求RG=R-RS （4）fc=RG/T T为净雨时间
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Q(m3/s)
D
A4
A5
A3
E
C
B
A
A2
测站
ai
(%)
A
24
B
21
C
37
D
8
E
10
A1
合计
100
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5
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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。
层次 1层 2层
3层
4层
功能 蒸发 产流 水源划分 计算 计算 二水源 三水源
138.85
156.00
0.0338 0.0427 0.0632 0.0495 0.2091
0.4844
1.0000
0.16 0.50
0 7.46 17.61
13.47
0
RG
0.16 0.50
0 2.22 5.84
11.96
0
RS
0 0 0 5.23 11.76
1.51
0
W
16.61 20.67 29.57 23.68 76.57 113.20
蒸散发E
降雨P 蒸发皿蒸发EI
透水面积 土壤湿度
WUM EU
WLM EL
ED
C
W 上层
WU 下层
WL 深层
WD
WM B
径流
FC
R
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不透水面积
IMP
地面径流 UH RS
地面径 流过程
单元流域 KE 出流过程 XE
径流 R
地下径流 RG
KKG
地下径 流过程
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。
fc
1
n 1
Ri Pi Ei
t i
n
Ri RS
fc
1 n
1
Ri Pi
t i
(忽略雨期蒸散)
（三）、不透水面积上的直接径流
DRS P IMP
(5 -12)
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(8 -11)
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（四）、透水面积上的蒸散发模型
因为不透水面积上没有蒸散发，因此，计算出 来的蒸散发量要乘以透水面积所占比重，才是流 域上的蒸散发量。
深层 (Deep layer)
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模型中流域蓄水容量WM和流域蓄水量W都是上层, 下层和深层之和, 即:
WM WUM WLM WDM
W WU WL WD
WUM, WLM, WDM - - - -上层,下层,深层土壤蓄水容量
WU, WL, WD - - - -上层,下层,深层土壤蓄水量
此时
ED＝C（EM－EU）－EL
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
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当 P E WU EP 时， EU EP ， EL 0 ，ED 0
当 P E WU EP 时， EU P E WU
新安江模型
目录
1. 概述 2. 二水源新安江模型 3. 三水源新安江模型 4. 新安江模型的改进 5. 新安江模型的应用
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2
1、概述
新安江模型简介
一、新安江流域水文模型系列
新安江模型是华东水利学院（河海大学）水文系1973年对新安江水 库作入库流量预报时提出来的，是一个分块式的概念性流域降雨径流模 型。可以用于湿润地区和半湿润地区的湿润季节。
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。
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（6－15）中，只用到 EL C（EM－EU）
否则，取
EL＝C（EM－EU）
但是，若EL C（EM－EU）,同时WL C（EM－EU）,则取
EL ＝WL
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:
RG FC(f/F) FC
R
P-E
RS R - RG
(6 - 8)
P - E FC时:
RS 0, RG R
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1、蒸散发模型原理
蒸散发能力（EM，mm/d）
新安江模型中，认为流域土壤含水量达到最 大时，实际蒸散发量E＝EM ；当土湿很小时， 蒸散发量几乎维持为一常数。