第二章 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
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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。
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。
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。
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。
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。
新安江模型ppt课件
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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)
A E
G
2024/3/24
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)
d）地面、地下径流的划分（分水源） 产流面积变化，则：
2024/3/24
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例6-1:
超蓄产流模型产流量计算示例 WM＝120mm，B＝0.3，FC＝18mm/d
年.月.日
1978.7.17
18 19 20 21 22
23
24
P－E
A
f/F
R
4.22 9.40 -5.98 60.35 54.24
20.27
4、年内干湿差比较：如洪水计算值偏大，调WUM，WLM 和C，如W在久旱后出现负值，加大WM
不改WUM和WLM
5、 比 较 枯 季 地 下 径 流 ： 如 有 系 统 偏 差 ， 调 FC， 快 慢 调 KKG
6、比较小洪水：可以调IMP和B，湿润区不敏感
7、比较地面径流过程：降雨中心误差造成汇流偏早偏迟， 调KE，仍有误差，调UH和XE
IMP—不透水面积比重,干旱降小雨，有一个小洪水， 此时径流系数就是IMP，也可以在地图上量出
WM—流域平均蓄水容量（指张力水）, 反映流域干旱 程度，久旱下大雨的资料可以分析，雨前为0，雨后 为WM
WUM— 流 域 平 均 上 层 蓄 水 容 量 ， 2 0 mm， 差 5 － 10mm
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。
6-新安江模型
G
2019/5/7
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
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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
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。
马斯京根法及新安江模型
x－流量比重因子，与河道调蓄能力呈反比 流量比重因子，
马斯京根法一般无预见期， =0时 马斯京根法一般无预见期，仅当C0=0时（即 Δt=2Kx）,有1个时段预见期
新安江模型
新安江三层蒸发三水源模型简介
流域蒸发： 流域蒸发： 三层模式
土壤含水量： 土壤含水量：递推公式 流域产流： 流域产流： 分水源： 分水源： 坡面汇流： 坡面汇流： 河网汇流： 河网汇流： 河道汇流： 河道汇流： 蓄满产流模式 自由水水库 线性水库 无因次时段单位线 马斯京根法
WUt +1 =
(WUt + P − EUt − Rt ) t WUt +1 ≤ WUm
WUm
WUm
WUt +1 > WUm
WLm
WLt+1= Wt+1 – WUt+1
蓄满产流公式
P + A 1+b P +W0 −Wm +Wm(1− e ' ) e Wmm R= R = P +W −Wm e 0
TRss
河网汇流无因次时段单位线
u
t
河道汇流马斯京根法
Q下 ， 2 ＝ Ｃ ０ Q上 ， 2 ＋ Ｃ １ Q上 ， 1 ＋ Ｃ ２ Q下 ， 1
C0 =
C1 =
0 . 5 ∆ t − Kx K − Kx + 0 . 5 ∆ t
0 . 5 ∆ t + Kx K − Kx + 0 . 5 ∆ t
C2 =
E水
P
S0 、Fr0
新 安 江 三 水 源 模 型 运 行 框 图
β
Ep
Wm、WUm、WLm、C
6 新安江模型汇总
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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
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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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-陕北模型
KC、 m、FB、f0、fc、k、B、CS、L、KE、XE
主要参数有：
KC、 m、f0、fc、k、CS、L
（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。
（2ห้องสมุดไป่ตู้张力水蓄水容量
m 60 ~ 80 mm。
m
与参数 KC 一起，主要用于计算初始土壤含水量 ，
0
（3）最干旱时的下渗能力 f 0 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 f 0 1.0 ~ 2.0 mm/min。 （4）稳定下渗率 f c 可用水文分析及下渗模型法分析，由实测资料验证。一 般 f c 0.3 ~ 0.5 mm/min。
桥涵水文资料整理 郭赵元 21710131
东南大学交通学院
桥涵水文资料整理
指导老师： 许崇法 姓 学 名： 郭赵元 号： 21710131
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目录
第一章
新安江模型
............................... 3
1.1 1.2 1.3
新安江模型简介
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。
6 新安江模型.
13.47
0
11.96
0
1.51
0
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 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
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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
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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
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EP=KC× EP=KC×Ew 具体计算为： 具体计算为： 当 当 P+WU≧EP时 EU=EP，EL=0， P+WU≧EP时，EU=EP，EL=0，ED=0 P+WU<EP时 P+WU<EP时， EU=P+WU 若 若 WL>C× WL>C×LM WL<C×LM WL<C× EL=(EP-EU)× 则 EL=(EP-EU)×WL/LM ，ED=0 且 WL≧C×(EP-EU) 则 WL≧C×(EP-
蒸散发计算采用三层模型； 蒸散发计算采用三层模型；产流计算 采用蓄满产流理论； 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、 将总径流划分为地表径流、壤中流和地下 径流三种；流域汇流采用线性水库； 径流三种；流域汇流采用线性水库；河道 汇流采用马斯京根分段连续演算或滞后演 算法。 算法。 模型理论 与方法 模型广泛应用于中国湿润和半湿润地 效果良好。 流域水文模型区，效果良好。《流域水文模型-新安江模 型与陕北模型》获国家科技成果一等奖。 型与陕北模型》获国家科技成果一等奖。 有时间请诸位读读 Hillslope Hydro log y 等本学科的几部经典原著，以便对本学科 本学科的几部经典原著， 基本理论有一个全面的、系统的了解。 基本理论有一个全面的、系统的了解。
EL=C×(EP-EU)， EL=C×(EP-EU)，ED=0 若 WL<C× WL<C×LM WL<C×(EP且 WL<C×(EP-EU) 则
EL=WL， (EP-EU)EL=WL，ED=C ×(EP-EU)-WL
2、 产流计算 产流计算中采用蓄满产流。 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： 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； 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。 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 想流域具有一定的蓄水能力，当这种蓄水能力满足以后， 降水变为径流，产流表现为蓄量控制的特点。 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， 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， 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。 降雨不均匀的分布式产流计算问题。
（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 FC， 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。 水蓄水库结构解决水源划分问题。
自由水蓄水库结构考虑了包气带的垂向调蓄作用。 自由水蓄水库结构考虑了包气带的垂向调蓄作用。按蓄满 先进入自由水蓄水库调蓄， 产流模型计算出的总径流量 R，先进入自由水蓄水库调蓄，再 划分水源。从图可见， 划分水源。从图可见，产流面积上自由水蓄水库设置了两个出 一个为旁侧出口，形成壤中流RI 另一个为向下出口， RI； 口，一个为旁侧出口，形成壤中流RI；另一个为向下出口，形 成地下径流RG RG。 成地下径流RG。
f W ' = 1 − (1 − )B F WMM
积分： 对W0积分：
f W' B ' W0 = ∫ (1− )dW ' = ∫ (1− ) dW F WMM 0 0
A
A
WMM A B+1 W0 = [1− (1− ) ] B +1 WMM
WMM WM = B +1
1 W0 1+B A = WMM × 1− = FC × ( ) = FC × ( ) ， RS = R − RG F P−E
P−E≥FC 时 当时
当 P−E< FC时
RS = 0, RG = R
（2-12)
从上可知， FC，就可将总径流量R 从上可知，只要知道了 FC，就可将总径流量R划分为地面 RS和地下径流量 RG。 径流 RS和地下径流量 RG。水源划分的关键是确定流域的稳定 下渗率FC。 RS的 下渗率FC。最常用的方法是在流量过程线上找出地面径流 RS的 FC 终止点，据此分割出地下径流RG，然后试算出。 终止点，据此分割出地下径流RG，然后试算出。 RG 二水源的水源划分结构简单，计算与应用方便。 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， 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 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， 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， 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。 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。
f S EX = 1 − (1 − ) F MS
流域自由水蓄水容量面积分配曲 线与各水源的关系描述如图示。 线与各水源的关系描述如图示。 Q： 为某时刻进入自由水蓄水库的水量； 为某时刻进入自由水蓄水库的水量； KG： KG：为自由水蓄水容量对地下径流的 出流系数；KI：为自由水蓄水容量对 出流系数；KI： 壤中流的出流系数；FR：为产流面积。 壤中流的出流系数；FR：为产流面积。
根据蓄满产流的概念，只有在产流面积上才可能产生径流， 根据蓄满产流的概念，只有在产流面积上才可能产生径流， 因为产流面积是变化的，所以，自由水蓄水库的底宽也是变化的。 因为产流面积是变化的，所以，自由水蓄水库的底宽也是变化的。 在图中还设置了一个壤中流水库， 在图中还设置了一个壤中流水库，该水库用于壤中流受调蓄作 用大的流域，即将划分出来的壤中流再进行一次调蓄计算。 用大的流域，即将划分出来的壤中流再进行一次调蓄计算。该水 库一般是不需要的，故在图中用虚线表示。 库一般是不需要的，故在图中用虚线表示。 由于饱和坡面流的产流面积是不断变化的， 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。 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。 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 域自由水蓄水容量面积分配曲线是指： 线是指 水容量而变化的累计频率曲线。 水容量而变化的累计频率曲线。流域自由水蓄水容量面积分配曲 线的线型为： 线的线型为： '
2.3 模型计算
1、蒸散发计算 蒸散发计算采用三层模型， 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， LM， DM， UM，下层张力水蓄水容量 LM，深层张力水蓄水容量 DM，流域平 WM， KC，深层蒸散发系数C 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： 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) 深层 (Deep layer)
存在的主要问题： 存在的主要问题： FC划分水源是建立在包气带岩土结构为水平方向空 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。 间分布均匀的基础上，这假定往往与实际情况不符。 FC划分水源没有考虑包气带的调蓄作用 划分水源没有考虑包气带的调蓄作用， 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， 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， 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； 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， 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。 会引起汇流的非线性变化。 对许多流域资料的分析表明，即使是同一流域， 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， 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， 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。 误差。
第二章 新安江模型
新安江流域水系及站网分布图
主 要 内 容
模型研究过程 模型 模型计算 模型 模型
2.1 模型研究过程
一代大师 新安江先生
1973年 1973年，河海大学赵人俊教授领 导的科研组在编制新安江入库洪水预 报方案时， 报方案时，汇集了当时在产汇流理论 方面的研究成果， 方面的研究成果，并结合大流域洪水 预报的特点， 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 的流域水文模型 新安江流域水文模 简称新安江模型）。 型（简称新安江模型）。 最初提出的是二水源新安江模型， 最初提出的是二水源新安江模型， 年代中期， 80 年代中期，借鉴山坡水文学概念和 国内外产汇流理论方面研究成果， 国内外产汇流理论方面研究成果，提 出了三水源新安江模型。
对S0积分 S0积分
AU
S0 =
∫
0
f (1 − )dS ' = F
AU
∫
0
S ' EX ' (1 − ) dS MS
MS AU EX +1 S0 = [1 − (1 − ) ] EX + 1 MS
MS SM = EX + 1