四种水文模型的比较

四种水文模型的比较
摘要：水文模型是用数学的语言对现实水文过程进行模拟和预报，在进行水文规律的探讨和解决水文及生产实际问题中起着重要作用。

本文分别介绍了新安江模型、萨克拉门托（SAC）模型、SWAT模型以及TOPMODEL模型，并对这四种水文模型的蒸发计算、产流机制、汇流计算、适用流域、参数以及模型特点等不同方面进行了比较分析。

并结合对着4种模型之间的比较，作出了总结分析和展望。

关键词：新安江模型；SAC模型；SWA T模型；TOPMODEL模型；模型比较
引言
流域水文模型在进行水文规律研究和解决生产实际问题中起着重要的作用。

新安江模型是一个概念性水文模型，1973年由赵人俊教授领导的研究组在编制新安江预报方案时，汇集了当时在产汇流理论方面的成果，并结合大流域洪水预报的特点，设计出的我国第一个完整的流域水文模型，至今仍在我国湿润和半湿润地区的洪水预报中得到广泛应用；萨克拉门托水文模型，简称SAC模型，是R.C.伯纳什（Burnash）和R.L.费雷尔（Ferral）以及R.A.麦圭儿（Mcguire）于20世纪60年代末至70年代初研制的，是一个连续模拟模型，模型研制完成时间相对较晚，其功能较为完善，兼有蓄满产流和超渗产流，广泛应用于美国水文预报中；SWAT模型是美国农业部农业研究中心研制开发的用于模拟预测土地利用及土地管理方式对流域水量、水质过程影响的分布式流域水文模型；TOPMODEL为基于地形的半分布式流域水文模型，于1979年由Beven和Kirkby提出，其主要特征是将数字高程模型（DEM）的广泛适用性与水文模型及地理信息系统（GIS）相结合，基于DEM数据推求地形指数，并以此来反映下垫面的空间变化对流域水文循环过程的影响，描述水流趋势。

本文对这四中水文模型从蒸发计算、产汇流计算、适用流域以及参数等方面进行分析比较，并得出结论。

1模型简介
1.1新安江模型
新安江模型是赵人俊等在对新安江水库做入库流量预报工作中，归纳成的一个完整的降雨径流模型。

20世纪70年代初提出了新安江二水源模型，80年代提出了新安江三水源模型。

新安江模型可用于流域的降雨-径流的洪水模拟和预报以及水资源模拟，主要适用于我国湿润和半湿润地区。

新安江模型是一个分散性模型，把流域分成多块，对每块分别计算产汇流，总和后求得出口断面流量过程。

模型有蒸散发、产流、分水源和汇流4个模块，产流计算采用蓄满产流模型，将水源划分为地表径流、壤中流和地下径流3种，流域汇流计算采用线性水库法和瞬时单位线法，河道汇流计算采用马斯京根分段连续演算法或滞后演算法。

新安江模型的结构特点可简单归纳为：①三分特点，即分单元计算产流、分水源坡面
汇流和分阶段流域汇流；②模型参数少且大多数具有明确的物理意义，容易确定；③模型参数与流域自然条件的关系比较清楚，可以寻找到参数的区域规律；④模型中未设超渗产流机制，适用于湿润与半湿润地区。

1.2SAC模型
萨克拉门托流域水文模型，简称SAC模型，是美国天气局水文办公室萨克拉门托预报中心于20世纪70年代研制成功的，属于集总参数型的概念性水文模型。

SAC模型功能比较完善，既能应用于大中小流域，又能适应湿润地区和干旱地区，能取得较好的效果。

SAC模型以土壤水分的贮存、渗透、运移和蒸散发特性为基础，用一系列具有一定物理概念的数学表达式来描述径流形成的各个过程，模型中的每一个变量代表水文循环中一个相对独立的层次和特性，模型参数则是根据流域特性、降雨量和流量资料推求。

SAC模型的结构可以简单的归纳为：①蓄满产流与超渗产流兼有，流域分单元和总径流分水源；②模型参数虽有物理意义，但参数多，难于优选，产流计算复杂，汇流计算相对简单；③模型中设有超渗产流机制，可以根据不同的地理条件，采用不同的参数组合，描述不同的产流机制，在湿润与半湿润地区以蓄满产流为主，在干旱与半干旱地区以超渗产流为主，其适应范围广。

1.3SWAT模型
SWA T模型是美国农业部农业研究中心研制开发的用于模拟预测土地利用及土地管理方式对流域水量、水质过程影响的分布式流域水文模型。

该模型具有较强的物理机制，可以模拟流域内发生的多个水文物理化学过程，如径流、泥沙、营养物质以及杀虫剂的输移，并在流域产汇流计算、水土流失、面源污染、土地利用等多个领域得到广泛应用。

作为一个半分布式的水文模型，SWA T首先将整个研究流域按一定的子流域面积阈值划分为若干个子流域。

在此基础上进一步按土地利用和土壤面积阈值划分水文响应单元（HRU），并采用概念性模型来估算HRU上的净雨、计算产流量和泥沙、污染物质产生量；然后进行河道汇流演算，最后求得出口断面流量、泥沙和污染负荷。

SWA T模型的特点可以概括为：①对大流域的计算效率高；②连续模拟，能够模拟长期管理变化的影响；③模型将流域划分为多个子流域进行模拟提高了水文模拟的精度，降低了空间差异的影响。

1.4TOPMODEL模型
TOPMODEL是基于地形的半分布式流域水文模型。

TOPMODEL的主要特征是利用地形指数来反映流域水文现象，即以地形指数的空间变化来模拟径流产生的变动产流面积，尤其模拟地表或地下饱和水源面积的变动。

TOPMODEL模型的主要特点是：①考虑了流域地形、地貌、土壤等因素对径流形成的影响；②将集总式水文模型计算和参数方面的有点与分布式水文模型物理基础好的有点结合在一起；②模型结构简单，参数少，物理概念明确。