【W(wǎng)ORD格式論文原稿】新安江模型的應(yīng)用

1、新安江模型的應(yīng)用張利茹河海大學水文水資源學院，南京（210098）摘要：新安江降雨徑流模型應(yīng)用在梁輝水庫上，采用 2002 年至 2006 年五年的降雨和蒸發(fā) 資料對該流域進行日模和次模的模擬，得出的結(jié)果還比較滿意。為了找出新安江模型的敏感 性參數(shù)，本文在其他研究人員的基礎(chǔ)上，選出公認的比較敏感的參數(shù)，把它們的值分別變成 初始值的 80%、90%和 110%（cg 除外）后進行模擬計算，得出的結(jié)果證實了學者們的說 法。關(guān)鍵詞：新安江模型，梁輝水庫，敏感性分析1. 新安江模型簡介新安江模型始建于 1973 年，采用蓄滿產(chǎn)流的概念，以土壤含水量達到田間持水量后才 產(chǎn)流，是個分布式的概念性模型，30

2、 多年來在我國濕潤與半濕潤地區(qū)有廣泛應(yīng)用，并發(fā)展 改進為三水源的以及其他多水源的模型【1】 。幾十年來，很多專家和學者都致力于新安江模 型的應(yīng)用和發(fā)展上，發(fā)表了數(shù)以百計篇文章(像趙仁俊，1992；程等人，2002)，但很少有用 一個實際例子來研究新安江模型參數(shù)的敏感性問題的，實際上，新安江模型參數(shù)的命感性分 析會有助于該模型的更廣泛的應(yīng)用，例如，對于無資料的地區(qū)或是資料不全的地區(qū)，參數(shù)的 敏感性分析將顯得更加有用。2. 新安江模型結(jié)構(gòu)新安江模型是分散性的模型，常按泰森多邊形法把全流域分成許多單元流域，產(chǎn)流部分 采用蓄滿產(chǎn)流模型，另增加了流域不透水面積占全流域面積之比的參數(shù) imp。蒸發(fā)部分采用

3、 三水源蒸散發(fā)模式。河道洪水演算采用馬斯京根法。地面徑流的匯流采用經(jīng)驗單位線，并假 定每個單元流域上的無因次單位線相同，簡化結(jié)構(gòu)。地下徑流的匯流采用線性水庫。對每一 個單元流域作匯流計算，求得單元流域出口流量過程。再進行出口以下的河道洪水演算，得 出流域出口的流量過程。把每個單元流域的出流過程相加，就求得了流域出口的總出流過程 2。新安江模型流程圖如圖 1?；诟拍钚徒涤陱搅餍顫M產(chǎn)流的新安江模型，其參數(shù)可大致劃分為四種類型，如下述：（1）蒸散發(fā)。此部分的參數(shù)包括 k、c、wum、wlm。k：流域蒸散發(fā)能力與實測水面蒸發(fā)值之比。它反映蒸發(fā)皿蒸發(fā)量與流域蒸發(fā)能力的差 別，也反映蒸發(fā)皿蒸發(fā)量對全流域

4、（高程差）的代表性問題，對具體流域來說，以優(yōu)選為宜， 即選模擬徑流誤差最小時的 k 值。夏天其值一般取 1.31.5，冬天一般取 1.0。c：深層蒸散發(fā)系數(shù)。它決定于深根植物占流域面積的比值，同時也與 wum+wlm圖 1 新安江模型流程圖有關(guān)。一般經(jīng)驗，在江南濕潤地區(qū) c 值約為 0.150.20 之間，而在華北半濕潤地區(qū)值則在0.090.12 左右。wum：上層蓄水容量，它包括植物截留量。在植被與土壤很好的流域，其值約為 20mm； 在植被與土壤頗差的流域，值約為 510mm。wlm：下層蓄水容量。其值可取 6090mm。（2）產(chǎn)流。通過降雨和土壤缺水量產(chǎn)生徑流。此部分包括的參數(shù)有 wm、

5、b 和 imp。 wm：流域平均蓄水容量，它是衡量流域干旱程度的指標且 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勻性。很小面積（幾平方公里）時 b 值為 0.1 左右，中等面積（300 平方公里以內(nèi)）時 b 值為 0.20.3，較大面積時的b 值為 0.30.4。imp：不透水面積占全流域面積之比。（3）分水源。此部分把總徑流劃分為三部分，即地面徑流、壤中流和地下徑流。參數(shù)包括sm、ex、kg 和 ki。 sm：自由水蓄水庫容量（mm）。 ex：自由水蓄水容量曲線的指數(shù)。其最佳取值范圍是 1.01.5。kg+ki： 自由水蓄水庫地下水日出流系數(shù)和自由水

6、蓄水庫壤中流日出流系數(shù)，它們反 應(yīng)基巖和深層土壤的滲透性，對于一個面積約為 1000km2 流域 kg+ki=0.7。（4）匯流。此部分是對每個單元流域作匯流計算，求得單元流域出口流量的過程，涉及的 參數(shù)有 ci、cg、cs、l。ci： 壤中流消退系數(shù)。cg：地下水消退系數(shù)。cs： 河網(wǎng)蓄水的消退系數(shù)。l：河網(wǎng)匯流滯后演算法中的滯后時間，其值是一個經(jīng)驗值。以上共有 15 個參數(shù)。如全流域需分塊計算，則需進行河道演算，故就增加了 ke、xe（單元河道的馬斯京根 k、x 值）及河道匯流段數(shù) n。這幾個參數(shù)可根據(jù)河道水力學法求出， 一般不優(yōu)選。3. 新安江模型參數(shù)敏感性分析的應(yīng)用實例新安江模型日模和

7、次模在梁輝水庫中得到了應(yīng)用，采用 20022006 年共 5 年的實測資 料進行了模擬。梁輝水庫位于余姚市梨洲街道南廟村，距余姚城關(guān) 6km。主流梁輝大溪屬 甬江流域姚江水系，由南向北流入姚江，主流長為 11.11 km，比降 15.9%。梁輝水庫上游積圖 2 梁輝水庫周圍地區(qū)水文測站分布圖水面積為 35.06km3,l 流域中心位于東經(jīng) 12108，北緯 2957(梁輝水庫周圍地區(qū)水文 測站分布如圖 2 示)。流域位于亞熱帶季風氣候區(qū)，四季分明，光照充足，雨量豐沛。流域降水呈雙峰且臺風主控型，以春季連陰雨、梅雨、雷暴雨和臺風暴雨為主，冬半年降水 則較少。4 月 15 日至 7 月 15 日為

8、梅汛期，這一時期天氣陰綿多雨，7 月 16 日至 10 月 15 日為臺汛期，水庫洪水主要受控于臺汛期的臺風暴雨。根據(jù)流域附近黃土嶺等雨量站 19602002 年實測降于資料統(tǒng)計，流域多年平均降水量為 1618.6mm，年最大降水量為 2156.1mm（1962 年），年最小降水量為 1048.6mm（1967 年）。多年平均徑流量 3175 萬 m3，最大最小 年徑流量為 5224.4 萬 m3（1962 年）和 1484.5 萬 m3(1967 年)。在此流域，應(yīng)用泰森多邊形 法把流域分成三塊，即壩址梁輝、官佩和黃明，降雨權(quán)重各占 13。對于日模的模擬，我采用表 1 中的參數(shù)，模擬的效果還

9、不錯。從模擬圖來看，2002 年 和 2006 年這兩年全年的模擬都較吻合，但有的年份八月份后的模擬就頗差，像 2003 年八月 份那場洪水峰值上不去，圖形不是太吻合，2004 年和 2005 年也存在同樣的問題，但總體還不錯，確定性系數(shù)達到 0.47。圖 3 是 2002 年的模擬圖（列出的一個例子）。表 1 日模第一套參數(shù)k0.76wm120c00.1cs0.1b0.1um25c10.8ci0.7c0.15lm75c20.1cg0.5a35.06sm25ex1.3kg0.1l0imp0.015di1ki0.6圖 3 2002 年的模擬圖由于采用上一套參數(shù)對 2002、2004、2005 年

10、模擬的效果不是太好，我改變上一套參數(shù) 中的某些值，經(jīng)調(diào)試比上一套參數(shù)得出的效果稍微好點，參數(shù)列于表 2。從五年的模擬圖上 來看，2002、2005、2006 這三年的模擬效果還不錯，2003 年八月份之前模擬的挺好，但八 月份出現(xiàn)的洪峰有較大差異，模擬洪峰值呈現(xiàn)偏小現(xiàn)象，2004 年也存在同樣的問題，雖然 這套參數(shù)比上一套得出的結(jié)果好些，模擬洪峰值增大了，但與實測的還是有差異的。模擬確定性系數(shù)也達到 0.47。圖 4 是 2002 年的模擬圖(列出的一個例子)。表 2 日模第二套參數(shù)k0.82wm50c00.1cs0.1b0.1um35c10.8ci0.7c0.15lm10c20.1cg0.9

11、5a35.06sm25ex1.3kg0.1l0imp0.015di1ki0.6隨后又進行了日模的模擬，實測徑流與模擬徑流擬合比較好，圖 4 是列出的一個例子。為了找出新安江模型參數(shù)的敏感性，我選擇 k、sm、cs、kg、cg 這五個作為變化的參數(shù)， 其它參數(shù)保持不變，用五年（20022006）的資料進行模擬。之所以選擇這五個參數(shù)是因為 很多學者的研究結(jié)果表明新安江模型的產(chǎn)匯流參數(shù)較敏感。將表 3 中的參數(shù)作為原始的參 數(shù)，以此表為基礎(chǔ)來判定這五個被選參數(shù)的敏感性。在其它參數(shù)不變的情況下，被選中的參數(shù)圖 4 2002 年日模模擬圖（除了 cg，因為在模擬過程中 cg 不得大于 1）分別變?yōu)樗旧?/p>

12、初值的 80%，90%，110%（計算的值列于表 4 中）時，相應(yīng)地模擬出徑流，五年模擬徑流的平均值 rmave 和平均確 定性系數(shù)均列于表 4 中。表 3 次模原始參數(shù)值k0.75cs0.7kg0.2im0.015ex1.3ki0.5wm120c0.15cg0.92wu70b0.1ci0.95wl35l0sm50表 4 參數(shù)敏感分析表編號ksmkgcscgrmave確定性 系數(shù)10.6500.20.70.922524.210.5520.675500.20.70.922511.180.5530.825500.20.70.922485.010.5540.75400.20.70.922741.36

13、0.4450.75450.20.70.922615.340.5060.75550.20.70.922389.660.5870.75500.160.70.922495.380.5480.75500.180.70.922496.720.5590.75500.220.70.922499.40.55100.75500.20.560.922503.080.30110.75500.20.630.922501.290.42120.75500.20.770.922490.460.66130.75500.20.70.7362573.70.56140.75500.20.70.8282537.210.564. 結(jié)論

14、從模擬結(jié)果來看，我發(fā)現(xiàn) k 即流域蒸散發(fā)能力與實測水面蒸發(fā)值之比是一個最敏感的 參數(shù)，它的值對地面徑流有很大的影響，增大 k 值會直接導(dǎo)致地面徑流的減少，增大 k 值 也就意味著蒸散發(fā)增多，故就會產(chǎn)生較少的地面徑流。另一個最敏感的參數(shù)是自由水蓄水庫容量 sm,它是劃分壤中流和地下徑流的一個指標，增大 sm 就會導(dǎo)致更大的自由水蓄水庫容量和更小的地面徑流。自由水蓄水庫的出流系數(shù) kg+ki，則消退系數(shù)為 1（kg+ki）， 它決定了直接徑流的退水歷時 n 天，n 一般為三天，故取 kg+ki=0.72。kg/ki 決定了地 下徑流和壤中流的大小，故增大 kg 就意味著地下徑流的增大，對 kg 的

15、敏感性分析也證明 了這一點。相對于上面三個參數(shù)而言，地下水消退系數(shù) cg 也較敏感，增大 cg 會導(dǎo)致地面 徑流的減少。河網(wǎng)蓄水的消退系數(shù) cs 不太敏感，增大 cs 值時地面徑流只有稍許的變化， 但從模擬圖來看，它的變化影響了模擬的圖形的形狀。參考文獻1 趙仁俊,王佩蘭.新安江模型參數(shù)的分析j.水文,1988（6）: 29.2 趙仁俊.流域水文模擬新安江模型與陜北模型m.北京:水利電力出版社,1984.the applications of sensitivity analysis of xinanjiangmodel parameterszhang lirucollege of hydro

16、logy and water resources, hohai university, nanjing (210098)abstractxinanjiang rainfallrunoff model was applied to lianghui reservoir with the precipitation data and evaporation data from 2002 to 2006 .according to the results of the day model and the flood eventmodel, we can get a satisfactory fit between the simulated and observed values. in order to find out the sensitivity of parameters of the xinanjiang model, this paper selected the acceptedsensitivityparameters based