新安江模型报告专业知识讲座.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,LOGO,文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,概述,1,为对新安江水库作入库流量预报而提出的一种降雨径流流量模型。,2,主要特色在于认为湿润地区为蓄满产流。提出的流域蓄水容量曲线为模型核心。,3,为分散性模型，按一定方法分块。对每个单元流域进行产汇流计算，然后相加得到总出流过程。,新安江模型,概述,正演程序流程图,新安江模型,InitModel,模型初始化,降雨量,P,2,驱动数据：,蒸散发量,E,数据自,常用水文,预报算法,和计算程序,算例,1,步数：,steps,原程序步长为,1,天，步数为,731,，即两年。,现依据,常用水文预报算法和计算程序,P21,算例，将步长改为,2h,，时段,数为,24,。其余参数均按照该算例取值。,新安江模型,InitModel,模型初始化,该程序中产流项和出流项,均只分地表和地下,无壤中流部分,3.,模型输出,蒸散发项：,E=Eu+El+Ed,产流项：,R=Rg+Rs,出流项：,Q=Qrg+Qrs,4.,模型状态量,土壤湿度：,W=WuWl+Wd,，程序中假定流域经过了长时间降雨,，数值分别等于各自的蓄水容量。,流域面积,：,Area=537 km2,每一步长的小时数：,DeltaT=2h,U=Area/(3.6*DeltaT,）,一个将径流深转化为流量的转换系数,新安江模型,SetParameters,设置模型参数,1.,流域蒸散发能力与实测水面蒸发之比,K=0.65,2.,流域不透水面积占全流域面积之比,IMP=0.,3.,蓄水容量曲线的方次,B=0.3,4.,上层蓄水容量,Wum=20mm,5.,下层蓄水容量,Wlm=75mm,6.,深层蓄水容量,Wdm=80mm,7.,深层蒸散发系数,C=0.11,8.,地下径流消退系数,KKG=0.99,新安江模型,注：该程序未划分壤中流，故不需要壤中流消退系数,KKSS,；,该程序的水源划分为二水源，没用到两个出流系数,KSS,、,KG,SetParameters,设置模型参数,9.,流域平均蓄水容量,WM=WuM+WlM+WdM,10.,流域内最大点蓄水容量,WMM=WM*(1+B)/(1-IMP),11.,汇流计算参数,Kstor,汇流参数,12.,稳定入渗率（,mm/h,）,Fc=2.3mm/h,新安江模型,关于稳渗率的取值：因该程序采用二水源划分，需要此参数，算例在文,献中为三水源划分，不需要此参数。故从算例中得不到该参数，只能大,致得到一个值，以作参考。,RunModle,运行新安江模型,蒸散发计算,三层蒸发模型,上层,下层,深层,按蒸发能力蒸发,补足 按蒸发能力蒸发,补足,上层不足蒸发,下层不足蒸发,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,蒸散发计算,“,下层按蒸发能力”的解释,下层蒸发与,剩余蒸散发能力,（流域蒸散发量与上层,蒸发量之差）及下层含水量成正比，而与下层蓄水,容量成反比。所谓的下层按蒸发能力蒸发是指：,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,C,。,若下层蓄水不足，则只好由深层补足。,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,蒸散发计算,算法的实现,(PE0(,上层足够蒸发）,EU=K*E EL=ED=0二、,WU+PEC*,（,k*E-EU),（下层足够蒸发）,（解释）,EL=(K*E-EU),（剩余的全由下层）,ED=0,2.,若,WL,：（全流域蓄满产流）,R=,土壤湿度,+,净降,雨量,-,土壤蓄水量,?,为,=WMM,（最大点蓄水容量）,R=W+PE-WM,二、,A+PEWMM,R=W+PE-WM+,WM*pow1-(PE+A)/WMM),1+B,W,为流域的初始平均蓄水量（不是容量），在上图中属于面积（点的累积）方面的量。,在下面的分段中，不等式右边为,WMM,（最大的点蓄水容量），在上图中,属于纵坐标方面,(,点）的量。故为了对应，需把,WMM,对应的纵坐标即,A,算出。,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,水源划分,二水源模型：,主要通过稳定入渗率,FC,来划分水源。,净降雨量,稳渗率,除去不透水面积，,其余部分全要渗入地下,渗入地下的部分需要,用稳渗率折减一下,入渗水体在重力作用下运动，待土壤层全部饱和时，在恒定雨强下径流保持常数，入渗不再随降雨历时的延长而发生变化。此时的入渗率称为,稳渗率,。,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,水源划分,二水源模型的算法实现,一、,PEFC,RG=,（,R-IMP*PE)/PE*FC(,用稳渗率打折）,RS=R-RG,该程序采取二水源模型！,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,水源划分,三水源模型,自由水蓄水库,RS:,地面径流,RSS,：壤中流,RG,：地下径流,TRS,：地面径流对河网总入流,RSS:,壤中流对河网总入流,TRG:,地下径流对河网总入流,溢流成为地面径流,出流,1,成壤中流,出流,2,成地下径流,地下水库调蓄,对河网总入流,壤中流水库调蓄,新安江模型,壤中流,因土壤在沉积过程中粉细沙夹层和透镜体的,存在及粘土颗粒的定向排列等，往往使水平方,向的渗透系数大于垂直方向的渗透系数。故大,雨过后，在水流垂直入渗的同时，土壤表层有,更大强度的水平向壤中流发生。,RunModle,运行新安江模型,水源划分,三水源模型,流域自由水蓄水容量曲线,自由水的,蓄水能力在产流面积上,不均匀。将其分布概化为如图的,曲线。当蓄水量小于最大的点,蓄水容量时，有的地方出流，有,的不出流，需要引入曲线方次。,当蓄水量大于最大的点蓄水容量,时，则全部出流。,与之前的蓄满,产流比较，之前存蓄的是张力水,。这里存蓄的是自由水。,蓄水能力小于某个,点蓄水能力,的面积占总产流面积之比,最大点蓄水容量,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,水源划分,三水源模型,将该曲线表示为公式的形式：,产流面积上的平均蓄水容量深：,（,4,）,（,5,）,（,4,）与（,1,）、（,5,）与（,2,）式的推导分别相同,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,水源划分,三水源模型,1.,首先由资料率定模型在全流域的平均,自由水,容量,SM,和,EX;,2.,全流域上最大的自由水点蓄水容量,SMM=SM(1+EX),；,SMMF=SMM1-pow(1-FR),，,1/EX,；,3.,由（,5,）式得,SMF;,4.AU=SMMF1-pow(1-S/SMF,1/(1+EX),可将,SMM,与,SM,分别类比前面提及的,SMMF,与,SMF,，不同点在于,:SMM,与,SM,是针对全流域的量，而,SMMF,与,SMF,是针对产流面积上的量。这,里假设了,SMMF,、,FR,与,SMM,的关系为方次为,EX,的曲线分布，实现从,SMM,推向,SMMF,。,该式将自由水在产流面积上的平均蓄水深,S,对应为相应的纵坐标,AU,，可,与之前的,W,对应为,A,类比。,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,水源划分,三水源划分的算法实现,一、,PE+AU=SMMF,RS=(PE+S-SMF)FR,（全部点都有溢流）,RSS=SMF*KSS*FR,（既然全部点溢流，蓄水量必都是满的）,RG=SMF*KG*FR,S=SMF-(RSS+RG)/FR,（相当于从孔中漏掉之后剩余的部分）,KSS,、,KG,分别为壤中流和地下径流的,出流系数，表征自由水蓄水库对出流的影响。,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,水源划分,三水源划分的算法实现,三、,0PE+AUSMMF,RS=PE-SMF+S+SMF*pow1-(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）,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,土壤含水量的更新计算,上层土壤含水,+,蒸散发剩余,-,产流,_?_,上层蓄水能力,?,为,：上层蓄水,能力不够,下层蓄水,能力足够,上层按能力蓄满,剩余在下层,下层蓄水,能力不够,上、下层按能力蓄满,剩余在深层,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,土壤含水量的更新计算,算法实现,一、,WU+PE-R=WUM,1.WU+WL+PE-R-WUM=WLM,WU=WUM,WL=WLM,WD=W+PE-R-WU-WL,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,汇流计算,汇流：,降落在流域上的雨水，从流域各,处向流域的出口断面处汇集的过程。,坡地汇流,：地表径流、壤中流、地,下径流都分别经过一定的调蓄作用,后流入河网。这些调蓄作用包括壤,中流水库对壤中流的调蓄，地下水,库对地下径流的调蓄。（该程序不,涉及壤中流）,河网汇流：,各种水源的径流汇集到,一起低一级的河流汇入高一级的,河流。具体说，就是模拟水体从刚,进入河槽到单元出口的过程。,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,汇流计算,坡地汇流,TRS(t)=RS(t)*U,TRSS(t)=TRSS(t-1)*KKSS+RSS(t)*(1-KKSS)*U,TRG(t)=TRG(t-1)*KKG+RG(t)*(1-KKG)*U,TR(t)=TRS(t)+TRSS(t)+TRG(t),U=Area/(3.6*DeltaT,）,一个将径流深转化为流量的转换系数,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。,新安江模型,RunModle运行新安江模型,汇流计算,河网汇流,计算公式为：,新安江模型,Q(t,）即单位出口处,t,时刻的流量值；,UH,为无因次时段单位线；,N,为单位线的历时时段数。,单位线：,在给定流域上，单位时段内均匀降落单位深度的地面净雨，,在流域出口断面形成的地面径流过程线。,RunModle,运行新安江模型,关于单位线,UH(i),的确定，程序采取了以下的,J.E,纳什瞬时单位线公式：,公式中的,k,就是程序中的参数,kstor,。,算例中未采用此方法，故没有,kstor,的取值。因此在运行程序时该值也无法确定。,新安江模型,RunModle,运行新安江模型,出流系数和消退系数的参数率定,M=24/DeltaT,N=24/DeltaT*INT(R/5)+1,KKSSD=pow(KKSS,1/M),KKGD=pow(KKG,1/M),KSSD=1-pow(1-KG-KSS,1/N)/(1+KG/KSS),KGD=KSSD*KG/KSS,一般情况下，出流系数和消退系数均按日模型率定。如果不是日模型，,则各系数都要相应地发生变化。且时段划分不宜过长，否则应将雨量,分为,5mm,一个量级再作分步计算。在时段长合理的前提下，率定过程,如下：,新安江模型,SaveResults,结果输出,若干问题：,1.Fc,稳渗率并不是和其他参数采自同一文献，只能保证其数量级不致差别过大。,2.,程序中的,Kstor参数是在河网汇流过程中用到的参数，也不能确定取值。在一个验证报告中看到它大致取值大约在,2,至,6,附近。程序运行时取了,5,。,3.,文献所用程序比该程序的蒸散发计算少一个分界点；,4.,文献所用程序的水源划分为三水源模型，该程序为二水源模型；,5.,由于上面的原因，计算结果和文献中的结果有较大差距。见下图。,若要消除误差，应将,3,、,4,两项模型差异消除，并准确率定,1,、,2,两个参数。,新安江模型,SaveResults,结果输出,新安江模型,在,24,个步长计,48h,之内：文献算得总出流为：,11929.6 m3,；,程序算得总出流为：,11470.32 m3,；,程序的结果相对于文献的结果，相对误差为,3.85%,。,Thank You!,阿弥陀佛,.,终于讲完了,.,新安江模型,