流域水文模拟大作业

年的时间。萨克拉门托模型是在斯坦福(Stnaford)VI号模型的基础上发展的，在湿润地区和大洪水事件中，两者算得的结果相差不多，而在干旱地区，萨克拉门托模型能给出更好的一些成果。这一时期还有一种模型称为水箱模型，也称坦克(tnak)模型，是日本防灾研究中心营原正已在1961年提出来的，后经不断改进发展成为应用较为广泛的流域水文模型。模型将复杂的降水径流过程简单地概化为流域的蓄水与出流的关系进行模拟，以水箱的蓄水深度、边孔和底孔出流为控制，计算流域的产流、汇流及下渗过程。多年来，水文模拟都是建立在降雨与径流观测资料分析的基础上的，早期的集总式模型也只能根据长期观测获得的大量数据来确定每个流域的模型参数值。1979年，委内瑞拉水文学者罗德里格斯一伊图而贝与BJ瓦而德斯首次建立了地貌气候瞬时单位线理论。近年来，随着计算机技术和GIS技术的发展，集总式模型的某些参数，特别是与地形地貌有关的河道汇流参数，在GIS技术的支持下通过DEM模型来确定，而不完全依赖于观测数据。地貌单位线模型是在传统的单位线模型基础上发展的一个集总式模型。它认为流域内降雨与产流是均匀一致的，只是流域地形的差别影响流域汇流。在国内，南京水文水资源研究所与浙江省水文局首先研究了该模型，Lee等人在GIS支持下运用地貌单位线模型研究了台湾北部流域的径流过程，毕华兴等用该模型研究了山西省吉县在蔡家川流域的汇流过程。 1.1.1 新安江模型

创始于60年代，是分散性模型，它把全流域分成多个单元流域，在每一个单元流域内，降水经过蒸散发的消耗后，以蓄满产流的方式经产流量水源划分后对各单元流域进行产汇流计算，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，把各个单元流域的出流过程相加，就求得了流域的总出流过程。模型主要适应于湿润与半湿润地区，其主要特点是应用了蓄满产流与马斯京根汇流概念，有分单元，分水源，分汇流阶段的特点，并且结构简单，参数较少，各参数具有明确的物理意义，计算精度较高，在国内外水文预报工作中有较好的应用。

新安江模型主要包含四个计算模块：（1）蒸散发计算模块：蒸散发计算根据土壤蓄水特性分上层、下层和深层三层分别计算；（2）产流计算模块：采用流域蓄满产流原理计算流域产流量；（3）分水源计算模块：采用自由水蓄水库将产流量分为地表、壤中和地下三种水源；（4）汇流计算模块：根据坡面和河网水流运动特性的较大差异，将汇流分为坡面汇流和河网汇流两种分别计算。 新安江模型计算流程框图如图1.1所示，实际观测降雨量P和实测水面蒸发量EM作为模型的输入，输出为流域出口断面流量过程Q以及流域蒸发量E。其模型流程图如图1.1所示：

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图1.1 新安江三水源水文模型流程图

1.1.2水箱模型

水箱模型又称坦克(Tank)模型，也称黑箱模型。水箱模型是通过降雨过程计算径流过程的一种降雨径流模型。该模型最早由日本菅原正巳博士在40年代提出，主要发展时期是1951～1958年，60年代已应用于日本各河流。1971～1974年，主要是70年代初，水箱模型又进入了一个新的发展阶段，这是由于1969年世界气象组织对11种模型进行了检验，肯定了水箱模型，从而推动了它的发展。通常由降雨推求流量过程线是采用单位线法。为了寻求一种非线性的新概念方法，菅原正巳采用了串联调蓄模型，后来称为坦克模型，即水箱模型。40～50年代初，大量数据采用手摇机械计算机处理。70～80年代，计算机有了很大发展，应用水箱模型计算一个流域的流量过程已十分方便，研究和应用水箱模型的人越来越多。80～90年代初，甘肃省水文水资源勘测局选定省内部分小流域(有降水资料的)进行研究和调试，取得了初步成果和经验。

其基本原理为：水箱模型是一种科学实用的水文模型，已在全世界广泛应用。主要用于水文预报、水文水资源计算、径流资料插补和水文测验检验等。将一个流域视为一个水箱，经过调蓄把降雨过程转化为出口断面的径流过程，其间有一个复杂的物理过程。我们可以忽略这个物理过程，采用人工调节出孔大小和高度参数，模拟与实际流量过程近似的过程，这个过程就是水箱模型的参数率定。水箱模型按流域特点可以设计为:单水

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箱模型、串联水箱模型、并联水箱模型、串并混合水箱模型、溢流型水箱模型、调蓄型水箱模型和分箱型水箱模型等。按流域特性，有洪水模型、湿润地区模型、干旱半干旱模型、

融雪模型和冰川模型等。如果对水箱模型的各水箱做线性近似，则第一个水箱的半衰期为1～3 d；第二个水箱约为7 d；第三个水箱为2～3个月；第四个水箱为6个月左右。从上至下这4层水箱的出流，分别与地面径流、壤中流、准基流和基流接近，符合一个流域的产流、汇流物理过程。说明水箱模型是一种科学实用的降雨径流模型。串联水箱结构模型与并联水箱结构图分别见图1.2和图1.3。

图1.2 串联水箱模型结构图

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图1.3并联水箱结构图

1.1.3萨克拉门托模型

萨克拉门托模型是在20世纪70年代初由美国加利福尼亚州萨克拉门托河流预报中心研制的一个概念性的集总参数模型。 此模型在美国水文预报中应用广泛$也是国内引进的水文模型中人们较为熟悉的模型之一。

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的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的。

萨克水文模型把流域面积设计为不透水和透水面积两部分，不透水面积部分又分为不变和可变两种，可变不透水面积以其贮积水量对全部张力水容量之比来反映它的可变性；透水面积部分，其土壤分为上下两层，每一层都有两种形式的贮积水，即“张力水”和“自由水”。张力水是紧密包围土壤颗粒的水，而自由水是因重力而能运动的水。对于任何一层，张力水容量相当于该层的田间持水量，自由水容量是界于该层饱和水容量和田间持水量之间的那部分水容量；张力水只供蒸散发，自由水在不同的条件下，消耗于垂直方向的渗透和水平方向的侧向流，并当两种水分平衡失调时，部分自由水转变为张力水以供蒸散发。两层之间用一个下渗方程联结起来。对于透水面积上层土壤来说，水分首先满足张力水容量，剩余水分才作为自由水蓄积，而下层土壤，模型则考虑土壤分布不均匀性，用一个常系数(PF-REE)将渗透水量(PERC)的一部分(PERC带PFREE)分

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