新安江模型參數(shù)的分析

1、一、模型的結(jié)構(gòu)與參數(shù)三水源新安江模型的流程圖如圖1所示。圖1三水源新安江模型流程圖圖1中輸入為實(shí)測雨量P，實(shí)測水面蒸發(fā)EM；輸出為流域出口流量Q，流域蒸散發(fā)E。方框內(nèi)是狀態(tài)變量，方框外是參數(shù)變量。模型結(jié)構(gòu)及計(jì)算方法可分為以下四大部分。1蒸散發(fā)計(jì)算用三個(gè)土層的模型，其參數(shù)為上層張力水容量UM，下層張力水容量LM，深層蒸散發(fā)系數(shù)C，蒸散發(fā)折算系數(shù)K，所用公式如下：當(dāng)上層張力水蓄量足夠時(shí)，上層蒸散發(fā)EU為EMEEU??當(dāng)上層已干，而下層蓄量足

2、夠時(shí)，下層蒸散發(fā)EL為LMWLEMKEL???當(dāng)下層蓄量亦不足，要觸及深層時(shí)，蒸散發(fā)ED為EMKCED???2產(chǎn)流量計(jì)算據(jù)蓄滿產(chǎn)流概念，參數(shù)為包氣帶張力水容量WM，張力水蓄水容量曲線的方次B，不透水面積的比值IM，所用公式為)1()1(IMBWMWM????))1(1()1(1BWMWMMA????當(dāng)，則R=00???EMKP不然，則當(dāng)，MMAEMKP????BMMAEMKPWMWWMEMKPR????????????1))(1(不然，

3、則WWMEMKPR?????式中R——產(chǎn)流量；MM——流域最大點(diǎn)蓄水容量。（3）B（張力水蓄水容量曲線的方次）。此值決定于張力水蓄水條件的不均勻分布，因此在一般情況下與流域面積有關(guān)。據(jù)山丘區(qū)降雨徑流相關(guān)圖的分析，對于小于5km2的流域，B=0.1；幾百至一千平方公里時(shí)，B=0.2~0.3；幾千平方公里時(shí)，B在0.4左右。（4）IM（不透水面積的比例）。在天然流域此值很小，約為0.01~0.02，城鎮(zhèn)地區(qū)則可能很大。（5）C（深層蒸散發(fā)系

4、數(shù)）。決定于深根植物的覆蓋面積。據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，在南方多林地區(qū)可達(dá)0.18，而對北方半濕潤地區(qū)則約為0.08。（6）SM（表層土自由水容量）。表層土是指腐植土。本參數(shù)受降雨資料時(shí)段均化的影響，當(dāng)用日為時(shí)段長時(shí)，在土層很薄的山區(qū)，其值為10mm或更小一些。在土深林茂透水性很強(qiáng)的流域，其值可達(dá)50mm或更大一些，一般流域在10~20mm之間。（7）EX（表層自由水蓄水容量曲線的方次）。它決定與表層自由水條件的不均勻分布。在山坡水文學(xué)里，它決定了

5、飽和坡面流產(chǎn)流面積的發(fā)展過程。但由于缺乏研究，定量有困難。一般常取1.5左右。（8）KGKI（表層自由水蓄水庫對地下水與壤中流的出流系數(shù)）。這兩個(gè)出流系數(shù)是并聯(lián)的，其和代表自由水出流的快慢。對于一個(gè)流域，它們都是常數(shù)。1000km2左右的流域，從雨止到壤中流止的時(shí)間，一般為3天左右，相當(dāng)與KGKI=0.7。（9）CG（地下水庫的消退系數(shù)）。如以天為時(shí)段長，此值一般為0.98~0.998，相當(dāng)于匯流時(shí)間為50~500天。（10）CI（深層

6、壤中流的消退系數(shù)）。當(dāng)深層壤中流很豐富時(shí)，，相當(dāng)于匯9.0?CI流時(shí)間為10天。（11）L與CS（滯后演算法中的滯后時(shí)間與河網(wǎng)蓄水消退系數(shù)）。它們決定于河網(wǎng)地貌。（12）XE與KE（馬法的兩個(gè)參數(shù)）。根據(jù)河道的水力學(xué)特性可以推求出來。三、參數(shù)的獨(dú)立性與敏感性新安江模型的參數(shù)都具有明確的物理意義，因此它們的數(shù)據(jù)原則上是可以據(jù)此直接定量的。但由于缺乏實(shí)測與實(shí)驗(yàn)，所以在實(shí)用上只能依據(jù)實(shí)測流量過程，用系統(tǒng)識別的方法推求出來。這里就產(chǎn)生了參數(shù)的獨(dú)

7、立性問題。由于參數(shù)多，信息少而簡單，所以參數(shù)的優(yōu)化解就可能不穩(wěn)定，不唯一，本參數(shù)的解與其他參數(shù)的值有關(guān)，互不獨(dú)立。有的參數(shù)敏感，數(shù)量稍有變化對輸出的影響就很大，而有的參數(shù)則反應(yīng)遲鈍，對輸出的影響不大。這種敏感性常常是有條件的，如有的參數(shù)在濕季敏感，枯季不敏感，而另外的參數(shù)則反之。有的參數(shù)對高水敏感，低水不敏感。而另外的參數(shù)則反之，等第。新安江模型的參數(shù)可分為如下4類：第一類：蒸散發(fā)計(jì)算，K，UM，LM，C；第二類：產(chǎn)流量計(jì)算，WM，B，

8、IM；第三類：分水源計(jì)算，SM，EX，KG，KI；第四類：匯流計(jì)算，CI，CG，UH，KE，XE。計(jì)算就是按照這個(gè)順序進(jìn)行的。各類參數(shù)有各自的作用與目標(biāo)，因此，互相之間的獨(dú)立性是比較好的。而同類中的各參數(shù)由于目標(biāo)相同，互相之間的相關(guān)性就大一些。（1）第一、二類之間。當(dāng)參數(shù)B有變化時(shí)，對產(chǎn)流量R的計(jì)算結(jié)果有影響，因此影響總水量平衡，也就影響第一類參數(shù)值的調(diào)試結(jié)果。但這種作用很小。WM不影響蒸散發(fā)計(jì)算，因此與第一類參數(shù)無關(guān)。但由于WM與B有