【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 單元面積河網(wǎng)匯流單元面積河網(wǎng)匯流可采用滯后演算法模擬,計(jì)算公式為: ( 37 ) 式中 ～為單元面積出口流量；～為河網(wǎng)蓄水消退系數(shù)；～為滯后時(shí)間。需要指出的是，單元面積河網(wǎng)匯流計(jì)算在很多情況下可以簡(jiǎn)化。這是由于單元流域的面積一般不大而且其河道較短，對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的調(diào)蓄作用通常較小，將這種調(diào)蓄作用合并在前面所述的地面和地下徑流中一起考慮所帶來的誤差通?？梢院雎?。只有在單元流域面積較大或流域坡面匯流極其復(fù)雜的情況下，才考慮單元面積內(nèi)的河網(wǎng)匯流。 單元面積以下河道匯流從單元面積以下到流域出口是河道匯流階段。河道匯流計(jì)算采用馬斯京根分段連續(xù)演算法。參數(shù)有槽蓄系數(shù)和流量比重因素，各單元河段的參數(shù)取相同值。為了保證馬斯京根法的兩個(gè)線性條件，每個(gè)單元河段取。已知、和，求出、和，即可用下式進(jìn)行河道演算。 ( 38 ) 式中 ～分別為出流和入流。 模型參數(shù) 模型參數(shù)的性質(zhì)與約值（1）蒸散發(fā)能力折算系數(shù)KC。此參數(shù)控制著總水量平衡，因此，對(duì)水量計(jì)算是重要的。其中k1是大水面蒸發(fā)與蒸發(fā)器蒸發(fā)之比，有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可查考。K2是蒸散發(fā)能力與大水面蒸發(fā)之比，~，在冬天約為1。K3用來把蒸發(fā)站實(shí)測(cè)值改正至流域平均值，因此主要決定于蒸發(fā)站高程與流域平均高程之差。當(dāng)采用E601蒸發(fā)器時(shí)。（2）流域平均張力水容量WM。分為上層UM，下層LM與深層DM三層。WM也就是流域張力水最大缺水量，表示流域的干旱程度。在我國(guó)南方約為100mm，北方半濕潤(rùn)地區(qū)約為170mm。UM包括植物截流，在缺林地可取5mm，多林地可取20mm。LM常取為60~90mm。據(jù)實(shí)驗(yàn)，在此范圍內(nèi)蒸散發(fā)大約與土濕成正比。（3）張力水蓄水容量曲線指數(shù)B。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(duì)于小于5km2的流域，B=；幾百至一千平方公里時(shí)，B=~；幾千平方公里時(shí)。（4）不透水面積占全流域面積的百分比 IM。在天然流域此值很小，~，城鎮(zhèn)地區(qū)則可能很大。（5）深層蒸散發(fā)系數(shù)C。決定于深根植物的覆蓋面積。據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)。（6）自由水蓄水庫(kù)的蓄水容量SM。SM受降雨資料時(shí)段均化的影響，當(dāng)用日為時(shí)段長(zhǎng)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）自由水蓄水容量分布曲線指數(shù)EX。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。（8）KG+KI（表層自由水蓄水庫(kù)對(duì)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(duì)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KG+KI=。（9）地下水庫(kù)消退系數(shù)CG。如以天為時(shí)段長(zhǎng)，~，相當(dāng)于匯流時(shí)間為50~500天。（10）壤中流消退系數(shù)CI。當(dāng)壤中流很豐富時(shí)，相當(dāng)于匯流時(shí)間為10天。（11）河網(wǎng)蓄水的滯后時(shí)間L與河網(wǎng)蓄水消退系數(shù)CS。它們決定于河網(wǎng)地貌。（12）馬斯京根法分段連續(xù)演算參數(shù)XE與KE。根據(jù)河道的水力學(xué)特性可以推求出來。 模型參數(shù)的獨(dú)立性、敏感性與相關(guān)性由于缺乏實(shí)測(cè)與實(shí)驗(yàn)，所以在實(shí)用上只能依據(jù)實(shí)測(cè)流量過程，用系統(tǒng)識(shí)別的方法來推求模型參數(shù)，由于參數(shù)多，信息少而簡(jiǎn)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(duì)輸出的影響就很大，而有的參數(shù)則反應(yīng)遲鈍，對(duì)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(duì)高水敏感，低水不敏感等等。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，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。它們之間具有以下的相關(guān)性：（1）第一、二類之間。當(dāng)參數(shù)B有變化時(shí)，對(duì)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，這種作用很??；WM不影響蒸散發(fā)計(jì)算，但由于WM與B有關(guān)，因此間接產(chǎn)生一點(diǎn)影響；IM本身作用不大，影響很小。（2）第二、三類之間。由于采用了蓄滿產(chǎn)流概念，在分水源以前已把總產(chǎn)流算好，所以第三類參數(shù)完全不影響第二類參數(shù)。（3）第三、四類之間。分水源計(jì)算結(jié)束后，求得的是河網(wǎng)總?cè)肓?。匯流計(jì)算只處理河網(wǎng)匯流問題，與水源劃分無(wú)關(guān)，故第三、四類參數(shù)在性質(zhì)上是完全獨(dú)立的。但第三、四類參數(shù)都只能根據(jù)流量過程線來優(yōu)選參數(shù)，高水控制地面徑流，決定了參數(shù)SM，EX，KG+KI，UH。低水控制地下徑流，決定了參數(shù)KG/KI，CG。洪水尾部控制了壤中流，決定了參數(shù)KG/KI，CI。在同一類參數(shù)中，各參數(shù)之間出存在一定的相關(guān)性：（1）第一類。加大UM、LM與C的值就會(huì)加大計(jì)算E的值，因此在作水量平衡調(diào)試時(shí)就會(huì)減小K的值，由于UM與LM都有一定的變化范圍，所以這種影響有限。C值只對(duì)干旱期有作用，可以從干旱期的資料中分析出來，而在濕潤(rùn)地區(qū)很少用到深層蒸發(fā)，所以C值并不敏感。（2）第二類。如果流域的張力水蓄水容量曲線不變，則WM愈大，B值就愈小，兩者并不獨(dú)立。WM只代表蓄滿的標(biāo)準(zhǔn)，并不影響蒸散發(fā)計(jì)算，但WM值不能為負(fù)。因此當(dāng)WM出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，應(yīng)加大WM，重新計(jì)算。（3）第三類。這類參數(shù)是敏感和重要的，互相間的關(guān)系也比較復(fù)雜。SM與EX之間是不獨(dú)立的，其關(guān)系相當(dāng)與WM與B的關(guān)系，但WM與B的關(guān)系可以根據(jù)降雨徑流相關(guān)圖求出，而SM與EX的關(guān)系則沒有類似的辦法可以求解，因此只能依靠?jī)?yōu)檢驗(yàn)的辦法來分析。（4）第四類。CI的作用是彌補(bǔ)KG+KI=。它決定于洪水尾部退水的快慢，與別的條件無(wú)關(guān)，因此是比較獨(dú)立的，但它對(duì)于整個(gè)過程的影響不如SM與KG/KI明顯；CG決定于低下退水的快慢，也是比較獨(dú)立的，用枯季資料很容易把它推求出來。UH（或L及CS）決定于流量過程線的中高水部分，因此與第三類參數(shù)之間是比較獨(dú)立的。此外，UH還與KE、XE之間有相關(guān)性，當(dāng)單元面積的匯流快一些，河網(wǎng)匯流就可以慢一些，相互有補(bǔ)償作用。 模型參數(shù)率定根據(jù)模型參數(shù)的分類，模型物理參數(shù)直接量測(cè)得到，一般不再參加調(diào)試。過程參數(shù)首先根據(jù)研究流域的水文、水力學(xué)特征確定一個(gè)初值或變化范圍，而后進(jìn)行參數(shù)率定。參數(shù)率定有兩種方法，其一是試錯(cuò)法，人工設(shè)定一組參數(shù)，經(jīng)模型計(jì)算后，比較實(shí)測(cè)與計(jì)算值，目估對(duì)比分析，然后調(diào)整參數(shù)。其二是自動(dòng)優(yōu)選法，通過數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，使得目標(biāo)函數(shù)最小或最大，自動(dòng)率定參數(shù)。常用的方法有Rosenbrock方法。實(shí)際工作中，模型參數(shù)率定通常將人工試錯(cuò)法與自動(dòng)優(yōu)選法兩者結(jié)合起來，優(yōu)或否遵循一定準(zhǔn)則。模型參數(shù)率定步驟如圖6示。模型參數(shù)率定的準(zhǔn)則選擇如下形式： ( 39 ) 式中，K～為正整數(shù)，一般取1或2；參數(shù)向量；Rn～為n維實(shí)數(shù)空間域；QO～為實(shí)測(cè)值；QC～為模型計(jì)算值。參數(shù)率定就是選擇一個(gè)參數(shù)向量QP，使得ER（QP）最小，即 ( 40 ) 圖6 模型參數(shù)率定框圖第四章 計(jì)算成果 日模型參數(shù)參照“模型參數(shù)性質(zhì)與約值”，根據(jù)南告水庫(kù)流域的地形地貌特征、水文氣象特征及水力特性等可以推求的部分參數(shù)，如IM、UM、LM、KG、KI、SM、EX、L、KE、XE等不再參加調(diào)試，調(diào)試時(shí)選取南告水庫(kù)流域19871997年連續(xù)11年的實(shí)測(cè)徑流資料進(jìn)行擬合。 日模型計(jì)算成果日模型參數(shù)中比較敏感、且對(duì)年徑流計(jì)算影響最大的是蒸散發(fā)折減系數(shù)KC，也就是本層模擬的重點(diǎn)，著重模擬計(jì)算徑流與實(shí)測(cè)年徑流深的擬合程度。按照本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，重點(diǎn)調(diào)試參數(shù)B和KC，分別按照B=、B=、B==、KC=、KC=，結(jié)果如下： 層次參數(shù)符號(hào)參數(shù)意義日模型第一層蒸散發(fā)KC流域蒸散發(fā)折算系數(shù)UM上層張力水容量（mm）20LM下層張力水容量（mm）80C深層蒸散發(fā)折算系數(shù)第二層產(chǎn)流計(jì)算WM流域平均張力水容量（mm）160B張力水蓄水容量曲線方次IM不透水面積占全流域面積的比例第三層水源劃分SM表層自由水蓄水容量（mm）32EX表層自由水蓄水容量曲線方次KG表層自由水蓄水庫(kù)對(duì)地下水的日出流系數(shù)KI表層自由水蓄水庫(kù)對(duì)壤中流的日出流系數(shù)第四層匯流計(jì)算CI壤中流消退系數(shù)CG地下水消退系數(shù)CS(UH)河網(wǎng)需水消退系數(shù)（單位線）L滯時(shí)（h）0KE馬斯京根法演算參數(shù)（h）XE馬斯京根法演算參數(shù)表1 南告水庫(kù)流域水文預(yù)報(bào)日模型參數(shù)調(diào)試值表表2 南告水庫(kù)流域水文預(yù)報(bào)日模型調(diào)試結(jié)果年份年降雨量（mm）計(jì)算徑流（mm）實(shí)測(cè)徑流（mm）絕對(duì)誤差（mm）相對(duì)誤差（%）確定性系數(shù)19871988