新安江模型介绍：
三水源新安江模型蒸散发计算采用三层模型；产流计算采用蓄满产流模型；用自由水蓄水库结构将总径流划分为地表径流、壤中流和地下径流三种；流域汇流计算采用线性水库。
模型结构：
模型计算：
在新安江模型中，流域蒸散发计算没有考虑流域内土壤含水量在面上分布的不均匀性，而是按土壤垂向分布的不均匀性将土层分为三层，用三层蒸散发模型计算蒸散发量。参数有流域平均张力水容量WM（mm），上层张力水容量UM(mm)，下层张力水容量LM(mm)，深层张力水容量DM(mm)，蒸散发折算系数KC和深层蒸散发扩散系数C。
具体计算为
若P+WU>=EP,则EU=EP,EL=0,ED=0;
若P+WU<EP,则EU=P+WU;
若WL>C*LM,则WL=(EP-EU)WL/LM,ED=0;
若WL<C*LM且WL>=C*(EP-EU),则EL=C*(EP-EU),ED=0;
若WL<C*LM且WL<C*(EP-EU),则EL=WL,ED=C*(EP-EU)-WL;
水源划分中，本小组采用的是三水源划分。三水源用自由水蓄水库结构解决水源划分问题，自由水蓄水库结构考虑了包气带的垂向调蓄作用，按蓄满产流模型计算出总径流量R，先进入自由水蓄水库调蓄，再划分水源。
模型参数调整：
1蒸散发能力折算系数KC
KC是影响产流量计算最为重要和敏感的参数，产流计算中KC控制着水量平衡，因此，对水量计算是最重要的。KC主要反映流域平均高程与蒸发站高程之间差别的影响和蒸发皿蒸散发于陆面蒸散发间差别的影响。在实际模拟计算中KC值往往变化很大，最后需经模型调试并验证后确定。
2流域平均张力水容量WM
流域平均张力水容量WM表示流域干旱程度，分为UM,LM,DM。根据经验，南方湿润地区WM约为120~150mm，半湿润地区WM约为150~200mm。
3流域蓄水容量—面积分布曲线指数B
B值反映划分单元流域张力水蓄水分布的不均匀程度。在一般情况下其取值与单元流域面积有关。在山丘地区，若单元流域面积较小，B=0.1左右；若单元流域面积中等，有几百到一千平方千米，B=0.2~0.3；若单元流域面积有几千平方千米，B=0.4左右。
4不透水面积占全流域面积的比例IM
IM值可由大比例尺的地形图通过GIS现代技术测量出来。在天然流域，IM=0.01~0.02。
5深层蒸散发扩散系数C
C值主要取决于流域内深根植物的覆盖面积，南方多林地区C=0.15~0.20；在北方半湿润地区C=0.09~0.15。
6自由水蓄水容量SM
SM反映表土蓄水能力，其值受降雨资料时段均化的影响明显。当以日作为时段长时，在图层很薄的山区，其值为10mm或更小；在土深林茂透水性很强的流域，其值可取50mm或更大；一般流域在10~20mm。
7自由水蓄水容量—面积分布曲线指数EX
EX反映流域自由水蓄水分布的不均匀程度，一般EX=1.0~1.5
8自由水蓄水库对地下水和壤中流的日出流系数KG+KI
KG的大小反映基岩和深层土壤的渗透性，KI的大小反映表层土的渗透性。
9地下水消退系数CG
CG可根据枯季地下径流退水规律来推求。若以日作为计算时段长，CG=0.950~0.998
10壤中流消退系数CI
若无壤中流CI=0，若壤中流丰富，则CI=0.9
本小组经过程序的编写，用C++语言编写了新安江模型的计算界面，通过界面填写各种参数的数值调试计算结果，从而达到参数的简单率定。
部分程序：
//三层蒸发模型的时段蒸发计算
for(i=0;i<N;i++)
{
W[i]=WU[i]+WL[i]+WD[i];
if(WU[i]+P[i]>=EP[i])
{
EU[i]=EP[i];
EL[i]=0;
ED[i]=0;
}
else
{
EU[i]=WU[i]+P[i];
if(WL[i]>=C*WLM)
{
EL[i]=(EP[i]-EU[i])*WL[i]/WLM;
ED[i]=0;
}
else if(WL[i]>=C*(EP[i]-EU[i]))
{
EL[i]=C*(EP[i]-EU[i]);
ED[i]=0;
}
else
{
EL[i]=WL[i];
ED[i]=C*(EP[i]-WU[i])-EL[i];
}
}
//时段总蒸发量的计算
E[i]=EU[i]+EL[i]+ED[i];
//时段净雨量的计算
PE[i]=P[i]-E[i];
//时段初蓄水容量值的计算
a[i]=WMM*(1.0-pow((1.0-W[i]/WM),(1.0/(1.0+B))));
//时段产流量的计算
if(PE[i]>0)
{if(a[i]+PE[i]<=WMM)
R[i]=PE[i]+W[i]-WM+WM*pow((1.0-(PE[i]+a[i])/WMM),(B+1.0));
else
R[i]=PE[i]-(WM-W[i]);
}
//时段末土壤各层蓄水量的计算
if(i+1==N)
break;
else
{if(PE[i]<=0)
{if(WU[i]+P[i]>=EP[i])
{
WU[i+1]=WU[i]+P[i]-E[i];
WL[i+1]=WL[i];
WD[i+1]=WD[i];
}
else if(WL[i]-EL[i]>0)
{
WU[i+1]=0;
WL[i+1]=WL[i]-EL[i];
WD[i+1]=WD[i];
}
else if(WD[i]-ED[i]>0)
{
WU[i+1]=0;
WL[i+1]=0;
WD[i+1]=WD[i]-ED[i];
}
}
else
{
WU[i+1]=WU[i]+PE[i]-R[i];
WL[i+1]=WL[i];
WD[i+1]=WD[i];
if(WU[i+1]>WUM)
{
WL[i+1]=WL[i]+WU[i+1]-WUM;
WU[i+1]=WUM;
if(WL[i+1]>WLM)
{
WD[i+1]=WD[i]+WL[i+1]-WLM;
WL[i+1]=WLM;
WU[i+1]=WUM;
}
else
WD[i+1]=WD[i];
}
}
}
}
在参数的率定过程中，KC,SM,KG,KI,CI,CG都属于敏感参数，而UM,LM,C,WM,B,IM,EX都是不敏感参数
本小组采用的资料为
模型设计总结：
小组经过将大量的数据资料编辑整理到电脑后，开始进行程序代码的编写。我们采用的是C++语言进行模型的构造，因为运用C++可以设计出相应的程序界面，方便进行各种参数的调试和计算结果的比较。因为曾经进行过水文预报课程设计的程序编写，所以在程序设计方面刚开始进展较快，主要的难点在于三水源划分。因为曾经进行水文预报课程设计的时候，我们程序中采用的是二水源划分，所以在这块内容上，我们需要进行重新摸索和设计，以满足这次任务的要求。
因为对相应的过程和参数的不了解，所以在三水源划分这块程序设计上进展较慢，在听取了学长对其模型的解析和讲解，然后经过于川对第一组的模型设计的讲解，让我们也有了新的认识，对于我们本组的程序设计工作也有很大的帮助。
经过一段时间的摸索，我们组也完成了程序设计部分的工作，然后通过设计的人机对话界面，进行各种参数的调整调试，从而完成了本次实验任务的相关内容。
水文第七组成员：刘俊、冯远、曹胜荣、杨春智
数据输入：刘俊、冯远、曹胜荣、杨春智
程序编写：杨春智
总结报告：杨春智、曹胜荣、冯远、刘俊
小组成员：杨春智、曹胜荣、冯远、刘俊
20##年11月08日
第二篇：新安江模型的应用
http://www. 新安江模型的应用
张利茹
河海大学水文水资源学院，南京（210098）
摘 要：新安江降雨径流模型应用在梁辉水库上，采用20xx年至20xx年五年的降雨和蒸发资料对该流域进行日模和次模的模拟，得出的结果还比较满意。为了找出新安江模型的敏感性参数，本文在其他研究人员的基础上，选出公认的比较敏感的参数，把它们的值分别变成初始值的80%、90%和110%（CG除外）后进行模拟计算，得出的结果证实了学者们的说法。
关键词：新安江模型，梁辉水库，敏感性分析
1. 新安江模型简介
新安江模型始建于19xx年，采用蓄满产流的概念，以土壤含水量达到田间持水量后才产流，是个分布式的概念性模型，30多年来在我国湿润与半湿润地区有广泛应用，并发展改进为三水源的以及其他多水源的模型【1】 。几十年来，很多专家和学者都致力于新安江模型的应用和发展上，发表了数以百计篇文章(像赵仁俊，1992；程等人，2002)，但很少有用一个实际例子来研究新安江模型参数的敏感性问题的，实际上，新安江模型参数的命感性分析会有助于该模型的更广泛的应用，例如，对于无资料的地区或是资料不全的地区，参数的敏感性分析将显得更加有用。
2. 新安江模型结构
新安江模型是分散性的模型，常按泰森多边形法把全流域分成许多单元流域，产流部分采用蓄满产流模型，另增加了流域不透水面积占全流域面积之比的参数IMP。蒸发部分采用三水源蒸散发模式。河道洪水演算采用马斯京根法。地面径流的汇流采用经验单位线，并假定每个单元流域上的无因次单位线相同，简化结构。地下径流的汇流采用线性水库。对每一个单元流域作汇流计算，求得单元流域出口流量过程。再进行出口以下的河道洪水演算，得出流域出口的流量过程。把每个单元流域的出流过程相加，就求得了流域出口的总出流过程
[2]。新安江模型流程图如图1。
基于概念型降雨径流蓄满产流的新安江模型，其参数可大致划分为四种类型，如下述：
（1）蒸散发。此部分的参数包括K、C、WUM、WLM。
K：流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。它反映蒸发皿蒸发量与流域蒸发能力的差别，也反映蒸发皿蒸发量对全流域（高程差）的代表性问题，对具体流域来说，以优选为宜，即选模拟径流误差最小时的K值。夏天其值一般取1.3～1.5，冬天一般取1.0。
C：深层蒸散发系数。它决定于深根植物占流域面积的比值，同时也与WUM+WLM
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图1 新安江模型流程图
有关。一般经验，在江南湿润地区C值约为0.15～0.20之间，而在华北半湿润地区值则在0.09～0.12左右。
WUM：上层蓄水容量，它包括植物截留量。在植被与土壤很好的流域，其值约为20mm；在植被与土壤颇差的流域，值约为5～10mm。
WLM：下层蓄水容量。其值可取60～90mm。
（2）产流。通过降雨和土壤缺水量产生径流。此部分包括的参数有WM、B和IMP。
WM：流域平均蓄水容量，它是衡量流域干旱程度的指标且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匀性。很小面积（几平方公里）时B值为0.1左右，中等面积（300平方公里以内）时B值为0.2～0.3，较大面积时的B值为0.3～0.4。
IMP：不透水面积占全流域面积之比。
（3）分水源。此部分把总径流划分为三部分，即地面径流、壤中流和地下径流。参数包括SM、EX、KG和KI。
SM：自由水蓄水库容量（mm）。
EX：自由水蓄水容量曲线的指数。其最佳取值范围是1.0～1.5。
KG+KI： 自由水蓄水库地下水日出流系数和自由水蓄水库壤中流日出流系数，它们反应基岩和深层土壤的渗透性，对于一个面积约为1000Km2流域KG+KI=0.7。
（4）汇流。此部分是对每个单元流域作汇流计算，求得单元流域出口流量的过程，涉及的参数有CI、CG、CS、L。
CI： 壤中流消退系数。
CG：地下水消退系数。
CS： 河网蓄水的消退系数。
L： 河网汇流滞后演算法中的滞后时间，其值是一个经验值。
以上共有15个参数。如全流域需分块计算，则需进行河道演算，故就增加了KE、XE（单元河道的马斯京根K、X值）及河道汇流段数N。这几个参数可根据河道水力学法求出，一般不优选。
3. 新安江模型参数敏感性分析的应用实例
新安江模型日模和次模在梁辉水库中得到了应用，采用2002—20xx年共5年的实测资料进行了模拟。梁辉水库位于余姚市梨洲街道南庙村，距余姚城关6Km。主流梁辉大溪属甬江流域姚江水系，由南向北流入姚江，主流长为11.11 Km，比降15.9%。梁辉水库上游积
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图 2 梁辉水库周围地区水文测站分布图
水面积为35.06Km3,l流域中心位于东经121°08′，北纬29°57′(梁辉水库周围地区水文 测站分布如图2示)。流域位于亚热带季风气候区，四季分明，光照充足，雨量丰沛。流域
降水呈双峰且台风主控型，以春季连阴雨、梅雨、雷暴雨和台风暴雨为主，冬半年降水则较少。4月15日至7月15日为梅汛期，这一时期天气阴绵多雨，7月16日至10月15日为台
汛期，水库洪水主要受控于台汛期的台风暴雨。根据流域附近黄土岭等雨量站1960～20xx年实测降于资料统计，流域多年平均降水量为1618.6mm，年最大降水量为2156.1mm（19xx年），年最小降水量为1048.6mm（19xx年）。多年平均径流量3175万m3，最大最小年径流量为5224.4万m3（19xx年）和1484.5万m3(19xx年)。在此流域，应用泰森多边形法把流域分成三块，即坝址梁辉、官佩和黄明，降雨权重各占1／3。
对于日模的模拟，我采用表1中的参数，模拟的效果还不错。从模拟图来看，20xx年和20xx年这两年全年的模拟都较吻合，但有的年份八月份后的模拟就颇差，像20xx年八月
份那场洪水峰值上不去，图形不是太吻合，20xx年和20xx年也存在同样的问题，但总体还不错，确定性系数达到0.47。图3是20xx年的模拟图（列出的一个例子）。
表1 日模第一套参数
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图3 20xx年的模拟图
由于采用上一套参数对2002、2004、20xx年模拟的效果不是太好，我改变上一套参数中的某些值，经调试比上一套参数得出的效果稍微好点，参数列于表2。从五年的模拟图上来看，2002、2005、2006这三年的模拟效果还不错，20xx年八月份之前模拟的挺好，但八月份出现的洪峰有较大差异，模拟洪峰值呈现偏小现象，20xx年也存在同样的问题，虽然这套参数比上一套得出的结果好些，模拟洪峰值增大了，但与实测的还是有差异的。模拟确
定性系数也达到0.47。图4是20xx年的模拟图(列出的一个例子)。
表2 日模第二套参数
0.015
随后又进行了日模的模拟，实测径流与模拟径流拟合比较好，图4是列出的一个例子。为了找出新安江模型参数的敏感性，我选择K、Sm、CS、KG、CG这五个作为变化的参数，其它参数保持不变，用五年（2002～2006）的资料进行模拟。之所以选择这五个参数是因为很多学者的研究结果表明新安江模型的产汇流参数较敏感。将表3中的参数作为原始的参数，
以此表为基础来判定这五个被选参数的敏感性。在其它参数不变的情况下，被选中的参数
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图4 20xx年日模模拟图
（除了Cg，因为在模拟过程中Cg不得大于1）分别变为它本身初值的80%，90%，110%（计算的值列于表4中）时，相应地模拟出径流，五年模拟径流的平均值Rmave和平均确定性系数均列于表4中。
表3 次模原始参数值
表4 参数敏感分析表
KG确定性
系数
编号
4. 结论
从模拟结果来看，我发现K即流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比是一个最敏感的参数，它的值对地面径流有很大的影响，增大K值会直接导致地面径流的减少，增大K值也就意味着蒸散发增多，故就会产生较少的地面径流。另一个最敏感的参数是自由水蓄水库
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http://www. 容量SM,,它是划分壤中流和地下径流的一个指标，增大SM就会导致更大的自由水蓄水库容量和更小的地面径流。自由水蓄水库的出流系数KG+KI，则消退系数为1—（KG+KI），它决定了直接径流的退水历时N天，N一般为三天，故取KG+KI=0.7[2]。KG/KI决定了地下径流和壤中流的大小，故增大KG就意味着地下径流的增大，对KG的敏感性分析也证明了这一点。相对于上面三个参数而言，地下水消退系数CG也较敏感，增大CG会导致地面径流的减少。河网蓄水的消退系数CS不太敏感，增大CS值时地面径流只有稍许的变化，但从模拟图来看，它的变化影响了模拟的图形的形状。
参考文献
[1] 赵仁俊,王佩兰.新安江模型参数的分析[J].水文,1988（6）: 2—9.
[2] 赵仁俊.流域水文模拟——新安江模型与陕北模型[M].北京:水利电力出版社,1984.
The Applications of Sensitivity Analysis of Xin’anjiang
Model Parameters
Zhang Liru
College of hydrology and water resources, Hohai University, Nanjing (210098)
Abstract
Xin’anjiang rainfall—runoff 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 event model, we can get a satisfactory fit between the simulated and observed values. In order to find out the sensitivity of parameters of the Xin’anjiang model, this paper selected the accepted sensitivity parameters based on the results of some researcher, each of these parameters values was changed by 80%,90%,and 110% respectively except the parameter CG ,the results we got also approved the ideas of researchers.
Keywords: Xin’anjiang model, Lianghui reservoir, Sensitivity analysis
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