基于遗传算法的新安江模型参数优化率定(二)
2012-06-16 19:01
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2流域水文预报模型
2.1 流域产流方案
模型的选定:竹溪坡流域属东亚季风副热带暖湿气候区,湿润多雨, 多年平均年雨量为1400mm~1800mm, 年内降雨量主要集中在4~8月,一次洪水历时可达7~8天。流域内植被良好,符合蓄满产流模型的应用条件。蒸发的计算:流域蒸发采用三层蒸发模式,蒸发资料采用附近柘溪站E601型蒸发器实测值,以1980~1988年9年资料进行统计,分别求出各月晴天和雨天多年平均日蒸发量,见表2。晴、雨天的区别标准以日雨量3mm为控制,日雨量小于3mm为晴天,否则为雨天。
水源的划分:地面以下的径流由多种产流机制形成,在流域出口断面流量的退水过程线上常呈现这些水源的退水特性。退水坡度反映了退水段径流受流域调蓄作用的差异,根据竹溪坡流域多年的退水过程线特点,采用三水源划分的方法。
2.2 流域汇流方案
三水源汇流方案:1)根据水源的划分,将流域汇流分地面汇流、壤中出流和地下汇流。
2)壤中流和地下汇流采用地下水库调蓄演算的方法。
3)地面汇流采用时段地面经验单位线法, 用竹溪坡实测雨洪资料分析的单位线见表3。
2.3模型参数
新安江模型可分为蒸发、产流、水源划分和汇流等4个层次。每个层次的参数一般具有明确的物理意义。表4是新安江三水源模型主要参数的物理意义。2.3.1 蒸散发参数: K、WUM、WLM、WDM、C
K:为蒸散发能力折算系数,是指流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。此参数控制着总水量平衡,因此,对水量计算是十分重要的。WUM:为上层蓄水容量,它包括植物截留量。在植被与土壤比较发育的流域,约为20mm;在植被与土壤颇差的流域,约为5~6mm。
WLM:为下层蓄水容量。可取60~90mm。
WDM:为深层蓄水容量。由WM = WUM+ WLM+WDM关系可以省去此参数的率定。
C:为深层蒸散发系数。它决定于深根植物占流域面积的比数,同时也与WUM+WLM值有关,此值越大,深层蒸散发越困难。一般经验,在江南湿润地区C值约为0.15~0.20左右,而在华北半湿润地区则在0.09~0.12左右。
2.3.2 产流量参数: WM、B
WM:为流域蓄水容量,是流域干湿程度的指标。一般分为上层WUM、下层WLM和深层WDM,约为120~180mm。b:为蓄水容量曲线的指数。它反映流域上蓄水容量分布的不均匀性。一般经验,流域越大,各种地质地形配置越多样,b值也越大。在山丘区域,很小面积(几平方公里)的b值为0.1左右,中等面积(300平方公里以内)的b值为0.2~0.3左右,较大面积(数千平方公里)的b值为0.3~0.4左右。
2.3.3 水源划分参数: SM、EX、KI、KG
SM:为流域平均自由水蓄水容量,本参数受降雨资料时段均化的影响,当以日为计算时段长时,一般流域的SM值约为10~50mm,当所选取的计算时段长较小时,SM要增大,这个参数对地面径流的多少起着决定性作用,因此十分重要。EX :为自由水蓄水容量曲线指数,它表示自由水容量分布不均匀性。通常EX取值在1~1.5之间。
KI:为自由水蓄水库对壤中流的出流系数,KG为自由水蓄水库对地下径流出流系数,这两个出流系数是并联的,其和代表着自由水出流的快慢。一般来说,KI+KG=0.7,相当于从雨止到壤中流止的时间为3天。本流域中选择对KI进行率定,KG有以上关系式得出。
2.3.4 汇流参数: KKI、KKG
KKI:为壤中流水库的消退系数。如无深层壤中流时,KKI趋于零。当深层壤中流很丰富时,KKI趋于0.9。相当于汇流时间为10天。KKG:为地下水库的消退系数。如以日为计算时段长,此值一般为0.98~0.998,相当于汇流时间为50~500天。
表2 竹溪坡流域晴、雨天多年平均日蒸发量 (mm)
月份 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
晴天 | 0.71 | 0.68 | 0.93 | 1.57 | 2.29 | 2.65 | 3.41 | 2.76 | 2.44 | 1.75 | 1.21 | 0.87 |
雨天 | 0.60 | 0.31 | 0.55 | 0.97 | 1.49 | 1.71 | 2.34 | 2.45 | 1.03 | 0.77 | 0.60 | 0.36 |
时段 (△t=6h) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
单位线q(m3/s) | 0 | 12.4 | 102.4 | 51.9 | 39.7 | 33.5 | 24.4 | 18.8 |
时段 (△t=6h) | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | ||
单位线q(m3/s) | 13.7 | 9.4 | 6.3 | 3.4 | 1.7 | 0 |
层次 | 参数符号 | 参数意义 | 敏感程度 | 取值范围 |
蒸发 | K | 蒸散发能力折算系数 | 敏感 | 0.5-1.5 |
WUM | 上层蓄水容量 | 不敏感 | 10-20 | |
WLM | 下层蓄水容量 | 不敏感 | 60-90 | |
C | 深层蒸散发系数 | 不敏感 | 0.09-0.20 | |
产流 | WM | 流域蓄水容量 | 不敏感 | 120-200 |
b | 蓄水容量曲线的指数 | 不敏感 | 0.1-0.4 | |
水源划分 | SM | 流域平均自由水蓄水容量 | 敏感 | 5-25 |
EX | 自由水蓄水容量曲线指数 | 不敏感 | 1.0-1.5 | |
KI | 自由水蓄水库对壤中流的出流系数 | 敏感 | 0-0.7 | |
汇流 | KKI | 壤中流水库的消退系数 | 敏感 | 0-1.0 |
KKG | 地下水库的消退系数 | 敏感 | 0-1.0 |
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