新安江模型在马尪溪流域径流模拟的应用

杨 凯，阮晓波，游 圆

(1.浙江九州治水科技股份有限公司，浙江 衢州 324000；2.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 20032)

新安江模型在马尪溪流域径流模拟的应用

杨 凯1，阮晓波2，游 圆1

(1.浙江九州治水科技股份有限公司，浙江 衢州 324000；2.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 20032)

新安江模型广泛应用在我国南方湿润地区，模拟结果也较为准确.蒸散发计算参数、产流模型计算参数、水源划分参数、汇流模型计算参数是新安江模型的四大类型参数.根据马尪溪流域的水文特性，以江家水文站为例，应用新安江模型模拟日径流过程，径流率定和检验成果全部达到乙级以上，径流深相对误差全部合格.结果表明：新安江模型在浙西山区马尪溪流域江家水文站径流模拟成果较好，可用于日径流模拟及预报，可将其应用于临近未设立水文观测站的小流域.

新安江模型；径流模拟；马尪溪

1 概 述

在湿润地区，由于降雨量充沛，地下水位较高，包气带较薄，且土壤含水量高，一般暴雨就能够使流域蓄满；由于气候湿暖，植物繁茂，植物根系作用及跟做造成表层土壤十分疏松，所以下渗能力很强，一般暴雨强度不易超过，该产流方式为蓄满产流[1].

从20世纪60年代初开始，我国水文学家赵人俊[2]致力于对湿润地区降雨径流关系的研究，并于1973年提出新安江模型，该模型特点是认为蓄满产流为湿润地区主要的产流方式，其核心为流域蓄水容量关系曲线.随后，李艺婷[3]，金鑫[4]等对新安江模型的应用作了一定的探索.新安江模型及其理论被列入建国40周年国家百项重大科技成果，是中国水文科学领域最具原创性的学术成果[5].

新安江模型目前在我国南方湿润地区应用较为广泛，水文模拟结果也较为准确.本文以浙江省衢州市马尪溪江家水文站为例，通过新安江模型对江家水文站的日径流量模拟研究，为临近无水文站流域采用新安江模型分析日径流提供依据.

2 流域概况

马尪溪是衢州市开化县内的常山港一级支流，马尪溪发源于海拔1 454 m之白石尖，西麓起点黄谷林杨，高程为970 m，流经姜坞口，有源于宋村岭之菖蒲溪注入.马尪溪南流至田后，纳外徐水，折东转西，至溪口，纳舜山溪，至上汪村，纳小举水，至渊底，绕店口弄至小坑口，合太史、小史二涧，至大路边，有瑶坑水注入，蜿蜒至封家杨村后，南流至华埠镇下界首，注入常山港.溪流流域面积为275.0 km2，河长57.4 km，河道平均坡降15.3‰[6].始建于1959年，1990年停测的江家水文站是位于马尪溪上游.江家水文站以上流域面积为64 km2.流域内气候属温暖湿润的亚热带季风气候.气候特点是：季风显著，气候温和，四季分明，降水充沛，无霜期长.流域降水主要受锋面气旋的影响、台风与热带风暴的影响所致，降水量年内分配不均，梅雨季节雨日多，降水量较大.

3 新安江模型

新安江模型是分散性水文模型，它将全流域划分为许多单元流域，对每个单元流域进行产汇流计算，得到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，求得流域出口的流量过程.把每个单元流域的出口流量过程进行叠加，就求得流域出口的总出流过程[2].新安江模型单元流域计算流程(见图1).

图1 新安江(三水源)模型流程结构图

新安江模型参数主要包含以下4大类13个参数：(1)蒸散发计算参数，包括水面蒸发折算系数K、深层蒸散发系数C、上层土壤张力水容量WUM和下层土壤张力水容量WLM.(2)产流模型计算参数，包括流域张力水容量WM和张力水蓄水容量曲线指数B.(3)水源划分参数，包括流域平均自由水容量SM、自由水容量指数EX、壤中流出流系数KSS和地下径流出流系数KG.(4)汇流模型计算参数，包括河网蓄水消退系数CS、壤中流消退系数CI和地下水消退系数CG[7].

4 新安江模型在江家水文站上的应用

江家水文站位于浙西地区，马尪溪上游，属于湿润地区.根据江家水文站历史资料，其产流机制复核蓄满产流规律，所以该水文站的径流模型采用新安江(三水源)模型.

4.1 资料分析

江家水文站以上流域面积64 km2，流域内有4个雨量站、1个水文站，无蒸发站.在我国南方湿润地区建立径流模型，一般选取连续5 a左右为宜，并要求包含丰、平、枯水3种代表年份.江家水文站从1959年设站，径流资料系列为1963—1990年，共28 a径流系列.江家站1967—1976年10 a连续径流资料系列中包含4 a丰水年、3 a丰水年、3 a枯水年，符合模型要求.江家站径流模型利用江家水文站以上流域1967—1976年的逐日降雨量、径流资料，蒸发资料移用衢州水文站蒸发观测资料.

模型选用10 a日径流资料，其中8 a(1967—1974年)资料率定模型参数，评价水文模型的确定性系数，剩下2 a(1975—1976年)未参加建立模型的资料用于对模型进行验证.

4.2 模型参数确定

本次研究采用新安江模型对马尪溪流域江家站1967—1974年共8 a径流资料进行率定，江家水文站新安江模型参数(见表1).

4.3 模型检验

4.3.1 精度评定

径流预报过程与实测过程之间的吻合程度可用确定性系数作为指标进行评定，确定性系数采用《水文情报预报规范》(GB/T22482—2008)[8]中的计算公式进行计算，见式(1).

表1 江家水文站新安江模型参数

(1)

式中：DC—确定性系数；y0(i)—实测值；

n—资料序列长度.

根据《水文情报预报规范》(GB/T22482—2008)：径流深预报以实测值的20%作为许可误差，当该值>20 mm时，取20 mm；当<3 mm，取3 mm.

预报项目的精度按合格率或确定性系数的大小分为3个等级，预报项目精度等级按表2规定.

表2 预报项目精度等级表

4.3.2 率定成果分析

马尪溪流域江家站1967—1974年共8 a径流率定成果(见表3).

表3 江家水文站新安江模型模拟成果表

从表2可知，1967—1974年共8 a径流率定中，确定性系数>0.9，等级属于甲级的有1 a；0.7≤确定性系数≤0.9，等级属于乙级的有7 a；径流深相对误差全部<20%.

4.3.3 检验分析

根据1975—1976年实测径流资料，采用式(1)计算得到1975年的确定性系数DC值为0.88，1976年的确定性系数DC值为0.85，预报精度为乙级.

1975年检验分析(见表4)，逐日实测流量过程与计算流量过程的比较分析(见图2).

表4 江家站1975—1976年模拟精度分析

图2 江家站1975年逐日流量过程拟合分析表

1976年检验分析(见表4)，逐日实测流量过程与计算流量过程的比较分析(见图3).

图3 江家站1976年逐日流量过程拟合分析表

5 结 论

通过新安江模型在马尪溪江家水文站上的模拟，主要得出：(1)通过模拟分析8 a径流资料率定、2 a径流资料检验，新安江模型模拟成果不确定系数全部在乙级以上，径流深相对误差全部<20%.按照《水文情报预报规范》(GB/T22482—2008)的要求，马尪溪江家水文站新安江模型径流模拟成果较好，总体上满足精度要求，可用于日径流模拟和预报.(2)对于浙西地区临近未设立水文观测站的小流域，可以参考马尪溪江家水文站新安江模型的相关参数，进行流域日径流模拟分析.(3)从模拟成果上看，江家站新安江模型还存在一定的误差，在今后的研究中应采用不同算法对模型参数做进一步优化，并还需进一步探索.

[1] 魏永霞，王丽学.工程水文学[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[2] 赵人俊.流域水文模拟——新安江模型与陕北模型[M].北京：中国水利水电出版社，1984.

[3] 李艺婷，张万顺，朱齐艳，等.新安江模型产流模式在山区型和平原型水库入库径流量中的模拟与应用[J].水资源与水工程学报,2007,18(1):33-36.

[4] 金 鑫，杨国范，古 健，等.新安江模型在浑河流域上的应用[J].节水灌溉,2008(11):40-42.

[5] 刘金涛，宋慧卿，张行南，等.新安江模型理论研究的进展与探讨[J].水文,2014,34(1):1-6.

[6] 衢州市水利水电勘测设计有限公司.开化县马尪溪流域河道治理规划[R].衢州：衢州市水利水电勘测设计有限公司，2013.

[7] 王振亚.新安江模型和NAM模型在资水流域的比较应用[D].南京：河海大学，2007.

[8] 中华人民共和国水利部.GB/T22482—2008水文情报预报规范[S].北京:中国标准出版社,2009.

ApplicationofXinanjiangModelinMawangRiverBasinRunoffSimulation

YANG Kai, RUAN Xiao-bo, YOU Yuan

(1.Zhejiang Jiuzhou Water Control Technology Co., Ltd.,Quzhou 324000, China; 2.CCCC Third Harbor Consultants Co., Ltd., Shanghai 20032, China)

Xinanjiang Model is widely used in humid areas of southern China, and the simulation results are more accurate. The four parameters of the Xinanjiang Model are the evapotranspiration calculation parameters, the runoff model calculation parameters, the water source division parameters and the confluence model calculation parameters. According to the hydrological characteristics of Mawang River Basin, taking Jiangjia Hydrological Station as example, the daily runoff process is simulated and forecasted by using Xinanjiang Model, the calibrate and validate results are all above the grade B standard. The following conclusions can be drawn: the runoff simulation of Xinanjiang Model is in good agreement in Jiangjia Hydrological Station, and can be used for daily runoff simulation and forecast. The model can be applied to adjacent small watersheds that haven't been set up hydrological observation station.

Xinanjing Model; runoff simulation; Mawang River

2017-06-23

衢州市2016年度指导性科技项目(2016017)

杨 凯(1987-)，男，江西上饶人，硕士，工程师，主要从事水利规划设计.

10.3969/j.issn.2095-7092.2017.05.003

TV214

A

1008-536X(2017)05-0010-04